内蒙古索伦地区上二叠统林西组古盐度分析

苏飞,李晓海,郑月娟,卞雄飞,张海华,张健 (沈阳地质矿产研究所,辽宁沈阳 110034)

内蒙古索伦地区上二叠统林西组古盐度分析

苏飞,李晓海,郑月娟,卞雄飞,张海华,张健 (沈阳地质矿产研究所,辽宁沈阳 110034)

通过对索伦地区索伦后山剖面泥岩样品中微量、常量元素和黏土矿物的测定,运用Sr/Ba比值法、B/Ga比值法、伽马蜡烷指数法、B元素法和Mg/Al比值法等5种方法,综合分析了索伦地区林西组沉积时水体的古盐度特征。结果表明,索伦后山剖面林西组沉积时为淡水环境。

古盐度;微量元素;定量恢复;林西组;索伦地区

二叠系林西组(P3l)在大兴安岭中南部地区均有分布,受晚古生代区域大地构造格局的控制,呈北东向展布。结合物探资料显示,P3l在火山岩地层覆盖之下仍然分布广泛,且厚度巨大。区内P3l共有3个沉积中心,北部为嫩江-黑河中心,中部为索伦-碾子山中心,南部为林西-扎鲁特旗中心[1]。P3l发育有厚层的暗色泥页岩且泥页岩的生烃潜力良好,是大兴安岭地区晚古生代油气地质调查的重点层位之一[2-3]。不同研究者已经对P3l的古生物特征、区域对比、生烃潜力等进行了初步研究讨论[4-11],P3l沉积时期的海陆环境是学者们重点关注焦点之一。主要有2种观点,朱如凯、王永争、黄本宏等认为P3l为陆相沉积[12-14]或沉积初期为海陆交互相沉积,但主体为陆相沉积[15-16];余和中、和政军等人认为P3l主要为海相沉积[17-18]。索伦后山剖面位于中部沉积中心的索伦地区,笔者通过对其泥岩样品的常量、微量元素及黏土矿物含量测定,运用多种古盐度分析方法对研究区P3l沉积时期的古盐度特征进行详细分析,为P3l沉积环境研究提供基础资料。

1 地质概况及样品采集分析

笔者选取突泉-索伦沉积中心出露好、地层连续、倾角稳定的索伦后山剖面进行实测,并采集泥岩样品进行相关测试。实测剖面共计865m,厚度544.19m,未见顶底。岩性主要为灰黑色泥质板岩、粉砂质板岩,灰色泥质粉砂岩、细砂岩,未见林西-扎鲁特地区常见的粗粒碎屑岩,反映了该区P3l沉积时期水体较深。

索伦后山剖面共采集12块样品,国家地质实验测试中心分析了其常量、微量元素。长江大学油气资源与勘探技术教育部重点实验室分析了其黏土矿物含量,测试仪器为XD-2型X射线衍射仪。

2 古盐度分析

2.1 Sr/Ba比值

Sr和Ba的化学性质非常类似,但Sr的迁移能力及其硫酸盐化合物的溶解度远大于Ba。随着水体盐度逐渐加大,Ba首先以BaSO4的形式沉淀,则水体中的Sr相对于Ba富集;当盐度继续升高时Sr才开始以SrSO4的形式沉淀。因此沉积物中的Sr/Ba比值与水体的古盐度呈明显的正相关性,是古盐度恢复的常用分析方法之一[19-20]。一般来讲,当Sr/Ba的比值小于1,显示水体的沉积环境为淡水,如果Sr/Ba的比值大于1则为海相沉积,如果Sr/Ba比值介于0.6～1.0,普遍认为水体的沉积环境为半咸水相[21]。索伦后山剖面12件泥岩样品Sr/Ba比值介于0.1～0.18,平均值为0.14,表明其沉积环境为淡水环境。

