潜江凹陷潜江组盐湖地层演化与层序发育特征

灰质泥岩 灰质泥岩
- 5. 02 - 4. 35
- 1. 02 - 5. 9
29. 8085228 24. 777926
116. 5111 115. 453
21. 60 47. 41
HST SⅡ
TST
δ13C( - PDB) 与δ18O ( - PDB) 据中国地质大学测试中心同位素室测试 ;δ18O ( SMOW) 据 G1M1 Eriedman 等 (1977) 的换 算公式δ18O ( SMOW) = 1. 03δ18O ( SMOW) + 30. 86 计算 ;古温度经验公式 : ( ℃) = 16. 9 - 4. 2 [δ18OSMOW(样品) - δ18OSMOW(水) ] + 0. 13[δ18OSMOW(样品) - δ18OSMOW(水) ] 2 ;δ18OSMOW(水) 值估算据张理刚 (1985) 所作的大气降水氧同位素等值线 。
“标准”样品被用作国际对比的样品 ,对氧同位素用 SMOW 和 PDB ;SMOW(Standard Mean Ocean Water) 是标准平均海洋水 , PDB 是美国南卡罗莱纳州白垩世皮狄组 ( Peedee Formation) 中的 箭石 (Belemnite) 化石的碳和氧 。SMOW 标准和 PDB 标准之间有 如下关系 :
地史中海相碳酸岩δ18O 值具有随地质年代变老而明显降低 的“同位素年代效应”[1 ] ,这可能反映出随地质年代变化 ,成岩作 用加强 ,导致氧同位素组成变轻 。因为碳酸盐岩沉积之后 ,平衡 成岩体系中δ18O 在固相中仅需 5 倍于它自身体积的流体运移便 可顺利进行同位素交换作用[2 ] 。同时人们也发现 ,一定时期内 处于相似或同一成岩背景下不同沉积环境中的碳酸盐岩 ,其氧 同位素组成也有区别 ,表明沉积环境因素对岩石δ18 O 值也有着 重要控制作用 。沉积环境中水介质盐度的增高 ,蒸发作用加强 , 均会使碳酸盐岩δ18 O 值明显变大[3 ,4 ] ; 大气降水和陆源淡水的 注入引起水介质盐度降低 ,从而使岩石δ18O 值变小 。温度对δ18 O 值的影响远大于盐度对它的影响 ,温度每升高 4 ℃δ, 18 O 值相 应降低 1 ×10 - 3 [5 ,6 ] ,相对应地 ,温度降低会导致δ18 O 值增大 。 海平面或湖平面上的上升对应于δ18 O 值降低 ,而海平面或湖平
映原始状况 ,但可以定性地反映原始规律 。 2 潜江凹陷潜江组碳氧同位素分析 本文在潜江凹陷潜江组已有的层序划分的基础上 ,以潜江 组识别出的八个三级层序为依据 ,对系统采集的岩样做了碳 、氧 同位素分析 ,其分析的结果如表 1 。
表 1 潜江组碳 、氧同位素变化特征
井号 层位
岩性
δ13C ‰ ( - PDB)
1C3/ 12 C 比值用δ13 C 值表示 :
δ= [ ( R样品 - R标准) / R标准 ] ×103 ( ‰) 或δ= [ R样品/ R标准 - 1 ] ×103
式中 : R样品 ———样品的某一对同位素之比 ,如13 C/ 12 C 或18O/ 16O ; R标准 ———“标准”样品的同一对同位素之比 。
·石油与矿业工程·
中图分类号 : P61 文献标识码 :A
潜江凹陷潜江组盐湖地层演化与层序发育特征
史 军 ,史忠生 ,刘保军 ,何胡军 ,刘 刚
(中国地质大学 ,湖北 武汉 430074)
摘 要 :结合盐湖层序地层分析 ,在系统测试了潜江凹陷潜江组碳 、氧同位素后 ,对其演化规律与层序地层的关系进行 了探讨 ,研究结果表明 :潜江组内δ13C 和δ18O 值的变化范围分别是 - 7. 37 ‰～2. 35 ‰和 - 6. 42 ‰～0. 23 ‰( PDB) 。在 低位体系域的初期和高位体系域的末期 ,由于湖水范围较小 ,这时如果降雨量小于蒸发量就会有盐岩的沉积 ,所以其 碳 、氧同位素的值偏大 ;而在水进体系域时期 ,由于湖平面上升 ,湖水的注入量大于蒸发量 ,所以这一时期没有盐岩的沉 积 ,碳 、氧同位素的值也偏低 。然而在对潜江组的潜四段进行研究时 ,却发现碳 、氧同位素的分布不具上述规律 。在潜 四段盐岩不仅分布于低位体系域的初期和高位体系域的末期 ,而且在水进体系域中也可见盐岩 。作者认为潜江凹陷潜 江组可能存在另一种成盐模式 —深水事件性成盐 。 关键词 :盐湖 ;层序地层学 ;同位素 ;地球化学 ;湖平面变化
