四川盆地震旦－寒武系高演化烴源巖無(wú)機(jī)地球化學(xué)特征與評(píng)價(jià)

　　摘要：高演化烴源巖評(píng)價(jià)因有機(jī)質(zhì)的損耗而使得傳統(tǒng)有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)逐漸失效，而烴源巖中的無(wú)機(jī)元素不易受成熟度的影響。為探索無(wú)機(jī)地球化學(xué)方法在高演化烴源巖評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，以四川盆地震旦—寒武系為例，基于無(wú)機(jī)(主量、微量和稀土元素)地球化學(xué)方法，從烴源巖發(fā)育的三大控制因素(古生產(chǎn)力、沉積環(huán)境和沉積速率)分析入手，開展了烴源巖無(wú)機(jī)地球化學(xué)研究。結(jié)果表明，綜合運(yùn)用 Ba 和 Ni 元素豐度確定烴源巖古生產(chǎn)力，MoEF、UEF、Ce 異常特征確定沉積水體氧化-還原條件，TiO2/Al2O3 比值確定沉積速率，揭示研究區(qū)烴源巖有機(jī)質(zhì)富集主要受控于沉積環(huán)境與古生產(chǎn)力，而受沉積速率的影響相對(duì)較小;川中與威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組烴源巖古生產(chǎn)力高、沉積環(huán)境最為還原，烴源巖質(zhì)量最好，屬于高生產(chǎn)力和好保存模式。無(wú)機(jī)地球化學(xué)方法是高演化烴源巖評(píng)價(jià)的一種有效途徑。

　　關(guān)鍵詞：高演化烴源巖;無(wú)機(jī)元素地球化學(xué);生烴能力;烴源巖評(píng)價(jià);震旦系;下寒武統(tǒng);四川盆地

　　施春華; 山述嬌; 郝靖; 羅冰; 曹劍， 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì) 發(fā)表時(shí)間：2021-11-26

　　高演化烴源巖是指烴源巖有機(jī)質(zhì)進(jìn)入了高成熟演化階段(Ro>1.3%)，此時(shí)烴源巖中殘余有機(jī)質(zhì)的碳含量、可溶有機(jī)質(zhì)氯仿瀝青、生烴潛量等逐步降低，難以反映烴源巖中有機(jī)質(zhì)的原始特征，造成基于傳統(tǒng)有機(jī)地球化學(xué)方法的烴源巖評(píng)價(jià)碰到了很大難題[1]。考慮到沉積物中的有機(jī)質(zhì)在形成、沉積和埋藏過(guò)程中與無(wú)機(jī)元素有著密切關(guān)聯(lián)[2-4]，并且無(wú)機(jī)元素相對(duì)有機(jī)質(zhì)不易受成熟度影響，在高演化階段更為穩(wěn)定[5-6]，因此無(wú)機(jī)地球化學(xué)參數(shù)是高演化烴源巖評(píng)價(jià)的一個(gè)潛在補(bǔ)充[2-3,7-8]。眾多學(xué)者就此展開了嘗試，取得了研究進(jìn)展[7-8]，如騰格爾等[8]以鄂爾多斯盆地高演化海相碳酸鹽巖為例，運(yùn)用微量元素(如 Ba 元素)和稀土元素分析碳酸鹽巖烴源巖形成過(guò)程中的生物生產(chǎn)力、沉積環(huán)境和沉積速率，評(píng)價(jià)了碳酸鹽巖烴源巖及其分布特征。四川盆地發(fā)育震旦—寒武系高演化烴源巖，為開展高演化烴源巖的無(wú)機(jī)地球化學(xué)評(píng)價(jià)提供了良好對(duì)象。前人[9-10]根據(jù)烴源巖的宏觀地質(zhì)分布，結(jié)合一些有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)，提出下寒武統(tǒng)筇竹寺組烴源巖的生烴能力最大。此外，也有學(xué)者運(yùn)用無(wú)機(jī)元素對(duì)烴源巖的古生產(chǎn)力、沉積環(huán)境、沉積速率開展了研究 [11-16]，發(fā)現(xiàn)烴源巖中有機(jī)質(zhì)的聚集受古生產(chǎn)力和沉積環(huán)境作用影響較大，總體認(rèn)為合適的氣候有利于提高古生產(chǎn)力，海侵作用有利于形成還原的沉積環(huán)境，進(jìn)而有機(jī)質(zhì)得到良好保存與富集。本文運(yùn)用無(wú)機(jī)元素地球化學(xué)方法，進(jìn)一步分析不同地區(qū)、不同層位烴源巖的生烴能力差異，旨在更全面認(rèn)識(shí)不同烴源巖的生烴控制因素及差異，為準(zhǔn)確理解研究區(qū)高演化烴源巖成因和天然氣成藏機(jī)理提供參考，進(jìn)一步探索無(wú)機(jī)地球化學(xué)方法在高演化烴源巖評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。

