岩性油气藏  2019, Vol. 31 Issue (4): 72-84       PDF    
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川南地区龙马溪组元素地球化学特征及有机质富集主控因素
高乔1,2, 王兴志1,2 , 朱逸青1,2, 赵圣贤3,4, 张芮3, 肖哲宇5    
1. 油气藏地质及开发工程国家重点实验室, 成都 610500;
2. 西南石油大学 地球科学与技术学院, 成都 610500;
3. 中国石油西南油气田公司 勘探开发研究院, 成都 610051;
4. 页岩气评价与开采四川省重点实验室, 成都 610051;
5. 自然资源部 第三海洋研究所, 福建 厦门 361000
摘要: 为了研究川南威远-长宁地区龙马溪组古氧化还原条件及有机质富集主控因素,对4口取心井开展了主、微量元素分析。结果表明:①威远-长宁地区龙马溪组龙一1亚段整体富集V、Ni、Ba、Th和U等元素,亏损Cr元素;龙一2亚段整体富集V、Ba、Th和U等元素,亏损Co和Cr元素。②龙一1亚段沉积初期,研究区为缺氧环境,至中晚期,威远地区演变为贫氧或含氧环境,长宁地区演变为含氧环境。③龙一2亚段沉积时期,威远地区WD204 H井区为稳定的含氧环境,WD201井区仍为贫氧或偶含氧环境,而长宁地区整体处于稳定的含氧环境。④龙一1亚段有机质的富集主要受古氧化还原条件控制,龙一2亚段有机质的富集主要受古生产力强弱控制。该研究成果对川南地区龙马溪组的页岩气勘探具有重要参考价值。
关键词: 氧化还原条件      沉积环境      微量元素      有机质富集      古生产力      龙马溪组      川南地区     
Elemental geochemical characteristics and main controlling factors of organic matter enrichment of Longmaxi Formation in southern Sichuan
GAO Qiao1,2, WANG Xingzhi1,2, ZHU Yiqing1,2, ZHAO Shengxian3,4, ZHANG Rui3, XIAO Zheyu5     
1. State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu 610500, China;
2. School of Geoscience and Technology, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China;
3. Research Institute of Exploration and Development, PetroChina Southwest Oil and Gas Field Company, Chengdu 610051, China;
4. Key Laboratory of Shale Gas Evaluation and Exploitation of Sichuan Province, Chengdu 610051, China;
5. Third Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Xiamen 361000, Fujian, China
Abstract: In order to clarify the paleoredox conditions and the main controlling factors of organic matter enrichment of Longmaxi Formation in Weiyuan-Changing areas, southern Sichuan, the analysis of major and trace elements in four coring wells was carried out. The results show that: (1) Long 11 sub-member of Longmaxi Formation is rich in elements of V, Ni, Ba, Th and U with the loss of Cr element, while the Long 12 sub-member is rich in elements of V, Ba, Th and U with the loss of Cr and Co elements. (2) In the early sedimentary stage of Long 11 sub-member, the study area was in anoxic environment, and in the middle and late sedimentary stages, the redox condition evolved into dysoxic or oxic in Weiyuan area, while the environment evolved into oxic in Changning area. (3) In the sedimentary stage of Long 12 sub-member, WD204 H well area was steadily in oxic condition and WD201 well area was still in dysoxic or partially oxic condition in Weiyuan area, while the condition was entirely oxic in Changning area. (4) The enrichment of organic matter was mainly controlled by paleoredox condition in Long 11 sub-member, while it was controlled by the strength of paleoproductivity in Long 12 sub-member. The research results have important reference value for shale gas exploration of Longmaxi Formation in southern Sichuan.
Key words: redox conditions      sedimentary environment      trace elements      organic matter enrichment      paleoproductivity      Longmaxi Formation      southern Sichuan     
0 引言

