内蒙古克什克腾东南部元素地球化学异常的油气示踪

杨碧莹，潘爱芳，陈树旺

（1．长安大学 地球科学与资源学院，陕西 西安 710054；2．中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁 沈阳 110032）

0 引 言

地质体中地球化学元素的含量是地壳演化过程中各种地质作用的综合结果［1］。能源矿产的形成也是有机地球化学和无机地球化学共同作用的产物，因此以前仅局限于用有机地球化学理论去研究有机矿产以及用无机地球化学理论去研究无机矿产，远远不能全面解决能源矿产成藏（矿）中的各种问题，迫切需要通过多种学科交叉研究，来逐步解决一些问题。

目前，很多学者尝试探讨有机矿产研究中相对薄弱的无机地球化学，揭示有机与无机矿产的关系［2］。在无机地球化学研究中，微量元素地球化学近20年来得到了迅猛发展和广泛应用，成为地球化学领域中的一个重要分支学科［3－4］。无机组分虽然不是油气的基本组分，但它们种类繁多，与油气烃类的生成运移有着不可分割的联系。因此，研究与油气田伴生的微量元素，是一种有效的地球化学勘查方法［5］。研究微量元素共生组合对解决地质学许多重大问题具有重要意义，如揭示地质作用中各源区特征及其后期地质作用中的各种地球化学行为［6－7］。基于此，笔者运用无机地球化学方法来寻找油气潜力区段，通过分析研究区内铁族元素、低温元素、高温元素异常特征，圈定这些元素的组合异常，并利用元素组合异常分布特征初步预测含油气有利区段。

1 研究区概况

研究区位于克什克腾—五分地—喀喇沁—敖汉—赤峰—建平地区。主要地层为：二叠系中统林西组（P2l）灰绿色长石岩屑砂岩，灰绿色、灰黑色粉砂岩，灰黑色、灰绿色板岩，灰黑色泥质板岩；侏罗系上统义县组（J3y）火山碎屑岩、英安岩；侏罗系上统白音高老组（J3b）中酸性火山岩、凝灰砂页岩；侏罗系上统玛尼吐组（J3mn）中基性—酸性火山岩；侏罗系上统满克头鄂博组（J3m）火山岩、火山碎屑岩及正常沉积岩组成的含煤地层；白垩系热河群义县组（K1y）中酸性火山岩、火山碎屑岩、酸性火山岩、碱性火山岩、火山碎屑岩夹碎屑岩；第三系汉诺坝组（N1h）灰黑色玄武岩夹杂砂质黏土（图1）。

研究区内断裂构造较为发育，其中近东西向的西拉木伦深大断裂和黑里河—宋三家断裂分别发育在北部和南部，北东向的红山八里罕断裂和锦山美林断裂分别发育在中部和东南部。西拉木伦深大断裂长1 100km以上，影响宽度大于10km，最宽可达30～40km，呈近东西向展布，是一条多次活动长期发展的超岩石圈深大断裂带，具有重要的构造意义。黑里河—宋三家断裂长约100km，沿走向呈舒缓波状，在东段被北北东向断裂切错。红山—八里罕韧性剪切带走向为北东30°，倾向南东，倾角30°～50°，宽度5～10km。韧性剪切带切过前寒武纪变质岩和喀喇沁花岗岩体的东部边缘，形成清楚的糜棱岩面理（图1）。

研究区内岩浆岩主要为晚三叠世二长花岗岩、晚侏罗世花岗闪长斑岩、晚侏罗世石英二长斑岩、侏罗世花岗岩、早白垩世二长斑岩、早白垩世花岗斑岩（图1）。

2 元素地球化学异常的圈定

以测区背景平均值X加二倍标准离差2s求出单元素异常下限计算值T0。单元素含量高于T0的都是地球化学异常，单元素含量低于T0的则属于地球化学背景范围；标准离差s用来评估数据波动程度，波动程度越大，成矿几率越大。在此基础上，结合地球化学等量线、圈定效果、各元素的背景含量、离散情况，确定全区元素的最终异常下限使用值T1（表1）。

本文数据来源于原地质矿产部基础地球化学调查克什克腾旗 K－50－（10）、五分地 K－50－（11）、赤峰K－51－（17）、敖 汉 旗 K－50－（18）、喀 喇 沁 旗 K－50－（23）、建平 K－50－（24）1∶200 000水系沉积物测量成果报告资料。以全区元素的最终异常下限使用值为界限，用MAPGIS软件制作单元素地球化学异常图，在此基础上圈定组合异常。

