关键词:
黑色页岩
地球化学
沉积环境
下寒武统
城口-宜昌地区
摘要:
城口-宜昌地区下寒武统水井沱组黑色页岩是一套重要的区域性烃源岩,也是当前页岩气勘探的重要目的层系,探讨其沉积古环境及沉积模式有助于促进对该地区地质历史演化的认识,推动油气勘探进展,为页岩气勘探提供科学依据。本文通过野外剖面的详细观测,利用薄片鉴定、扫描电镜分析、全岩及黏土矿物X射线衍射(XRD)测试、有机碳(TOC)及主微量元素测试等,分析了宜昌地区水井沱组黑色页岩的岩矿和地球化学特征,探讨沉积古环境,并结合所收集的城口地区水井沱组黑色页岩资料对比分析两地黑色页岩岩石矿物特征、地球化学差异、形成环境,取得了以下认识和成果:
根据宜昌地区范围内钻井和野外剖面观察揭示,宜昌地区水井沱组沉积一套黑色碳质页岩、结核状磷块岩和粉砂质页岩,反映水体相对较深、能量较低的深水陆棚沉积环境。纵向岩性变化大,横向分布稳定,整体来看,黑色页岩厚度在不同位置变化较大,从8 m~305 m不等,但大部分厚度大于50 m。从平面上看,黑色页岩厚度东西方向差异较大呈现西厚、东薄的特征。城口地区百果园剖面水井沱组出露厚度超过100 m,该剖面水井沱组地层与灯影组地层呈平行不整合接触,岩性以灰色-灰黑色页岩为主,底部含碳酸盐结核,黑色页岩厚度变化相对于宜昌地区较小。
城口地区百果园剖面水井沱组黑色页岩中的Si O2、Al2O3、Na2O含量相对于宜昌地区西寺坪剖面水井沱组黑色页岩明显较高,而K2O、Ca O含量相对于西寺坪剖面水井沱组黑色页岩的含量较低。宜昌地区西寺坪剖面水井沱组黑色页岩中Sb、Sr、U元素富集较为明显,V、Ni、Cu元素相对富集,Cr、Co、Rb、Zn、Th元素较为亏损,而城口地区百果园剖面水井沱组黑色页岩明显富集Ba、U,相对富集V、Ni,亏损Co、Cr、Rb、Ce、Th、Hf等元素。
根据氧化还原特征元素比值V/(V+Ni)、δU,以及MoEF-UEF协同变化关系结合草莓状黄铁矿粒径特征,分析得出宜昌地区西寺坪剖面水井沱组黑色页岩主要是以缺氧环境为主,局部地区达到硫化程度。而城口地区水井沱组黑色页岩沉积环境经历了由缺氧→次氧化→缺氧→次氧化的变化。
宜昌地区水井沱组黑色页岩CIA(化学蚀变指数)均值为67.59,气候以温暖湿润为主,与城口地区古气候特征基本一致。此外,城口及宜昌地区水井沱组黑色页岩底部Ba/Sr值均显示大于1,δEu强烈正异常,指示该地区水井沱组黑色页岩底部可能受到间歇性热液活动影响。
宜昌地区早寒武世水井沱组沉积期古水深具有由浅到深的变化特征,且明显受到古气候因素控制。而城口地区早寒武世水井沱组沉积期古水深波动性较强与古气候基本无相关性。