柴达木盆地西部第三系蒸发岩微量元素组成及其地球化学特征

3 常量元素组成及意义
5 ,CX26 和 CX27) 。稀土元素的一些地化参数也反 映了这种情况 (表 2) 。同时“小盐湖”和“大咸盆”样
总体上讲 ,蒸发岩是在沉积盆地水体中以化学 品的稀土组成还存在一些相似之处 :轻稀土含量高
方式沉淀下来的 ,所以它们的常量元素 (阳离子和阴 于重稀土含量 ( L R EE/ HR EE > 2. 99) , 分馏系数
表 1 用于微量元素测定的泥灰岩样品概况
点和左下角的两条线将三角形分为 3 个区域 :上部 为 Ca2Cl - 丰富的卤水 ,右下部为 Na +2HCO3- 2SO24 卤水 ,其余为 Cl - 2SO24 - 丰富的卤水 。察尔汗现代 盐湖卤水层由 40～100 份河水与 1 份断裂带上升卤 水混合 、蒸发形成 。这种卤水可以沉淀出石膏 、石
2003 年 第 27 卷 石油大学学报 (自然科学版) Vol. 27 No. 2 第 2 期 Journal of t he University of Petroleum , China Apr. 2003
文章编号 :100025870 (2003) 0220001205
油探井 ,所采样品全是岩心 ,经过筛选和清洗 ,除了 围各种岩类形成的 ,分析的狮子沟油田水化学组成
进行有机地球化学的化学分析之外 ,主要还进行了 (图 1 (c) ) 与断裂带上升卤水相似 。图 1 ( d) 给出了
泥灰岩的常量和微量元素分析 。常量元素是用紫外 上升卤水与河水混合 、蒸发形成的上述盐类模式 ,图
光谱测定的 ,其中包括金属离子和酸根 ( Ca2 + ,Na + , 中右上线中点为方解石结晶点 ,由该点到左上线中
K+ , Fe2 + , Cl - , SO24 - , CO23 - 等 ) ; 微 量 元 素 是 用 ICP2MS 测定的 ,其中包括稀土元素 、稀有元素 、铁 族元素 、亲铜元素 、分散元素 、放射性元素和钼钨族 等 44 个元素 。
关键词 :柴达木盆地 ;陆相盐湖 ; 蒸发岩 ; 微量元素 ; 地球化学特征 中图分类号 : P 595 文献标识码 :A
引 言
柴达木盆地现代盐湖是典型的高山深盆[1 ] ,国 内外学者对其进行了多方面的研究[2～4 ] ,其中包括 地球化学等研究[5 ] 。总体上讲 ,干旱和过分的蒸发 作用是盐湖形成的基本因素 。但是对于盐类来源以 及它们在盆地中分布规律一直存在不同看法 ,例如 有人认为是地表水溶蚀露头区矿物盐类 ,经过高度 蒸发浓缩而形成盐类沉积[6 ] ;还有人认为是深层卤 水通过活动的断层而进入盆地 ,并经过蒸发而沉淀 形成蒸发岩[7 ] ;也有人认为是混合来源的[3 ] 。盐类 是在浅水还是在深水条件下沉积形成 ,是盐湖成因 研究的另一焦点问题[8 ,9 ] 。此外 ,蒸发岩与生油岩 的共生作用也是值得深入研究的问题[10 ] 。因为这 些蒸发岩与生油岩和油气储集岩具有共生沉积作 用 ,即岩盐 、石膏与富含有机质的黑色 、深灰色泥页 岩和泥灰岩为互层或相变关系 ,泥灰岩和钙质泥岩 本身就具有生油能力 ,而且全区暗色泥页岩的钙质 含量普遍较高 、并含有膏盐晶体 ,因此引起了油气地 质工作者的广泛兴趣 。笔者已对柴达木盆地西部蒸 发岩沉积学进行了研究[11 ] ,现从蒸发岩系元素地球 化学特征等方面进行探讨 ,并对蒸发岩与生油岩的 共生组合作进一步研究 。
1 地质概况