川南地区下古生界海相黑色富有机质页岩广泛发育,其中下志留统龙马溪组页岩具备形成页岩气藏的地质条件[1-5]。龙马溪组的古氧化还原条件研究对认识页岩气藏中有机质的富集规律具有指导意义[3, 6-10]。通常情况下,有机质富集规律研究主要是将所取页岩样品的微量元素含量与北美页岩进行比对,比如,王淑芳等[6]在对川南地区的宁203井龙马溪组页岩进行微量元素分析后认为,龙马溪组整体相对富集Mo,Y和Hf元素,而U,V,Ba,Th,Co,Ni和Cr元素的富集特征不明显。古氧化还原条件研究主要是应用主、微量元素的比值和稀土元素异常特征重建古环境,杨珊等[7]对渝东漆辽剖面龙马溪组页岩及残余干酪根的微量元素进行研究时,运用Th/U、δU、V/(V + Ni)等判别指标识别出页岩沉积时为缺氧环境;有机质富集主控因素的研究主要是运用古氧化还原条件和古生产力与总有机碳含量进行相关性分析,何利等[3]研究川南马边地区长河碥剖面龙马溪组时指出,在富有机质页岩段的氧化还原指标U/Th和V/Cr均与总有机碳含量呈较好的相关性,古生产力指标P和Ba均对有机质的富集具有一定的控制作用;王鹏万等[8]在研究昭通页岩气示范区A井龙马溪组时指出,龙马溪组形成时的缺氧环境使有机质得以有效保存和富集。

尽管众多学者对龙马溪组的元素富集规律、古氧化还原条件以及有机质富集主控因素的研究取得了较大进展,但其所采集的岩石样品多来自于野外露头剖面,现今的元素含量特征难以准确反映当时的沉积环境。为了探明川南地区龙马溪组储层段龙一段的微量元素富集规律、古氧化还原环境以及有机质富集的主控因素,笔者详细分析川南威远—长宁地区4口井龙马溪组的主、微量元素,结合TOC指标恢复其古氧化还原条件,并探讨有机质富集主控因素,以期对川南地区龙马溪组的页岩气勘探提供指导。

1 区域地质概况

川南威远—长宁地区位于上扬子板块西北部,南接娄山褶皱带,北靠川西南古中斜坡低褶带,西临峨眉—瓦山断裂[3, 11]。下志留统龙马溪组在川南古坳中隆低陡弯形带上被部分剥蚀(图 1)。早志留世龙马溪组沉积期,由于黔中隆起进一步扩大,与西部的康滇古陆和东部的雪峰水下古隆起连为一体,同时川中乐山龙女寺水下古隆起进一步隆升,使得川南地区以局限陆表海沉积为主,其中威远—长宁地区在五峰组—龙马溪组沉积期总体表现为“一马平川”式的深水陆棚相沉积格局,广泛发育一套富含有机质的海相页岩[11-13]

下载eps/tif图 图 1 川南地区地理位置、构造特征及地层划分 Fig. 1 Location, tectonic characteristics and strata division of southern Sichuan

龙马溪组内部地层均呈整合接触关系,目的层龙一段自下而上可依次划分为龙一1亚段和龙一2亚段。龙一1亚段发育最优质储集层,与下伏的上奥陶统五峰组为整合接触,发育深色钙质页岩和硅质页岩,夹少量粉砂质泥岩,自然伽马测井曲线在龙一1亚段底部呈现“极高值”特征,向上快速减小再缓慢增大,在顶部迅速减小。龙一2亚段发育粉砂质泥岩、泥质粉砂岩以及灰质粉砂岩,自然伽马值整体小于龙一1亚段。

2 样品与方法

样品采自川南威远—长宁地区4口井的龙马溪组龙一段,其中包括威远地区的WD201井和WD204 H井,长宁地区的ND203井和ND216井。样品的主、微量元素分析由广州澳实矿物实验室测试完成,其中主量元素分析仪器为X射线荧光光谱分析仪,微量元素分析仪器为电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)。此外,TOC数据均是由测井计算所得。

富集因子(EF)作为反映微量元素浓度的重要指标,为利用Al标准化后的计算结果,可以定量反映微量元素的富集程度。为使标准化值更易解释,典型的对比方法是将样品的某元素含量与Wedepohl的平均页岩的该元素含量进行比较[14-17],由式(1)计算得出EF值[18]

