孟 潇，李春霞，归 榕

(1.西北大学，陕西西安 710079；2.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075)

延安地区上古生界山2段—盒8段微量元素揭示的古沉积环境意义

孟 潇1，2，李春霞2，归 榕2

(1.西北大学，陕西西安710079；2.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安710075)

鄂尔多斯盆地东缘延安地区上古生界发育典型的低孔、低渗岩性气藏，为明确该区储层沉积体系、沉积环境特征，开展了主要目的层微量元素分析。在实验数据及储层分析基础上，系统开展了微量元素对古气候、古盐度、古水深、氧化还原环境等沉积条件的响应。综合分析认为，由山西组至石盒子组盒8段沉积时期，古气候逐渐由温暖潮湿变为干旱环境，古水深逐渐变浅，沉积环境逐渐由还原环境变为氧化环境，古盐度总体为微咸水相—半咸水相，水动力条件由下向上逐渐增强，山西组主要发育三角洲前缘亚相、盒8段主要发育浅水型三角洲前缘水下分流河道微相。

鄂尔多斯盆地；上古生界；沉积环境；微量元素

鄂尔多斯盆地东缘延安地区上古生界主要发育石炭系本溪组及二叠系山西组、石盒子组，区内不发育褶皱、断裂等大型构造，地层总体为西倾单斜，倾角总体在3°～ 8°之间。前期勘探工作及基础地质研究工作表明，该区气藏为典型的低孔、低渗岩性气藏[1，2]。在岩性气藏勘探实践中，储层特征成为勘探部署及后续研究工作的关键所在。前人针对该区主要目的层沉积体系做了大量研究工作，总体认为该区本溪组至石盒子组沉积时期，古环境由湿热的近海环境逐渐演变为干旱的陆地环境，本溪组、山西组至石盒子组分别为障壁岛海岸沉积体系、辫状河三角洲沉积体系、曲流河—辫状河三角洲沉积体系[1，3，4]。本文从沉积环境响应特征出发，通过微量元素及沉积粒度研究，系统梳理了区内主要目的层山西组及石盒子组盒8段沉积环境，为区内沉积体系研究、沉积相及储层展布特征研究奠定基础。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地是叠加在华北古生代克拉通之上的中生代内陆多旋回叠合盆地，盆地自晚古生代以来分别经历大型克拉通内坳陷、燕山期类前陆盆地构造演化及新构造期周缘断陷盆地构造演化等3个大的构造演化阶段[5， 6]。其中晚古生代大型克拉通内坳陷演化阶段先后发育碳酸盐台地沉积体系、障壁岛海岸沉积体系、曲流河—辫状河三角洲沉积体系，形成巨厚的暗色泥页岩、煤系地层、砂岩层及致密盖层，构成上古生界天然气生储盖组合[7，8](图1)。

图1 鄂尔多斯盆地上古生界综合柱状图Fig. 1 Comprehensive histogram of Upper Paleozoic in Ordos Basin

2 微量元素对沉积环境的响应特征

沉积岩中的微量元素与其形成环境有密切关系[9，10]。在碎屑颗粒沉积过程中，沉积物与水介质之间有着复杂的地球化学平衡关系，因而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[11，12]。通过对沉积岩中微量元素含量及分布的研究，可以反演沉积时期的地质地理条件[13]。文章通过测定研究区主要目的层山西组—下石盒子组沉积物中对沉积环境比较敏感的锶(Sr)、铜(Cu)、钡(Ba)、铀(U)、钛(Ti)、钒(V)、镍(Ni)等微量元素及其含量，系统分析研究区早二叠世古气候、古盐度、氧化/还原环境、古水深等沉积环境。

2.1 元素对古气候的反应

古气候是碎屑颗粒形成、搬运、沉积的重要外部环境，同时也是决定有机质形成与保存的基础条件[14，15]。微量元素中喜干元素Sr与喜湿元素Cu比值及MgO/CaO的值可很好地指示潮湿温暖型气候或干旱炎热型气候， Sr/Cu的值介于1～10之间指示温湿气候，MgO/CaO的值越低，指示气候环境越潮湿[16，17，18]。

分析结果显示，山2段Sr/Cu平均值为9.58，MgO/CaO平均值为1.97；山1段Sr/Cu平均值8.92，MgO/CaO平均值为1.91；盒8段Sr/Cu平均值为21.22，MgO/CaO平均值为1.37(表1)。结果表明，山西组Sr/Cu值总体小于10，盒8段Sr/Cu值大于10，MgO/CaO值自山2至盒8逐渐变大，表明山西组沉积期主要为温暖潮湿的古气候环境，盒8段沉积期变为干旱炎热的古气候环境。

2.2 元素对古盐度的反应

古盐度是指保存于古沉积物之中的盐度，是指示地质历史时期陆相、海相、海陆过渡相等沉积环境的重要标志[9]。在古盐度研究中，Sr/Ba值可以作为灵敏的判断标志，当Sr/Ba值在1.0～0.6范围内指示半咸水环境，小于0.6则为微咸水相或淡水环境[10，19]，可以间接地判别陆相沉积与海相沉积。

