微量元素分析在判别沉积介质环境中_省略_鄂尔多斯盆地西部中区晚三叠世为例_范玉海

微量元素分析在判别沉积介质环境中_省略_鄂尔多斯盆地西部中区晚三叠世为例_范玉海中国地质GEOLOGYINCHINA第39卷第2期2021年4月Vol．39，No．2Apr.，2021沉积岩中的微量元素与其形成环境有密切关系[1]。在沉积过程中，沉积物与水介质之间有着复杂的地球化学平衡，如沉积物对某些元素的吸附及沉积物与水介质之间的元素交换等。这种吸附和交换作用除与元素本身性质有关外，还受到沉积介质物理化学条件的影响，而不同沉积环境的水介质有不同的物理化学条件，元素的分散与聚集的规律也不相同，这就为利用沉积物微量元素及其含量进行古环境分析提供了理论依据[2-5]。通过对沉积岩中微量元素含量及分布，尤其是一些相关元素比值的研究，可以推断当时的沉积环境，反演沉积时期的地质条件[6-11]。随着鄂尔多斯盆地延长组勘探开发程度的提高，前人主要借助于岩相来判断其形成期的沉积环境，而利用微量元素判断沉积介质环境的文章不多。本文测定了鄂尔多斯盆地晚三叠世延长组10个泥质岩样品中的微量元素含量，选用对沉积介质环境反映比较敏感的锶（Sr）、铜（Cu）、钡（Ba）、铀（U）、钛（Ti）、钒（V）、镍（Ni）等微量元素指标，分析研究区地层中微量元素含量及其比值与沉积介质环境之间的对应关系，进而探讨鄂尔多斯盆地西部中区晚三叠世延长组的沉积介质环境。1区域地质概况研究区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西部中区，西临天环坳陷（图1）。鄂尔多斯盆地晚三叠世总体表现为东北缓、西南陡，且向西南水体逐渐加深的簸箕状形态[12]；延长组沉积记录了湖盆演化经历的长10初始形成，中心以浅湖为主，周边沉积多个较粗碎屑的三角洲沉积；长9－长8的湖盆扩张，形成第一套主力湖相烃源岩，俗称为“李家畔页岩”，并形成延长湖的基本形态；长7期湖盆达到鼎盛时期，湖进范围可到达盆地北部横山—乌审旗一线，并发育有最深超过60m的大范围深湖－半深湖相烃源岩，俗称为“张家滩页岩”；之后，随着河流的不断注入充微量元素分析在判别沉积介质环境中的应用———以鄂尔多斯盆地西部中区晚三叠世为例范玉海1,2屈红军2王辉1,2杨县超3冯杨伟2（1.中煤航测遥感局遥感应用研究院，陕西西安710054；2.西北大学大陆动力学国家重点实验室，陕西西安710069；3.延长油田股份有限公司，陕西延安716000）提要：以鄂尔多斯盆地西部中区晚三叠世样品中微量元素测试结果为基础，选用对沉积介质环境反映比较敏感的锶（Sr）、铜（Cu）、钡（Ba）、铀（U）、钛（Ti）、钒（V）、镍（Ni）等微量元素指标，分析研究区地层中微量元素含量及其比值与沉积介质环境之间的对应关系，进而探讨鄂尔多斯盆地西部中区晚三叠世的沉积介质环境。结果表明，鄂尔多斯盆地西部中区晚三叠世延长组长9－长7期基本为温湿气候且变得越来越温暖潮湿；长9－长7期为微咸水相的淡水环境，长7期盐度含量略有增加；长9、长8期水体的氧化还原条件比较正常，长7期变为厌氧环境；长9－长7期垂向上水体分层不强。关键词：微量元素；沉积介质环境；晚三叠世；延长组；鄂尔多斯盆地西部中区中图分类号：P595文献标志码：A文章编号：1000-3657（2021）02-0382-08收稿日期：2021-07-06；改回日期：2021-10-01基金项目：国家科技重大专项（2021ZX05025-006）及国家重点基础研究发展规划“973”项目（2021CB219400）联合资助。作者简介：范玉海，男，1983年生，助理工程师，主要从事沉积学及古地理环境研究；E-mail：fanyuhai2021@。第39卷第2期填，湖盆趋向萎缩，长6期湖缘发育多个三角洲砂带，长4+5期经历短暂的折返，长3－长2以一套较粗碎屑辫状河沉积为主，至长2顶部－长1湖泊处于萎缩及消亡过程[13]。2资料选取针对鄂尔多斯盆地西部中区晚三叠世延长组沉积分布特点，重点采集了研究区延长组两个最大湖泛期长9、长7油层组各3个，长8油层组4个泥岩样品进行分析和研究，所有样品微量元素地球化学测试在西北大学大陆动力学国家重点实验室用ICP-MS测试完成，仪器精密度优于5％，标样结果与推荐值相对误差小于10％。本次微量元素分析的泥岩样品主要分布在长9、长8及长7期，这段时期湖盆构造稳定沉降，水域面积广泛，泥岩较为发育，对判别湖盆气候、盐度、氧化还原条件等沉积介质环境特征较为有利。分析测试的元素主要有：Li、Be、Sc、Cr、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、Pb、Th及U，各种微量元素含量如表1所示：3研究区晚三叠世微量元素的沉积环境响应3.1微量元素对古气候的反应运用沉积物元素含量的波动性提取环境演变信息是研究环境演变的常用手段之一。在不同的表生自然环境下，不同元素的分解、迁移、富集等特征不同，因此元素含量在沉积物中的波动在一定程度上反映沉积时的环境条件[14-16]。前人研究成果认为[17]，喜湿型元素主要有Cr、Ni、Mn、Cu、Fe、Ba、Br、Co、Cs、Hf、Rb、Sc、Th等，而喜干型元素主要为Sr、Pb、Au、As、Ca、Na、Ta、U、Zn、Mg、Mo、B等。本文选取了喜干型元素Sr和喜湿型元素Cu的比值作为对古气候的变化研究的参数。通常Sr/Cu比值介于1～10之间指示温湿气候，而大于10指示干热气候[18-20]。根据研究区各个样品中微量元素Sr、Cu含量，做了Sr/Cu比值变化图（图2），在此基础上将延长组各样品中Sr/Cu比值进行加和平均，并用柱状图直观地表现出来（图3）。由图2～3可知，研究区延长组Sr/Cu比值基本介于1～10之间，说明该地区长9、长8及长7期基本为温湿气候；各层位Sr/Cu比值平均值呈现从长9到长7逐渐递减的趋势，说明该地区从长9期到长7期气候越来越温暖潮湿。