δ18O ‰ ( - PDB)
δ18O ‰ ( SMOW)
古温度
Z值
体系域 层序 ( ℃)
王 4 - 22
Eq1 1 Eq1 2 Eq2 1 Eq2 3
白云质泥岩 白云质泥岩 含盐云质泥岩 含盐云质泥岩
- 6. 49 - 7. 35 - 4. 05 - 4. 585
- 6. 18 - 4. 21 - 1. 37 - 1. 89
西 部 探 矿 工 程 J un. 2003
68
No. 6
面的下降对应于δ18O 值增大 。因此 ,现今我们所测定的δ18 O 值 很难定量地反映某一原始沉积时的特征 。但尽管如此 ,正如田景 春等所研究的贵州二叠纪海相碳酸盐的碳 、氧同位素分布与现 代碳酸盐沉积物碳 、氧同位素的分布仍具有一定的规律性 ,这种 变化可看做原始值的“系统变化”。因此 δ, 18 O 值虽不能定量反
17. 12 23. 09
HST SⅤ
LST
Eq4 1
灰质泥岩
- 5. 64
- 4. 72
25. 9943408 113. 3987 40. 57
HST
Eq4 0
灰质泥岩
- 4. 17
- 4. 86
25. 8500204 116. 3396 40. 34TSTSⅣEq40中含膏泥岩
- 4. 91
- 1. 4
δ18 P ( PDB) = [δ18O ( SMOW) - 29. 5 ]/ 1. 0295 112 基本原理
对于一个水体停留时间长 、封闭性的湖泊 ,蒸发作用将对湖 水的化学组成起着决定性的作用 。随着蒸发作用的增强 ,较轻 的16O 和12 C 优先逸出 ,造成水体中的18O 和13 C 含量增加 ,从而使 湖水的碳 、氧同位素值同步增加 ,反映在原生碳酸盐岩和氧同位 素组分的变化上 ,两者呈共变趋势 。如果以δ18 O 为横座标 、以 δ13C 为纵座标作散布图 δ, 18O 和δ13 C 的投点是呈线性相关的 。
盐湖盆地的石油资源勘探 ,长期以来一直是国际石油界所 密切关注 、饶有兴趣的一个研究领域 。勘探实践表明 ,世界上大 多盐湖盆地都是含油气区 。陆相盐湖盆地的含油气远景 ,也一直 是国内外石油地质界所备受关注的研究方向 。盐湖研究逐渐形 成一门科学 ,盐湖沉积学 、盐湖地球化学等成为盐湖科学的比较 热门的研究方向 。但是 ,目前 ,在世界上研究程度较高的盐湖油 气盆地中 ,绝大多数都是海相沉积盆地 ,即关于碳酸盐岩层序地 层学的研究较为成熟 ,而国内外还未见系统的盐湖盆地层序地 层学的研究成果 ,特别是难以发现陆相盐湖盆地层序地层学的 研究成果 。盐湖盆地的层序地层解释至今缺乏一个比较适用的 模式或研究方法 ,其中的关键是如何识别盐剖面的层序界面以 及正确的认识岩盐沉积时的湖平面变化的特征进而确定盐湖的 沉积响应模式 、层序划分以及进行层序的对比与追踪等 。本文将 重点探讨碳 、氧同位素的演化规律与盐湖层序地层之间的对应 关系 ,从而为层序的划分提供地化方面的依据 。 1 基本理论及原理 111 基本理论
碳为周期表第二周期 ⅣA 族元素 ,原子序数 6 。碳有 2 个稳 定的同位素 ,它们的质量数和丰度分别是12 C98. 89 %、1C31. 11 %。 自然界13C/ 12C 比值的变化与碳的来源及碳化合物形成的物理化 学条件有关 。14C 为放射性同位素 ,半衰期为5730a 。氧是周期表 第二周期 ⅥA 族元素 ,原子序数 8 ,它在自然界有 3 个稳定的同 位素 ,在大洋水中它们的丰度为16 O99. 763 %、1O70. 0372 %、18 O0. 1995 %。16O 和18 O 的丰度较高 ,并且质量差别较大 ,所以在氧同 位素地球化学研究中 ,通常测量的是18O/ 16O比值 ,这个比值在自 然界的变化约为 10 %。目前常用它相对于标准的千分差δ18O ‰ 来表示自然界中氧同位素的变化 。“标准”在各个实验室有所不 同 。国 际 上 通 用 的 氧 同 位 素 标 准 之 一 是“标 准 平 均 海 洋 水 (SMOW) ”。