Sr、Ba元素分析结果显示，山2段Sr/Ba平均值为0.57，山1段Sr/Ba平均值为0.44，盒8段Sr/Ba平均值为0.41。结果表明，山西组山2段—石盒子组盒8段水体古盐度逐渐变小，早期为半咸水环境，晚期逐渐变为微咸水环境(表1)。

2.3 元素对氧化/还原环境的反应

碎屑沉积物沉积时期的氧化/还原环境是决定有机质形成及保存的决定性条件，水体的氧化还原条件控制着U、V、Th和Mo等氧化还原敏感微量元素在沉积物或沉积岩中的富集程度，因此沉积物中U、V和Mo等微量元素的含量可以很好地重建古水体的氧化还原环境。前人研究结果显示，Th/U值在0～2之间指示缺氧环境[20]；V/(V+Ni)值大于0.84指示水体分层的闭塞厌氧环境；0.6～0.82之间为水体分层不强的闭塞厌氧环境，0.46～0.6之间为水体分层较弱的贫氧环境[10，18，21]；&U>1指示缺氧环境[10，22，23]；Ceanom(元素铈的均值分析)>-0.1为Ce富集，指示缺氧、还原的古水体环境[24]。

研究区U、V、Th、Ni等元素分析结果显示，主要目的层Th/U值主要为2.54～6.88，由下至上逐渐变大；V/(V+Ni)值主要为0.76～0.80；&U为0.62～0.79；Ceanom为-0.053～-0.063。总体结果表明，研究区山西组沉积时期水体环境为闭塞厌氧环境，盒8段沉积时期为弱氧化—氧化环境(表1)。

2.4 元素对古水深的反应

元素的聚集和分散与水的深度有一定相关性[9]。通过一些主微量元素之间的比值可以指示沉积岩形成时的古水深。

Rb和K在水中的迁移和富集均与黏土矿物密切相关，并且Rb比K更容易被黏土吸附而远移[25，26，27]。Rb/K的值越大，表明水体越深。而Zr/Al的值与此正好相反[28]。盒8段、山1段、山2段Rb/K的平均值分别为0.0041、0.0065、0.0073，Zr/Al的平均值分别为0.0040、0.0039、0.0033，说明从山2段—盒8段水体有变浅的趋势。

表1 研究区山西组—下石盒子组微量元素分析结果表

3 讨论及结论

(1)研究区主要目的层山2段—盒8段沉积早期为温暖潮湿的古气候环境，到晚期盒8段沉积时期变为干旱炎热的古气候环境；水体盐度由山西组向石盒子组逐渐变小，早期呈半咸水状态，晚期逐渐变为微咸水状态；沉积水体由下向上逐渐变浅，水动力条件逐渐增强；氧化还原环境总体为闭塞缺氧环境，由下向上氧化条件逐渐增强。

(2)纵向上山西组山2段沉积时期发育的温暖潮湿的古气候、闭塞厌氧环境为暗色泥页岩系及煤系地层的形成及保存提供了基础条件，该岩系成为盆地上古生界主要的烃源岩。由山2段向山1段沉积演变过程中，水体环境逐渐由闭塞厌氧环境演变为闭塞贫氧环境，有机质沉积总量逐渐减少，这也是本区山西组中上部生烃能力不足的主要原因。

(3)由山2段向盒8段水体逐渐变浅的特征为沉积砂体的发育提供了地质条件，盒8段沉积时期发育浅水型三角洲，为该区大面积发育的物性较好的“骆驼脖子”砂岩提供了基础条件，该岩层成为盆地内主要的含气层之一。

[1] 付金华.鄂尔多斯盆地上古生界天然气成藏条件及富集规律[D].西北大学，2001.

[2] 万永平，李园园，梁晓.基于流体包裹体的储层微裂缝研究——以陕北斜坡上古生界为例[J].地质与勘探，2010，46(4)：711-715.

[3] 何义中，陈洪德. 鄂尔多斯盆地中部石炭—二叠系两类三角洲沉积机理探讨[J]. 石油与天然气地质， 2001，22(1)：24-35.

[4] 张晓莉.鄂尔多斯盆地中部上古生界沉积相演化[J].地球科学与环境学报，2005，27(3)：26-29.

[5] 张抗.鄂尔多斯断块构造和资源[M].西安:陕西科学技术出版社，1989.

[6] 张岳桥，施炜，廖昌珍，等.鄂尔多斯盆地周边断裂运动学分析与晚古生代构造应力体质转换[J].地质学报，2006，80(5)：639-647.

[7] 周进松，赵谦平，银晓，等.鄂尔多斯盆地东南部石炭系本溪组储层沉积特征及天然气勘探方向[J].天然气勘探与开发，2012，35(2):13-21.

[8] 万永平，王根厚，归榕，等.陕北斜坡上古生界构造裂缝及其天然气成藏意义[J].吉林大学学报(地球科学版)，2013，43(1):28-38.

