安徽宿松地区中二叠统栖霞组上升流相烃源岩地球化学特征

柴 华 （长江大学地球科学学院；长江大学工程技术学院，湖北 荆州434023）

胡望水 （长江大学地球科学学院，湖北 荆州434023）

唐友军 （长江大学地球化学系，湖北 荆州434023）

肖传桃 （长江大学地球科学学院，湖北 荆州434023）

张春明 （长江大学地球化学系，湖北 荆州434023）

林小云 （长江大学地球科学学院，湖北 荆州434023）

安徽宿松地区中二叠统栖霞组上升流相烃源岩地球化学特征

柴 华 （长江大学地球科学学院；长江大学工程技术学院，湖北 荆州434023）

胡望水 （长江大学地球科学学院，湖北 荆州434023）

唐友军 （长江大学地球化学系，湖北 荆州434023）

肖传桃 （长江大学地球科学学院，湖北 荆州434023）

张春明 （长江大学地球化学系，湖北 荆州434023）

林小云 （长江大学地球科学学院，湖北 荆州434023）

下扬子区栖霞组普遍发育与碳酸盐岩共生的硅质沉积，关于硅质沉积成因的讨论认识不一。从上升流成因的角度对安徽宿松地区中二叠统栖霞组进行了野外观察和室内分析，发现研究区出露的上升流岩相类型主要为燧石条带、硅质细纹层、硅质岩及泥晶生物碎屑灰岩等。根据其岩相组合特征将该地区上升流相划分为2个亚相，4个微相。通过对16个样品的有机地化分析，认为各上升流相烃源岩的有机质类型大致为Ⅱ－Ⅲ型，成熟度为成熟－高成熟，总体上看，生烃潜量与有机质丰度呈正相关，综合评价认为，研究区栖霞组上升流相有效烃源岩为硅质薄层和臭灰岩中燧石条带。根据常量元素、微量元素分析认为该区硅质沉积为上升流成因，而原生生物或生物化学成因是上升流成因的一种类型，研究区上升流成因类型样品Al2O3含量均在2%以内，且与SiO2相关性不强。利用V/（V＋Ni）、V/Cr比值研究认为，研究区栖霞组上升流沉积是在浅海斜坡含氧－贫氧过渡环境下沉积的，相比较而言，硅质薄层微相还原程度相对较高。

安徽宿松；栖霞组；上升流相；烃源岩；地球化学特征

下扬子区栖霞组普遍发育与碳酸盐岩共生的硅质沉积。目前关于硅质沉积成因的讨论认识不一，主要有4种观点：生物或生物化学成因、热水沉积成因、火山作用及热液交代成因［1～3］。针对此问题，吕炳全等［4］通过研究下扬子区发育的层状硅质岩、燧石条带等硅质沉积，提出了上升流成因。近年来吕炳全［5］、胡望水［6］、肖传桃［7，8］等主要从沉积、古生物方面研究了下扬子区古生代上升流的沉积特征、沉积环境及古生态特征，胡望水等［9］还提出了华北中上元古界上升流相模式，鄢菲等［10］对下扬子区中二叠统上升流相与烃源岩关系进行了初步探讨。国外一些研究者也注意到上升流发育对烃源岩的影响，Parrish［11］讨论了上升流与烃源岩的关系，Piper等［12］提出了上升流模式，Embry等［13］从沉积、古生物、地化方面对上升流区出现的沉积物进行了研究。

上升流相是上升流环境下形成的沉积体的综合，上升流相烃源岩是其中重要的一部分，并且是沉积学和石油地质学研究的一个交叉的新领域。目前针对上升流相烃源岩的研究较少。笔者主要从地球化学特征入手，通过对安徽宿松坐山中二叠统剖面观察和采样，研究了栖霞组上升流相烃源岩的地球化学特征，并确定了上升流相有效烃源岩，这为解决下扬子区烃源岩成因问题提供了新的途径和依据，有利于推动古生代上升流沉积的研究。

1 剖面简介

下扬子区中二叠统栖霞组根据岩性和组合特征可分为5段：下部臭灰岩段、下部硅质层段、栖霞本部灰岩段、上部硅质层段以及顶部灰岩段。与上覆孤峰组呈整合接触，与下伏船山组呈整合接触或平行不整合接触。安徽宿松坐山中二叠统剖面的地理位置为N30°10.544′，E116°13.906′，位于安徽省宿松县东20km的坐山，剖面出露的栖霞组地层相对完整，累计厚度为198.8m，但未见上部硅质层段 （图1）。