　　1 地質(zhì)背景

　　四川盆地位于我國(guó)西南部，面積約 18×104 km2，構(gòu)造上屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，是在前寒武紀(jì)揚(yáng)子克拉通基底之上發(fā)育的一個(gè)典型疊合含油氣盆地[17-18](圖 1)。其地層由老至新以上三疊統(tǒng)為界兩分，總體下部(上震旦統(tǒng)-中三疊統(tǒng))以海相碳酸鹽巖沉積為主;相比而言，上部(上三疊統(tǒng)至今)以陸相碎屑巖沉積為特征[17-18]。從沉積背景看，研究區(qū)烴源巖可包括 2 類 5 套，2 類指巖性包括泥質(zhì)巖和碳酸鹽巖，5 套指層位上由老至新包括震旦系陡山沱組泥巖、震旦系燈影組藻云巖、燈影組三段(燈三段)泥巖、下寒武統(tǒng)麥地坪組泥質(zhì)白云巖(或白云質(zhì)泥巖、硅質(zhì)巖)、下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥頁(yè)巖。這些烴源巖既有巖性差異，又有地區(qū)和時(shí)代差異，為開展對(duì)比研究奠定了良好基礎(chǔ)。

　　2 樣品與方法

　　根據(jù) 2 類 5 套潛在烴源巖的分布，結(jié)合當(dāng)前勘探現(xiàn)狀與樣品積累情況，篩選了 32 塊典型樣品用于研究。其中，筇竹寺組、麥地坪組、燈影組及燈三段烴源巖樣品采自盆地內(nèi)部鉆井巖心，陡山沱組烴源巖樣品采自四川盆地西南部峨邊先鋒野外露頭。進(jìn)一步根據(jù)目前的勘探區(qū)劃，將這些樣品從平面上分為 3 個(gè)區(qū)，由北東至南西分別是川中、威遠(yuǎn)—資陽(yáng)、川西南(圖 1)。需要說(shuō)明的是，對(duì)于陡山沱組和川西南燈影組研究樣品，因勘探程度低，故樣品數(shù)量受到限制，后續(xù)待條件成熟可繼續(xù)深化研究。碳酸鹽巖和泥頁(yè)巖類樣品中 SiO2 含量測(cè)定使用堿熔方法，主要流程：稱取 100 mg 樣品于剛玉坩堝中，加入 1 g Na2O2 粉末，混合均勻后，加熱至 700 ℃左右熔融，冷卻后經(jīng)熱水提取，HCl 酸化，定容后使用 ICP-OES 測(cè)定(誤差優(yōu)于 2%)。碳酸鹽巖類樣品中 Si 以外其余元素測(cè)定使用酸溶方法，主要流程：稱取 100 mg 樣品于離心管中，加入 HNO3 超聲溶解，離心后上層清液轉(zhuǎn)移入另一離心管中，殘?jiān)D(zhuǎn)移入特氟龍溶樣罐中，加入 HF 和 HNO3，185 ℃消解，蒸干后溶解于 HNO3 中，與前述上層清液合并、定容，其中 CaO 與 MgO 含量使用 EDTA 絡(luò)合滴定法測(cè)定(誤差優(yōu)于 2%)，其余元素使用 ICP-MS 測(cè)定(以 Rh 元素為內(nèi)標(biāo)，誤差優(yōu)于 5%)。泥頁(yè)巖類樣品 Si 以外其余元素使用酸溶方法，主要流程：稱取 50 mg 樣品于特氟龍溶樣罐中，加入 HF 后在電熱板上加熱除去大部分硅酸鹽，加入 HF 和 HNO3，185 ℃消解，蒸干后溶解于 HNO3 并定容，使用 ICP-MS 測(cè)定(以 Rh 元素為內(nèi)標(biāo)，誤差優(yōu)于 5%)。以上分析在內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京大學(xué))完成。

