Geochemical characteristics and indicative significance of trace elements in the Paleocene in Lishui Sag, East China Sea Basin
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摘要:
通过对丽水凹陷近些年完钻的多口探井开展微量元素地球化学分析，系统探讨了研究区古新统古盐度、古气候、古水深、氧化还原环境以及古生产力特征，为厘清凹陷内优质烃源岩形成及发育主控因素起到积极作用。研究认为，丽水凹陷古新统离物源区较近，相对富集Li、Ti、V、Zn、Ga、Rb、Ba、Hf、Th元素，Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Sr、Nb、Zr、Ta、U元素则相对亏损（对比岩石圈上地壳微量元素含量），其母岩主要与酸性岩浆岩有关。 由Li、Sr、Ni、Ga元素含量以及Sr/Ba值指示古新统整体处于淡水-半咸水的环境，水体深度较浅。Sr/Cu值的变化指示古新统气候整体表现为干热的气候条件，但垂向上呈现一定的差异，其中古新统中早期处于炎热干旱的气候条件，晚期则为温湿-干热-温湿的交替变化气候。由Ni/Co、V/Sc以及Mo含量等参数指示古新统处于弱氧化-弱还原的沉积环境。利用Ba元素的生物含量（w(Ba生物)）分析古新统的生产力情况，认为其整体生产力水平较高，具有较高的生烃潜力，尤其是灵峰组生产力最高，勘探潜力较大。古新统烃源岩有机质含量与古生产力参数、氧化还原性参数、古盐度参数之间呈现较好的相关性，指示沉积环境的诸多因素会对凹陷内优质烃源岩的发育起到协同控制作用。
Abstract:Trace elements of the Paleocene strata from several exploration wells in the Lishui Sag were analyzed and the characteristics of paleosalinity, paleoclimate, redox environment, paleowater depth, and paleoproductivity were systematically discussed, to identify the main factors of the formation and development of high-quality source rocks in the sag. Results show that the Paleocene strata are relatively enriched in Li, Ti, V, Zn, Ga, Rb, Ba, Hf, and Th elements, but relatively depleted in Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Sr, Nb, Zr, Ta, and U elements in comparison to those in the upper crust of the earth. The parent rocks are mainly related to acidic magmatic rocks. The paleoenvironment of the Paleocene deposits was a relatively shallow fresh-brackish water as indicated by the contents of Li, Sr, Ni, Ga, and Sr/Ba. The paleoclimate was dry and hot with a certain vertical variation as revealed by the changes in Sr/Cu ratio. The paleoclimate in the early-middle Paleocene was hot and arid, and the late Paleocene was in alternation from warm-humid, dry-hot, to warm-humid. The paleo-depositional redox condition was weakly oxidized to weakly reduced as unveiled by Ni/Co, V/Sc and Mo contents. The paleo- productivity was relatively high with high hydrocarbon generation potential. In particular, Lingfeng Formation has the highest productivity and greater exploration potential. It is found that the content of total organic carbon of the Paleocene samples is positively correlated with paleoproductivity parameters, redox conditions, water salinity parameters, and paleoclimate parameters. Many factors indicating sedimentary environment play a synergistic role in controlling the development of high-quality source rocks in the Lishui Sag.
