新疆吉木薩爾東大龍口油頁巖元素地球化學特征及沉積環境分析

夏明 韓建華 王海濤 祁萬修

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第一區域地質調查大隊 烏魯木齊 830011）

新疆吉木薩爾東大龍口油頁巖位于博格達山前東部邊緣并賦存于蘆草溝組，構造上處于北天山山前坳陷帶博格達山前斷褶帶東段，出露長達140余千米，主要為一套湖泊相暗色細碎屑巖、碳酸鹽巖沉積組合，是博格達北麓油頁巖礦帶的一部分。前人對于準噶爾盆地及南緣或三工河-大黃山地段烴源巖的研究較多，指出蘆草溝組Sr/Ba值大于1，沉積時為半咸水湖[1]；大黃山油頁巖沉積環境受到海水的影響，但是影響較小[2]。本文通過對吉木薩爾東大龍口油頁巖賦存層段地質特征、微量元素、稀土元素豐度進行了分析，反映出該地段油頁巖形成于半深湖-深湖環境，但受海退影響較大。

1 油頁巖元素地球化學特征

1.1 微量元素特征

通過實施的鉆井油頁巖和泥巖等巖石類型28種微量元素平均值統計（表1），與黎彤地殼值、涂和費頁巖值比較，其反映出以下特征。

（1）除了Li、U、B（4 倍）、W、F（2 倍）、As、P、Mo（5倍）元素高于黎彤地殼值外，其余元素平均值均小于涂和費頁巖值或相當；除了F、Mg、As、Ag、P、Mo元素略高于涂和費頁巖值外，其余元素平均值均小于涂和費頁巖值或相當；除了Zr、Y、B元素低于涂和費砂巖值外，其余元素平均值均高于涂和費砂巖值；除了Sr、Mn、Mg 元素低于涂和費碳酸鹽值、Ge 相當外，其余元素平均值均高于涂和費碳酸鹽值。反映出泥巖中大多數微量元素的含量都高于砂巖、碳酸鹽巖的一般規律，主要是粘土礦物表面具有較強吸附作用的結果。

（2）放射性元素U 值0.53-15.4×10-6，均值3.35×10-6，也略低于涂和費頁巖值（3.70×10-6）；Th值1.50-18.8×10-6，均值5.23×10-6，低于涂和費頁巖值（12×10-6）1倍。

（3）元素As7.9-91.3×10-6，一般大于20×10-6，平均值為56.04×10-6，高于涂和費頁巖值（13×10-6）4倍，而且個別樣品含量達91.3×10-6；P 普遍較高，一般大于700×10-6，平均值為1934×10-6，高于涂和費頁巖值（700×10-6），個別樣品含量達9528×10-6。P、As 普遍偏高，因此，在后期開發利用方面應加以重視。

（4）油頁巖微量元素與泥巖、粉砂巖、細砂巖、白云巖比較，反映出油頁巖中Be、B、Nb、Zr、Y、F、Sr 等親石元素普遍低于或相當于泥巖、粉砂巖、細砂巖；而油頁巖中Cu、Zn、Ag、Hg、Mn、Ni、As、Ge等親硫、親鐵元素則高于或相當于泥巖、粉砂巖、細砂巖。白云巖中Li、Mg元素高于泥巖、粉砂巖、細砂巖。

1.2 稀土元素特征

通過鉆井采集了9 件樣品進行了稀土元素分析（表2），通過對Leed隕石和北美頁巖標準化后的稀土分布模式和有關參數變化情況見圖1，稀土元素地球化學有以下特特征。

（1）稀土元素總量81.30-201.6×10-6，總體偏低；僅一個樣（J1A-75）高于北美頁巖，其余均小于北美頁巖。推測一方面是剝蝕區原巖稀土元素本身絕對含量較低，另一方面受風化、搬運到地表沉積環境的影響，泥巖類烴源巖鈣質含量較高是稀土元素含量偏低的重要原因（劉英俊等，1987）。

（2）LREE／HREE 平均值為6.05，較球粒隕石的2.40 明顯要高。相比之下，兩者的輕稀土富集程度明顯較高，重稀土相對較低。由此說明，從物源區到沉積區經風化、搬運到沉積的過程中，地表沉積環境具有重要的影響（Condie，1991）。另外有2 件樣品LREE／HREE 值為1.43、2.15，較球粒隕石的2.40 偏低，輕稀土富集程度較低，而重稀土相對較高，也表明沉積過程中，沉積環境的差異和變化。