　　3 高演化烴源巖元素地球化學(xué)特征與評(píng)價(jià)

　　前人研究提出古生產(chǎn)力、沉積環(huán)境與沉積速率是控制烴源巖發(fā)育質(zhì)量的重要因素，高生產(chǎn)力和還原環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)聚集[19]。相比而言，烴源巖沉積速率對(duì)質(zhì)量的影響比較復(fù)雜，總體而言，在相同古生產(chǎn)力與保存條件下，沉積速率在一定范圍內(nèi)越大，越有利于有機(jī)質(zhì)沉積、富集[19];但在非常高的沉積速率下，由于大量碎屑物對(duì)有機(jī)質(zhì)的稀釋作用，盡管有機(jī)質(zhì)得以保存，但大量的碎屑物降低了沉積物中有機(jī)質(zhì)的豐度[20]。此外，還有研究表明，在還原條件下，沉積速率對(duì)有機(jī)質(zhì)的富集作用相對(duì)較弱，有機(jī)質(zhì)富集主要受控于古生產(chǎn)力;而在氧化條件下，沉積速率對(duì)有機(jī)質(zhì)的富集具有重要作用，有機(jī)質(zhì)富集主要受控于古生產(chǎn)力與沉積速率[19]。據(jù)此，本次工作在烴源巖元素地球化學(xué)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合上述 3 個(gè)方面的結(jié)果評(píng)價(jià)烴源巖的質(zhì)量。

　　3.1 古生產(chǎn)力特征

　　前人研究表明，沉積物中的 Ba、Ni、P 等元素含量可用來(lái)反映古生產(chǎn)力[2-3]，但在實(shí)際應(yīng)用中需注意還會(huì)受到陸源碎屑物質(zhì)和熱液作用的影響，影響判識(shí)準(zhǔn)確性[2,21]。本次研究中，除燈影組藻云巖，其余烴源巖 Eu/Eu*分布為 0.83～1.02(均值 0.93)，Al/(Al+Fe+Mn)分布為 0.25～0.85(均值 0.65)，反映未受熱液作用影響;燈影組藻云巖中 Eu/Eu*分布為 1.11～2.05(均值 1.52)，Al/(Al+Fe+Mn)分布為 0.08～ 0.46(均值 0.18)(表 1)，反映存在少量熱液作用。對(duì)比 Ba 元素、Ni 元素與 Eu/Eu*，兩者均無(wú)正相關(guān)性，表明微弱的熱液作用未影響 Ba 元素和 Ni 元素含量，因而本次研究中，熱液作用的影響可以不考慮。據(jù)此，本次研究中的 Ba、Ni、P 元素含量?jī)H需消除陸源碎屑帶來(lái)的影響。一般而言，碎屑沉積巖中， Ti 與 Zr 元素主要來(lái)源于陸源碎屑物，不易受氧化還原作用或海水來(lái)源影響，故可以用于指示物源來(lái)源特征。本次樣品 Ti/Zr 比值分布為 7～33(均值 21)，依前人標(biāo)準(zhǔn)[22]，判斷母巖來(lái)源為長(zhǎng)英質(zhì)源巖，故使用上地殼作為陸源碎屑來(lái)源參考。通過(guò)元素過(guò)剩量計(jì)算獲得與古生產(chǎn)力相關(guān)的 Ba、Ni 和 P 的含量，公式為 Xbio=X 樣品–Al 樣品×( X/Al)陸源碎屑，其中，Xbio 反映古生產(chǎn)力的指標(biāo)，X 樣品指樣品中元素含量，Al 樣品指樣品中 Al 元素含量，(X/Al)陸源碎屑為陸源碎屑礦物中 X 元素與 Al 元素比值。本次研究中(X/Al)陸源碎屑取上地殼的值。