24. 4892852 110. 9308 26. 3736 112. 5123
29. 4477218 118. 3233 28. 9116746 115. 873
49. 09 37. 73 23. 23 25. 72
HST SⅦ
TST
HST SⅥ
LST
王四新
Eq22上 Eq22下
盐岩夹白云岩 白云质泥岩
总第 85 期
西部探矿工程
series No. 85
2003 年第 6 期
WEST - CHINA EXPLORA TION EN GIN EERIN G
J un. 2003
文章编号 :1004 —5716 (2003) 06 —67 —04
根据氧同位素分析结果计算 ,潜江凹陷 Eq1 、Eq2 和 Eq3 段 的平均温度为 29. 7 ℃,属于亚热带古气候 。由图 2 的古温度曲 线与δ13C 和δ18O 变化曲线的相关性可见 ,古温度的变化也随陆
相层序的旋回性而发生规律性的变化 。在水进体系域期 ,由于温 暖潮湿的古气候影响 ,湖盆汇水量大于蒸发量 ,湖水发生强烈的 淡化 δ, 13C 和δ18O 值降至最低值 ;反之 ,在低水位时期 ,由于炎热 干旱的古气候的影响 ,湖盆蒸发量大于汇水量 ,湖盆水体发生浓 缩作用 δ, 13 C 和δ18O 的值升至最高值 。因此根据剖面中δ13 C 和 δ18O 的变化 ,可反映湖平面波动 ,为陆相盐湖层序的识别和划分 提供了同位素地球化学的证据 。依据碳氧同位素的变化对 Eq1 、 Eq2 和 Eq3 段的地层进行了旋回划分如图 1 ,其结果与我们运用 测井 、地震等手段所进行的旋回基本吻合 。
依据碳 、氧同位素的千分差我们可以做出碳氧同位素随着 深度的变化曲线 (图 1) 。从图 1 上可以看出 Eq1 、Eq2 和 Eq3 段 的碳氧同位素的值变化范围不大 ,且两者之间呈现较为一致的 变化规律 。这表明在 Eq1 、Eq2 和 Eq3 段时期该湖泊为较封闭的 沉积环境 ,当时没有外海水的入侵或地下深层热卤水的涌入事 件 。分析结果表明在这一段时期形成的水进体系域中白云岩的 δ13 C 和δ18O 值相对较低 ,而高位体系域中δ13 C 和δ18O 值则显示 出升高的趋势 ,这与客观的地质事实是相符合的 。因为在水进体 系域时期可容纳空间增加 。由于这一时期大气降雨量的增加 ,湖 平面逐渐升高 ,湖泊水体渐趋冲淡 ,因而导致重同位素成分随之 减少 ,出现较低的δ13C 和δ18 O 值 。相反 ,在高位体系域时期 ,可 容纳空间逐渐减小 ,随着湖水蒸发作用的不断进行 ,重同位素成 分将随之增加 ,所以高δ13C 和δ18O 值往往是湖水强烈蒸发 ,湖盆 强烈浓缩的良好指示剂 。这一规律已被 A1Bellanca 等人 (1992) 在研究西班牙第三纪马德里湖盆湖平面时所证实[7 ] 。
29. 416796 113. 3189 23. 38 LST
潭 25
Eq4 2 Eq4 3
泥灰岩 灰质泥岩
- 7. 37 - 4. 13
- 6. 42
24. 2418788 109. 0091 50. 55
TST
SⅢ
2. 27
30. 8925 117. 4125 7. 9075 LST
Eq4下 Eq4下
- 4. 76 -7
0. 23 - 5. 6
31. 0970978 117. 6661 16. 05 HST SⅥ
25. 087184 110. 1752 45. 64
TST
7- 3
Eq3 1 Eq33下
白云质泥岩 含盐白云岩
- 2. 35 - 4. 78
- 0. 02 - 1. 34
30. 8393828 122. 47724 29. 4786476 116. 8432