红色泥岩层系地球化学特征及物源分析——以松辽盆地东南隆起区上白垩统姚家组为例

红色泥岩层系地球化学特征及物源分析——以松辽盆地东南

隆起区上白垩统姚家组为例

宋朔;刘招君;孙平昌;王艺萌;谢文泉;宋青磊

【摘要】对松辽盆地东南隆起区姚家组地层进行系统的地球化学分析,结果表明:本区细碎屑岩中含有较多的稳定组分.通过对微量元素PAAS标准化及稀土元素标准化曲线配分模式研究,研究区内姚家组地层应来自同一物源区.CIA值及Th/U值表明源区经历了中等的风化作用;Th/Sc和Zr/Sc比值变化范围小,地球化学特征基本受源岩控制,物源区岩石未经过沉积再搬运.根据源岩构造背景判别图解,并结合前人的研究成果认为:姚家组地层的母岩主要为花岗岩(海西期和燕山期),并有少量燕山期中酸性喷出岩;源岩来自大陆边缘,为大陆岛弧火山岩系.通过

Sr/Cu,Ni/Co,V/Cr,U/Th等比值综合分析,姚家组沉积时为干热气候,水体富氧,因此造成姚家组厚层的红色泥岩沉积.

【期刊名称】《世界地质》

【年(卷),期】2015(034)003

【总页数】12页(P774-785)

【关键词】地球化学;沉积环境;物源区;构造背景;松辽盆地

【作者】宋朔;刘招君;孙平昌;王艺萌;谢文泉;宋青磊

【作者单位】吉林大学地球科学学院,长春130061;吉林大学吉林省油页岩及共生能源矿产重点实验室,长春130061;吉林大学地球科学学院,长春130061;吉林大学吉林省油页岩及共生能源矿产重点实验室,长春130061;吉林大学地球科学学院,长

春130061;吉林大学吉林省油页岩及共生能源矿产重点实验室,长春130061;吉林

大学地球科学学院,长春130061;吉林大学吉林省油页岩及共生能源矿产重点实验室,长春130061;吉林大学地球科学学院,长春130061;吉林大学吉林省油页岩及共

生能源矿产重点实验室,长春130061;吉林大学地球科学学院,长春130061;吉林大

学吉林省油页岩及共生能源矿产重点实验室,长春130061

【正文语种】中文

【中图分类】P534.35;P595

东南隆起区是松辽盆地最东部的一级构造单元，总面积5.22万km2，吉林省境内面积3.54万km2。吉林油田在区内完成了大量勘探工作，先后在农安、梨树、前郭发现油气田。以往对本区域粗碎屑岩的研究注重:沉积体系;储层空间展布特征;储层岩石矿物学及成岩演化;储层孔隙结构与物性。对细粒沉积物主要进行烃源岩成

烃条件的研究。前人对碎屑岩源岩的研究，一般是从其岩石、矿物特征入手，对岩屑、砾石类型及重矿物组合等进行分析［1］，而通过地球化学分析方法对源岩进行研究的工作开展较少。笔者以松辽盆地东南隆起区姚家组地层的细粒沉积物为例，通过对样品进行系统的测试，分析其地球化学指标，结合其岩石学特征和盆地周边地质环境，对物源性质和源区构造背景加以研究，对姚家组红色泥岩的成因给出了沉积环境方面的解释，这对进一步研究松辽盆地的沉积演化具有重要意义。