2.2 B/Ga比值法

B的溶解度和迁移能力大于Ga,Ga先于B沉淀,只有水体的盐度升高后硼酸盐才开始沉淀。因此,B/Ga的比值可用于判断古盐度[22]。一般认为,如果B/Ga比值小于4为淡水,如果大于7或20则为海水[21]。索伦后山剖面泥岩样品B/Ga的比值介于1.87～2.75,平均值仅为2.33,远小于4,表明其沉积环境为淡水环境。

2.3 伽马蜡烷指数

伽马蜡烷指数为伽马蜡烷与C30藿烷的比值。其含量可以反映沉积岩的古盐度。高的伽马蜡烷含量可以作为古高盐环境的证据之一[23-25]。水体盐度与伽马蜡烷指数呈正相关[26-27]。一般认为伽马蜡烷指数小于0.2为淡水-半咸水;大于0.2为半咸水-咸水。索伦后山剖面暗色泥岩伽马蜡烷指数分布在0.16～0.25,平均值0.19,显示其形成于淡水环境。

2.4 B元素法

图1 B含量及其校正图

自然界水体中B的浓度是盐度的线性函数,而黏土矿物能从溶液中吸收B并将其固定,且不会因为后期水体B浓度下降而被解吸。不同黏土矿物从水中吸附B的能力不同,伊利石最强,蒙脱石和高岭石等次之。为了消除不同黏土矿物对B吸附的差异性,Walker提出了B含量校正公式。Walker[28-29]提出的公式为校正B含量=8.5×[B样品/K2O(%)]。而伊利石的B含量又与K含量有关,为了在同等条件下对比,需计算相当于K2O为5%时的B含量,称为“相当硼含量”。一般根据Walker公布的理论换算曲线,通过图解法求取“相当硼含量”(见图1)。Walker[27]认为,在相当B含量超过400×10-6为超盐度环境,(300～400)×10-6为正常海水环境,(200～300)×10-6为半咸水环境,而相当B质量分数小于200×10-6时则是低盐度环境的沉积产物。索伦后山剖面样品相当B含量均小于200×10-6,表明索伦后山剖面样品为淡水环境。

在以上校正基础上,以佛伦德奇吸收方程为模型[30],Adams和Couch提出了泥岩古盐度计算公式。Adamas公式主要适用于以伊利石为主的泥岩样品,而Couch公式则考虑了不同黏土矿物的存在及黏土矿物吸附能力的大小,更符合自然界的实际情况,更适合陆相地层。

Adamas公式计算显示索伦后山剖面泥岩样品的古盐度介于1.75‰～9.57‰,平均值为5.98‰; 而Couch公式的结果为4.77‰～8.26‰,平均值为6.55‰。均表明索伦后山剖面P3l沉积环境为淡水沉积环境。2种计算结论一致。

2.5 Mg/Al比值法

高的Mg O的含量说明沉积岩亲海,高的Al2O3的含量说明沉积岩亲陆,张士三[34]认为Mg和Al含量的比值m(m=100×MgO/Al2O3)是沉积环境中古盐度的综合指标,一般认为m＜1为淡水环境;1＜m＜10为半咸水环境;m＞10为咸水环境。且沉积岩中m值得变化过程及程度可以反映沉积环境中盐度的变化过程及变化程度。索伦后山剖面泥岩m值介于7.16～11.18,平均值为8.55。显示索伦后山剖面中段盐度稍高,而顶底较低,总体沉积环境为淡水环境。

综上各种分析方法可知,索伦后山剖面P3l为淡水沉积环境。

3 结论及意义

元素的迁移变化比岩性更敏感。运用Sr/Ba比值法、B/Ga比值法、伽马蜡烷指数法、B元素法和Mg/Al比值法5种方法,定性或定量分析了索伦地区P3l的沉积环境类型,显示索伦后山P3l泥岩的沉积环境均为淡水环境。索伦地区运用上述5种方法恢复古盐度是切实可行的。

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[编辑] 辛长静

TE121.3+.1

A

1673-1409(2014)32-0031-03

2014-07-14

中国地质调查局项目(1212011120970;1212011121086)。

苏飞(1983-),男,硕士生,现主要从事沉积与油气地质等方面的研究工作。