延安地區(qū)上古生界山2段—盒8段微量元素揭示的古沉積環(huán)境意義

孟 瀟，李春霞，歸 榕

(1.西北大學(xué)，陜西西安 710079；2.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安 710075)

延安地區(qū)上古生界山2段—盒8段微量元素揭示的古沉積環(huán)境意義

孟 瀟1，2，李春霞2，歸 榕2

(1.西北大學(xué)，陜西西安710079；2.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安710075)

鄂爾多斯盆地東緣延安地區(qū)上古生界發(fā)育典型的低孔、低滲巖性氣藏，為明確該區(qū)儲(chǔ)層沉積體系、沉積環(huán)境特征，開(kāi)展了主要目的層微量元素分析。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及儲(chǔ)層分析基礎(chǔ)上，系統(tǒng)開(kāi)展了微量元素對(duì)古氣候、古鹽度、古水深、氧化還原環(huán)境等沉積條件的響應(yīng)。綜合分析認(rèn)為，由山西組至石盒子組盒8段沉積時(shí)期，古氣候逐漸由溫暖潮濕變?yōu)楦珊淡h(huán)境，古水深逐漸變淺，沉積環(huán)境逐漸由還原環(huán)境變?yōu)檠趸h(huán)境，古鹽度總體為微咸水相—半咸水相，水動(dòng)力條件由下向上逐漸增強(qiáng)，山西組主要發(fā)育三角洲前緣亞相、盒8段主要發(fā)育淺水型三角洲前緣水下分流河道微相。

鄂爾多斯盆地；上古生界；沉積環(huán)境；微量元素

鄂爾多斯盆地東緣延安地區(qū)上古生界主要發(fā)育石炭系本溪組及二疊系山西組、石盒子組，區(qū)內(nèi)不發(fā)育褶皺、斷裂等大型構(gòu)造，地層總體為西傾單斜，傾角總體在3°～ 8°之間。前期勘探工作及基礎(chǔ)地質(zhì)研究工作表明，該區(qū)氣藏為典型的低孔、低滲巖性氣藏[1，2]。在巖性氣藏勘探實(shí)踐中，儲(chǔ)層特征成為勘探部署及后續(xù)研究工作的關(guān)鍵所在。前人針對(duì)該區(qū)主要目的層沉積體系做了大量研究工作，總體認(rèn)為該區(qū)本溪組至石盒子組沉積時(shí)期，古環(huán)境由濕熱的近海環(huán)境逐漸演變?yōu)楦珊档年懙丨h(huán)境，本溪組、山西組至石盒子組分別為障壁島海岸沉積體系、辮狀河三角洲沉積體系、曲流河—辮狀河三角洲沉積體系[1，3，4]。本文從沉積環(huán)境響應(yīng)特征出發(fā)，通過(guò)微量元素及沉積粒度研究，系統(tǒng)梳理了區(qū)內(nèi)主要目的層山西組及石盒子組盒8段沉積環(huán)境，為區(qū)內(nèi)沉積體系研究、沉積相及儲(chǔ)層展布特征研究奠定基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是疊加在華北古生代克拉通之上的中生代內(nèi)陸多旋回疊合盆地，盆地自晚古生代以來(lái)分別經(jīng)歷大型克拉通內(nèi)坳陷、燕山期類(lèi)前陸盆地構(gòu)造演化及新構(gòu)造期周緣斷陷盆地構(gòu)造演化等3個(gè)大的構(gòu)造演化階段[5， 6]。其中晚古生代大型克拉通內(nèi)坳陷演化階段先后發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地沉積體系、障壁島海岸沉積體系、曲流河—辮狀河三角洲沉積體系，形成巨厚的暗色泥頁(yè)巖、煤系地層、砂巖層及致密蓋層，構(gòu)成上古生界天然氣生儲(chǔ)蓋組合[7，8](圖1)。

圖1 鄂爾多斯盆地上古生界綜合柱狀圖Fig. 1 Comprehensive histogram of Upper Paleozoic in Ordos Basin