3.2微量元素对古盐度的反应Sr/Ba比值可作为古盐度判别的灵敏标志，是依据溶液中锶的迁移能力及其硫酸盐化合物的溶度积远大于钡的地球化学性质[21]。在自然界的水体中，锶和钡以重碳酸盐的形式出现，当水体矿化度即盐度逐渐加大时，钡以BaSO4的形式首先沉淀，留在水体中的锶相对钡趋于富集。当水体的盐度加大到一定程度时锶亦以SrSO4的形式和递增的方式沉淀，因而记录在沉积物中的Sr/Ba比值与古盐度呈明显的正相关关系。一般来说，淡水沉积物中Sr/Ba值小于1（1.0～0.6为半咸水相，小于0.6为微咸水相），而盐湖(海相)沉积物中Sr/Ba值大于1[7，18，21，22]。本文利用微量元素测试数据（表1）分析了Sr/Ba比值变化（图4），结果显示研究区从长9到长7期Sr/Ba比值都小于0.6，为微咸水相的淡水环境，长7期Sr/Ba比值平均值为0.497，高于长9、长8期，揭示长7期水体盐度略有增加。范玉海等：微量元素分析在判别沉积介质环境中的应用383中国地质2021年表1研究区晚三叠世样品微量元素统计（μg/g）Table1TraceelementdataforsamplesofLateTriassicstratainthestudyarea(μg/g)注：样品测试在西北大学大陆动力学国家重点实验室测试完成。12591787315536054129481451311523YCH9878978879Li86.737.777.416271.042.643.026.659.724.5Be2.963.442.515.724.302.253.143.185.484.25Sc19.116.714.723.919.110.518.510.519.615.6V13211412910612926712369.614592.3Cr94.394.689.411094.455.689.651.811772.7Co24.524.625.020.429.532.322.860.032.021.7Ni37.840.645.054.549.857.039.824.480.826.0Cu19.930.063.088.433.919342.245.973.045.1Zn62.010510415714110390.759.3112128Ga29.625.224.332.226.418.023.722.729.826.5Ge1.581.741.991.621.801.181.861.451.791.48Rb10614997.716716882.3152151166267Sr420248522373329521205464347322Y27.330.525.337.343.121.330.317.923.725.1Zr22016111692.719845.3204109132168Nb16.312.311.313.914.06.5513.112.514.914.9Cs5.738.413.967.7513.75.129.999.0010.715.4Ba103866011571645103872758411801075750La54.934.950.059.147.528.635.537.155.640.3Ce10371.310212697.851.971.078.410579.8Pr11.67.9011.313.611.46.127.728.1911.68.95Nd44.130.143.752.446.624.529.427.343.832.8Sm7.645.877.489.429.664.675.504.667.455.61Eu1.721.301.732.012.091.081.210.981.541.20Gd6.185.456.108.119.054.124.913.745.844.83Tb0.860.860.821.181.290.590.770.550.790.70Dy4.945.124.546.827.223.394.853.234.404.04Ho1.011.080.901.401.460.711.060.660.880.84Er2.782.942.393.773.851.903.051.862.442.33Tm0.430.450.350.570.570.290.480.300.380.36Yb2.822.902.233.713.601.853.171.932.552.42Lu0.420.440.330.540.540.280.470.290.390.37Hf5.614.253.072.625.141.195.222.873.474.36Ta1.020.860.690.890.940.370.910.710.860.96Pb29.931.313.634.633.833.523.124.632.135.4Th14.613.612.116.715.26.9713.513.714.614.9U3.373.785.123.833.6733.83.506.805.366.293.3微量元素对环境氧化－还原性的反应利用微量元素判断氧化还原环境的方法很多，本文主要利用&U法、Th/U比值法、V/（V+Ni）比值法3种方法对研究区延长组氧化－还原条件做了分析。3.3.1&U法及Th/U比值法Th和U在还原状态下地球化学性质相似，在氧化状态下差别很大[23]。在表生环境下，Th只有+4价一种价态且不易溶解，而U则不一样。U在强还原状态下为+4价，不溶解于水，导致它在沉积物中富集；而在氧化状态下，U以易溶的+6价存在，造成沉积物中U的丢失。基于这两种元素的地球化学性质差异，常利用&U法和Th/U比值法判断沉积环境的氧化还原状态[24-25]。&U法关系式如下：&U=U/[0.5×（Th/3+U）]，&U1，表明缺氧环境；&U384第39卷第2期图2研究区延长组各样品中Sr/Cu比值变化图Fig.2VariationoftheSr/