MPG: 鄂尔多斯盆地三叠系典型湖相页岩有机质富集的控制因素

詹兆文 副研究员

页岩沉积有机质是油气生成的母源,其控制因素与富集模式研究对油气资源评价及其勘探开发具有重要意义。沉积岩中有机质聚集涉及到沉积、生物、环境等诸多地质地球化学过程,前人将其主要控制因素归结为原始生产力、氧化还原条件和沉积速率;相应地提出有机质富集的原始生产力、有机质保存、沉积速率三种模式(Katz, 2005;Tyson, 2005)。目前已利用各类地球化学数据(如岩石学和矿物学、有机和无机地球化学、分子化合物和同位素等)建立了描述或表征泥页岩中有机质富集的控制因素及其富集模式。尽管有许多参数可以使用,但由于地质条件的复杂性,每个参数都有其不确定性或适用范围,因此多指标的综合分析将有利于对有机质富集规律的认识。化学计量学中主成分分析(PCA)使用多元统计识别方法,可从所有类型的测量数据中以线性降维的方式将不同参数所蕴含的复杂信息提炼为少数几个相互独立且具有不同意义的类或主成分(PC)。

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段湖相高有机质黑色泥页岩是盆地内中生代油气资源的主要烃源岩,也蕴含有丰富的页岩油气。中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室、深地科学卓越创新中心邹艳荣研究员和博士研究生石军等将PCA与元素地球化学相结合研究鄂尔多斯盆地东南部延长组长7三段泥页岩中有机质富集因素。在对研究区样品沉积古环境重建(氧化还原状态、古盐度、沉积速率等)和古生产力评价(古气候、生产力、事件沉积等)的基础上,对由主、微量和稀土元素地球化学参数组成的数据集进行主成分分析,发现前三个主成分(PC1,PC2和PC3)总载荷可达到81.7%,其中PC1与反映古生产力和氧化还原环境的参数相关(如Cubio,Porg和U/Th,DOPT等);而PC2和PC3分别主要与指示沉积速率和水体盐度的参数相关(图1)。前三个主成分与泥页岩样品总有机碳(TOC)显示,PC1与TOC有很好的相关性,R2达到0.92;而PC2和PC3与TOC的相关性差,R2小于0.01(图2),表明控制研究区有机质富集的主要因素是古生产力和沉积水体的氧化还原状态,即由原始生产力模式和有机质保存模式共同主导鄂尔多斯盆地延长组长7段地层有机质富集。

图1  PCA结果:(a)长7段泥页岩PC1与PC2因子得分分布;(b)前三个主成分对11个地球化学参数的载荷分布

图2  PCA前三个主成分因子得分与TOC的关系

本工作提供了一个将化学计量学方法与元素地球化学相结合的应用实例,可为其它类似研究提供分析模型(Thomas Algeo, peer review, 2021)。本研究主要受到国家自然科学基金群体项目(41621062)的资助,研究成果近期发表于国际期刊《Marine and Petroleum Geology》上。

论文信息:Shi, Jun; Zou, Yan-Rong; Cai, Yu-Lan; Zhan, Zhao-Wen; Sun, Jia-Nan; Liang, Tian; Peng, Ping’an. Organic matter enrichment of the Chang 7 member in the Ordos Basin: Insights from chemometrics and element geochemistry. Marine and Petroleum Geology, 2022, 135: 105404. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2021.105404