潛江凹陷潛江組鹽湖地層演化與層序發(fā)育特征

1、文章編號:1004—5716(2003)06—67—04中圖分類號:P61文獻標(biāo)識碼:A石油與礦業(yè)工程潛江凹陷潛江組鹽湖地層演化與層序發(fā)育特征史軍史忠生劉保軍何胡軍劉剛(中國地質(zhì)大學(xué)湖北武漢430074)摘要:結(jié)合鹽湖層序地層分析在系統(tǒng)測試了潛江凹陷潛江組碳、氧同位素后對其演化規(guī)律與層序地層的關(guān)系進行了探討研究結(jié)果表明:潛江組內(nèi)δ13C和δ18O值的變化范圍分別是7.37‰～2.35‰和6.42‰～0.23‰(PDB)。在低位體系域的初

2、期和高位體系域的末期由于湖水范圍較小這時如果降雨量小于蒸發(fā)量就會有鹽巖的沉積所以其碳、氧同位素的值偏大而在水進體系域時期由于湖平面上升湖水的注入量大于蒸發(fā)量所以這一時期沒有鹽巖的沉積碳、氧同位素的值也偏低。然而在對潛江組的潛四段進行研究時卻發(fā)現(xiàn)碳、氧同位素的分布不具上述規(guī)律。在潛四段鹽巖不僅分布于低位體系域的初期和高位體系域的末期而且在水進體系域中也可見鹽巖。作者認(rèn)為潛江凹陷潛江組可能存在另一種成鹽模式—深水事件性成鹽。關(guān)鍵詞:鹽湖層序

3、地層學(xué)同位素地球化學(xué)湖平面變化鹽湖盆地的石油資源勘探長期以來一直是國際石油界所密切關(guān)注、饒有興趣的一個研究領(lǐng)域。勘探實踐表明世界上大多鹽湖盆地都是含油氣區(qū)。陸相鹽湖盆地的含油氣遠(yuǎn)景也一直是國內(nèi)外石油地質(zhì)界所備受關(guān)注的研究方向。鹽湖研究逐漸形成一門科學(xué)鹽湖沉積學(xué)、鹽湖地球化學(xué)等成為鹽湖科學(xué)的比較熱門的研究方向。但是目前在世界上研究程度較高的鹽湖油氣盆地中絕大多數(shù)都是海相沉積盆地即關(guān)于碳酸鹽巖層序地層學(xué)的研究較為成熟而國內(nèi)外還未見系統(tǒng)的鹽湖

4、盆地層序地層學(xué)的研究成果特別是難以發(fā)現(xiàn)陸相鹽湖盆地層序地層學(xué)的研究成果。鹽湖盆地的層序地層解釋至今缺乏一個比較適用的模式或研究方法其中的關(guān)鍵是如何識別鹽剖面的層序界面以及正確的認(rèn)識巖鹽沉積時的湖平面變化的特征進而確定鹽湖的沉積響應(yīng)模式、層序劃分以及進行層序的對比與追蹤等。本文將重點探討碳、氧同位素的演化規(guī)律與鹽湖層序地層之間的對應(yīng)關(guān)系從而為層序的劃分提供地化方面的依據(jù)。1基本理論及原理111基本理論碳為周期表第二周期ⅣA族元素原子序數(shù)6

5、。碳有2個穩(wěn)定的同位素它們的質(zhì)量數(shù)和豐度分別是12C98.89%、13C1.11%。自然界13C12C比值的變化與碳的來源及碳化合物形成的物理化學(xué)條件有關(guān)。14C為放射性同位素半衰期為5730a。氧是周期表第二周期ⅥA族元素原子序數(shù)8它在自然界有3個穩(wěn)定的同位素在大洋水中它們的豐度為16O99.763%、17O0.0372%、18O0.1995%。16O和18O的豐度較高并且質(zhì)量差別較大所以在氧同位素地球化學(xué)研究中通常測量的是18O16

6、O比值這個比值在自然界的變化約為10%。目前常用它相對于標(biāo)準(zhǔn)的千分差δ18O‰來表示自然界中氧同位素的變化?！皹?biāo)準(zhǔn)”在各個實驗室有所不同。國際上通用的氧同位素標(biāo)準(zhǔn)之一是“標(biāo)準(zhǔn)平均海洋水(SMOW)”。13C12C比值用δ13C值表示:δ=[(R樣品R標(biāo)準(zhǔn))R標(biāo)準(zhǔn)]103(‰)或δ=[R樣品R標(biāo)準(zhǔn)1]103式中:R樣品———樣品的某一對同位素之比如13C12C或18O16OR標(biāo)準(zhǔn)———“標(biāo)準(zhǔn)”樣品的同一對同位素之比?！皹?biāo)準(zhǔn)”樣品被用作國際

7、對比的樣品對氧同位素用SMOW和PDBSMOW(StardMeanOceanWater)是標(biāo)準(zhǔn)平均海洋水PDB是美國南卡羅萊納州白堊世皮狄組(PeedeeFmation)中的箭石(Belemnite)化石的碳和氧。SMOW標(biāo)準(zhǔn)和PDB標(biāo)準(zhǔn)之間有如下關(guān)系:δ18P(PDB)=[δ18O(SMOW)29.5]1.0295112基本原理對于一個水體停留時間長、封閉性的湖泊蒸發(fā)作用將對湖水的化學(xué)組成起著決定性的作用。隨著蒸發(fā)作用的增強較輕的16