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Key words:
- Paleocene /
- source rock /
- organic matter enrichment /
- trace elements /
- depositional environment /
- main controlling factor /
- Lishui Sag
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表 1 古新统样品微量元素地球化学参数汇总
Table 1. Summary of trace element geochemical parameters of the Paleocene samples
井名 深度/m 层位 TOC/% Sr/（μg/g） Mo/（μg/g） Sr/Ba Rb/Sr Sr/Cu Ni/Co V/Sc U/Th δU T古水温//（℃） w（Ba生物）/（μg/g） L30-6 1 981 明月峰组 1.11 67.8 0.7 0.04 1.47 7.22 9.54 3.19 0.18 0.70 31.07 1 470.4 2 081 0.43 138.5 13.1 0.11 0.90 9.47 0.74 3.31 0.19 0.72 30.19 1 079.1 2 131 0.41 98.4 0.6 0.16 1.24 9.95 0.61 4.11 0.15 0.61 30.69 430.6 2 151 5.19 25.2 2.7 0.05 4.16 1.90 1.29 6.19 0.22 0.80 31.59 151.9 2 201 0.83 173.3 1.3 0.30 0.81 18.49 3.45 7.28 0.16 0.66 29.76 330.6 2 257 1.37 116.3 1.3 0.06 1.31 9.06 1.44 6.64 0.18 0.70 30.47 1 539.4 2 305 0.51 116.1 2.5 0.15 1.31 13.50 0.54 4.62 0.17 0.68 30.47 551.1 2 235 0.59 136.0 1.0 0.26 0.82 12.58 0.97 5.70 0.16 0.64 30.22 347.3 2 517 0.78 191.4 0.6 0.35 0.67 21.71 1.50 4.21 0.15 0.63 29.54 322.5 2 561 0.57 148.5 0.9 0.25 0.84 16.29 1.30 3.23 0.17 0.67 30.07 363.9 N6-1 2 573 - 194.0 1.2 0.04 0.89 14.81 3.50 11.34 0.11 0.78 29.50 5 859.1 2 615 - 347.0 2.3 0.05 0.33 24.44 4.98 12.15 0.12 0.93 27.61 2 059.6 2 655 - 391.0 1.6 0.09 0.31 32.31 3.67 28.63 0.21 0.81 27.07 771.8 2 711 - 209.0 0.7 0.07 0.86 12.74 5.08 21.63 0.12 0.88 29.32 6 664.9 2 735 - 234.0 1.4 0.06 0.50 17.08 3.79 22.54 0.17 0.72 29.01 662.6 2 775 1.40 335.0 3.8 0.08 0.51 19.59 5.22 33.14 0.22 0.88 27.76 4 319.7 2 777 - 372.0 2.1 0.08 0.50 21.14 4.03 11.66 0.29 0.69 27.30 6 267.3 2 855 1.93 486.0 1.1 0.08 0.39 16.99 4.36 10.54 0.22 0.78 25.89 4 136.0 W13-3 2 097 - 319.1 1.2 0.05 0.40 33.25 0.87 6.03 0.26 0.50 27.96 2 700.2 2 145 - 236.3 7.1 0.11 0.54 27.30 2.05 3.42 0.19 0.53 28.98 3 804.2 2 217 - 230.7 3.0 0.23 0.56 25.77 1.71 5.93 0.26 0.76 29.05 3 852.1 2 317 - 184.8 1.3 0.03 0.56 18.76 1.61 7.84 0.17 0.54 29.62 4 080.1 2 367 0.96 171.0 1.7 0.17 0.65 15.79 1.51 8.31 0.21 0.68 29.79 5 411.0 L30-6 2 611 灵峰组 0.66 175.6 0.9 0.27 0.95 20.82 2.94 4.78 0.12 0.54 29.73 385.9 2 661 0.76 129.0 1.5 0.28 0.96 14.61 2.37 6.61 0.17 0.67 30.31 250.5 2 711 0.98 118.2 1.1 0.17 1.26 15.24 2.09 6.44 0.16 0.66 30.44 442.7 N6-1 2 895 - 193.0 0.8 0.07 0.54 14.73 4.55 12.52 0.16 0.86 29.52 2 120.8 2 935 - 309.0 0.8 0.11 0.50 16.52 5.04 13.87 0.15 0.90 28.08 1 140.3 2 975 - 273.0 0.9 0.10 0.62 18.32 3.53 8.48 0.18 0.86 28.53 922.6 