京西坳陷周口店地區洪水莊組地球化學特征及其地質意義

曾金華， 蘭曉東， 司晨晨

( 中國地質大學(北京) 海洋學院，北京 100083 )

0 引言

近年來，西伯利亞、阿曼和四川盆地相繼在前寒武紀地層發現大規模油氣田，證實中—新元古界蘊含豐富的油氣資源[1]。薊縣系洪水莊組是華北板塊北部中元古界主力烴源巖之一，生產力水平較高，尤其是冀淺1井在河北寬城發現油苗，引起對該地層的廣泛關注[2-5]。洪水莊組物源區構造背景及源巖類型尚不明確，翟明國等[6]、潘建國等[7]、曲永強等[8]提出，華北北部在中新元古代處于伸展環境，洪水莊組沉積時期發展為被動大陸邊緣。喬秀夫等[9]認為，燕遼裂陷槽是弧后拉張型盆地，溝—弧—盆體系可以系統地解釋燕遼裂陷槽動力學成因、地震事件、火山活動及層控礦床等形成的地質背景，該結論得到地球化學及地球動力學的支持[10-13]。汪凱明等[14]、霍勇等[15]認為洪水莊組是碳酸鹽巖臺地潮坪相沉積，羅順社等[16]、賈雨東等[17]傾向于潟湖相沉積。此外，羅情勇等[18]提出洪水莊組是靜海沉積，MA Kui等[19]提出洪水莊組發育于深海大陸隆弱滯留缺氧—硫化環境。

沉積物是連接沉積盆地與造山帶的重要紐帶，性質與物源區的母巖組成、構造作用及氣候條件密切相關[20]。物源分析揭示沉積物的物源區組成、地質演化和約束沉積盆地的構造環境，分析方法包括沉積學方法、碎屑成分分析、黏土礦物組成、輕礦物單礦物分析、重礦物分析、磁性礦物分析、礦物顆粒微形貌分析、地球化學元素測定、地球物理方法、化石與生物標志物分析及同位素測年[21-22]。沉積環境對有機質的輸入和保存具有重要作用，進而影響優質烴源巖的發育，能否對其精確判別和恢復直接制約對沉積相和有機質的認識[23-24]。物源和沉積環境的變化導致生物生長的差異及有機質的富集，最終形成有機質豐度的層間差異[25]。物源區與沉積環境之間存在復雜的地球化學平衡，導致元素類型、豐度存在分異。其中，部分微量元素對物源區和沉積環境的變化尤為敏感，在元素含量分布和同位素組成上產生不同的地球化學響應[26-27]，可以從中提取保留在沉積物中的物源區構造、源巖類型和古環境信息，對物源和沉積環境進行反演。

筆者利用京西坳陷周口店地區洪水莊組微量元素和碳、氧同位素特征，分析洪水莊組物源特征及沉積環境，對物源區構造背景和源巖類型進行反演，研究沉積期古氣候、古鹽度和氧化還原條件，為華北板塊中元古代古氣候及古地理的重建和烴源巖的評價提供依據。

1 地質概況

京西坳陷位于華北北緣燕山地區，地處燕山山脈與太行山山脈交匯處，西靠密懷隆起，東臨冀東坳陷，北接冀北坳陷，全區面積約為1.331 2×104km2(見圖1)。

圖1 京西坳陷周口店地區構造及采樣點位置Fig.1 The structure and sampling location in the Zhoukoudian Area of Jingxi Depression

中元古代(1 800～1 400 Ma)，受哥倫比亞超大陸裂解影響，華北板塊在北緣開始裂解并不斷拉伸而形成燕遼裂陷槽[7]。燕遼裂陷槽整體呈NE—NEE向展布，自下而上沉積中元古界長城系、薊縣系和新元古界青白口系，地層厚度沿西北—東南向逐漸減薄，沉降中心位于薊縣—寬城一帶。其中，京西坳陷在構造上隸屬于燕遼裂陷槽，發育巨厚的中元古界沉積，包括長城系常山溝組、串嶺溝組、團山子組、大紅峪組、高于莊組，以及薊縣系楊莊組、霧迷山組、洪水莊組、鐵嶺組。中生代晚期，受燕山構造運動抬升影響，地層廣泛出露地表。