　　3.1.1 鋇元素

　　烴源巖的 Ba 元素分析結(jié)果如表 1，研究區(qū) Babio 分布具有明顯的層位特征。其中，陡山沱組泥巖最高，為 600×10-6 ;筇竹寺組泥頁(yè)巖其次(川中地區(qū)均值為 376×10-6，威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)均值為 528×10-6，川西南地區(qū)均值為 482×10-6);燈三段泥巖(均值為 343×10-6)與麥地坪組泥質(zhì)白云巖(威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)均值為 366×10-6，川西南地區(qū)均值 197×10-6)第三;而燈影組藻云巖最差(川中地區(qū)均值 91×10-6，威遠(yuǎn) —資陽(yáng)地區(qū)均值 31×10-6，川西南地區(qū)均值 31×10-6)。可見，由 Ba 元素記錄的古生產(chǎn)力特征表現(xiàn)為陡山沱組與筇竹寺組最好，其次為燈三段與麥地坪組，燈影組(藻云巖層)最差。

　　3.1.2 鎳元素

　　烴源巖的 Ni 元素含量分析結(jié)果見表 1，層位上，筇竹寺組泥頁(yè)巖 Nibio最高(川中地區(qū)均值為 54×10-6，威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)均值為 73×10-6，川西南地區(qū)均值為 28×10-6)，燈三段泥巖(均值為 38×10-6)、陡山沱組泥巖(均值為 30×10-6)與麥地坪組泥質(zhì)白云巖(威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)均值為 30×10-6，川西南地區(qū)均值為 18×10-6)其次，燈影組藻云巖(川中地區(qū)均值為 15×10-6，威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)均值為 19×10-6，川西南地區(qū)均值為 16×10-6)最差;區(qū)域上，威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)和川中地區(qū)好，而川西南地區(qū)差。與 Ba 元素特征對(duì)比，層位上，Ba 元素含量陡山沱組最好，筇竹寺組次之，而 Ni 元素顯示筇竹寺組最好，陡山沱組次之，這可能與還原的沉積環(huán)境特征有關(guān)。3.2 節(jié)中討論發(fā)現(xiàn)川中與威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)筇竹寺組最為還原，故筇竹寺組泥頁(yè)巖沉積過(guò)程中，Ba 元素可能由于強(qiáng)還原特征，導(dǎo)致 Ba 元素溶解而含量降低[23](圖 2A)。也就是說(shuō)，Ni 元素和 Ba 元素的分析認(rèn)識(shí)有各自的適用條件。

　　區(qū)域上，Ba 元素特征顯示不同區(qū)域無(wú)明顯差異，而 Ni 元素特征則顯示川西南地區(qū)相對(duì)差。這可能與沉積物中 Ni 元素的固定富集機(jī)理有關(guān)，通常認(rèn)為 Ni 可以與有機(jī)質(zhì)以有機(jī)結(jié)合態(tài)形式富集，在沉積埋藏過(guò)程中，若有機(jī)質(zhì)分解，Ni 元素會(huì)從沉積物中釋放并轉(zhuǎn)換為離子形式，此時(shí)需要在硫化條件下，Ni 進(jìn)入硫化物礦物中，或以硫化物形式富集固定，否則 Ni 元素會(huì)以離子形式重新進(jìn)入上層水體中，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確指示原始有機(jī)質(zhì)豐度，即生物古生產(chǎn)力[2-3,24]。3.2 節(jié)中討論發(fā)現(xiàn)，川西南地區(qū)總體沉積體系硫化程度低，故 Ni 元素的固定作用受到影響，導(dǎo)致 Ni 元素含量相對(duì)較低(圖 2A)。因而，川西南地區(qū)烴源巖古生產(chǎn)力比現(xiàn)有 Nibio 所指示特征更好，需綜合分析確定研究區(qū)古生產(chǎn)力特征。