3 015 - 225.0 1.6 0.03 0.81 15.20 4.02 13.54 0.24 0.90 29.12 9 889.0 3 055 - 277.0 1.8 0.08 0.44 19.10 2.37 10.06 0.16 0.80 28.48 1 416.6 3 099 1.86 267.0 2.2 0.08 0.45 18.80 2.43 10.48 0.19 0.79 28.60 2 840.5 3 145 2.56 202.0 2.1 0.06 0.64 17.55 1.95 8.55 0.09 0.74 29.41 7 614.9 3 181 - 209.0 1.8 0.07 0.67 16.39 1.96 8.69 0.14 0.75 29.32 3 288.0 3 213 - 247.0 1.4 0.04 0.52 20.86 2.29 10.54 0.16 0.82 28.85 2 644.8 3 263 - 242.0 3.4 0.06 0.55 21.34 1.69 8.76 0.19 0.69 28.91 2 043.2 3 297 - 217.0 3.9 0.05 0.62 19.43 2.21 16.72 0.29 0.79 29.22 822.7 3 335 2.00 242.0 2.2 0.06 0.60 20.34 2.87 11.07 0.25 0.85 28.91 2 582.1 3 383 1.64 224.0 2.2 0.04 0.59 21.75 1.95 9.66 0.28 0.75 29.13 2 390.0 3 419 - 199.0 1.7 0.03 0.58 16.05 2.11 9.77 0.25 0.76 29.44 2 322.4 3 457 - 225.0 2.2 0.02 0.62 10.71 2.14 9.77 0.27 0.74 29.12 7 675.7 3 533 - 198.0 2.3 0.03 0.84 11.19 1.69 7.49 0.22 0.85 29.46 3 184.0 3 575 1.43 175.0 1.8 0.17 1.01 10.54 2.18 9.21 0.22 1.10 29.74 3 053.0 3 629 1.51 160.0 1.3 0.05 0.89 8.08 1.41 8.21 0.19 0.82 29.93 3 060.2 3 655 - 168.0 1.3 0.09 0.80 10.31 1.46 7.48 0.20 0.82 29.83 2 908.3 W13-3 2 445 - 151.3 1.4 0.06 0.81 15.38 1.13 8.01 0.23 0.66 30.03 5 514.3 2 497 1.12 189.8 0.8 0.13 0.76 16.14 1.53 7.64 0.18 0.62 29.56 3 870.3 2 587 - 349.6 2.0 0.28 0.21 28.29 1.08 8.87 0.22 0.70 27.58 3 838.3 2 659 - 420.1 1.4 0.04 0.18 16.98 2.49 12.54 0.24 0.83 26.71 3 637.0 2 777 - 297.0 0.8 0.17 0.40 18.03 1.46 7.83 0.20 0.66 28.23 4 771.9 2 861 1.57 248.1 0.9 0.08 0.45 20.59 1.35 8.56 0.20 0.74 28.83 5 615.9 2 977 2.12 304.7 4.4 0.04 0.33 6.93 5.04 7.30 0.20 0.44 28.14 9 952.9 2 076 285.1 2.6 0.08 0.38 25.67 0.90 6.74 0.25 0.59 28.38 5 700.0 3 145 1.87 218.9 1.1 0.08 0.45 18.57 1.18 7.30 0.41 0.64 29.20 404.3 3 191 1.32 185.5 1.3 0.08 0.63 15.92 1.11 8.15 0.23 0.73 29.61 2 454.9 3 261 - 225.7 0.9 0.21 0.36 21.11 1.06 8.99 0.23 0.94 29.11 1 492.3 W13-5 2 805 1.06 203.1 1.5 0.22 0.66 4.21 3.27 6.70 0.30 0.94 29.39 210.5 2 885 1.07 154.5 1.2 0.17 0.16 3.04 10.04 1.96 0.14 0.58 29.99 674.8 2 945 1.31 250.4 1.8 0.10 0.43 10.15 5.95 3.78 0.20 0.75 28.81 2 078.7 2 995 1.24 280.7 1.6 0.24 0.38 7.14 8.16 5.26 0.44 1.14 28.43 676.3 3 035 1.04 285.5 2.6 0.10 0.44 9.15 4.68 5.60 0.22 0.79 28.37 2 405.0 3 125 1.17 371.9 2.3 0.11 0.30 12.31 5.33 5.60 0.22 0.79 27.30 2 961.5 3 185 2.05 363.9 3.5 0.05 0.26 12.64 5.14 5.77 0.25 0.85 27.40 7 484.6 3 220 1.01 474.2 2.0 0.31 0.29 13.79 3.83 3.05 0.32 0.99 26.04 923.0 N6-1 3 697 月桂峰组 1.44 167.0 2.3 0.06 0.94 10.50 1.49 8.33 0.21 