图1 研究区地质图Fig．1 Geology Map of Study Area

3 元素异常分布特征

依据元素化学性质以及元素对油气的指示作用，将研究区元素分为7个元素组合：①Ni、Cr、Co、V、Ti、Fe、Mn等铁族元素组合；② Ca、Sr、Ba、Si、K等造岩元素组合；③ W、Sn、Bi、Mo等高温元素组合；④ Cu、Pb、Zn、Cd等中温元素的组合；⑤ Ag、As、Sb、Hg等低温元素组合；⑥ B、P、F等岩浆射气元素组合；⑦ Be、Li、Y、Th、La、Rb、Zr等稀有稀土元素组合。

3．1 铁族元素

铁族元素（Fe、Ni、Cr、Co、V、Ti、Mn）在研究区内发育有五分地—土城子—赤峰—北十二家子环状异常带（异常Ⅰ～Ⅶ），规模大，异常强度高，重合性好，连续性很好，具有较好的浓集中心。另外，在该环带南东缘，异常呈串珠状分布（异常Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ），连续性较好；广德公镇西南向发育2条小规模近平行排列的北西向异常带（异常Ⅷ、Ⅸ），异常强度较高，浓集中心明显，呈串珠状线性分布，异常长轴呈北西向，连续性较好；研究区南部大明镇西南向（异常Ⅹ）有零星分布的铁族元素异常，异常强度较低，连续性差，无浓集中心（图2）。

表1 单元素异常下限Tab．1 Anomaly Threshold of Each Single Element

图2 铁族元素组合异常Fig．2 Combination Anomaly of Iron Group Elements

铁族元素是地表化探中常用指标［8］。油气藏或者油气田水及其周围均为酸性环境，铁族元素易于流体迁移而产生富集，富含铁族元素的油气藏或者油气田水沿着盆地或圈闭边缘的微裂隙，随微渗漏烃以离子或络合物形式迁移到地表，形成后生地球化学异常。值得注意的是，如果仅仅存在微渗漏烃的作用，高背景场是无法形成的，而应该同时存在裂隙或微裂隙才可能形成，且往往形成于盆地边缘或圈闭边缘，呈环状，且油气藏边缘为高值异常区［9－11］。因此，可以推断铁族元素高值环带内的地球化学低背景区为含油气有利区段。另外，铁族元素高值环带内的低值区内有2条北西向异常带（异常Ⅷ、Ⅸ），可知此处有断裂发育，但是从图2可以看出，此异常规模较小，不足以对含油气有利区段形成破坏，因此可以推断铁族元素高值环带内的地球化学低背景区为含油气有利区段。此外，铁族元素高值环带中虽然广泛分布白垩系和侏罗系火山岩，但这些火山岩都属于中酸性火山岩，而门捷列夫元素周期表中除铁族元素之外的副族元素都是典型的亲花岗岩成矿元素［12－14］，因此中酸性火山岩不能形成铁族元素高值，铁族元素高值环带的形成与白垩系和侏罗系火山岩无密切关系。

3．2 低温元素

低温元素（Ag、As、Sb、Hg）在克什克腾正西向有一异常区（异常Ⅰ），规模小，异常强度高，重合性较好，有浓集中心，但不明显，连续性较好，异常长轴近东西和北北东向；在克什克腾南东向有一北东向异常带（异常Ⅱ、Ⅲ），规模小，异常强度高，重合性较好，有一明显浓集中心，呈串珠状分布，线性明显，连续性较好，异常长轴近北东向；五分地—土城子镇一带的北东向异常带和广德公镇东南部的北东向异常带平行（异常Ⅳ～Ⅵ），规模小，异常强度高，重合性好，有明显浓集中心，呈串珠状分布，连续性好，异常长轴呈北东向；在敖汉旗西北部分布一条北东向异常带（异常Ⅶ），规模小，异常强度较高，重合性较好，呈串珠状分布，连续性差，有浓集中心（图3）。