　　3.1.3 磷元素

　　烴源巖的 P 元素含量分析結(jié)果見表 1，結(jié)果表明 P 元素區(qū)域差異小，層位差異大。其中，麥地坪組最高，威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)與川西南地區(qū)(P2O5)bio 均值分別為 4.9%和 3.5%;其次為燈三段泥巖(均值 2.0%)、陡山沱組泥巖(均值 0.42%)、筇竹寺組泥頁(yè)巖(均值 0.06%)、燈影組藻云巖(均值 0.08%)。但 P 元素可能不適用于研究區(qū)烴源巖古生產(chǎn)力的恢復(fù)，如以含量最高的麥地坪組為例，其 P 元素以磷灰石形式存在[25-26]，寒武紀(jì)初期揚(yáng)子地臺(tái)西緣處于低緯度的熱帶、亞熱帶，當(dāng)時(shí)上升洋流把磷元素從深部帶入到古陸的邊緣淺海部位，促使了這一層位磷元素的大量富集[25]，因此大量磷元素的富集并不僅僅是有機(jī)質(zhì)生命活動(dòng)中的富集作用。綜合上述，在前人提出的 Ba、Ni、P 等古生產(chǎn)力參數(shù)中，P 元素受沉積環(huán)境、后期地質(zhì)演化作用最大，應(yīng)用受到限制，不適用于本次研究[3]。相比而言，Ba 和 Ni 元素都可以反映古生產(chǎn)力特征。Ba 元素可以指示除川中地區(qū)和威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)筇竹寺組烴源巖的古生產(chǎn)力，而 Ni 元素可以指示除川西南地區(qū)烴源巖的古生產(chǎn)力，據(jù)此綜合 Ba 元素和 Ni 元素所指示的古生產(chǎn)力特征，認(rèn)為研究區(qū)筇竹寺組和陡山沱組古生產(chǎn)力最高，其次為燈三段與麥地坪組，而燈影組(藻云巖層)古生產(chǎn)力最低;不同區(qū)域古生產(chǎn)力存在差異較小，以威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)最好，川中次之，川西南相對(duì)最差。

　　3.2 沉積環(huán)境特征

　　3.2.1 MoEF和 UEF的特征及其指示的泥質(zhì)巖沉積環(huán)境

　　TRIBOVILLARD 和 ALGEO 等[4,27]提出，MoEF-UEF協(xié)變特征可以確定黑色頁(yè)巖的貧氧、缺氧或硫化特征，MoEF 和 UEF 分別指 Mo 元素和 U 元素的富集系數(shù)，依據(jù) TRIBOVILLARD 等[4]提出的公式 XEF=(X/Al)樣品/(X/Al)PAAS確定。如圖 2B，本次研究川中地區(qū)和威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)筇竹寺組泥頁(yè)巖的 MoEF和 UEF 最高，分別為 12～55(均值 30)和 6.9～10.5(均值 8.4)，而其他地區(qū)層位低。據(jù)此，川中地區(qū)和威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)筇竹寺組烴源巖的沉積環(huán)境主要分布于缺氧-硫化帶。

　　3.2.2 鈰異常特征及其指示的碳酸鹽巖沉積環(huán)境

　　在碳酸鹽巖中，可依據(jù) Ce 元素異常特征確定碳酸鹽巖形成過(guò)程中海水的氧化還原特征[28-29]。在氧化性海水體系中，海水中 Ce3+被氧化成 Ce4+，形成不溶的 Ce 的氫氧化物或氧化物并脫離海水體系，導(dǎo)致海水呈現(xiàn) Ce 負(fù)異常特征[30]。研究區(qū)燈影組藻云巖中 Ce 異常(Ce/Ce*)為 0.36～0.85(均值 0.70)，反映氧化-還原條件復(fù)雜，既有弱氧化-次氧化，也有氧化的環(huán)境。綜上所述，可以認(rèn)為燈影組(藻云巖層)在各地區(qū)(川中、威遠(yuǎn)-資陽(yáng)、川西南)均還原程度最弱，為氧化-次氧化環(huán)境，其余層位均為還原環(huán)境。具體而言，川西南筇竹寺組和麥地坪組烴源巖為貧氧、弱局限的海水環(huán)境，川中燈三段及川西南陡山沱組烴源巖為貧氧-缺氧沉積環(huán)境，川中筇竹寺組與威遠(yuǎn)-資陽(yáng)筇竹寺組烴源巖為缺氧-硫化沉積環(huán)境，硫化程度相對(duì)高。

　　3.3 沉積速率特征

　　3.3.1 TiO2/Al2O3 值特征及其指示的泥質(zhì)巖沉積速率

　　泥質(zhì)巖的 TiO2/Al2O3 比值可以用于表征沉積過(guò)程中沉積速率的相對(duì)強(qiáng)弱[31]。這是因?yàn)?Al 元素一般賦存在黏土礦物、長(zhǎng)石等礦物中，Ti 元素主要賦存在粉砂級(jí)顆粒重礦物中[32]，故 TiO2/Al2O3 值是碎屑粒徑的可靠指標(biāo)，高的比值指示相對(duì)大的碎屑顆粒，而陸源碎屑的沉積速率與顆粒粒度呈正相關(guān)關(guān)系，因此可以依據(jù) TiO2/Al2O3 比值推測(cè)沉積速率的相對(duì)大小[31]，即隨 TiO2/Al2O3 值越大，沉積速率越大。本次研究中泥質(zhì)烴源巖 TiO2/Al2O3 值的分布特征如表 1 和圖 2C，總體分布相近，其中，川中地區(qū)筇竹寺組烴源巖的 TiO2/Al2O3 比值最高，均值為 0.066，其次為威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)麥地坪組和川西南地區(qū)陡山沱組烴源巖，均值分別為 0.060 和 0.058。不同地區(qū)、不同層位烴源巖的沉積速率存在一些較小差異，總體以川中地區(qū)筇竹寺組最快。