0.78 29.84 3 081.1 3 737 1.55 175.0 2.3 0.06 0.71 12.87 1.63 8.00 0.27 0.85 29.74 2 512.9 3 777 2.39 156.0 3.7 0.06 0.97 8.04 1.57 8.83 0.25 0.80 29.98 1 224.8 3 829 2.50 147.0 5.0 0.03 0.92 10.58 1.66 9.14 0.31 0.80 30.09 720.7 W13-3 3 319 - 197.1 2.0 0.06 0.53 20.45 0.18 3.32 0.21 0.78 29.47 421.5 3 365 1.77 226.0 1.8 0.08 0.38 25.82 0.25 3.65 0.21 0.89 29.11 2 220.6 3 411 1.53 273.7 1.9 0.18 0.44 24.08 0.58 8.19 0.25 0.86 28.52 2 760.4 3 539 - 180.6 1.7 0.17 0.80 14.52 0.33 9.37 0.22 0.96 29.67 2 077.9 3 621 - 170.9 1.3 0.22 0.82 15.30 0.38 7.66 0.22 0.78 29.79 3 938.2 W13-5 3 264 1.16 94.5 1.5 0.07 0.64 0.59 2.42 1.95 0.41 1.10 30.74 814.5 3 340 0.85 342.2 1.0 0.21 0.24 13.70 3.10 1.81 0.24 0.84 27.67 1 010.1 3 360 0.92 217.3 2.6 0.12 0.35 6.99 3.94 3.25 0.36 1.04 29.22 1 157.7 3 430 1.04 68.4 1.3 0.05 1.28 3.06 3.29 0.50 0.36 1.04 31.06 853.0 3 440 0.99 156.0 1.6 0.12 0.48 6.05 2.54 1.83 0.33 0.99 29.97 693.6 3 445 0.95 161.7 0.8 0.12 0.60 6.09 2.81 1.73 0.28 0.91 29.90 794.8 3 480 1.02 140.4 2.9 0.10 0.31 5.07 3.02 3.01 0.34 1.01 30.17 855.7 注：“-”表示未开展TOC分析。 
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表 2 不同岩石的Zr、Hf含量及其比值[10]
Table 2. Zr and Hf contents and their ratios in different rocks
岩石类型 样品号 Zr/（μg/g） Hf/（μg/g） Zr/Hf 纯橄榄岩 DST-1 3 0.01 300 橄榄岩 PCC-1 7 0.06 117 玄武岩 JB-1 300 3.5 86 玄武岩 BCR-1 190 4.7 40 辉绿岩 W-1 105 2.67 39 安山岩 AGV-1 225 5.2 43 花岗闪长岩 GSP-1 500 15.9 31 花岗闪长岩 JG-1 160 3.5 46 花岗岩 G-1 210 5.2 40 花岗岩 G-2 300 7.35 41 花岗岩 GM 145 4.7 31 花岗岩 NIM-G 300 12 25 正长岩 NIM-S 30 0.6 50 古新统样品 33.1～373.0 1.7～10.4 19.4～72.2 均值175.6 均值5.5 均值31.9
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表 3 不同水体环境微量元素含量划分指标
Table 3. Classification benchmarks of trace element content in different water environments
微量元素 咸水环境含量/（μg/g） 淡水环境含量/（μg/g） Li >150 <90 Sr 800～1000 100～500 Ni >40 <25 Ga <8 >17
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Table 4. Criteria for the discrimination of trace elementsof ancient salinity
判断指标 淡水 半咸水 咸水 Sr含量/（μg/g） ＜300 300～500 ＞500 Sr/Ba ＜0.6 0.6～1.0 ＞1.0
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表 5 古新统样品氧化还原参数分布
Table 5. Distribution of redox parameters of the Paleocene samples
元素 古新统 明月峰组 灵峰组 月桂峰组 Ni/Co 0.54～9.54 0.90～10.04 0.18～3.94 2.77（23） 2.93（41） 1.82（16） V/Sc 3.19～33.14 1.96～16.72 0.50～9.37 10.07（23） 8.35（41） 5.04（16） U/Th 0.11～0.29 0.09～0.44 0.21～0.41 0.19（23） 0.22（23） 0.28（16） δU 0.50～0.93 0.44～1.14 0.78～1.10 0.71（23） 0.78（41） 0.90（16） 注： 
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