[9] 熊小辉，肖加飞.沉积环境的地球化学示踪[J].地球与环境，2011，39(3)：405-414.

[10] 范玉海，曲红军，王辉，等.微量元素分析在判别沉积环境中的应用[J].中国地质，2012，39(2)：384-389.

[11] 孙黎明，杨用彪，吴云霞，等.内蒙古西河盆地新近纪“红土”记录的沉积环境[J]. 中国地质，2008，35(4)：683-690.

[12] 余素华，郑洪汉.宁夏中卫长流水剖面沉积物中稀土元素及其环境意义[J].沉积学报，1999，17(1)：149-155.

[13] 李玉成，王苏民，黄耀生.气候环境变化的湖泊沉积学响应[J].地球科学进展，1999，14(4)：412-416.

[14] 王国栋，程日辉，于民凤，等.沉积物的矿物和地球化学特征与盆地构造、古气候背景[J].吉林大学学报(地球科学版)，2006，36(2)：203-206.

[15] 曹珂.四川盆地晚中生代红层与古气候[D].成都理工大学，2007.

[16] 张士三，陈承惠，黄衍宽.沉积物镁铝含量比及其古气候意义[J].台湾海峡，1993，12(3)：266-271

[17] 刘刚，周东升.微量元素分析在判别沉积环境中的应用[J].石油实验地质，2007，29(3)：307-314.

[18] 邓宏文，钱凯.试论湖相泥质岩的地球化学二分性[J].石油与天然气地质，1993，14(2)：85-97.

[19] 王益友，郭文莹，张国栋.几种地球化学标志在金湖凹陷阜宁群沉积环境中的应用[J].同济大学学报，1979，(2)：51-60.

[20] Thomson，J Thomson，I Jarvis，et al.Mobility and immobility of redox-sensitive elements in deep-sea turbidites during shallow burial[J].Geochim Cosmochim Acta，1998， (62)：643-656.

[21] 苗建宇，周立发，张宏福，等.新疆北部中二叠统烃源岩地球化学特征与沉积环境[J].地质学报，2004，78(4)：534-540.

[22] 腾格尔，刘文汇，徐永昌，等.缺氧环境及地球化学判识标志的探讨——以鄂尔多斯盆地为例[J].沉积学报，2004，22(2)：365-372.

[23] 杨兴莲，朱茂炎，赵元龙，等.黔东前寒武纪—寒武纪转换时期微量元素地球化学特征研究[J].地质学报，2007，81(10)：1391-1397.

[24] Elderfield H，Pagett R.Rare earth elements in ichthyoliths：Variations with redox conditions and depositional environment[J].Analytical Chemistry in Marine Sciences，1986，(49)：175-197.

[25] 孙铭一，张正斌，刘莲生.海水中微量元素分配在黏土矿物上的一种新的化学模型[J].海洋学报，1984，6(4)：461-470.

[26] 方志雄，陈开远，柳保军.潜江盐湖地球化学特征及其沉积母源探讨[J].江汉石油学报，2003，25(3)：20-23.

[27] 朱霞萍，白德奎，李锡坤，等.镉在蒙脱石等黏土矿物上的吸附行为研究[J].岩石矿物学杂志，2009，28(6)：643-648.

[28] 席胜利，郑聪斌，李振宏.鄂尔多斯盆地西缘奥陶系地球化学特征及其沉积环境意义[J].古地理学报，2007，6(2)：196-205.

AncientSedimentaryEnvironmentSignificanceRevealedbytheTraceElementsofShan2toHe8memberofUpperPaleozoicinYanan

Mengxiao，Lichunxia，Guirong

(1.NorthwestUniversity，Xi′an，Shanxi710069，China；2.ResearchInstituteofShaanxiYanchangPeteoleum(Group)Co.，Ltd.，Xi’an，Shanxi710075，China)

There is typical lithologic gas reservoir with low porosity and low permeability in Yan’an Upper Paleozoic in Ordos Basin. To identify the sedimentary system of the reservoir and the characteristics of the sedimentary environment，the response of trace elements of the main target reservoir are carried out Based on trace elements analysis，this paper focuses on climate，salinity，the depth of water as well as the redox environment in ancient time. The comprehensive analysis reveals that from the period of Shanxi formation to Shihezi formation，the climate changed from mild and wet to hot and drought，the depth of water became shallower，the salinity of water became brackish to semi-salty water，the redox and the environment changed from reducing environment to oxidizing environment gradually and paleosalinity is overall brackish phase-brackish phase. What’s more，the hydrodynamic conditions became stronger from the bottom. The sedimentary face for Shanxi formation was mainly front delta and the ones for Shihezi formation was mainly shallow delta front underwater distributary channel microfacies.

Ordos Basin，Upper Paleozoic，sedimentary environment，trace element

孟潇(1985年生)，工程师，2007年毕业于西北大学，主要从事油气地质信息化工作。邮箱：19717215@qq.com。

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