有机物质积累机制下寒武纪地层从塔里木盆地Luntan 1、中国西北

文摘

大量的轻质原油油被发现在4000到7000米深的寒武纪地层,奥陶纪、志留纪水库在塔里木盆地,中国西北。提高父母的理解材料的深油,一组优质烃源岩的Yuertusi形成Luntan 1(8882米)的最大钻井深度研究的沉积有机质富集的条件和机制。总有机碳(TOC)含量、干酪根碳同位素(δ¹³C_根据),主要和微量元素的岩石震旦Qigebulake,寒武纪Yuertusi, Xiaoerbulake阵型Luntan 1进行分析。结果表明,δ¹³C_根据Yuertusi形成价值几乎没有变化,平均为-31.19‰。伴随着高TOC内容充实bioessential微量元素,如镉、铬、铜、镍、锌,发生在的下部Yuertusi形成。超额钡(Ba_xs)和磷浓度显示初级生产力高的沉积期间Yuertusi形成。此外,钼的富集因素变化,铀、钒和molybdenum-uranium相关变异模式表示suboxic-anoxic Qigebulake形成的条件,anoxic-euxinic Yuertusi形成的条件,suboxic-oxic Xiaoerbulake形成的条件。TOC含量与古海洋和paleoredox参数显著相关,表明高生产率和减少条件共同控制好Luntan 1中的有机物质积累和保存。

1。介绍

在中国,许多hydrocarbon-producing盆地勘探活动最近针对深水和超深水区域,导致古代地层收到广泛的关注。原生代的寒武纪,甚至更深层次的盆地的一部分,日益成为研究的热点和勘探活动1- - - - - -5]。分析深井油气地质的超过7000 m深度显示深度范围的下限深度碳氢化合物的生成是宽,烃源岩在高成熟阶段仍具有良好的生烃潜力(6]。深和超深水水库从中国海洋克拉通盆地,因此,可能含有大量的石油和天然气资源3- - - - - -8]。

寒武纪油藏,如壹空间的井,ZS1, ZS1C, TD2,不断在塔里木盆地发现的(9- - - - - -13]。2020年1月,光从较低的原油被发现寒武纪白云石与埋深大于8200年Luntan 1,渗透到一组优质烃源岩在寒武纪Yuertusi形成和两套储盖组合。其中包括蒸发岩石膏帽Awatage形成和白云岩储层的岩石Shayilike-Wusonggeer形成和泥岩盖Yuertusi形成和震旦系Qigebulake白云岩风化壳储层的形成。Luntan 1的钻探是超深水油气勘探的突破旧的塔里木盆地克拉通(14]。这些油藏发现进一步表明,塔里木盆地的寒武纪地层勘探领域广阔,勘探潜力。

这些原油资源被认为起源于寒武纪Yuertusi的烃源岩形成基于许多生油相关性分析(10,15- - - - - -18]。Yuertusi形成包含优质烃源岩(19)的研究仍然缺乏有机质积累机制。之前的研究提出,几个因素控制有机物质浓缩,包括paleoredox、古海洋、古气候、上升流、热液流体,陆源碎屑输入,盆地限制,和它们的组合20.- - - - - -26]。邓小平等人最近提出,生物组合类型、陆源碎屑输入和沉降速度可能会带来不同的TOC内容保存在Yuertusi形成Shiairike部分和Xishanbulake形成(时间相当于Yuertusi形成)从Yaerdangshan部分在塔里木盆地27]。然而,最重要的因素控制有机物质积累在一个特定的研究领域应该专门学习,因为主要控制有机物质积累在不同的沉积环境可能不同(26,28]。这将是重要的研究Yuertusi形成烃源岩的沉积环境Luntan 1和因素控制有机物发展石油/天然气分布的预测和新的油气勘探活动。

目前的研究调查TOC含量的分布,干酪根碳同位素组成(δ¹³C_根据),主要和微量元素的岩石Sinian-Lower寒武纪Luntan 1的塔里木盆地。这预计将提供有用的信息沉积条件下,有机质富集和保存机制下寒武纪Yuertusi烃源岩。

2。地质背景

塔里木盆地位于新疆维吾尔自治区,中国西北部,占地面积560000公里²。它的形状像一个巨大的眼球,有界的造山带北天山,西南部西昆仑山和阿尔金山山脉东南部(图1)。盆地划分为五个萧条(库车、北、西南、东南和塘沽)和四个隆起(他、巴楚、Tazhong Tadong) (29日,30.]。

Luntan 1位于Lunnan低凸起Tabei隆起,最大钻孔深度达到8882米的震旦系Sugaitebulake形成。Tabei隆起位于塔里木盆地北部,与从东到西长480公里,宽70 - 110公里从南到北。这是一个摘要paleouplift罢工近东西向,略向北传播。Lunnan低凸起坐在他的中心隆起为界,北部与轮台隆起轮台断裂。南方北方抑郁,在西方是塔北低凸起,在东方Caohu萧条。总面积约14000公里²,Lunnan低膨胀的主要区域是Lunnan-Tahe-Halahatang油田(31日,32]。