柴达木盆地是由昆仑山 、阿尔金山和祁连山所 围的大型内陆湖盆 。渐新世至中新世在其西部形成 了大规模的盐湖沉积 ,即在下干柴沟组 ( E13) 、上干柴 沟组 ( E23) 和油砂山组 ( N1) 堆积了大量的蒸发岩类 : 岩盐 、石膏 、芒硝和碳酸盐 (以泥灰岩和钙质泥岩出 现) 等 。在平面上 ,蒸发岩的分布具有环状结构 :氯 化盐位于沉积中心部位 ,硫酸盐分布范围大于氯化 盐 ,碳酸盐分布范围最广 。其中碳酸盐主要是浅水 沉积 ,硫酸盐和氯化盐是较深水环境的产物 。由于 盆地周缘淡水供给的不均一性以及蒸发作用的持久 性 ,造成盐湖水体时深 、时浅 ,所以在氯化盐和硫酸 盐沉积区的纵向上 ,常见到氯化盐 、硫酸盐 、碳酸盐 的沉积旋回 。据此特征 ,笔者曾提出了“大咸盆套小 盐湖”的蒸发岩沉积模式[11 ] 。“大咸盆”是指分布广 泛的以钙质泥岩 、泥灰岩和粉砂岩沉积为主的浅水 环境 “; 小盐湖”是指位于“大咸盆”之中的以石膏 、岩 盐和泥灰岩等沉积为主的深水环境 。其中“小盐湖” 受狮子沟 芒崖深大断裂带控制 ,呈狭长带状分布在 狮子沟 —芒崖一带[11 ] 。
的 。Lowenstein 等人[3 ] 认为 ,察尔汗盐湖几米深的 (δ( Eu) 为 0. 63～0. 85 ,见表 2) 。
表 2 柴达木盆地第三系盐湖相泥灰岩稀土地球化学部分参数
参 数
CX21
CX22
CX23
样 品 号 CX24
ΣR EE/ (μg·g - 1)
105. 925
182. 857
174. 456
172. 371
L R EE/ HR EE
3. 195 0
4. 352 2
3. 685 1
3. 778 5
( w (La) / w ( Sm) ) N δ( Eu) 3
( w (La) / w ( Yb) ) N ( w ( Gb) / w ( Yb) ) N
3. 626 6 0. 666 9 7. 528 7 1. 419 9
4 稀土元素
在科里尔图解上可以清楚地看出 ,柴达木盆地 第三系盐湖沉积物稀土元素组成具有两个集团 (图 2) :一是各种元素含量都比较高的 、膏盐集中的“小
CX27
咸 21
920. 1
N
2 1
深灰色泥灰岩 (含石盐晶体)
盐湖”样品 ( CX21 , CX22 , CX23 和 CX24) ; 二是稀土 元素含量较低的膏盐不发育的“大咸盆”样品 ( CX2
柴达木盆地西部第三系 蒸发岩微量元素组成及其地球化学特征
金 强
(石油大学地球资源与信息学院 ,山东东营 257061)
摘要 :对柴达木盆地西部第三系盐湖相的研究提出了“大咸盆套小盐湖”的沉积模式 “: 小盐湖”是指由深大断裂 控制的主要堆积岩盐 、石膏 、泥灰岩和富含有机质生油岩的面积较小的深水沉积 “; 大咸盆”是指围绕“小盐湖”面积 很大的区域 ,其水体较浅 ,以钙质泥岩 、泥灰岩和砂泥岩沉积为主 。对在沉积中广泛含有的泥灰岩微量元素及其常 量元素的分析表明 ,与生油岩共生的泥灰岩和膏盐沉积物是深水强还原环境的产物 ,泥灰岩和钙质泥岩是浅水弱还 原条件下的沉积物 。同时发现“小盐湖”沉积物微量元素含量特别高 ,这可能与深大断裂的上升卤水或与来自地表 水的强烈蒸发作用有关 。对盐湖沉积物微量元素组成进行了分析 ,其中包括稀有元素 (含稀土元素) 、铁族元素 、亲 铜元素 、分散元素 、钨钼族元素及放射性等 40 多种元素 。阐述了蒸发岩与生油岩的成因联系 。
3) ,两者差别在 1 倍以上 。其中有几个样品的 Sc 未 检测到 ,故表 3 中未列出 Sc 的检测结果 。
经分析认为 ,柴达木盆地第三纪盐湖的成因机 制及其沉积环境控制了稀有元素的分布 。即膏盐沉
CBaidu Nhomakorabea23 CX24 CX25 CX26
狮 23
4 037. 3 E23
黑色泥灰岩 (夹无色石盐层)
狮 28
3 994. 3
E13
深灰色泥灰岩 (夹白色石膏条带)
建参 1 2 763. 5 E13
灰色泥灰岩 (含石膏晶体)
咸 21
859. 9
N
2 1
灰色泥灰岩
因此 ,此盐类的成因与察尔汗现代盐湖具有相似性 。
样品号 井号 深度/ m 层位
岩性
盐 、芒硝和钾盐等多种蒸发岩 。
CX21 CX22
狮 23 狮 23
4 001. 8 E23 4 007. 7 E23
深灰色泥灰岩 (夹白色石膏层)
深灰色泥灰岩 (夹褐色石盐层)
柴达木盆地西部第三纪在狮子沟 —芒崖一带有 深大断裂 (即 11 号断层) 活动 ,存在深层卤水形成的 条件 ,同时干旱气候又使盆地存在强烈的蒸发作用 ,