2 微量元素對(duì)沉積環(huán)境的響應(yīng)特征

沉積巖中的微量元素與其形成環(huán)境有密切關(guān)系[9，10]。在碎屑顆粒沉積過(guò)程中，沉積物與水介質(zhì)之間有著復(fù)雜的地球化學(xué)平衡關(guān)系，因而在不同的表生自然環(huán)境下，不同元素的分解、遷移、富集等特征不同[11，12]。通過(guò)對(duì)沉積巖中微量元素含量及分布的研究，可以反演沉積時(shí)期的地質(zhì)地理?xiàng)l件[13]。文章通過(guò)測(cè)定研究區(qū)主要目的層山西組—下石盒子組沉積物中對(duì)沉積環(huán)境比較敏感的鍶(Sr)、銅(Cu)、鋇(Ba)、鈾(U)、鈦(Ti)、釩(V)、鎳(Ni)等微量元素及其含量，系統(tǒng)分析研究區(qū)早二疊世古氣候、古鹽度、氧化/還原環(huán)境、古水深等沉積環(huán)境。

2.1 元素對(duì)古氣候的反應(yīng)

古氣候是碎屑顆粒形成、搬運(yùn)、沉積的重要外部環(huán)境，同時(shí)也是決定有機(jī)質(zhì)形成與保存的基礎(chǔ)條件[14，15]。微量元素中喜干元素Sr與喜濕元素Cu比值及MgO/CaO的值可很好地指示潮濕溫暖型氣候或干旱炎熱型氣候， Sr/Cu的值介于1～10之間指示溫濕氣候，MgO/CaO的值越低，指示氣候環(huán)境越潮濕[16，17，18]。

分析結(jié)果顯示，山2段Sr/Cu平均值為9.58，MgO/CaO平均值為1.97；山1段Sr/Cu平均值8.92，MgO/CaO平均值為1.91；盒8段Sr/Cu平均值為21.22，MgO/CaO平均值為1.37(表1)。結(jié)果表明，山西組Sr/Cu值總體小于10，盒8段Sr/Cu值大于10，MgO/CaO值自山2至盒8逐漸變大，表明山西組沉積期主要為溫暖潮濕的古氣候環(huán)境，盒8段沉積期變?yōu)楦珊笛谉岬墓艢夂颦h(huán)境。

2.2 元素對(duì)古鹽度的反應(yīng)

古鹽度是指保存于古沉積物之中的鹽度，是指示地質(zhì)歷史時(shí)期陸相、海相、海陸過(guò)渡相等沉積環(huán)境的重要標(biāo)志[9]。在古鹽度研究中，Sr/Ba值可以作為靈敏的判斷標(biāo)志，當(dāng)Sr/Ba值在1.0～0.6范圍內(nèi)指示半咸水環(huán)境，小于0.6則為微咸水相或淡水環(huán)境[10，19]，可以間接地判別陸相沉積與海相沉積。

Sr、Ba元素分析結(jié)果顯示，山2段Sr/Ba平均值為0.57，山1段Sr/Ba平均值為0.44，盒8段Sr/Ba平均值為0.41。結(jié)果表明，山西組山2段—石盒子組盒8段水體古鹽度逐漸變小，早期為半咸水環(huán)境，晚期逐漸變?yōu)槲⑾趟h(huán)境(表1)。

2.3 元素對(duì)氧化/還原環(huán)境的反應(yīng)

碎屑沉積物沉積時(shí)期的氧化/還原環(huán)境是決定有機(jī)質(zhì)形成及保存的決定性條件，水體的氧化還原條件控制著U、V、Th和Mo等氧化還原敏感微量元素在沉積物或沉積巖中的富集程度，因此沉積物中U、V和Mo等微量元素的含量可以很好地重建古水體的氧化還原環(huán)境。前人研究結(jié)果顯示，Th/U值在0～2之間指示缺氧環(huán)境[20]；V/(V+Ni)值大于0.84指示水體分層的閉塞厭氧環(huán)境；0.6～0.82之間為水體分層不強(qiáng)的閉塞厭氧環(huán)境，0.46～0.6之間為水體分層較弱的貧氧環(huán)境[10，18，21]；&U>1指示缺氧環(huán)境[10，22，23]；Ceanom(元素鈰的均值分析)>-0.1為Ce富集，指示缺氧、還原的古水體環(huán)境[24]。

研究區(qū)U、V、Th、Ni等元素分析結(jié)果顯示，主要目的層Th/U值主要為2.54～6.88，由下至上逐漸變大；V/(V+Ni)值主要為0.76～0.80；&U為0.62～0.79；Ceanom為-0.053～-0.063?？傮w結(jié)果表明，研究區(qū)山西組沉積時(shí)期水體環(huán)境為閉塞厭氧環(huán)境，盒8段沉積時(shí)期為弱氧化—氧化環(huán)境(表1)。