沉积权力更替Lunnan低隆起非常发达。他们从下到上依次为:震旦系,寒武纪、奥陶纪、志留纪,泥盆纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪、白垩纪、早第三纪、晚第三纪和第四纪。其中,从震旦系至奥陶系地层,志留纪二叠纪,新生代海相碳酸盐岩,近海,分别和大陆存款(31日,32]。Lunnan低凸起的特点是“与寒武纪复式油气聚集玩”,奥陶系、石炭系和三叠纪为主要含烃地层(33]。

在这部作品中,震旦Qigebulake形成(8696 - 8847),较低的寒武纪Yuertusi形成(8615 - 8696),和Xiaoerbulake形成从Luntan 1(8444 - 8615)是地层的关注焦点。Qigebulake形成由白云岩组成。Qigebulake Yuertusi地层不整合依赖的形成和构成Xiaoerbulake形成。它由黑色页岩的下部和上部的泥灰岩和灰岩14]。Yuertusi地层的厚度在Luntan 1 81米,厚得多,在塔里木盆地西北部Shiairike部分(图2)。Xiaoerbulake是由石灰岩形成,这是有别于明显减轻Xidashan从Yaerdanghshan部分形成在塔里木盆地东北部(图2)。这表明一个空间北部和东北部塔里木盆地的沉积环境在寒武纪早期。

3所示。材料和方法

经过仔细筛选的钻切削样本Luntan 1, 85个样本包括20 Qigebulake形成,从Yuertusi形成41,24 Xiaoerbulake形成的选择。岩石样本与大角大小和没有明显的污染被粉碎成200目。TOC的分析内容,干酪根碳同位素,主要和微量元素。

TOC分析,80 - 120毫克粉样本处理15%的盐酸溶液在24小时完成除碳酸盐岩。脱钙的固体残渣与去离子水清洗多次,直到溶液的pH值接近7。固体残渣然后干在前60°C的分析。TOC进行了分析与Eltra cs - 800碳硫限定词。

六烃源岩干酪根的选择Yuertusi形成浓缩。每个样品粉(~ 50克)治疗反复稀释盐酸和高频的碳酸盐和硅酸盐矿物。剩余干酪根用去离子水清洗,直到一个中立的国家获得,然后晒干。的δ¹³C_根据值测量使用一个元素分析仪自动加上一个conflow接口,传输二氧化碳气体Finniganδ+质谱仪。碳同位素值的标准偏差小于±0.3‰。

为主要元素分析,样本混合用硝酸锂和彻底融化在一个较高的温度。主要元素内容然后由飞利浦PW2404 x射线荧光光谱仪测量。相对偏差小于5%,和元素浓度的相对误差小于2%。微量元素分析,岩石样本粉与HNO消化₃-HClO₄-HF-HCl混合氨基酸,富含有机物样品燃烧在750°C充分去除有机物消化。微量元素含量测定的安捷伦7700 x电感耦合等离子体质谱仪(icp)加上一个安捷伦VISTA电感耦合等离子体原子发射光谱仪(icp - aes)。相对偏差和元素浓度的相对误差小于10%。

4所示。结果与讨论

4.1。TOC和δ¹³C_根据

岩石的TOC值从Qigebulake Yuertusi,和Xiaoerbulake地层范围从0.73%至0.15 (avg。0.33%), 0.27 - 10.13% (avg。3.0%)和0.22 (avg。0.40%), 0.58%(表S1)。TOC含量最高出现在的下部Yuertusi形成(图3)。

的δ¹³C_根据值的六个Yuertusi形成的干酪根Luntan 1变化从-31.50‰,-30.01‰(表S1),平均值为-31.19‰。的δ¹³C_根据值显示无显著变化。

碳源利用和光合作用的主要影响因素是有机质碳同位素分馏的生物合成;因此,不同的生物组合可能导致的变化δ¹³C_根据。例如,δ¹³C_根据值越低古生代潜在烃源岩主要由底栖藻类低于-34‰,而δ¹³C_根据值的烃源岩主要由浮游藻类在塔里木盆地(高于-30‰35,36]。先前的研究在露头烃源岩的低寒武纪Xishanbulake形成在塔里木盆地东部和下寒武纪Yuertusi-Xiaoerbulake形成在塔里木盆地西部表明bioprecursors组合从底栖藻类浮游藻类(37]。相比之下,δ¹³C_根据值Yuertusi形成从Luntan 1没有任何明显的垂直变化,表明海洋环境和生物组合并没有改变Yuertusi的沉积地层中井Luntan 1。