$ E{F_{元素}} = {\left[ {\frac{{w\left( {X元素} \right)/w{{\left( {{\rm{Al}}} \right)}_{样品 \ \ \ }}}}{{w\left( {X元素} \right)/w{{\left( {{\rm{Al}}} \right)}_{样品 \ \ \ }}}}} \right]_{平均页岩}} $ (1)

式中:X和Al分别代表岩石中X元素和Al元素的质量百分含量。当EFX元素>1时,表明岩石中的X微量元素相对于Wedepohl平均页岩更为富集,反之则为亏损[18]

黄铁矿矿化度(DOPT)为判断沉积时水体的氧化还原条件的常用指标,是指黄铁矿中的铁与总活性铁(被盐酸溶解的铁和黄铁矿中的铁)的比值[19]。岩石中的含铁总量可以由实验测定,但具体黄铁矿中的铁含量和其他矿物中的铁含量无法由实验直接区分,可利用硫元素的含量来进一步计算出黄铁矿中的铁含量。假定所有的硫元素均以黄铁矿(FeS2)的形式赋存于岩石中,根据式(2)可计算出黄铁矿矿化度(DOPT[21-23]

$ {\rm{DO}}{{\rm{P}}_{\rm{T}}} = \frac{{w({\rm{S}}) \times 55.85/64.13}}{{w({\rm{Fe}})}} $ (2)

过量钡(Baxs)是指来源于生物作用的钡,一般用Ba元素的总含量减去陆源碎屑中Ba元素的估算含量来获取[1, 5, 23]。其计算公式为

$ w\left( {{\rm{B}}{{\rm{a}}_{{\rm{xs}}}}} \right) = w{\left( {{\rm{Ba}}} \right)_{样品}} - w{\left( {{\rm{Al}}} \right)_{样品}} \times {\left[ {\frac{{w\left( {{\rm{Ba}}} \right)}}{{w\left( {{\rm{Al}}} \right)}}} \right]_{{\rm{PAAS}}}} $ (3)

式中:Ba样品和Al样品分别为所测样品中的Ba和Al的质量分数;PAAS(Post-Archaean Australian Shale)为后太古宙澳大利亚页岩[14],[w(Ba)/w(Al)]PAAS为该页岩中Ba元素和Al元素的质量分数的比值,为0.007 7。当计算结果w(Baxs)值大于1 000 μg/g时,可认为其沉积时期具有较高的古生产力[1, 13]

Wignall[24]提出了自生铀(δ U)的计算方法,并指出当δ U>1时,反映了缺氧的沉积环境,当δ U<1则反映了正常海水的沉积环境。其公式为

$ \delta {\rm{U}}=\frac{2 \cdot w({\rm{U}})}{\left[w({\rm{U}})+\frac{1}{3} w({\rm{Th}})\right]} $ (4)

3 元素含量特征

川南威远地区WD201井龙马溪组龙一1亚段和龙一2亚段的有机硫平均质量分数分别为5.13%和2.08%;WD204 H井的龙一1亚段和龙一2亚段的有机硫平均质量分数分别为3.49%和2.36%。长宁地区ND203井的龙一1亚段和龙一2亚段的有机硫平均质量分数分别为4.62%和2.48%;ND216井的龙一1亚段和龙一2亚段的有机硫平均质量分数分别为2.92%和1.65%(表 1)。总体上,4口井的龙一2亚段的有机硫平均质量分数普遍比龙一1亚段低。其他部分微量元素含量详见表 1所示。

下载CSV 表 1 川南地区龙马溪组有机硫及部分微量元素分析数据 Table 1 Experimental elements results of Longmaxi Formation in southern Sichuan