图1 实测剖面岩性柱状图

剖面栖霞组顶部灰岩段岩性为深灰色中－厚层含生物碎屑泥晶灰岩，中部含少量燧石条带；本部灰岩段岩性主要以深灰色中－厚层泥晶生物碎屑灰岩为主，富含燧石结核、燧石团块及燧石条带；下部硅质层段为灰色薄－中层硅质岩；下部臭灰岩段主要为深灰色中－厚层含燧石结核、团块或燧石条带泥晶生物碎屑灰岩，与本部灰岩段岩性相似，敲之带臭鸡蛋味。在臭灰岩段和本部灰岩段中首次发现典型的上升流沉积构造——硅质细纹层，层理为极薄的微细硅质层或纹层，纹层呈波状起伏，顶底面不平整。硅质细纹层主要有2种产出状态，一种主要发育于泥晶生物碎屑灰岩或臭灰岩中，另一种主要是硅质结核与硅质细纹层的交互形式，且往往是硅质结核、硅质条带和硅质细纹层共生。

2 上升流相类型

上升流是外来水体，主要由大洋底层流带来或由海洋表层风海流造成，给一定的近岸、浅海区带来富氧、富硅、富营养盐和低温水体，笔者把这种环境下的沉积组合称之为上升流相。

通过对安徽宿松地区中二叠统栖霞组的野外观察与室内分析，发现研究区出露的上升流岩相类型主要为燧石条带、硅质细纹层、硅质岩及泥晶生物碎屑灰岩等。根据其岩相组合特征可将该地区上升流相划分为2个亚相，4个微相 （表1）。硅质岩亚相主要为薄－中层硅质岩或硅质细纹层与泥晶生物碎屑灰岩互层等。其中，硅质岩微相仅出露在下部硅质层段，表现为灰色薄－中层硅质岩。硅质薄层微相中硅质细纹层呈波状起伏，顶底面不平整，主要发育于栖霞组下部臭灰岩段和本部灰岩段。含燧石条带泥晶生物碎屑灰岩亚相主要出露于下部、本部及顶部灰岩段，燧石条带多呈平行层面状态产出。依据其围岩的岩性差异可进一步划分为含燧石条带臭灰岩微相和含燧石条带泥晶灰岩微相。

表1 安徽宿松地区中二叠统栖霞组上升流相类型

3 样品与测试

16块样品分别采自栖霞组各个岩性段，其中17－D1样品采集于下部硅质层段，18－D3、18－D4、19－DX5和20－DX1样品取于本部灰岩段，27－D1样品取于栖霞组顶部灰岩段，其余样品均采集于下部臭灰岩段。除5－D2和17－D1样品岩性为层状硅质岩，10－DX1、14－DX3、18－D4和20－DX1岩性为硅质细纹层外，其他样品均为燧石条带。分析仪器包括X－射线荧光光谱仪、CS－200碳硫分析仪、EL cube CHNSO元素分析仪和OGE－Ⅱ油气评价工作站。

4 上升流相烃源岩地球化学特征

4.1 有机地球化学特征

研究区上升流相烃源岩的有机地化特征已有报道［10］，但未涉及各上升流微相烃源岩的有机地化特征，无法确定上升流相有效烃源岩。

通过对16个样品的有机地化分析 （表2），认为各上升流微相烃源岩的有机质类型大致为Ⅱ－Ⅲ型，成熟度为成熟－高成熟。但有机质丰度差异明显，其中硅质薄层微相烃源岩有机碳含量 （TOC）值最高，最大可达1.15%，均值为0.73%。含燧石条带臭灰岩微相次之，TOC值最大可达0.91%。含燧石条带泥晶灰岩微相TOC值较低，而硅质岩微相烃源岩有机质丰度最低。综合评价认为栖霞组上升流相烃源岩中硅质薄层相对有利，臭灰岩中的燧石条带次之，而泥晶灰岩中的燧石条带和硅质岩相对较差。各样品的生烃潜量 （S1＋S2）普遍偏低，但总体上看，它与有机质丰度呈正相关，硅质薄层微相生烃潜量相对较高，硅质岩微相S1＋S2相对较低 （图2），这与上述结论是相符的。笔者认为该区栖霞组上升流相有效烃源岩为硅质薄层和臭灰岩中燧石条带。