8、O和12C優(yōu)先逸出造成水體中的18O和13C含量增加從而使湖水的碳、氧同位素值同步增加反映在原生碳酸鹽巖和氧同位素組分的變化上兩者呈共變趨勢。如果以δ18O為橫座標(biāo)、以δ13C為縱座標(biāo)作散布圖δ18O和δ13C的投點是呈線性相關(guān)的。地史中海相碳酸巖δ18O值具有隨地質(zhì)年代變老而明顯降低的“同位素年代效應(yīng)”[1]這可能反映出隨地質(zhì)年代變化成巖作用加強導(dǎo)致氧同位素組成變輕。因為碳酸鹽巖沉積之后平衡成巖體系中δ18O在固相中僅需5倍于它自身體

9、積的流體運移便可順利進行同位素交換作用[2]。同時人們也發(fā)現(xiàn)一定時期內(nèi)處于相似或同一成巖背景下不同沉積環(huán)境中的碳酸鹽巖其氧同位素組成也有區(qū)別表明沉積環(huán)境因素對巖石δ18O值也有著重要控制作用。沉積環(huán)境中水介質(zhì)鹽度的增高蒸發(fā)作用加強均會使碳酸鹽巖δ18O值明顯變大[34]大氣降水和陸源淡水的注入引起水介質(zhì)鹽度降低從而使巖石δ18O值變小。溫度對δ18O值的影響遠(yuǎn)大于鹽度對它的影響溫度每升高4℃δ18O值相應(yīng)降低1103[56]相對應(yīng)地溫度

10、降低會導(dǎo)致δ18O值增大。海平面或湖平面上的上升對應(yīng)于δ18O值降低而海平面或湖平總第85期2003年第6期西部探礦工程WESTCHINAEXPLATIONENGINEERINGseriesNo.85Jun.2003圖1碳氧同位素隨深度的變化規(guī)律曲線但其海水本身的飽和度還達不到過飽和再匯入湖盆之后其飽和度就會更低所以在這種情況下鹽類的沉積主要還是取決于蒸發(fā)量和降雨量二者之間的關(guān)系。所以在Eq4段時期湖盆的底部或邊緣可能曾發(fā)生過比較大型的

11、構(gòu)造運動這些大型的構(gòu)造運動使地下的深層熱鹵水沿著斷裂面上涌而進入湖盆。進入湖盆后的熱鹵水一部分由于快速的過飽和而晰出鹽類物質(zhì)而另一部分則融入湖盆水體。對于前者來說它的成鹽控制條件主要是地下熱鹵水的濃度、湖底的溫度等而受圖2古溫度變化曲線氣候的影響甚微同時由于構(gòu)造運動的陣發(fā)性、無規(guī)律惡性循環(huán)使得這種機制下沉積的鹽類既可以存在于高位體系域和低位體系域中也可以存在于水進體系域中如圖3在嚴(yán)5井的潛四段部分在其高位、水井和低位體系域中都有鹽巖發(fā)育

12、而對于后者它的成鹽控制條件則主要是蒸發(fā)量和降雨量等氣候因素所以它沉積的鹽類主要存在于高位體系域的末期或低位體系域的初期而水進體系域中則沒有或甚微。正是由于上述兩種成鹽機制的共同作用使得Eq4段時期沉積的鹽類無規(guī)律性可尋因此部分地化指標(biāo)也不能起到指示環(huán)境的意義。對于這種由于突發(fā)性的地質(zhì)事件所造成的特殊的沉積體系其層序的劃分、對比與追蹤必須在詳細(xì)的研究整個湖盆的構(gòu)造運動史之后才能夠較為順利、正確的進行。3結(jié)論(1)由于不可能進行連續(xù)的取樣分

13、析所以運用碳氧同位素來進行地層旋回劃分只能是一種粗略的劃分它只能為鹽湖層圖3嚴(yán)5井潛四段測井解釋及層序劃分序地層劃分提供一種地化依據(jù)。(2)對于有由于構(gòu)造運動所造成地下深層熱鹵水在快速過飽和的作用下所形成的鹽類沉積的鹽湖來說它們的研究將變得更加復(fù)雜。原因為:①這種由于無規(guī)律的、陣發(fā)性的構(gòu)造運動所造成的鹽類沉積破壞了原有的沉積響應(yīng)特征為依據(jù)測井的分析來劃分沉積旋回及沉積相帶來了困難②這種由于突發(fā)性地質(zhì)事件所沉積形成的鹽類的存在干擾了某些地

14、化方面的信息可能為我們依據(jù)地化信息來反推環(huán)境參數(shù)造成假象。(3)在對陸相鹽湖層序進行研究時必須弄清其鹽巖的成因機制。因為鹽巖的成因解釋直接關(guān)系到鹽巖層序的成因解釋進而影響鹽巖層序的劃分、對比、追蹤和鹽湖層序發(fā)育模式的建立。本文通過該區(qū)已有的層序地層劃分以及結(jié)合碳氧同位素的分析認(rèn)為潛江凹陷潛江組的鹽巖既有典型的淺水蒸發(fā)成因的也有非常規(guī)的成鹽機制所能解釋的深水事件性成因的。(4)對于陸相湖盆的層序地層學(xué)研究尤其是陸相鹽湖的層序地層學(xué)研究必須

15、結(jié)合研究區(qū)的構(gòu)造運動史才能夠比較客觀準(zhǔn)確地認(rèn)識其層序的形成和演化過程。參考文獻[1]VeizerJHoefsJ.Thenatureof18O16O13C12Cseculartrendsinsed2imentarycarbonaterocks[J].GeochietCosmochActa197611.[2]MagariteMStemmeikL.CarbonisotopevariationsintheUpperCar2boniferousP