松辽盆地是大型中、新生代具断坳双重结构的陆相含油气盆地［2］。盆地的形成主要受两种动力控制:一种是“地壳深部地幔物质的热动力，使上地幔隆起并导致

大陆壳张裂”;另一种动力来自于“太平洋板块向亚洲大陆俯冲”。松辽盆地的发

育经历了隆起、断陷、坳陷和萎缩4个演化阶段，各阶段间构造、沉积演化特征

均存在明显差异性。从三叠纪开始到早、中侏罗世末期松辽盆地所处地区始终处于上升隆起状态;从晚侏罗世开始至早白垩世登娄库组沉积末期为断陷阶段;坳陷阶段

从早白垩世泉头组三段沉积时期开始至嫩江组末期;萎缩褶皱阶段从晚白垩世四方

台组沉积时期开始至第四纪［2，3］。

姚家组地层是盆地进入坳陷中晚期的沉积产物［4，5］。受构造运动影响，在青

山口组沉积末期，湖盆整体抬升，东南隆起区抬升幅度较大，致使青山口组与姚家组之间存在沉积间断。到青三段后期，松辽湖盆湖水范围缩到最小。姚一段早期湖盆下降，但水体不深，姚一段的红色泥岩大面积沉积于青三段地层之上。东南隆起区姚家组一段地层以泥岩为主，具有明显的棕红色特征，夹灰绿色粉砂质泥岩，泥质粉砂岩、粉砂岩只在局部地区发育。姚二、姚三段由一套灰绿色、紫红色泥岩和灰白色含钙细、粉砂岩组成 (图1)。

2.1 样品描述和测试方法

样品取自松辽盆地东南隆起区的NGN1全取芯井，该井的完钻深度为509 m，取样位置集中在姚家组地层，取样位置井深156.5～356.5 m，岩性主要为暗红色泥岩、深红色泥质粉砂岩、暗红色泥质粉砂岩、少量的灰绿色泥质粉砂岩和浅白色泥质粉砂岩，取样间隔约为12 m(图2)。

样品测试分析由核工业北京地质研究院完成。运用熔片法X--射线荧光光谱(XRF)、发射光谱法(ES)、压片法X--射线荧光光谱 (XRF)对主量元素和微量元素进行测定

分析，主量元素分析误差＜1%;采用等离子体质谱法 (ICP--MS)对稀土元素进行测试分析，误差＜5%。

2.2 主量元素

图2 松辽盆地NGN--1井取样位置

Fig.2 Sampling positions of Well NGN--1 in Songliao Basin

松辽盆地东南隆起区姚家组地层w(SiO2)变化范围为 45.72% ～59.21% (表 1)，平均为53.6%，w(MgO+Fe2OT3)为6.52% ～9.65%，平均为7.98%，说明铁镁组分在样品中有一定存在。w(K2O)平均值为1.03%，较w(Na2O)平均值稍高，

但大体上底部样品的w(Na2O)高于w(K2O)，而中上部样品的w(K2O)高于

w(Na2O)。细碎屑岩中稳定组分与不稳定组分的相对含量可以通过

Al2O3/(CaO+Na2O)的比值来判断［6］，本研究区的比值为1.19～2.43，平均值为1.81，表明细碎屑岩中不稳定组分含量相对较高。

2.3 微量元素特征

在后太古宙澳大利亚页岩 (PAAS)标准化蛛网图中 (图3)，松辽盆地东南隆起区姚家组地层样品间元素富集、亏损趋势基本一致 (表2)，反映出在姚家组地层沉积期间，母岩应来自同一物源区。样品中 Sr元素高度富集，平均为396.59 μg/g，而Sr元素在中国大陆沉积物中的丰度为230 μg/g［7］，有学者研究认为高的 Sr含量可能是母岩中有海相碳酸盐岩地层造成的。

2.4 稀土元素特征

松辽盆地东南隆起区姚家组稀土元素总量∑REE为 (180.99～272.51) ×10－

6μg/g，平均为209.05×10－6μg/g，∑LREE 为 (133.96～216.06) ×10－

6μg/g，平均为175.65 ×10－6μg/g，∑HREE为 (33.4～56.5) ×10－6μg/g，平均为47.03×10－6μg/g，LREE/HREE 为 3.35 ～4.14，平均值为 3.69。δCe 为 0.88～1.04，平均值为0.96。

松辽盆地细碎屑岩稀土元素球粒陨石标准化分配模式具有明显右倾趋势 (图4A)，重稀土元素(HREE)含量低且相近，轻稀土元素 (LREE)富集且含量存在差异，LaN/YbN为7.43～12.51，平均值为9.42，表明样品细碎屑岩中轻重稀土存在明显分异。δEu为0.60～0.76平均为0.66，Eu具明显负异常。从这种稀土元素分布特征可以看出，松辽盆地东南隆起区泥岩源岩应来自于上地壳。

松辽盆地稀土元素PAAS标准化分配模式与后太古宙澳大利亚页岩模式相似，质量分数趋势基本一致，这可能是由于松辽盆地东南隆起区母岩岩石类型复杂，但沉积水系比较稳定所造成的。