　　3.3.2 碳酸鹽巖類沉積速率

　　碳酸鹽巖類與泥質(zhì)巖類的沉積速率存在較大差異，如本次研究的藻云巖，主要受控于藻類的生長(zhǎng)環(huán)境和生長(zhǎng)速率，不同于泥質(zhì)巖類主要來(lái)源于碎屑物質(zhì)搬運(yùn)沉積成巖的特征。劉建良等[33]通過(guò)計(jì)算模擬研究，確定臺(tái)地相碳酸鹽巖生長(zhǎng)速率可達(dá) 500 m/Ma，斜坡相碳酸鹽巖生長(zhǎng)速率可達(dá) 100 m/Ma，而黑色頁(yè)巖或泥巖類的沉積速率一般在數(shù) m/Ma[34]，據(jù)此，研究區(qū)燈影組的藻云巖沉積速率應(yīng)是最快的。綜上所述，研究區(qū)不同區(qū)域沉積速率差異不明顯，而層位上以燈影組藻云巖沉積速率最快，其余層位差異小，以川中筇竹寺組沉積速率最快。

　　3.4 烴源巖質(zhì)量評(píng)價(jià)

　　綜合上述，對(duì)四川盆地震旦-寒武系高演化烴源巖從無(wú)機(jī)地球化學(xué)角度進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，依質(zhì)量高低如下：(1)川中與威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)筇竹寺組烴源巖質(zhì)量最好，表現(xiàn)在古生產(chǎn)力高、沉積環(huán)境最為還原(缺氧-硫化，硫化程度相對(duì)高)、沉積速率相對(duì)快;(2)川西南地區(qū)陡山沱組烴源巖質(zhì)量好，表現(xiàn)在古生產(chǎn)力高、沉積環(huán)境還原(貧氧-缺氧)、沉積速率相對(duì)慢;(3)川中地區(qū)燈三段及威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)麥地坪組烴源巖質(zhì)量中等，表現(xiàn)在古生產(chǎn)力中等、沉積環(huán)境還原(貧氧-缺氧)、沉積速率相對(duì)慢;(4)川西南地區(qū)筇竹寺組和麥地坪組烴源巖質(zhì)量差，表現(xiàn)在古生產(chǎn)力低、沉積環(huán)境還原(貧氧)、沉積速率相對(duì)慢;(5)燈影組藻云巖烴源巖質(zhì)量差，表現(xiàn)在古生產(chǎn)力低、沉積環(huán)境氧化-次氧化、沉積速率最快。

　　3.5 烴源巖有機(jī)質(zhì)富集控制因素

　　分析烴源巖無(wú)機(jī)地球化學(xué)參數(shù)與有機(jī)質(zhì)豐度之間的關(guān)系，以確定有機(jī)質(zhì)富集的控制因素。古生產(chǎn)力方面，筇竹寺組和麥地坪組烴源巖中有機(jī)碳含量與 Nibio 呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢(shì)(圖 3A 和 B)，燈三段泥巖和燈影組藻云巖烴源巖中有機(jī)碳含量與 Babio 呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢(shì)(圖 3C 和 D)。筇竹寺組和麥地坪組烴源巖中有機(jī)質(zhì)豐度與 Babio 無(wú)明顯相關(guān)特征，反映 Ba 元素在強(qiáng)還原環(huán)境中由于重晶石顆粒溶解，導(dǎo)致 Ba 元素含量降低，因而無(wú)法準(zhǔn)確反映古生產(chǎn)力特征，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)豐度和 Ba 元素相關(guān)趨勢(shì)弱。燈三段泥巖和燈影組藻云巖烴源巖中有機(jī)質(zhì)豐度與 Nibio無(wú)明顯相關(guān)特征，反映Ni 元素在弱還原條件中由于硫化條件弱，導(dǎo)致部分 Ni 元素流失，故有機(jī)質(zhì)豐度與 Ni 元素相關(guān)趨勢(shì)弱。綜合 Ba、Ni 元素與有機(jī)質(zhì)豐度的關(guān)系，認(rèn)為研究區(qū)古生產(chǎn)力對(duì)有機(jī)質(zhì)豐度具有重要的控制作用。