表1 吉木薩爾東大龍口油頁巖及其它巖石類型微量元素平均值一覽表（10-6）

（3）經球粒隕石標準化后，曲線上Eu 具有較明顯負異常；δEu值為0.53-0.74，平均值為0.62，具有中度虧損。與上地殼平均值0.65 相差不大，反映了剝蝕區母巖的性質，體現出沉積物源對巖石成分特征的控制[3]。同時反映出油頁巖沉積時期存在多個物源區。

（4）經北美頁巖標準化后，δCe的平均值為0.85，顯示弱負異常，反映弱的還原環境條件。

2 沉積環境分析

2.1 微量元素

目前已廣泛使用某些元素、元素含量及比值如Fe、Mn、Sr、Ba、B、Ge、Rb、Co、Ni、V及Sb/Ba、Fe/Mn、V/Ni、Fe3+/Fe2+等判別海相與陸相、氧化與還原、水盆深度、鹽度及離岸距離等沉積條件[4]。本文利用B 及Sr／Ba 含量和比值來判別海相與陸相、鹽度等沉積環境（表3）。

表2 東大龍口鉆井油頁巖稀土元素分析結果表（10-6）

圖1 油頁巖稀土元素分配型式圖

⑴B（硼），walker 認為，相當硼含量與古鹽度密切相關，正常海水環境，相當硼含量為300～400×10-6，半咸水環境為200～300×10-6，小于200×10-6則為淡水沉積。東大龍口油頁巖26 件樣品硼含量12.8-85.0×10-6，平均值30.9×10-6，所有樣品硼含量小于200×10-6，顯示為淡水沉積環境。但泥巖、粉砂巖及白云巖硼含量在279-433×10-6，又顯示出半咸水環境。

表3 判別海陸環境的微量元素參考指標

（2）Sr/Ba，Sr與Ba 同屬親石元素，是化學性質十分相似，它們均可以形成可溶性的碳酸鹽、硫酸鹽和氯化物進入水溶液中。與Sr 相比，Ba 和化合物溶解度要低，Sr 的遷移能力要高于Ba，可遷移到大洋深處。根據前人的大量研究，以海水為介質的沉積物中，Ca、Sr的含量高，Ba的含量低，而以淡水為介質的沉積物則情況相反。一般認為，泥巖中若Sr／Ba 比值大于1，則為海水沉積，Sr／Ba 比值小于1 則屬陸相淡水沉積。東大龍口油頁巖26件樣品中，20件樣品Sr/Ba小于1，說明本區沉積環境主要為半深湖、深湖等陸相環境，6件樣品大于1，說明環境具一定的波動性，同時表明在蘆草溝組油頁巖沉積環境還是受到海水的影響，與硼所指示的沉積環境非常一致。

（3）結合地質環境特征，分析認為吉木薩爾一帶為海退方向且受海水影響較大，判識蘆草溝組油頁巖沉積環境還是受到海水的影響。

2.2 輕稀土元素和重稀土元素

（1）稀土元素配分模式可用于沉積環境分析。輕稀土與重稀土的比值（LREE/HREE）大小反映稀土元素的分異程度。在同一類型地質體中，比值越大，表明輕稀土元素的富集程度越高，重稀土元素虧損越嚴重。陸源物質搬運過程中，輕稀土元素易被細粒沉積物吸附，越靠近物源區輕稀土元素越相對富集[2]。東大龍口油頁巖具有輕稀土元素富集的配分模式（圖1），LaN/YbN 比值為1.43-8.35，與大黃山油頁巖相當，也表現為近源陸相沉積。

（2）δEu值，如δEu出現負異常，則可作為酸性還原環境的標志。陸源物質一般繼承Eu 的虧損。δEu＞1.05為正異常，δEu＜0.95為負異常[3]。東大龍口油頁巖δEu 平均值分別為0.62，Eu 具有較明顯的虧損，與大黃山地區特征相同，主要反映了沉積時，生物物質耗氧腐化，造成環境酸化還原。

（3）δCe值，如δCe向低值遷移，則可作為堿性氧化流體環境的標志。在海水pH、Eh條件下，Ce+3易于轉化成Ce+2，造成Ce 虧損。一般δCe＞1.05 為正異常，δCe＜O.95 為負常[2]。東大龍口油頁巖δCe 值0.85-0.93，平均值為0.92，呈弱負異常，反映出受到海水影響。

3 結論

新疆吉木薩爾東大龍口油頁巖Cu、Zn、Ag、Hg、Mn、W、Ni、As、P、U、Ge 等親硫、親鐵元素素相對富集；稀土元素總量81.30-201.6×10-6，總體偏低，低于北美頁巖；B（硼）、Sr/Ba、δEu、δCe等特征參數具有環境指向意義，反映了出吉木薩爾東大龍口油頁巖形成于半深湖-深湖沉積環境，并受到海水影響較大，物源表現為近源陸相沉積，但存在多個物源區。