在周口店地區，中元古界廣泛發育，洪水莊組主要出露于黃山店、八角寨一帶。其中，在八角寨剖面洪水莊組發育厚度為39.6 m，自下向上可分為三段，與下伏霧迷山組灰色中厚層白云巖和上覆鐵嶺組三段灰色中厚層白云巖呈整合接觸。洪一段以大段粉晶—泥晶白云巖為主，含砂質；洪二段發育厚層黑色頁巖，含黃鐵礦顆粒；洪三段下部發育薄層泥晶白云巖，上部發育泥質白云巖與泥晶白云巖薄互層，含黃鐵礦顆粒(見圖2)。

圖2 京西坳陷八角寨剖面洪水莊組巖性柱狀圖Fig.2 The stratigraphic column of Hongshuihuang Formation in the Bajiaozhai Section, Jingxi Depression

2 樣品采集與測試方法

2.1 樣品采集

樣品采自京西坳陷北京市房山區周口店鎮黃院西南八角寨剖面。該剖面洪水莊組發育完整，共采集樣品32塊(見圖3)。其中，下部洪一段厚度為10.7 m，采集20塊樣品；中部洪二段厚度為19.3 m，采集7塊樣品；上部洪三段厚度為9.6 m，采集5塊樣品。采集新鮮樣品，除去巖塊表面雜質灰塵，經清洗晾干后將新鮮樣品磨碎至200目以下，進行微量元素和碳、氧同位素測試，分析測試在核工業北京地質研究所完成。

圖3 周口店地區八角寨洪水莊組剖面及巖樣照片Fig.3 Field profile and sample photos of the Hongshuizhuang Formation from the Bajiaozhai Section in the Zhoukoudian Area

2.2 測試方法

微量元素測試在ELEMENT XR等離子體質譜儀(ICP-MS)中進行。首先，取50 mg樣品置于封閉容器中，加入1.0 mL氫氟酸和0.5 mL硝酸，溶解后置于烘箱中加熱24 h，溫度控制在185 ℃。然后，將冷卻的混合溶液置于電熱板上蒸發，除去剩余的氫氟酸后，用硝酸密封溶解。最后，在ELEMENT XR等離子體質譜儀(ICP-MS)上對稀釋溶液進行分析，利用外標法計算樣品中微量元素的質量分數。測試過程參照GB/T 14506.30—2010《硅酸鹽巖石化學分析方法 第30部分：44個元素量測定》標準，測試結果見表1。

表1 周口店地區洪水莊組微量元素測試結果

碳、氧同位素測定在氣體同位素質譜分析儀中完成。首先，將10 g樣品浸泡雙氧水中除去有機質，之后用蒸餾水漂洗，收集沉淀并烘干。然后，將烘干樣品置于真空條件下與100%磷酸水浴恒溫反應，用冷凍法分離生成的水，收集純凈的二氧化碳氣體。最后，采用MAT253氣體同位素質譜分析儀進行質譜同位素分析，與標準樣品比較后校正得到δ13C和δ18O數據。測試過程參照DZ/T 0184.17—1997 《碳酸鹽礦物或巖石中碳、氧同位素組成的磷酸法測定》標準，分析結果采用PDB標準。

3 地球化學特征

3.1 微量元素

周口店地區洪水莊組微量元素在地層縱向序列上變化大，將其質量分數與平均上地殼質量分數(UC)[29]進行對比，反映各段微量元素的富集特征(見圖4)。由圖4可知：(1)洪一段和洪三段Zr、Th、Ta、Nb、U、Hf等高場強元素質量分數遠低于上地殼的，出現強烈虧損，而洪二段出現輕度富集，反映洪一段、洪三段與洪二段在物源上具有差異；(2)洪水莊組喜干型元素Sr質量分數明顯低于上地殼的(350×10-6)，說明沉積期京西坳陷周口店地區氣候整體較為濕潤，但Sr元素在洪二段虧損相對嚴重，喜濕型元素Cr、Cu、Rb僅在洪二段富集，反映洪水莊組沉積期氣候出現波動，洪二段氣候最為潮濕；(3)氧化敏感元素V和Mo在洪一段、洪三段出現虧損而在洪二段富集，說明洪水莊組水體環境差異較大，其中洪二段古水體還原程度更高；(4)洪一段、洪三段Ba平均質量分數分別為221.19×10-6、624.40×10-6；洪二段Ba平均質量分數為1 972.71×10-6，對比上地殼的550×10-6，洪二段富集程度極高，可能與相對高的生產力和陸源碎屑輸入量有關。