图 2 柴达木盆地第三系盐湖沉积物稀土元素科里尔图
5 其他稀有元素
除了稀土元素外 ,在柴达木盆地第三系盐湖沉
积物中还检测到 Li , Rb , Cs , Nb , Ta , Zr , Hf 和 Sc 等
稀有元素 ,而且发现其含量在“小盐湖”及“大咸盆” 样品中存在很大差别 ,前者含量高 ,后者含量低 (表
CX25 66. 872 2. 997 1 3. 861 6 0. 848 2 7. 906 4 1. 450 3
CX26 88. 972 3. 428 5 3. 523 6 0. 669 8 7. 617 1 1. 350 0
CX27 58. 469 3. 156 1 3. 976 6 0. 660 8 8. 155 4 1. 540 4
4. 304 8 0. 634 6 10. 534 9 1. 442 6
3. 881 6 0. 688 9 8. 903 8 1. 504 1
4. 194 8 0. 688 8 8. 092 5 1. 227 7
3 δ( Eu) 为科里尔图上 Eu 的相对比值 (该比值大于 1 为正异常 ,小于 1 为负异常) 。
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第 27 卷 第 2 期 金强 :柴达木盆地西部第三系蒸发岩微量元素组成及其地球化学特征
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石油大学学报 (自然科学版) 2003 年 4 月
2 样品与实验
水下存在一个永久性的卤水层 ,其蒸发矿物形成的 顺序先为方解石 、石膏 、芒硝 、石盐 ,随后是杂卤石 、
样品采自氯化盐和硫酸盐集中分布的狮 23 井 水镁矾等复盐 ,最后是水氯镁石 、钾盐等 。这种卤水
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较低 。但 是 与 世 界 其 他 蒸 发 岩 的 平 均 稀 土 含 量[12 ,13 ]相比 ,研究区蒸发岩稀土元素含量要高出 10 倍 ,而与喷发岩的稀土含量相当 。通常 ,沉积岩的稀 土元素主要来自母岩 。柴达木盆地西部边缘的昆仑 山 、阿尔金山喜山期的透长石 、正长石 、碱性花岗岩 的稀土组成[14 ]与笔者分析的蒸发岩相似 ,说明它们 有亲缘关系 。另外 ,石膏 、盐岩发育的狮子沟 —芒崖 一带的深大断裂活动 ,可使深部物质 (包括稀土) 以 热液形式进入盆地中来 ,使深水的膏盐沉积物富含 稀土元素 。
离子) 组成能够反映母水体性质及其盐类来源等成 ( w (La) / w ( Sm) ) N > 3. 5 ; 而且轻稀土的分布斜率
因方面的信息 。察尔汗盐湖是当今世界上较大的盐 ( w (La) / w ( Yb) ) N > 7. 5 , 重 稀 土 斜 率 较 低 , ( w
湖 ,是柴达木盆地第三纪盐湖经过东移演化后形成 ( Gd) / w ( Yb) ) N < 1. 55 ;所有样品都具有 Eu 负异常
收稿日期 :2002203203 基金项目 “: 九五”中国石油天然气集团公司科技工程项目 (CNPC96 科字 105 号) 作者简介 :金强 (1956 - ) ,男 (汉族) ,江西丰城人 ,教授 ,博士生导师 ,从事石油地质和油气地球化学等研究 。
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和狮 28 井 ,以及碳酸盐和砂泥岩分布区的咸 21 井 是由沿断裂带上升的深层卤水与格尔木等河水经过
和建参 1 井等 (表 1) ,前者代表“小盐湖”的样品 ,后 混合 、蒸发作用形成的 ,它们的常量元素组成见图 1
者代表“大咸盆”的样品 。这些井都是近几年钻的石 (a) 和图 1 (b) 。深层卤水是断裂活动带热液溶蚀周