鄂尔多斯盆地东部石炭系本溪组泥页岩地球化学特征及沉积环境

doi:10.11764/j.issn.1672-1926.2022.06.009

天然气地球科学 ›› 2022, Vol. 33 ›› Issue (9): 1485–1498.doi: 10.11764/j.issn.1672-1926.2022.06.009

鄂尔多斯盆地东部石炭系本溪组泥页岩地球化学特征及沉积环境

张力文¹(),吴陈君¹(),黄道军²,文志刚¹,赵伟波²,席颖洋¹,张辉²,孙璐¹,宋换新¹

^1.油气地球化学与环境湖北省重点实验室，长江大学资源与环境学院，湖北武汉 430100
^2.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710018

收稿日期:2022-05-12 修回日期:2022-06-16 出版日期:2022-09-10 发布日期:2022-09-09
通讯作者: 吴陈君 E-mail:894155316@qq.com;wcj627@163.com
作者简介:张力文（1996-），女，陕西西安人，硕士研究生，主要从事地球化学研究. E-mail：894155316@qq.com.
基金资助:
中国石油长庆油田分公司科研项目“鄂尔多斯盆地中东部本溪组泥页岩地质特征及有利目标评价”(技2020-151)

Geochemical characteristics and sedimentary environment of Carboniferous Benxi Formation in eastern Ordos Basin

Liwen ZHANG¹(),Chenjun WU¹(),Daojun HUANG²,Zhigang WEN¹,Weibo ZHAO²,Yingyang XI¹,Hui ZHANG²,Lu SUN¹,Huanxin SONG¹

^1.Hubei Key Laboratory of Petroleum Geochemistry and Environment（Yangtze University），Wuhan 430100，China
^2.China Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China

Received:2022-05-12 Revised:2022-06-16 Online:2022-09-10 Published:2022-09-09
Contact: Chenjun WU E-mail:894155316@qq.com;wcj627@163.com
Supported by:
The Scientific Research Project of Changqing Oilfield Company, PetroChina(Technology 2020-151)

摘要/Abstract

摘要：

鄂尔多斯盆地非常规油气资源丰富，盆地东部石炭系本溪组具有良好的非常规天然气勘探潜力。沉积环境是控制天然气资源分布的重要因素，因此以鄂尔多斯盆地东部石炭系本溪组重点全井段连续岩心为基础，通过对泥页岩地层矿物组成及元素地球化学特征的研究，揭示研究区本溪组泥页岩地层古沉积水体环境特征，探讨沉积相类型对泥页岩发育的控制作用。结果表明：本溪组古沉积水体盐度自下而上先减小后增大，为咸水—半咸水沉积环境；本溪组氧化—还原敏感参数自下而上呈现先增加后降低的趋势，整体反映出本溪组为缺氧—还原环境；古水深（Rb/Zr）研究表明，本溪组古水深自下而上由较小变大再逐渐变小，呈周期性变化；CaO/（Al₂O₃+MgO）、CIA等古气候指标反映了本溪组自下而上温度逐渐降低，风化程度逐渐减小，其中湖田段、畔沟段、晋祠段均为炎热潮湿气候。通过对比鄂尔多斯盆地东部本溪组泥页岩矿物组成、岩性组合、地球化学特征，认为本溪组泥页岩主要沉积类型为潮间带—潟湖沉积，且泥坪—潟湖混合沉积为本溪组富有机质泥页岩发育的有利沉积环境，并在此基础上对本溪组全段地层沉积模式进行综合分析，认为湖田段为风化淤化体系下的沼泽沉积，而畔沟段、晋祠段均为障壁海岸沉积体系，沉积环境分别为潮坪—潟湖—障壁岛混合沉积与潮坪—潟湖—障壁岛—沼泽混合沉积。

关键词: 元素地球化学, 泥页岩, 本溪组, 沉积环境, 鄂尔多斯盆地

Abstract:

Benxi Formation of Carboniferous in the Ordos Basin has unconventional energy sources， and its sedimentary environment is complex and interactive. Therefore， through the analysis and testing of core samples of typical wells in eastern Ordos Basin， based on the observation of core samples，this study reveals the paleoclimate and the palaleobathymetry environment of shale in Benxi Formation， and discusses the control of sedimentary facies characteristics on the shale development. The results show that the salinity of the palaeobathymetry of Benxi Formation gradually decreases from smaller to bigger， and the salinity of the coal seam water at the top of Hutian Member to Jinci Member gradually changes from saline water to saline water reclamation； redox sensitive parameters（Th/U）of Benxi Formation decrease first and then increase from lower to upper. Hutian Member， Pangou Member and Jinci Member are anoxic environment， oxygen poor anoxic environment and weak redox environment， respectively. The study of ancient water depth（Rb/Zr）shows that the ancient water depth of Benxi Formation changes periodically from lower to upper， and then gradually back to lower again； CaO/（Al₂O₃+MgO）， CIA and other paleoclimate indicators reflect that Benxi Formation has a hot and humid climate. We compared the mineral composition and lithologic combination characteristics of the mud shale under different sedimentary backgrounds of Benxi Formation in eastern Ordos Basin， and further divided the facies into swamp deposit， lagoon-tidal-flat-barrier island mixed sediments， and lagoon-tidal-flat-barrier island-swamp mixed sediments were developed in Hutian Member， Pangou Member and Jinci Member respectively.

Key words: Element geochemical, Shale, Benxi Formation, Sedimentary environment, Ordos Basin

中图分类号:

TE122.1⁺13

张力文,吴陈君,黄道军,文志刚,赵伟波,席颖洋,张辉,孙璐,宋换新. 鄂尔多斯盆地东部石炭系本溪组泥页岩地球化学特征及沉积环境[J]. 天然气地球科学, 2022, 33(9): 1485–1498.

Liwen ZHANG,Chenjun WU,Daojun HUANG,Zhigang WEN,Weibo ZHAO,Yingyang XI,Hui ZHANG,Lu SUN,Huanxin SONG. Geochemical characteristics and sedimentary environment of Carboniferous Benxi Formation in eastern Ordos Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2022, 33(9): 1485–1498.

图/表 11

图1

表1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

表2

重点井及剖面地球化学参数与矿物含量"

剖面/井	地层	石英含量/%	黏土总量/%	Sr/Ba	Th/U	Rb/Zr
Q36井	晋祠段	$6.9 ~ 47 27.6 (8)$	$43.1 ~ 87.5 58.1 (8)$	$0.51 ~ 1.24 0.95 (6)$	$0.31 ~ 6.3 2.36 (6)$	$0.03 ~ 0.89 0.47 (6)$
	畔沟段	$1.2 ~ 52 31.8 (4)$	$47 ~ 97.3 65.4 (4)$	$0.56 ~ 0.82 0.68 (4)$	$2.85 ~ 7.03 5.51 (4)$	$0.54 ~ 0.67 0.6 (4)$
	湖田段	$0 0 (4)$	$87.9 ~ 99.2 93.2 (4)$	$1.04 ~ 6.9 3.54 (4)$	$2.66 ~ 3.6 3.58 (4)$	$0.01 ~ 0.22 0.08 (4)$
M115井	晋祠段	$8 ~ 57 30.6 (11)$	$32.3 ~ 88.5 59.9 (11)$	$0.64 ~ 2.5 1.68 (5)$	$1.98 ~ 4.97 3.43 (5)$	$0.16 ~ 0.96 0.59 (5)$
	畔沟段	$8.6 ~ 37.1 24.9 (7)$	$61.8 ~ 90.7 72.2 (7)$	$1.13 ~ 2.21 1.59 (6)$	$1.55 ~ 3.31 2.57 (6)$	$0.34 ~ 0.82 0.46 (6)$
	湖田段	$2.3 ~ 48.6 12.8 (7)$	$44.1 ~ 96 79.1 (7)$	$1.17 ~ 2.87 1.71 (7)$	$1.69 ~ 4.43 2.86 (7)$	$0.1 ~ 0.82 0.3 (7)$
招贤剖面	晋祠段	$32 ~ 69.5 54.3 (12)$	$29 ~ 56.9 41.5 (12)$	$0.09 ~ 1.61 0.97 (12)$	$3.21 ~ 6.78 4.54 (12)$	$0.37 ~ 1.01 0.58 (12)$
	畔沟段	$66.1 66.1 (1)$	$31.4 31.4 (1)$	$0.75 0.75 (1)$	$1.15 1.15 (1)$	$0.07 0.07 (1)$
	湖田段	$1.4 ~ 6.9 4.2 (2)$	$31.6 ~ 97.8 15.3 (2)$	$2.18 ~ 5.15 3.66 (2)$	$2.47 ~ 3.02 2.75 (2)$	$0.06 ~ 0.16 0.11 (2)$