圖4 周口店地區洪水莊組微量元素蛛網Fig.4 The trace element cobweb of the Hongshuizhuang Formation in the Zhoukoudian Area

3.2 稀土元素

洪水莊組稀土元素分析(見表2)顯示，洪一段w(∑REE+Y)介于(35.69～59.60)×10-6，平均為44.39×10-6；洪二段w(∑REE+Y)介于(199.06～259.66)×10-6，平均為230.51×10-6，高于北美頁巖和澳大利亞后太古代頁巖的平均值(195.12×10-6、210.82×10-6)；洪三段w(∑REE+Y)介于(15.56～72.54)×10-6，平均為37.91×10-6。總體上，洪水莊組稀土元素質量分數較高，但差異較大。洪一段和洪三段w(∑REE+Y)平均值雖低于北美頁巖和澳大利亞后太古代頁巖的[30-31]，也低于上地殼的(146.4×10-6)，但高于海相碳酸鹽巖稀土總含量[32]；以頁巖為主的洪二段w(∑REE+Y)平均值遠超北美頁巖和澳大利亞后太古代頁巖的。

表2 周口店地區洪水莊組稀土元素測試結果

w(∑LREE)/w(∑HREE)能夠反映洪水莊組輕、重稀土之間的分異程度。洪一段w(∑LREE)/w(∑HREE)介于0.91～1.41，平均為1.15，低于上地殼的(3.66)；洪二段w(∑LREE)/w(∑HREE)介于4.33～6.33，平均為5.17；洪三段w(∑LREE)/w(∑HREE)介于1.29～2.45，平均為1.87，略高于洪一段的。w(∑LREE)/w(∑HREE)反映洪水莊組整體表現輕稀土富集型特征，重稀土元素分餾程度低于輕稀土元素的，物源可能為碳酸鹽巖、金伯利巖、酸性巖及其表生作用形成的碎屑巖。

洪水莊組球粒隕石標準化配分曲線顯示，洪一段REE配分曲線表現為明顯“右傾”的輕稀土富集型，輕稀土段斜率較大，重稀土段的平緩，屬于輕稀土富集型，同時在曲線上顯示強烈的Ce負異常和微弱的Eu負異常(見圖5(a))。洪二段REE配分曲線表現輕稀土的強烈富集和重稀土的相對虧損，輕稀土段斜率陡，重稀土段的平緩，為輕稀土富集虧損型，Eu處呈現明顯的“V”形，具有Eu負異常特征；Ce無異常或輕微正異常，與上地殼的配分模式一致(見圖5(b))。洪三段REE配分曲線為輕稀土富集型，曲線明顯“右傾”，輕稀土段斜率陡，重稀土段的平緩，Eu處呈現微弱的“V”形，存在輕微的Eu負異常，Ce基本正常(見圖5(c))。

圖5 周口店地區洪水莊組REE配分模式Fig.5 The REE distribution patterns of the Hongshuizhuang Formation in the Zhoukoudian Area

3.3 碳、氧同位素

洪水莊組碳、氧同位素存在明顯的差異(見表3)。由表3可知，δ13C介于-7.00‰～1.40‰，平均為-1.17‰。其中，洪一段的介于1.00‰～1.40‰，平均為1.18‰；洪二段的介于-7.00‰～-1.30‰，平均為-4.15‰；洪三段的介于-2.40‰～-2.20‰，平均為-2.30‰。洪一段δ13C為弱正值，洪二段的出現負偏，洪三段的略有升高但整體依然保持負偏。