4.2。微量元素分布

微量元素(Ba)钡、镉(Cd),钴(Co)、铜(铜)、钼(Mo)、镍(镍),铀(U),钒(V)和锌(锌)和主要元素铝(Al)和钛(Ti)内容在岩石Luntan展示在表1S2。样品的微量元素丰度的三个形态表现出订单英航> P > V >锌>镍>钼、铜、U, Co和Cd。在目前的研究中,微量元素/阿尔比是用于正确的稀释自生矿物的38]。结果表明,这些微量元素大部分集中在低Yuertusi形成的一部分,这是与高TOC含量(表同步S3,图3)。Cd / Al,除此之外,公司/铝,铜/铝、钼/铝,镍/铝,U / Al, V /铝和锌/铝呈正相关目录内容(图4)。

Cd、Co、铜、镍、锌是bioessential称为蛋白质或近年结构组件和活性中心,扮演关键角色在不同的酶反应,包括光合作用、固氮作用和其他合成或分解代谢过程(39,40]。TOC含量高的耦合和高浓度的bioessential微量元素的下部Yuertusi形成建议,这些微量元素促进了生物的发展是微量元素,最终被纳入沉积物有机质。提高生产率提供了强大的物质支持有机质的积累。

4.3。古生产力评估

生物英航和P是典型代表生产力评价古代沉积物作为他们经常表现出良好的相关性与海洋初级生产力(41- - - - - -44]。生物英航nondetrital分数所代表的或部分超过平均页岩丰富的Ba(多余部分)计算如下(44,45]: 在英国航空公司_xs,英航_总、Ti (Ba / Ti)_PAAS英航代表多余的元素,总浓度Ba, Ti浓度,和英航的集中度Ti post-Archean澳大利亚平均页岩(PAAS),分别。PAAS数据取自[46]。

英航_xs和P的评价内容是利用Sinian-Lower寒武纪地层的古海洋Luntan 1(图5)。最高的间隔位于Yuertusi形成生产力,英航_xs值的范围从2712.33到9919.83 ppm (avg 4701.16 ppm)。英航的_xs因Qigebulake所得值和Xiaoerbulake地层范围从935.92到6335.33 ppm (avg 3207.94 ppm)和1755 - 6502 ppm (avg 3790.79 ppm),分别为(表S3)。尽管英国航空公司_xs值较低的寒武纪富含有机物的床上扬子块主要范围从700到1300 ppm,类似于现代的高生产率海洋值设置(47]。

的下部Yuertusi形成非常丰富的磷P含量从1270到4070 ppm。大量的磷被认为是经由上升流电流发生在寒武纪早期海侵事件时在塔里木盆地48- - - - - -50]。磷富集表示高生产率Yuertusi期间沉积形成。英国航空公司之间的弱相关_xs和TOC以及P内容和TOC(图6),暗示影响当地环境的英航和P在海水中,如再活化和回收43]。其他古生产力指标,如铜、镍、锌、不受氧化还原条件影响(41,51]。元素之间的显著正相关性比率(铜/铝,镍/铝,锌/铝)和TOC(图内容4)的生产力还表示一个重要的角色在有机质的积累。总的来说,床高TOC含量通常有很高的生产力。

4.4。Paleoredox条件分析

铁物种形成、黄铁矿微球团大小、C_org/ P,元素比率Th / U, V / Cr、V / Sc, Ni / Co和V / (V + Ni)已经申请paleoredox分析(52- - - - - -57),但最近的一些研究表明,氧化还原阈值不应直接应用于不同paleodepositional系统(58,59]。Redox-sensitive微量元素,如莫U和V,通常富集在沉积岩在减少的情况下,允许他们重要的评估paleoredox代理条件(41]。他们被认为比其他氧化还原代理一直有用的评估paleoredox条件(59]。莫,U, V在目前的研究来说明利用的演变在Sinian-early寒武纪海洋氧化还原条件。

微量元素的富集因子(EF)相对于PAAS通常是计算如下: X_英孚(X / Al)_样本,(X / Al)_PAAS代表元素的富集因子X, X元素比铝样品,和元素X的比率在PAAS,分别。莫_英孚,你_英孚V_英孚Qigebulake的岩石形成的范围从10.20到455.67,11.08,102.30,和0.79到7.23(表S3,图7),显示出莫的轻微到中度的浓缩,U, V和suboxic-anoxic条件。三个Yuertusi形成极其丰富微量元素,特别是在低形成的一部分,密苏里州_英孚19.41 - -1386.72,U_英孚15.38 - -503.74,V_英孚1.07 - -37.09。这些表明,Yuertusi形成在anoxic-euxinic沉积环境。Xiaoerbulake形成几乎不丰富,与莫U, V_英孚3.41 - -39.85,U_英孚7.64 - -23.85,V_英孚0.81 - -1.82,表明suboxic-oxic沉积环境。莫_英孚,你_英孚V_英孚提出了良好的相关性与TOC内容(数据7和8)。它显示TOC含量高于沉积物沉积在严重减少的情况下,表示有机质的保存Luntan 1主要是通过减少控制条件。总的来说,总的趋势观察从不同的代理用于这项研究表明增加从Qigebulake形成缺氧的下部Yuertusi形成和增加氧化倾向的下部Yuertusi形成Xiaoerbulake形成。从密苏里州也是显而易见的_英孚- u_英孚共变模式(图9(一个)),这被证明是有用的在古海洋环境的分析60]。