图3 低温元素组合异常Fig．3 Combination Anomaly of Low－temperature Elements

低温元素中，Hg对油气有很好的指示作用。Hg是石油和天然气中普遍存在的非烃类气态组分，Hg异常可以推断下伏油气田的分布范围［8］。研究区Hg在铁族元素高值环带内的低值区呈现高值异常，该高值异常地质构造关系不明显。由此可以推断，该低值区下方可能有油气藏存在，这和铁族元素地球化学异常对含油气有利区的推断是一致的。Hg异常在铁族元素高值带也有零星分布，这些异常可能受到断裂控制，Hg沿着断裂运移到地表，形成Hg异常。

3．3 高温元素

高温元素（W、Sn、Bi、Mo）在克什克腾有一异常区（异常Ⅰ），规模大，异常强度高，重合性较好，有明显浓集中心，连续性好，异常长轴呈北东向；在克什克腾东南部有一北东向异常带（异常Ⅱ），规模大，异常强度高，重合性好，有明显的浓集中心，呈串珠状分布，连续性好，异常长轴近北东向；在五分地—广德公一带有一北西向异常带（异常Ⅲ、Ⅳ），规模小，异常强度较高，呈串珠状分布，连续性差，有浓集中心；在旺业甸—喀喇沁—黑水—敖汉一带分布一条北东向异常带（异常Ⅶ～Ⅸ），规模大，异常强度较高，重合性差，呈串珠状分布，连续性差，有浓集中心，但不明显，异常长轴呈北东向（图4）。

钨钼族元素组合异常分布特征与铁族元素组合异常分布特征相反，它在铁族元素高值环带呈现低值，而在铁族元素高值环带内的低值区呈现高值。花岗岩中钨钼族元素的含量较高［15］。研究区异常Ⅰ～Ⅲ、Ⅵ和花岗岩背景值的分布是一致的，说明地球化学低值区没有高温热液活动，这可以推断含油气有利区段没有受到高温热液的破坏。在地质图中，异常Ⅶ～Ⅸ组成的异常带是沿着北东向的大断裂分布，由此推断此异常是受断裂构造控制。

图4 高温元素组合异常Fig．4 Combination Anomaly of High－temperature Elements

4 结 语

（1）铁族元素在五分地—土城子—赤峰—北十二家子呈高值环状异常带，在该异常环带所圈闭的区域内，发育地球化学低背景区。据此推断认为：该地球化学低背景区是寻找油气的有利区域；低温元素异常在铁族元素高值环带内的低背景区呈现高值异常。其中，Hg对油气有很好的指示作用，Hg元素在铁族元素高值环带内的低值区呈现高值异常，因此该铁族元素高值环带内的地球化学低背景区下方可能有油气藏存在。

（2）高温元素在铁族元素高值环带内的地球化学低值区呈高值异常，其与花岗岩在地质上的分布是一致的，这说明含油气有利区段没有受高温热液的破坏。虽然铁族元素在其高值环带内的地球化学低值区内有2条北西向的异常带，其可能受小型断裂构造控制，但其规模小，不足以对含油气有利区段形成破坏，因此铁族元素高值环带内的地球化学低背景区为含油气有利区段。

［1］ 彭省临，杨中宝，李朝艳，等．基于GIS确定地球化学异常下限的新方法［J］．地球科学与环境学报，2004，26（3）：28－31．PENG Sheng－lin，YANG Zhong－bao，LI Chao－yan，et al．New Method to Determine Geochemical Anomalies Lower Limit Based on GIS［J］．Journal of Earth Sciences and Environment，2004，26（3）：28－31．

［2］ 潘爱芳，王方一，张道法，等．利用Q型聚类分析研究鄂尔多斯盆地多种能源矿产间的关系［J］．地球科学与环境学报，2010，32（1）：48－53．PAN Ai－fang，WANG Fang－yi，ZHANG Dao－fa，et al．Q－clustering Analysis for Relationship Among Multiple Energy Mineral Deposits in Ordos Basin［J］．Journal of Earth Sciences and Environment，2010，32（1）：48－53．

［3］ 赵振华．微量元素地球化学原理［M］．北京：科学出版社，1997．ZHAO Zhen－hua．Trace Element Geochemical Principle［M］．Beijing：Science Press，1997．

［4］ 岑 况，陈 媛．大陆地壳中元素地球化学分异指数排序模式［J］．地学前缘，2011，18（1）：56－62．CEN Kuang，CHEN Yuan．The Ordering Mode of Geochemical Differentiation Index of Elements in Continental Crust［J］．Earth Science Frontiers，2011，18（1）：56－62．