表3 周口店地區洪水莊組碳、氧同位素分析結果

δ18O介于-10.20‰～-4.30‰，平均為-6.72‰。其中，洪一段的介于-4.90‰～-4.30‰，平均為-4.63‰；洪二段的介于-8.50‰～-8.30‰，平均為-8.40‰；洪三段的介于-10.20‰～-6.90‰，平均為-8.40‰。總體上，洪水莊組δ18O呈現負值，低值集中在洪二段和洪三段。

4 討論

4.1 物源區構造背景

對于碎屑巖，La、Th、Zr等高場強元素和Sc、Co等微量元素化學性質相對穩定，在風化、搬運和沉積過程中損耗低，受淺變質和輕微成巖作用的影響較弱，在沉積物中的差異主要受物源區化學組成的影響[33]。在不同的板塊構造環境中，不同的物質組成導致母巖化學成分出現差異。因此，通過微量元素能夠區分大洋島弧、大陸島弧、活動大陸邊緣和被動大陸邊緣等構造背景，有效傳遞物源區大地構造背景信息。

利用三角判別圖解Th-Sc-Zr/10、Th-Co-Zr/10、La-Th-Sc,可將樣品中多種非遷移微量元素間的組合關系同各構造單元進行對比，對物源區構造背景作出合理解釋，被廣泛應用于物源區構造背景探討[34-35]。Th-Sc-Zr/10、Th-Co-Zr/10、La-Th-Sc判別圖解(見圖6)顯示，洪水莊組樣品在指示物源區構造背景中顯示較好的一致性：洪二段頁巖和洪三段泥質白云巖樣品泥質質量分數較高，反映物源區構造環境為大陸島弧；洪一段砂質白云巖和洪三段白云巖樣品泥質質量分數低，幾乎沒有樣品指示物源區構造背景為大陸島弧，但具有明顯向大陸島弧區域偏移趨勢。由于碎屑巖直接繼承于母巖，化學成分更接近物源區，能夠更好保存物源的原始信息。相較于以白云巖為主的洪一段和洪三段，洪二段頁巖和洪三段泥質白云巖對物源區構造具有更好的指示意義，表明洪水莊組構造環境主要為大陸島弧背景。

圖6 周口店地區洪水莊組構造背景判別圖解Fig.6 The discriminant diagrams of tectonic setting in the Hongshuizhuang Formation in the Zhoukoudian Area

4.2 母巖類型

應用Th、Co、Sc、Hf、Zr和REE等不活潑元素之間的組合關系研究沉積物母巖類型被證實可靠，并建立一系列判別圖解[34-36]。其中，應用最為廣泛的是Co/Th-La/Sc、La/Yb-REE 、Th/Sc-Zr/Sc、La/Th-Hf等判別圖解(見圖7)。

在Co/Th-La/Sc圖解中，洪二段樣品具有低而穩定的w(Co)/w(Th)和w(La)/w(Sc)，平均分別為1.04和2.71，反映源巖主要為長英質火山巖；洪一段和洪三段w(Co)/w(Th)和w(La)/w(Sc)變化大，與花崗巖、長英質火山巖、安山巖和玄武巖契合度較差，物源為非陸源巖漿巖貢獻(見圖7(a))。在La/Yb-REE圖解中，洪水莊組樣品集中度高，表明洪二段頁巖碎屑物質來自酸性的花崗質巖(見圖7(b))。在Th/Sc-Zr/Sc圖解中，洪二段頁巖反映碎屑物質來自上地殼長英質火成巖；洪一段和洪三段樣品隨碎屑成分的增加而明顯趨向于長英質火山巖(見圖7(c))。此外，在La/Th-Hf圖解中，洪二段與長英質物源區的特征一致，并且與上地殼平均成分接近；洪一段和洪三段w(La)/w(Th)變化較大，w(Hf)極低，平均分別為0.27×10-6和0.31×10-6，遠低于巖漿巖的下限(見圖7(d))。由圖7可知，洪二段與上地殼長英質火成巖特征相近，但與標準長英質火山巖的元素特征存在差距；洪一段和洪二段元素特征與巖漿巖的差異較大，但明顯趨向于長英質火成巖的。這表明洪水莊組并非單一物源，碎屑物質主要來自上地殼長英質火成巖。其中，以頁巖為主的洪水莊組主要為陸源貢獻，海水貢獻較低；洪一段和洪三段以白云巖為主，陸源貢獻較少，僅有部分泥質質量分數較高的樣品反映物源來自上地殼長英質火成巖體。