川南地区五峰组—龙马溪组样品TOC和主微量元素分析结果如表 2所列。其中,研究区内4口井五峰组和龙马溪组龙一段TOC值变化大(0.1%~ 8.2%),龙一1亚段的TOC值均远高于龙一2亚段。Th元素的质量百分含量在威远和长宁两个地区存在较大差异:威远地区2口井龙一1亚段的Th平均值均高于龙一2亚段,而长宁地区2口井龙一1亚段的Th平均值均低于龙一2亚段。研究区内4口井龙一1亚段的U,V和Ni平均值均高于龙一2亚段,龙一1亚段的Cr平均值低于龙一2亚段。除了WD201井外,其余3口井的龙一1亚段的Co和Ba平均值均低于龙一2亚段。WD201井的龙一段Ba平均值均小于其余3口井的Ba平均值(表 2)。

下载CSV 表 2 川南地区龙马溪组样品TOC和主微量元素分析数据 Table 2 TOC, major and trace element contents of Longmaxi Formation in southern Sich

U和V等高价态离子在缺氧脱硝酸的环境中容易被还原并发生富集效应,在氧化环境中容易以离子状态溶解于水中,从而导致沉积物中对应元素的亏损[25-26, 29]。Th在地表低温条件下性质稳定,通常赋存于陆源碎屑中,Ni常赋存于强还原条件下形成的黄铁矿中,Cr和Co在还原条件下常亏损[29-30]。将研究区龙一段样品的微量元素与北美页岩(NASC)进行比较可以得出,研究样品相对富集V,Ni,Ba,Th和U,相对亏损Cr和Co[图 2(a)]。

下载eps/tif图 图 2 川南地区龙马溪组龙一段微量元素富集因子特征 Fig. 2 Characteristics of enrichment factors of trace elements of the first member of Longmaxi Formation in southern Sichuan

龙一1亚段WD201井样品富集V,Co,Ni,Ba,Th和U,相对亏损Cr。ND216井、WD204 H井和ND203井均相对富集V,Ni,Ba,Th和U,ND216井相对亏损Co和Cr,WD204 H井亏损Co,ND203井略微富集Co,ND203井微量元素富集程度普遍高于ND216井和WD204 H井[图 2(b)]。

龙一2亚段除Co外,上述6种元素的富集因子都明显低于龙一1亚段[图 2(c)]。WD201井相对富集V,Ni,Th和U,相对亏损Cr,Co和Ba;WD204 H井富集V,Ba,Th和U,相对亏损Cr,Co和Ni;ND203井所有元素都相对富集,Co和Ba具有异常高的富集因子;ND216井富集Ba,Th和U,相对亏损Cr,V,Co和Ni。

无论是龙一1亚段,还是龙一2亚段,其微量元素富集特征与陆相页岩存在明显差异。李婧婧[27]测得博格达山北麓陆相芦草沟组样品的微量元素结果显示,V,Ni,Ba,Th和U的富集因子明显低于龙马溪组,U略微富集,Co,Ni,Ba和Th相对亏损[图 2(a)-(c)]。

4 古氧化还原环境判别

学者们[29-31]提出微量元素比值法可判别古氧化还原环境(表 3)。V和Ni易在有机质中形成络合物[7, 21],其在沉积物中的丰度均不能真实地反映当时的水体环境,因此将V/Cr和Ni/Co比值作为辅助参数,将U/Th和δ U作为主要参数来探究与TOC的关系。此外,探讨具体的氧化还原条件时应结合多种指标进行综合分析,以确保更真实地重建古氧化还原环境[28]

下载CSV 表 3 古氧化还原环境判别指标[29-31] Table 3 Discriminant indexes of redox paleoenvironments
4.1 威远地区

WD201井龙一1亚段w(U)/w(Th)为0.54~ 9.06,平均值为2.50,δ U为1.24~1.93,平均值为1.52,w(V)/w(Cr)为3.33~29.50,平均值为8.95,w(Ni)/w(Co)为2.98~27.07,平均值为8.52,DOPT的为0.79~1.56,平均值为1.07。根据古氧化还原环境判别指标,这些数据反映了该井龙一1亚段沉积初期处于缺氧环境,中晚期处于贫氧环境。龙一2亚段w(U)/w(Th)为0.78,δ U为1.40,w(V)/w(Cr)为4.72,w(Ni)/w(Co)为6.35,DOPT为0.60。根据古氧化还原环境判别指标,这些数据反映了该井龙一2亚段沉积期处于贫氧或偶含氧环境(图 3)。