表2

图8

图9

参考文献 37

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编号	层位	样品	岩性	TOC /%	主量元素含量/%					微量元素含量/10^-6						Sr/Ba	Th/U	Rb/Zr	CIA	CaO/（Al₂O₃ +MgO）
编号	层位	深度/m	岩性	TOC /%	SiO₂	Al₂O₃	K₂O	CaO	MgO	Sr	Ba	Th	U	Rb	Zr	Sr/Ba	Th/U	Rb/Zr	CIA	CaO/（Al₂O₃ +MgO）
Q-16	晋祠段	2 801.43	泥岩	2.91	56.43	22.39	1.34	0.12	0.34	170.56	139.98	18.5	2.94	52.33	119.47	1.22	6.3	0.438	0.92	0.005
Q-15		2 805.68	煤	92.6	1.21	2.89	0.15	1.35	0.04	64.93	19.32	2.75	0.35	0.17	23.93	3.36	7.82	0.007	0.81	0.461
Q-14		2 810.09	煤	92.8	3.31	5.03	0.17	0.52	0.05	47.93	12.13	6.47	1.28	0.33	75.14	3.95	5.05	0.004	0.87	0.103
Q-13		2 813.37	泥岩	22.7	24.72	22.2	0.44	0.07	0.14	76.27	91.9	21.64	69.28	11.63	338.78	0.83	0.31	0.034	0.96	0.003
Q-12		2 815.70	泥岩	7.29	39.78	24.55	0.88	0.78	0.28	229.12	163.71	31.43	71.87	39.09	327.35	1.4	0.44	0.119	0.94	0.031
Q-11		2 819.10	泥岩	0.2	56.76	22.71	2.52	0.09	0.51	93.72	183.76	26.85	7.97	140.93	171.53	0.51	3.37	0.822	0.88	0.004
Q-10		2 821.81	泥岩	1.93	40.58	24.23	1.57	0.1	0.37	103.14	196.69	19.72	6.67	76.46	85.54	0.52	2.96	0.894	0.92	0.004
Q-9		2 824.39	泥岩	8.5	32.16	23.56	0.82	0.35	0.24	145.88	117.98	19.46	25.04	35.14	68.34	1.24	0.78	0.514	0.94	0.015
Q-8	畔沟段	2 826.36	泥岩	0.35	59.6	24.72	1.61	0.53	0.48	103.77	182.66	19.74	2.95	71.64	107.27	0.57	6.68	0.668	0.91	0.021
Q-7		2 829.24	泥岩	0.34	60.91	24.48	1.55	0.38	0.42	143.36	174.43	19.34	2.75	68.76	126.55	0.82	7.03	0.543	0.91	0.015
Q-6		2 831.62	泥岩	1.79	51.1	20.78	1.33	0.5	0.5	91.48	162.72	12.76	2.32	56.25	95.38	0.56	5.49	0.59	0.91	0.023
Q-5		2 834.25	泥岩	5.16	44.48	35.55	1.91	0.15	0.6	178.98	238.68	24.28	8.5	85.74	147.58	0.75	2.85	0.581	0.93	0.004
Q-4	湖田段	2 835.40	泥岩	0.4	40.79	33.91	0.33	0.16	0.14	402.94	58.36	46.06	12.79	2.39	334.92	6.9	3.6	0.007	0.98	0.005
Q-3		2 836.70	泥岩	0.32	44.82	37.29	0.41	0.07	0.2	162.45	41.01	61.57	17.59	6.07	405.59	3.96	3.5	0.015	0.98	0.002
Q-2		2 838.16	泥岩	0.57	41.04	34.23	1.25	0.21	0.45	165.78	73.86	61.78	13.59	28.6	324.03	2.24	4.55	0.088	0.95	0.006
Q-1		2 840.81	泥岩	0.28	47.98	29.63	4.86	0.58	2.86	283.72	271.96	138.67	52.04	119.58	553.89	1.04	2.66	0.216	0.83	0.018

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鄂尔多斯盆地东部石炭系本溪组泥页岩地球化学特征及沉积环境

Geochemical characteristics and sedimentary environment of Carboniferous Benxi Formation in eastern Ordos Basin

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