REE分配模式通常與源巖的一致，源巖類型可以在REE分配曲線上得以體現[37]。盡管REE質量分數有差異，但親陸性物源表現為輕稀土富集、重稀土貧化的特征，w(Y)/w(Ho)較低，Eu有輕微的負異常；海相沉積物REE配分曲線屬于輕稀土虧損、重稀土富集型，w(Y)/w(Ho)一般大于60[37-38]。洪水莊組REE球粒隕石標準化配分曲線為輕稀土富集型，具有明顯“右傾”趨勢，Eu出現微弱負異常，與陸源分配曲線的形式一致。洪一段w(Y)/w(Ho)介于 32.35～48.06，平均為40.34，遠低于海相沉積物的下限，但高于上地殼平均值(27.50)。洪二段和洪三段w(Y)/w(Ho)更低，分別介于28.12～31.20、22.31～34.98，平均分別為29.95、28.24，接近上地殼的平均值。這表明洪水莊組物源具有多源性，洪一段物源既有海水貢獻，也有陸源碎屑的貢獻；洪二段和洪三段陸源貢獻占比較高，海水貢獻較少。

綜上所述，洪水莊組物源具有明顯的多源性，碎屑成分主要來自長英質物源區。其中，洪一段碎屑成分最低，海水貢獻占比高于洪二段和洪三段的。洪二段主要為陸源貢獻，母巖為長英質火山巖，在Co/Th-La/Sc、La/Yb-REE 、Th/Sc-Zr/Sc、La/Th-Hf圖解中分布較為集中。在Co/Th-La/Sc、La/Yb-REE 、Th/Sc-Zr/Sc圖解中，受海水貢獻干擾，洪三段雖然化學特征變化較大，但明顯趨向于長英質物源的，且泥質質量分數越高趨勢越明顯，反映碎屑物質來自長英質物源區。

4.3 沉積環境

4.3.1 古氣候

氣候條件發生改變，沉積物中的化學元素也做出相關響應，應用Rb、Cu、Fe等喜濕型元素和Sr、Ca、Mn等喜干型元素富集程度的波動性提取信息，是研究古氣候的重要方法。在干旱炎熱條件下，喜干型元素發生沉淀、富集，喜濕型元素溶解、遷移；在潮濕條件下相反[39]。

4.3.2 古鹽度

w(Th)/w(U)與水體鹽度呈負相關關系，在咸水沉積物中為低值，通常作為反映水體鹽度的重要參數。在陸相淡水環境中w(Th)/w(U)大于7.00，在微咸水—半咸水環境中介于2.00～7.00，在咸水環境中小于2.00[44]。洪一段w(Th)/w(U)在1.81～4.94之間波動，變化較大，但總體上介于2.00～7.00，平均為3.42，為微咸水—半咸水環境。洪二段w(Th)/w(U)相對穩定，介于6.17～6.73，平均為6.37，為微咸水—半咸水環境，但水體鹽度較洪一段的更低。洪三段w(Th)/w(U)介于1.97～2.99，平均為2.41，整體為微咸水—半咸水環境。w(Th)/w(U)反映洪水莊組整體處于微咸水—半咸水環境，但水體鹽度出現高—低—高的變化，洪一段和洪三段水體鹽度相對較高，而洪二段水體鹽度低。

w(V)/w(Zr)是恢復水體鹽度的有效指標，在淡水及微咸水中低于0.25，在半咸水中為0.25～0.40，海相咸水高于0.40[45]。洪水莊組w(V)/w(Zr)存在明顯差異，洪一段介于0.73～4.25，平均為2.04；洪二段介于0.22～0.40，平均為0.33；洪三段介于0.83～2.79，平均為1.64。這說明洪水莊組水體鹽度出現高—低—高的旋回變化，即洪二段水體鹽度最低，洪三段水體鹽度低于洪一段的。