下载eps/tif图 图 3 川南地区WD201纵向氧化还原敏感元素判别指标 Fig. 3 Indexes of sensitive elements for redox environments identifying of well WD201 in southern Sichuan

WD204 H井龙一1亚段w(U)/w(Th)为0.19~ 4.86,平均值为1.01,δ U为0.73~1.87,平均值为1.31,w(V)/w(Cr)为2.00~16.97,平均值为4.36,w(Ni)/w(Co)为2.93~23.76,平均值为6.93,DOPT为0.42~1.08,平均值为0.71。根据古氧化还原环境判别指标,这些数据反映了该井龙一1亚段沉积初期处于缺氧环境,中期处于贫氧环境,晚期处于含氧环境。龙一2亚段w(U)/w(Th)为0.20~0.38,平均值为0.26,δ U为0.75~1.07,平均值为0.86,w(V)/w(Cr)为1.33~2.56,平均值为1.73,w(Ni)/ w(Co)为2.18~3.52,平均值为2.88,DOPT为0.21~ 0.48,平均值为0.30,反映了该井龙一2亚段沉积期为稳定含氧环境(图 4)。

下载eps/tif图 图 4 川南地区WD204 H纵向氧化还原敏感元素判别指标 Fig. 4 Indexes of sensitive elements for redox environments identifying of well WD204 H in southern Sichuan
4.2 长宁地区

ND203井龙一1亚段w(U)/w(Th)为0.29~ 1.68,平均值为0.97,δ U为0.93~1.67,平均值为1.38,w(V)/w(Cr)为1.57~7.60,平均值为3.68,w(Ni)/w(Co)为3.26~15.49,平均值为7.62,DOPT为0.92~2.27,平均值为1.52。根据古氧化还原环境判别指标,这些数据反映了该井龙一1亚段沉积初期处于缺氧环境,中晚期处于含氧环境。龙一2亚段w(U)/w(Th)为0.16~0.38,平均值为0.25,δ U为0.64~1.06,平均值为0.83,w(V)/w(Cr)为0.75~ 1.58,平均值为1.19,w(Ni)/w(Co)为2.21~3.06,平均值为2.67,DOPT为0.50~2.07,平均值为0.97,反映了该井龙一2亚段沉积期处于稳定含氧环境(图 5)。

下载eps/tif图 图 5 川南地区ND203纵向氧化还原敏感元素判别指标 Fig. 5 Indexes of sensitive elements for redox environments identifying of well ND203 in southern Sichuan

ND216井龙一1亚段w(U)/w(Th)为0.23~ 1.88,平均值为0.95,δ U为0.82~1.70,平均值为1.30,w(V)/w(Cr)为1.22~5.04,平均值为2.57,w(Ni)/w(Co)为2.80~14.15,平均值6.66,DOPT为0.30~1.13,平均值为0.74。根据古氧化还原环境判别指标,上述数据反映了该井在龙一1亚段沉积初期处于缺氧环境,中晚期处于含氧环境。龙一2亚段w(U)/w(Th)为0.23~0.28,平均值为0.25,δ U为0.81~0.91,平均值为0.86,w(V)/w(Cr)为1.16~ 1.25,平均值为1.21,w(Ni)/w(Co)为2.90~3.66,平均值为3.31,DOPT为0.21~0.39,平均值为0.29,反映了该井龙一2亚段沉积期处于稳定含氧环境(图 6)。

下载eps/tif图 图 6 川南地区ND216纵向氧化还原敏感元素判别指标 Fig. 6 Indexes of sensitive elements for redox environments identifying of well ND216 in southern Sichuan
5 有机质富集的控制因素

控制有机质富集的因素主要以下2个方面:①氧化还原条件,②古生产力。王淑芳等[32]研究四川盆地W201井和Z106井龙马溪组页岩时指出,早志留世的缺氧环境对川南龙马溪组黑色页岩具有明显的控制作用。刘超[33]研究焦石坝地区龙马溪组后认为,龙马溪组有机质的富集是古生产力和氧化还原环境共同作用的结果。