Mo-TOC相关变异模式在现代缺氧海洋环境适用于缺氧paleomarine水文系统分析(61年,62年]。在图9 (b),莫浓度和TOC之间有正相关内容,再次表明Yuertusi的缺氧沉积环境形成的41]。一些Mo / TOC值相似Saanich进口和Cariaco盆地(60),反映出轻度至中度水质量在一定时间内限制。此外,Mo-TOC共变模式的Yuertusi地层露头部分也表明semirestricted浅水环境(63年]。微量元素的浓度之间的相似性Yuertusi塔里木盆地形成和Cariaco盆地沉积物以前报道(50]。相信塔里木盆地被动大陆边缘的是海洋热液流体的上升流的影响。

4.5。Yuertusi形成的有机物质积累机制在塔里木盆地Luntan 1

几种发展模式下寒武统牛蹄塘组的烃源岩在塔里木盆地已建立在先前的研究中。例如,热流体活动,上升流电流,缺氧事件模型(64年],缓坡模型[29日),“空缓坡和货架模型(19),浅水沉积交叠模型(62年提出了。已经达成共识的沉积Yuertusi形成受到海平面变化,热液活动、上升流和有机质保存条件(19,26,63年,64年]。

Sinian-Cambrian过渡期间,张性构造运动以及大规模的火山和热液活动发生在塔里木盆地(50,65年- - - - - -67年]。在最早的寒武纪海侵事件(26),上升流的热液流体承载英航等丰富的营养元素,P, Cd,铜、镍、V,锌(图10)促进了生物的发展在大陆架上。的原始生物组合Yuertusi形成包括浮游和底栖藻类(37贡献了高生产率(图5)和有机质富集的支持材料。

Yuertusi形成从塔里木盆地的西部和东北部的利润主要是沉积在缺氧环境中(27),一些床上的上部Yuertusi形成可能沉积在缺氧条件(26,63年]。redox-sensitive富集的微量元素(例如,密苏里州,U, V)进一步表明anoxic-euxinic环境Luntan 1(底水的人物7和9(一个))。Paleoredox参数显示与TOC内容(数据相关性良好7- - - - - -9 (b)),反映出,减少了底水有利于有机质的保存。

期间开发的高生产率和缺氧条件下寒武纪的沉积在塔里木盆地烃源岩,但有机质的沉积率不同于不同的沉积相。好Luntan 1中的Yuertusi形成在一个缓坡沉积一样,在塔里木盆地西北部,如星火1 (XH-1) Shiairike, Xiaoerbulake部分(图10)。这个缓坡相是有利的为有机物质积累更温和的沉降速度比深水货架相带(27]。因此,优质烃源岩一般发达缓坡的塔里木盆地。

5。结论

有机质的沉积环境条件和控制因素的浓缩Sinian-Lower寒武纪地层的Luntan 1进行评估。基于TOC的分析,干酪根碳同位素,主要和微量元素,得出了以下的结论:(1)黑色页岩的下部形成寒武纪Yuertusi Luntan 1有一个相对较高的有机碳含量,伴随的极端浓缩生物必需微量元素,如Cd,有限公司铜、镍和锌(2)高英航_xs价值观和P浓度Yuertusi形成期间表示高生产率的沉积形成。浓缩的因素redox-sensitive微量元素钼,U, V和密苏里州_英孚- u_英孚共变模式建议Qigebulake、Yuertusi Xiaoerbulake suboxic-anoxic地层沉积,anoxic-euxinic,分别和suboxic-oxic环境(3)TOC含量呈正相关,与古paleoredox参数。这表明,高生产率和减少条件的主要因素控制的有机物质浓缩Yuertusi形成Luntan 1

数据可用性

研究数据用于支持本研究的结果中包括补充信息文件。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由中国国家石油和天然气项目(2017 zx05008002),中国国家自然科学基金(42072145)和中国科学院的战略重点研究项目(XDA14010103)。

补充材料

TOC的研究数据,δ¹³C_根据,主要和微量元素的样本Luntan 1支持本研究的结果中提供补充文件。(补充材料)

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