碳、氧同位素也可以對水體鹽度變化進行追蹤。在對數百個樣品進行碳、氧同位素分析的基礎上，KEITH M L等提出與水體鹽度呈正相關關系因數Z，Z=2.048×(δ13C+50)+0.498×(δ18O+50)[46]。洪一段Z介于126.91～127.62，平均為127.40；洪二段Z介于108.83～120.40，平均為114.62；洪三段Z介于117.51～118.95，平均為118.40。洪水莊組Z出現高—低—高的旋回變化，說明洪二段水體鹽度相對更低，洪一段和洪三段水體較咸，且洪一段水體鹽度高于洪三段的。

4.3.3 氧化還原條件

在不同氧化還原條件下，沉積水體中V、Ni的化學行為具有差異性，因此w(V)/w(Ni)和w(V)/w(V+Ni)可以表征古沉積環境的氧化還原情況[47-48]。通常情況下，w(V)/w(Ni)大于3.00，為還原環境；w(V)/w(Ni)介于1.90～3.00，為低氧環境。w(V)/w(V+Ni)介于0.84～0.89，反映水體分層性強，底層水體出現H2S的厭氧環境；w(V)/w(V+Ni)介于0.54～0.84，水體分層性中等，為厭氧環境；w(V)/w(V+Ni)介于0.46～0.60，水體為弱分層的貧氧環境；w(V)/w(V+Ni)低于0.46，反映水體無分層，以富氧的氧化環境為主[49]。洪一段w(V)/w(Ni)介于0.56～1.63，平均為0.88；w(V)/w(V+Ni)介于0.39～0.62，平均為0.46，表明洪一段沉積期水體具有弱分層性，以貧氧環境為主。洪二段w(V)/w(Ni)介于1.65～4.94，平均為3.15；w(V)/w(V+Ni)介于0.62～0.83，平均為0.74，表明洪二段底層水氧含量降低，水體為分層性中等的厭氧環境。洪三段w(V)/w(Ni)和w(V)/w(V+Ni)較洪二段的有所降低。其中，w(V)/w(Ni)介于0.66～1.05，平均為0.86；w(V)/w(V+Ni)介于0.40～0.51，平均為0.46。這表明洪三段古沉積水體環境與洪一段的相似，為弱分層、貧氧環境。

(δCe)N的變化也受氧化還原條件的影響，在自然條件下，Ce主要以可溶的Ce3+和難溶的Ce4+兩種形式存在；在氧化條件下， Ce3+被氧化為Ce4+，Ce4+易被吸附于顆粒物而導致水體中出現負Ce異常，因此Ce的異常波動常常反映沉積水體氧化程度的變化[50]。洪一段、洪二段和洪三段(δCe)N平均分別為0.55、1.04、0.88，指示洪一段和洪三段發育于相對氧化的水體環境，而洪二段發育于相對還原的水體環境，且洪一段的氧化程度高于洪三段的。

Mo元素在地層縱向序列上的波動也證明洪水莊組古沉積水體的氧化程度出現旋回變化。在氧化條件下，Mo4+被氧化為Mo6+，形成溶解度較高的鉬酸鹽，導致地層中出現Mo虧損；在還原條件下，鉬酸和鉬酸鹽中的Mo6+還原成Mo4+，在富含有機質和硫化物的地層中得以富集[51]。洪一段、洪二段和洪三段w(Mo)平均分別為0.69×10-6、4.75×10-6、2.19×10-6，遠高于中國東部上地殼(0.60×10-6)和中國淺海沉積物的(0.52×10-6)，其中洪二段、洪三段已達中國東部沉積巖的7.91、4.21倍[52-53]，說明洪水莊組古沉積水體整體上偏還原條件，洪二段還原程度最高。

京西坳陷洪水莊組w(V)/w(Ni)、w(V)/w(V+Ni)、(δCe)N及w(Mo)的變化體現古沉積水體環境的變化：洪一段沉積期，水體較淺、分層性弱，以弱氧化—弱還原環境為主；洪二段沉積期，水體變深，分層性變為中等，出現厭氧環境；之后水體變淺，分層性下降，厭氧環境開始向貧氧環境轉變，沉積發育洪三段。