5.1 氧化还原条件判识指标与总有机碳含量关系

川南威远-长宁地区4口井龙一1亚段的U/Th和TOC之间存在强烈的正相关关系[图 7(a)],δ U与TOC之间存在较好的正相关关系[图 7(b)],Ni/Co值和TOC之间存在强烈的正相关关系[图 7(c)],V/Cr与TOC之间存在强烈的正相关关系[图 7(d)],可见各氧化还原条件的判别指标和TOC之间均有较强的正相关关系,反映了龙一1亚段有机质的富集主要受氧化还原条件控制。WD201井和WD204 H井存在少数异常高值点,这些异常高值点均来自于龙一1亚段底部,这些样品代表了龙一1亚段底部典型的缺氧沉积环境。

下载eps/tif图 图 7 川南地区龙一1亚段微量元素比值与TOC交会图 Fig. 7 Crossplots of trace elements ratios and TOC content in Long 11 sub-member of Longmaxi Formation in southern Sichuan

威远地区WD201井龙一2亚段U/Th与TOC的正相关关系稍弱,WD204 H井几乎不存在相关关系;长宁地区ND203井和ND216井龙一2亚段则呈强烈的正相关关系[图 8(a)]。WD201井龙一2亚段δ U与TOC呈较好的正相关性,WD204 H井龙一2亚段的δ U与TOC几乎不存在正相关关系;ND203井和ND216井的δ U与TOC均呈强烈的正相关关系[图 8(b)]。4口井龙一2亚段的Ni/Co和TOC均为负相关关系,其中WD201井、ND203井以及ND216井负相关关系较强,WD204 H井稍弱[图 8(c)]。威远地区2口井的V/Cr值与TOC之间均呈负相关关系;长宁地区2口井的V/Cr值与TOC之间均呈正相关关系,其中ND203井的正相关性较强[图 8(d)]。

下载eps/tif图 图 8 川南地区龙一2亚段微量元素比值与TOC交会图 Fig. 8 Crossplots of trace elements ratios and TOC content in Long 12 sub-member of Longmaxi Formation in southern Sichuan

威远地区WD201井龙一2亚段U/Th和δU与TOC之间的仍然具有一定的相关性,表明其氧化还原条件在一定程度上仍控制着有机质的富集;WD204 H井龙一2亚段的U/Th,δ U,V/Cr和Ni/Co与TOC基本不存在相关性,表明其氧化还原条件不再控制有机质的富集。长宁地区ND203井和ND216井龙一2亚段U/Th,δ U与TOC之间仍具有较好的正相关性,表明其氧化还原条件对有机质富集仍具有一定的控制作用。

WD201井龙一2亚段微量元素比值和TOC均高于其余3口井,是由于WD201井在龙一2亚段仍处于贫氧环境,该环境有利于有机质和相关微量元素的保存和富集。

5.2 古生产力和DOPT与总有机碳含量的关系

威远地区WD201井龙一1亚段w(TOC)为2.67%~8.20%,平均值为4.45%,w(Baxs)为273.94~ 538.95 μg/g,平均值为359.22 μg/g;WD204 H井龙一1亚段w(TOC)为1.25%~6.45%,平均值为2.59%,w(Baxs)为549.92~2 139.77 μg/g,平均值为891.21 μg/g。长宁地区ND203井龙一1亚段w(TOC)为2.44%~5.10%,平均值为3.64%,w(Baxs)为742.96~ 1 228.97 μg/g,平均值为961.78 μg/g;ND216井龙一1亚段w(TOC)为0.89%~6.25%,平均值为3.21%,w(Baxs)为794.96~2 969.91 μg/g,平均值为1 286.40 μg/g。4口井龙一1亚段w(Baxs)与w(TOC)的相关性均较差,而DOPTw(TOC)的相关性均较好,反映了研究区4口井龙一1亚段有机质的富集主要受氧化还原条件控制,与古生产力关系并不明显。同时,除ND216井外,其余3口井龙一1亚段w(Baxs)平均值均低于1 000 μg/g,具有较低的古生产力,可能与海平面快速上升导致的生物数量急剧减少有关。