［5］ 汤玉平，李鼎民，陈银节，等．微量元素在油气化探中的应用［J］．物探与化探，2008，32（4）：350－353．TANG Yu－ping，LI Ding－min，CHEN Yin－jie，et al．The Application of Trace Elements to Geochemical Exploration for Oil and Gas［J］．Geophysical and Geochemical Exploration，2008，32（4）：350－353．

［6］ 董申保．地壳物质组分的共生组合法则［J］．地学前缘，1998，5（3）：59－66．DONG Shen－bao．On the Rule of Paragenetic Associations of Constituents of Earth's Crust［J］．Earth Science Frontiers，1998，5（3）：59－66．

［7］ 柳炳利，郭 科，王 维，等．非线性地球化学矿化元素组合求异方法在西藏洞噶普矿区的应用［J］．地学前缘，2012，19（2）：256－265．LIU Bing－li，GUO Ke，WANG Wei，et al．The Nonlinear Methods Concerning Metallogenic Element Association for Seeking Geochemical Anomaly in Donggapu Mining Area，Tibet［J］．Earth Science Frontiers，2012，19（2）：256－265．

［8］ 王国建，程同锦，汤玉平，等．微量元素方法应用于近地表油气化探研究进展［J］．物探与化探，2006，30（3）：236－239．WANG Guo－jian，CHENG Tong－jin，TANG Yu－ping，et al．The Advances in Applying the Trace Element Method to Near－surface Oil and Gas Geochemical Exploration［J］．Geophysical and Geochemical Explora－tion，2006，30（3）：236－239．

［9］ 潘爱芳，赫 英，马润勇．鄂尔多斯盆地地表元素地球化学场与能源矿产关系初探［J］．石油与天然气地质，2004，25（6）：629－633．PAN Ai－fang，HE Ying，MA Run－yong．Preliminary Study of Relation Between Geochemical Field of Surface Elements and Energy Minerals in Ordos Basin［J］．Oil and Gas Geology，2004，25（6）：629－633．

［10］ 潘爱芳，赫 英，黎荣剑，等．鄂尔多斯盆地基底断裂与能源矿产成藏成矿的关系［J］．大地构造与成矿学，2005，29（4）：459－464．PAN Ai－fang，HE Ying，LI Rong－jian，et al，Relation Between Basement Fractures and Formation of Energy Resources in Ordos Basin［J］．Geotectonica et Metallogenia，2005，29（4）：459－464．

［11］ 潘爱芳，赫 英，徐宝亮，等．鄂尔多斯盆地基底断裂地球化学特征研究［J］．西北大学学报：自然科学版，2005，35（4）：440－444．PAN Ai－fang，HE Ying，XU Bao－liang，et al．A Study on Geochemistry Feature of Basement Fractures in Ordos Basin［J］．Journal of Northwest University：Natural Science Edition，2005，35（4）：440－444．

［12］ 姜莲婷，陈国能．副族元素的成矿作用与矿田类型［J］．地学前缘，2011，18（1）：95－101．JIANG Lian－ting，CHEN Guo－neng．Metallogenesis of Subgroup Elements and Related Ore Fields［J］．Earth Science Frontiers，2011，18（1）：95－101．

［13］ 陈国能．花岗岩成因与成矿理论研究进展——原地重熔说与元素地球化学场简介［J］．地球科学进展，1998，13（2）：140－144．CHEN Guo－neng．Advances in the Study of Genesis and Metallogeny of Granite—A Briff Introduction of the Melting In－situ Hypothesis and Geochemical Field of the Elements［J］．Advance in Earth Sciences，1998，13（2）：140－144．

［14］ 陈国能．元素地球化学场及其地学意义［J］．地球化学，1998，27（6）：566－574．CHEN Guo－neng．Geochemical Field of the Elements and Its Geo－implications［J］．Geochimica，1998，27（6）：566－574．

［15］ 苏玉平，唐红峰．A型花岗岩的微量元素地球化学［J］．矿物岩石地球化学通报，2005，24（3）：245－251．SU Yu－ping，TANG Hong－feng．Trace Element Geochemistry of A－type Granites［J］．Bulletin of Mineralogy，Petrology and Geochemistry，2005，24（3）：245－251．