總體上，京西坳陷周口店地區洪水莊組發育局限淺海相沉積。早期，受半潮濕氣候和相對低的海平面影響，研究區主要出現貧氧、弱分層的半咸水環境，發育砂質白云巖。中期，氣候相對潮濕，伴隨海平面的上升，碳酸鹽巖臺地不斷消亡，貧氧、弱分層的半咸水環境轉變為厭氧、中等分層的微咸水環境。碎屑物質不斷從大陸島弧長英質物源區搬運至研究區，在深水環境下沉積而形成黑色頁巖。晚期，在相對干旱的半潮濕氣候下，海退作用使研究區重新轉變為貧氧、弱分層的強滯留環境，在微咸水—半咸水中沉積形成泥質白云巖(見圖8)。

圖8 周口店地區洪水莊組沉積環境地球化學響應Fig.8 Geochemical response to the sedimentary environment of the Hongshuizhuang Formation in the Zhoukoudian Area

4.4 油氣地質意義

有機質的富集通常受初級生產力和氧化—還原環境影響，而優質烴源巖往往發育于潮濕、還原的低能深水環境。相較于洪一段和洪三段，洪二段的物源特征與沉積環境更有利于有機質的富集，是古物源、古氣候、古鹽度、氧化還原條件共同作用的結果。

洪二段黑色頁巖主要來源于陸源碎屑，碎屑物質增加的同時保證營養組分的輸入和沉積物的堆積速率，營養組分的輸入提高海洋初級生產力，適度的沉積速率有利于有機質的保存。相較于洪一段和洪三段，洪二段氣候更加溫暖濕潤，不僅為生物的生長繁殖提供合適的溫度和濕度，有利于有機質的產生；同時也增強物源區的風化作用，化學風化產生的生物營養組分通過相對活躍的河流作用運輸到沉積區，促進生物的發育，從而提高初始生產力水平。此外，有機質主要保存于強還原—弱還原環境，在氧化環境下被氧化、消耗，相較于洪一段和洪三段，洪二段相對還原、分層性更強的水體環境為沉積物中的有機質提供良好的保存場所，表層原核生物產生的有機質在底部的還原水體中得以保存。水體鹽度也對生物造成極大影響，洪一段和洪三段白云巖代表的高鹽度水體不僅抑制生物個體的生長繁殖，也導致生物種類和生物群落的減少。洪二段水體鹽度相對更低，能夠提供合適的無機鹽，對生物的發育起促進作用，同時洪三段的高鹽度水體對洪二段有機質的沉積后保存更加有利。

5 結論

(1)京西坳陷周口店地區洪水莊組富集高場強元素和輕稀土元素，w(Y)/w(Ho)高于上地殼的平均值，反映洪水莊組物源不僅有海水貢獻，也有陸源碎屑的貢獻。其中，海水貢獻主要集中于洪一段和洪三段，陸源貢獻集中于洪二段頁巖，碎屑物質來自大陸島弧長英質物源區。

(2)周口店地區洪水莊組主要發育局限淺海相沉積，沉積環境出現旋回變化。w(Sr)/w(Cu)、w(Rb)/w(Sr)反映洪水莊組整體上處于潮濕氣候，相較于洪一段和洪三段的半潮濕氣候，洪二段氣候更濕潤。洪水莊組以半咸水—微咸水環境為主，洪二段水體鹽度最低，洪三段水體鹽度略低于洪一段的。w(V)/w(Ni)、w(V)/w(V+Ni)、(δCe)N、w(Mo)反映洪水莊組水體環境發生改變，洪一段、洪三段以弱分層、貧氧的弱氧化—弱還原環境為主，洪二段出現中等分層的厭氧環境。

(3)洪二段具備優質烴源巖發育的最佳地質條件。洪二段沉積時期，陸源輸入量最高，氣候溫暖濕潤，鹽度最低，更適宜生物的生長繁殖，相對還原的底層水環境為有機質的保存提供良好場所。此外，洪三段的高鹽度水體也利于洪二段有機質的沉積后保存。