威远地区WD201井龙一2亚段w(TOC)为1.85%~2.33%,平均值为2.13%,w(Baxs)为273.93~ 426.90 μg/g,平均值为365.41 μg/g;WD204 H井的w(TOC)为0.31%~0.49%,平均值为0.43%,w(Baxs)为951.87~1 159.85 μg/g,平均值为1 080.36 μg/g。这2口井龙一2亚段DOPT与TOC的相关性与龙一1亚段相比均显著降低:WD201井龙一2亚段DOPTw(TOC)呈负相关关系;WD204 H井龙一2亚段DOPT与TOC基本不相关[图 9(b)]。WD201井和WD204 H井的Baxs与TOC的相关性与龙一1亚段相比显著提高,呈现出良好的正相关关系[图 9(d)],表明威远地区龙一2亚段有机质的富集主要由古生产力控制,同时WD201井也一定程度上受氧化还原条件影响。

下载eps/tif图 图 9 南地区龙一1亚段和龙一2亚段DOPT和Baxs与TOC交会图 Fig. 9 Crossplots of DOPT, Baxs and TOC content in Long 11 and Long 12 sub-members of Longmaxi Formation in southern Sichuan

WD201井龙一2亚段沉积期间的古生产力较低,但沉积时处于贫氧环境,导致有机质得以较好地保存下来;WD204 H井龙一2亚段沉积期间古生产力高,但沉积时的含氧环境不利于有机质保存,因此其有机质含量低,表明氧化还原条件对有机质的富集具有更强的控制作用。

长宁地区ND203井龙一2亚段w(TOC)为0.38%~1.14%,平均值为0.83%,w(Baxs)为762.96~ 1 111.94 μg/ g,平均值为916.17 μg/ g;ND216井w(TOC)为0.87%~1.54%,平均值为1.15%,w(Baxs)为1 159.90~1 634.87 μg/g,平均值为1 340.66 μg/g。这2口井的DOPT与TOC相关性较差[图 9(b)],Baxs与TOC正相关性较好[图 9(d)],表明长宁地区龙一2亚段有机质的富集主要受古生产力控制。同时,这2口井的龙一2亚段的U/Th和δ U与TOC仍存在一定相关性[参见图 8(a)-(b)],表明这2口井龙一2亚段有机质的富集也受氧化还原条件的影响。此外,这2口井在龙一2亚段均处于含氧环境,ND216井的古生产力和TOC更高,说明在含氧条件下古生产力高低决定了有机质富集程度。

6 结论

(1)川南威远-长宁地区龙马溪组龙一段相对富集V,Ni,Ba,Th和U元素,相对亏损Cr和Co元素;龙一1亚段整体富集V,Ni,Ba,Th和U元素,亏损Cr元素;龙一2亚段整体富集V,Ba,Th和U元素,亏损Co和Cr元素,龙一2亚段微量元素的EF低于龙一1亚段。

(2)威远地区WD201井龙一1亚段沉积初期处于缺氧环境,中晚期处于贫氧环境,龙一2亚段沉积期处于贫氧或偶含氧环境;WD204 H井龙一1亚段沉积初期处于缺氧环境,中晚期处于贫氧或含氧环境,龙一2亚段沉积期为稳定含氧环境。长宁地区2口井龙一1亚段沉积中晚期已由缺氧、贫氧转变为含氧环境,龙一2亚段沉积期为稳定含氧环境。

(3)川南威远-长宁地区龙一1亚段有机质的富集受古氧化还原条件控制;龙一2亚段有机质的富集主要受古生产力强弱控制。WD201井、ND203井和ND216井龙一2亚段有机质富集也受氧化还原条件的影响,WD204 H井龙一2亚段有机质的富集与氧化还原环境无关。

致谢: 中国石油西南油气田公司页岩气研究院罗超、自然资源部第三海洋研究所贾如真以及西南石油大学地球科学与技术学院夏金刚和梅文华在实验分析过程中提供了帮助,在此表示感谢。

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