表2 栖霞组上升流相烃源岩有机地化参数表

4.2 常量元素地球化学特征

16个样品中除硅质薄层外，其他上升流沉积SiO2含量为61.72%～99.97%，平均值为86.17%；CaO、Fe2O3、MgO含量平均值大于1%，Al2O3、Na2O、K2O含量相对低 （表3）。由于硅质薄层多为微细层理，因而分析结果中残余灰质成分较大，CaO含量明显较其他微相高。根据Al2O3与SiO2相关图 （图3）可以看出，样品没有落入凝灰质硅质岩中，部分落入生物化学成因类型中。笔者认为研究区硅质沉积为上升流成因，而原生生物或生物化学成因是上升流成因的一种类型，研究区上升流成因类型样品Al2O3含量均在2%以内，且与SiO2相关性不强。

表3 栖霞组上升流相烃源岩常量元素分析参数表

图2 栖霞组上升流相烃源岩TOC与S1＋S2相关散点图

图3 不同成因类型硅质岩SiO2－Al2O3分布范围图

4.3 微量元素地球化学特征

从研究区各样品的微量元素含量 （表4）可以看出，大部分微量元素含量普遍偏低，但P含量相对较高。通常利用V/（V＋Ni）、V/Cr比值来判断缺氧环境［14］，认为缺氧环境下V/（V＋Ni）≥0.45，V/Cr≥2.0，反之则为含氧环境。从表4结果中发现，绝大部分样品V/（V＋Ni）＜0.45，V/Cr＜2.0，指示为含氧环境；少数样品V/（V＋Ni）≥0.45，指示为贫氧环境。其中硅质薄层微相V/（V＋Ni）相对较高，最高达0.53，均值为0.43；硅质岩微相最高达0.46，均值为0.31；含燧石条带臭灰岩微相最高达0.36，均值为0.22，含燧石条带泥晶灰岩微相最高达0.58，均值为0.35。这说明上升流各微相处在含氧－贫氧过渡环境中，相比较而言，硅质薄层微相还原程度相对较高。笔者推断研究区栖霞组上升流沉积是在浅海斜坡含氧－贫氧过渡环境下沉积的，当外来水体上升流进入含氧－贫氧过渡区时，由于上升流强度的差异及其他浅海生物的竞争等因素影响，使得硅质生物所需的营养盐不够充足，因而不能大量发育，造成了栖霞组沉积期上升流沉积多以薄层 （纹层状）硅质岩与碳酸盐岩互层或以燧石条带出现，而层状硅质岩非常少，这与下扬子区中二叠统孤峰组缺氧环境下沉积的大量层状硅质岩的现象是截然不同的。

表4 栖霞组上升流相烃源岩微量元素分析参数表

5 结 论

1）通过对16个样品的有机地化分析，认为各上升流微相烃源岩的有机质类型大致为Ⅱ－Ⅲ型，成熟度为成熟－高成熟，总体上看，生烃潜量与有机质丰度呈正相关，综合评价认为研究区栖霞组上升流相有效烃源岩为硅质薄层和臭灰岩中燧石条带。

2）常量元素分析表明，研究区硅质沉积为上升流成因，而原生生物或生物化学成因是上升流成因的一种类型，研究区上升流成因类型样品Al2O3含量均在2%以内，且与SiO2含量相关性不强。

3）利用V/（V＋Ni）、V/Cr比值研究认为，研究区栖霞组上升流沉积是在浅海斜坡含氧－贫氧过渡环境下沉积的，相比较而言，硅质薄层微相还原程度相对较高。

［1］孔庆玉，龚与觐.安徽巢县下二叠统硅质岩的成因 ［J］.石油与天然气地质，1986，7（2）：171～176.

［2］朱同兴.安徽南部下二叠统结核状硅质岩和层状硅质岩的沉积学特征及其成因探讨 ［J］.岩相古地理，1989，43（5）：1～7.

［3］杨玉卿，冯增昭.华南下二叠统层状硅岩的形成及意义 ［J］.岩石学报，1997，13（1）：111～120.