　　沉積環(huán)境方面，筇竹寺組烴源巖的有機(jī)碳含量與 MoEF、UEF均呈現(xiàn)出正相關(guān)特征(圖 3E 和 F)，麥地坪組烴源巖的有機(jī)碳與 MoEF 呈現(xiàn)出正相關(guān)特征(圖 3G)，表明沉積環(huán)境是控制有機(jī)質(zhì)豐度的重要因素。如川西南地區(qū)筇竹寺組和麥地坪組烴源巖沉積環(huán)境還原程度相對(duì)最弱，對(duì)有機(jī)質(zhì)的保存不利，因此該區(qū)烴源巖質(zhì)量相對(duì)最差。燈三段泥巖烴源巖有機(jī)碳與 MoEF、UEF均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)特征(圖 3H 和 I)，燈影組藻云巖烴源巖有機(jī)碳與 Ce/Ce*呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)特征(圖 3J)，這反映水體呈現(xiàn)弱氧化-貧氧環(huán)境時(shí)，水體中氧含量降低，限制了藻類的生長(zhǎng)發(fā)育，降低了生物古生產(chǎn)力。因此，燈三段泥巖、燈影組藻云巖烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度主要受控于古生產(chǎn)力。沉積速率方面，如前所述，燈影組藻云巖烴源巖沉積速率遠(yuǎn)大于其他烴源巖，但有機(jī)質(zhì)豐度卻較小，反映在藻云巖體系中，沉積速率對(duì)有機(jī)質(zhì)豐度并無(wú)影響，或者說(shuō)是負(fù)面影響。對(duì)泥質(zhì)巖的沉積速率參數(shù)和有機(jī)碳含量進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)筇竹寺組烴源巖具有一定的正相關(guān)趨勢(shì)(圖 3K)，反映沉積速率對(duì)筇竹寺組烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度有一定影響。但總體而言，鑒于研究區(qū)泥質(zhì)巖類沉積速率相近，說(shuō)明其對(duì)有機(jī)質(zhì)豐度影響程度不大。

　　綜合上述，可以認(rèn)為研究區(qū)震旦系-下寒武統(tǒng) 5 套烴源巖中的有機(jī)質(zhì)富集主要受控于沉積環(huán)境與古生產(chǎn)力，而沉積速率對(duì)有機(jī)質(zhì)的富集影響相對(duì)較小。不同層位烴源巖存在差異，其中，筇竹寺組和麥地坪組烴源巖的有機(jī)質(zhì)富集主要同時(shí)受控于古生產(chǎn)力和沉積環(huán)境，沉積速率作用小;燈三段泥巖和燈影組藻云巖烴源巖的有機(jī)質(zhì)富集主要受控于古生產(chǎn)力，不受沉積速率影響，次氧化的水體環(huán)境不利于藻類繁殖，限制了古生產(chǎn)力。

　　4 烴源巖發(fā)育模式

　　基于上述烴源巖發(fā)育特征的研究結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)背景，建立了本次研究 5 套烴源巖的沉積模式(圖 4)。陡山沱組由下至上四分，其中陡一段沉積時(shí)期四川盆地為古陸，未有沉積;陡二段沉積時(shí)期，中-上揚(yáng)子區(qū)廣泛海侵，四川盆地總體處于濱岸-陸棚相沉積環(huán)境，以砂巖、泥頁(yè)巖類沉積為主;陡三段沉積時(shí)期，四川盆地總體為局限-半局限臺(tái)地環(huán)境，以碳酸鹽巖沉積為主;陡四段沉積時(shí)期，四川盆地海退導(dǎo)致盆地內(nèi)部陡四段剝蝕或未有沉積[13,15,35]。可見，陡二段發(fā)育富有機(jī)質(zhì)黑色泥頁(yè)巖類(圖 4A)，該時(shí)期內(nèi)海洋中菌藻類繁盛，古生產(chǎn)力高，沉積環(huán)境還原，有利于有機(jī)質(zhì)的保存，在盆地內(nèi)部形成黑色泥巖沉積。