2.4 元素對(duì)古水深的反應(yīng)

元素的聚集和分散與水的深度有一定相關(guān)性[9]。通過(guò)一些主微量元素之間的比值可以指示沉積巖形成時(shí)的古水深。

Rb和K在水中的遷移和富集均與黏土礦物密切相關(guān)，并且Rb比K更容易被黏土吸附而遠(yuǎn)移[25，26，27]。Rb/K的值越大，表明水體越深。而Zr/Al的值與此正好相反[28]。盒8段、山1段、山2段Rb/K的平均值分別為0.0041、0.0065、0.0073，Zr/Al的平均值分別為0.0040、0.0039、0.0033，說(shuō)明從山2段—盒8段水體有變淺的趨勢(shì)。

表1 研究區(qū)山西組—下石盒子組微量元素分析結(jié)果表

3 討論及結(jié)論

(1)研究區(qū)主要目的層山2段—盒8段沉積早期為溫暖潮濕的古氣候環(huán)境，到晚期盒8段沉積時(shí)期變?yōu)楦珊笛谉岬墓艢夂颦h(huán)境；水體鹽度由山西組向石盒子組逐漸變小，早期呈半咸水狀態(tài)，晚期逐漸變?yōu)槲⑾趟疇顟B(tài)；沉積水體由下向上逐漸變淺，水動(dòng)力條件逐漸增強(qiáng)；氧化還原環(huán)境總體為閉塞缺氧環(huán)境，由下向上氧化條件逐漸增強(qiáng)。

(2)縱向上山西組山2段沉積時(shí)期發(fā)育的溫暖潮濕的古氣候、閉塞厭氧環(huán)境為暗色泥頁(yè)巖系及煤系地層的形成及保存提供了基礎(chǔ)條件，該巖系成為盆地上古生界主要的烴源巖。由山2段向山1段沉積演變過(guò)程中，水體環(huán)境逐漸由閉塞厭氧環(huán)境演變?yōu)殚]塞貧氧環(huán)境，有機(jī)質(zhì)沉積總量逐漸減少，這也是本區(qū)山西組中上部生烴能力不足的主要原因。

(3)由山2段向盒8段水體逐漸變淺的特征為沉積砂體的發(fā)育提供了地質(zhì)條件，盒8段沉積時(shí)期發(fā)育淺水型三角洲，為該區(qū)大面積發(fā)育的物性較好的“駱駝脖子”砂巖提供了基礎(chǔ)條件，該巖層成為盆地內(nèi)主要的含氣層之一。

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AncientSedimentaryEnvironmentSignificanceRevealedbytheTraceElementsofShan2toHe8memberofUpperPaleozoicinYanan

Mengxiao，Lichunxia，Guirong

(1.NorthwestUniversity，Xi′an，Shanxi710069，China；2.ResearchInstituteofShaanxiYanchangPeteoleum(Group)Co.，Ltd.，Xi’an，Shanxi710075，China)

There is typical lithologic gas reservoir with low porosity and low permeability in Yan’an Upper Paleozoic in Ordos Basin. To identify the sedimentary system of the reservoir and the characteristics of the sedimentary environment，the response of trace elements of the main target reservoir are carried out Based on trace elements analysis，this paper focuses on climate，salinity，the depth of water as well as the redox environment in ancient time. The comprehensive analysis reveals that from the period of Shanxi formation to Shihezi formation，the climate changed from mild and wet to hot and drought，the depth of water became shallower，the salinity of water became brackish to semi-salty water，the redox and the environment changed from reducing environment to oxidizing environment gradually and paleosalinity is overall brackish phase-brackish phase. What’s more，the hydrodynamic conditions became stronger from the bottom. The sedimentary face for Shanxi formation was mainly front delta and the ones for Shihezi formation was mainly shallow delta front underwater distributary channel microfacies.

Ordos Basin，Upper Paleozoic，sedimentary environment，trace element

孟瀟(1985年生)，工程師，2007年畢業(yè)于西北大學(xué)，主要從事油氣地質(zhì)信息化工作。郵箱：19717215@qq.com。

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