［4］吕炳全，瞿建忠.下扬子地区早二叠世海进和上升流形成的缺氧环境的沉积 ［J］.科学通报，1989，34（22）：1721～1724.

［5］吕炳全，王红罡，胡望水，等.扬子地块东南古生代上升流沉积相及其与烃源岩的关系 ［J］.海洋地质与第四纪地质，2004，24（4）：29～35.

［6］胡望水，吕炳全，王红罡，等.扬子地块东南陆缘寒武系上升流沉积特征 ［J］.江汉石油学院学报，2004，26（4）：9～11.

［7］肖传桃，丁静，胡望水，等.下扬子地区中二叠世上升流相区古生态学研究 ［J］.沉积学报，2009，27（2）：319～325.

［8］肖传桃，卢俊，胡望水，等.安徽宿松地区中二叠统上升流沉积的发现及其岩相组合类型 ［J］.石油天然气学报，2008，30（6）：19～23.

［9］胡望水，柴华，鄢菲等.华北地块中－上元古界上升流岩相类型及相模式 ［J］.石油天然气学报，2009，31（6）：32～37.

［10］鄢菲，胡望水，吕炳全，等.下扬子中二叠统上升流相与烃源岩的关系研究 ［J］.海洋石油，2008，27（2）：62～67.

［11］Parrish J T.Upwelling and petroleum source beds，with reference to Paleozoic［J］.AAPG Bulletin，1982，66（4）：750～774.

［12］Piper D Z，Link P K.An upwelling model for the Phosphoria Sea：a Permian，ocean－margin sea in the northwest United States［J］.AAPG Bulletin，2002，86（9）：1217～1235.

［13］Embry A F，Krajewski K P，Mork A.A Triassic upwelling zone：the Shublik Formation，Arctic Alaska，USA discussion［J］.Journal of Sedimentary Research，2002，72（5）：740～743.

［14］腾格尔，刘文汇，徐永昌，等.无机地球化学参数与有效烃源岩发育环境的相关研究 ［J］.地球科学进展，2005，20（2）：193～200.

Geochemistry Features of Up－current Facies Source Rocks from Qixia Formation of Middle Permian in the Susong Area of Anhui Province

CHAI Hua，HU Wang－shui，TANG Youj－un，XIAO Chuan－tao，ZHANG Chun－ming，LIN Xiao－yun（First Author's Address：College of Geosciences，Yangtze University；College of Technology and Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

Carbonate rocks siliceous deposits were prevalently developed in the Qixia Formation of Lower Yangtze Area.The discussion on the reason of the siliceous deposits was different.Though the study of field observation and laboratory analysis for the Qixia Formation of Middle Permian in the Susong Area of Anhui Province from the aspect of up－current，it was found out that the types of the up－current lithofacies were mainly chert strips，fine siliceous lamina，siliceous rocks and micritic bioclastic limestone.According to the features of the lithofacies combinations，it was divided into 2subfacies and 4up－current micro－facies.Though the organic geochemistry analysis on the 16samples，it was considered that the types of the organic matter of the up－current micro－facies source rocks were roughly divided into TypeⅡ，Ⅲ，the maturity is maturity－high maturity，in general，potential of hydrocarbon generation amount was positive correlation with organic matter abundance，comprehensive evaluation of effective up－current facies source rocks of Qixia Formation was siliceous thin layer and the chert strip in stinkstone in the area.According to the analysis on the macro－element and trace－element，it is considered that the reason of the up－current is siliceous deposit，however，the other reason of the up－current is protista or biochemistry.The content of Al2O3in the up－current is within 2%，and it is less correlated with SiO2.By studying the V/ （V ＋Ni），V/Cr，it is believed that the up－current deposits of Qixia Formation is in the transition environment bewteen rich oxygen and poor oxygen of the slope in the shallow sea，in comparison，the reduction degree of the thin layer for siliceous micro－facies is relatively high.

Susong Area of Anhui Province；Qixia Formation；up－current facies；hydrocarbon source rocks；geochemistry feature

TE122.1

A

1000－9752 （2012）03－0001－06

2012－02－13

国家自然科学基金项目 （40872099）；教育部博士点基金项目 （200804890002）；中国石油天然气集团公司石油科技中青年创新基金项目 （07E1026）。

柴华 （1983－），男，2005年大学毕业，博士生，现主要从事石油地质方面的教学与科研工作。

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