　　燈影組與陡山沱組一樣，由下至上四分，其中燈一和燈二段沉積時(shí)期整個(gè)四川盆地主體為臺(tái)地相沉積[36](圖 4B)。該時(shí)期海洋中菌藻類發(fā)育，古生產(chǎn)力中等，水體深度淺，呈現(xiàn)富氧-部分貧氧特征，藻云巖中有機(jī)質(zhì)含量總體較低，主要受控于古生產(chǎn)力。燈二段沉積末期發(fā)生的桐灣運(yùn)動(dòng) I 幕，導(dǎo)致區(qū)域性海退，燈二段部分遭受剝蝕[36-37]。在燈三段沉積時(shí)期，隨著拉張作用的加強(qiáng)，早期發(fā)生了一次大規(guī)模海侵，川中地區(qū)形成陸棚相沉積[36-37](圖 4C)，出現(xiàn)碎屑巖類沉積。該時(shí)期古生產(chǎn)力中等，沉積環(huán)境為貧氧-缺氧，形成富有機(jī)質(zhì)的黑色泥巖，有機(jī)質(zhì)豐度主要受控于古生產(chǎn)力。燈四段與燈一、燈二段沉積時(shí)期類似(圖 4B)，主體為臺(tái)地相沉積，有機(jī)質(zhì)富集過(guò)程及受控因素相似。燈四段沉積末期，桐灣 II 幕運(yùn)動(dòng)的地層抬升，導(dǎo)致燈四段部分遭受剝蝕，與上覆下寒武統(tǒng)沉積呈假整合接觸[37]。麥地坪組沉積時(shí)期(圖 4D)，四川盆地再次受海侵影響，部分區(qū)域形成潮坪海灣相沉積[36-37]。該時(shí)期海洋中菌藻類繁盛，古生產(chǎn)力中等，沉積環(huán)境還原，有利于有機(jī)質(zhì)的保存，在盆地內(nèi)部分區(qū)域形成富有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)白云巖沉積。同時(shí)，由于斷裂或者海盆內(nèi)帶來(lái)大量磷元素，因此白云巖沉積中還含有磷結(jié)核。

　　在筇竹寺組沉積時(shí)期(圖 4E)，由于海侵作用增強(qiáng)，四川盆地總體處于濱岸-陸棚相沉積環(huán)境[36-37]。該時(shí)期揚(yáng)子地區(qū)處于低緯度，光照條件好，水底營(yíng)養(yǎng)元素充足，因而水體中藻類與細(xì)菌類繁盛，古生產(chǎn)力高;藻類死亡形成有機(jī)質(zhì)后，沉積于水底中，與來(lái)自古陸的陸源碎屑混合，逐漸形成富有機(jī)質(zhì)沉積物。沉積環(huán)境存在地區(qū)差異，川西南地區(qū)處于貧氧區(qū)域，含氧量相對(duì)高，因而不利于有機(jī)質(zhì)的保存;而川中地區(qū)、威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)處于缺氧區(qū)域，含氧量低，有利于有機(jī)質(zhì)保存。

　　5 結(jié)論

　　(1)四川盆地震旦-寒武系 5 套高演化烴源巖中有機(jī)質(zhì)富集主要受控于沉積環(huán)境與古生產(chǎn)力，相比而言，沉積速率對(duì)有機(jī)質(zhì)富集的影響較小。川中和威遠(yuǎn)-資陽(yáng)地區(qū)的筇竹寺組，由于古生產(chǎn)力高、有機(jī)質(zhì)來(lái)源豐富、在后期埋藏過(guò)程中保存環(huán)境還原，使得有利于形成良好質(zhì)量的烴源巖，屬于高生產(chǎn)力加好保存模式。

　　(2)無(wú)機(jī)(元素)地球化學(xué)方法是高演化烴源巖評(píng)價(jià)的良好途徑。在四川盆地震旦-寒武系高演化烴源巖中，該方法可用于反演烴源巖的古生產(chǎn)力、沉積環(huán)境和沉積速率，典型參數(shù)是古生產(chǎn)力的 Ba和 Ni 元素、古環(huán)境的 MoEF、UEF及 Ce 異常和沉積速率的 TiO2/Al2O3 比值。