lake natron

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2022年11月24日发(作者:会计工作总结范文)

第30卷第4期

2001年7月

地球化学

GEOCHIMICA

Voi.30.No 4

3ub-,2001

文章编号:0379—1726(2001)04—0363—05

湖相碳酸盐氧碳同位素的相关-眭与生油古湖泊类型

刘传联,赵泉鸿,汪品先

同并大学海洋地质教育部重点宴验窜.上海200092)

摘要:对山东东营盆地和南悔珠江口盆地早第三纪生油层中的湖相碳酸盐氧碳同位素进行了分析。结果显示,前

者d 0多为负值、d c基本为正值,两者之间相关性强,相关系数大于0.8,而后者6180和 C均为负值,两者不相

关。通过与现代湖泊碳酸盐氧碳同位素特征的比较,得出东营盆地早第三纪生油湖泊为封闭型咸水或半咸水湖,珠

江口盆地早第三纪生油湖泊为开放型淡水湖 这一结论与两盆地生油层的沉积学和古生物学汪据相一致, 兑明利用

湖相碳酸盐氧、碳同位素的特征及其相关性可以判断生油古湖泊的类型

关键词:氧碳同位素;相关性{湖相碳酸盐;古湖泊

中图分类号: 97 文献标识码:A

0引 言

湖相碳酸盐氧碳同位素分析已厂泛应用于第

四纪古湖泊学研究 一61,利用氧碳同位素之间的相

关性来判断湖泊的封闭程度和水化学性质,从而

确定古湖泊的类型是其中的一个重要方面 。这

种方法在前第四纪湖相盆地研究中也已有成功的

实例 。我国以湖相生油闻名于世,在巨厚的生

油层中,广泛分布着湖相碳酸盐。它们或以碳酸盐

岩薄层的形式夹于碎屑岩中,或以钙质微体化石

的形式直接散布在生油岩中。本文以我国南北两

个典型含油盆地——山东东营盘地和南海珠江口

盆地为研究对象,对其生油层中的碳酸盐进行氧

碳同位素分析,并根据两者之间的相关性,讨论生

油古湖泊的类型。

1湖水同位素的相关性

对现代不同类型湖泊中碳酸盐氧碳同位素进行

大量测试后发现:开放型淡水湖泊中,原生碳酸盐

6 o和 c之间不相关或略呈相关,而且 O和

c均为负值,在以 o为横坐标、 c为纵坐标、

0为原点的坐标系中,其投点落在第Ⅲ象限,如瑞士

格赖芬湖(Greifensee)、美国亨德森湖(Henderson)和

收稿日期

基金项目

作者简介

2000—09—15;接受日期:2001—03一o2

以色列Huleh湖(图1):而封闭型咸水、半戚水湖

泊中,6 O和6”C之间呈明显的相关关系,相关系

数(r)一般大于0 7,封闭性越强,相关系数越大,

且6 O正负均有. C则基本为正值,其投点大多

落在I、Ⅳ象限,如美国大盐湖【Great SaLt Lake)

(r=0.87)、图尔卡纳(Turkala)湖(r=0.86)、纳特

龙一马加迪湖(Natron.Magadi)(r=0.84) 。0(图

1)。

上述现象之所以出现,是由于开放、封闭两类湖

泊中影响同位素演化的因素的差异造成的。在开放

型淡水湖泊中,水体快速流动,停留时间短,湖水同

位素的演化较之注入水微乎其微,因此其氧、碳同位

素更多地反映了注入水的同位素特征 】。注人水主

要是地表径流(河水)、地下水和直接落在湖泊表面

的雨水 这些水体中,影响氧和碳同位素的因素并

不同 】,所以两者的变化趋势不可能一致。同时,由

于相对于海水而言,大陆河水及大气降水的氧、碳同

位素比值都要偏负得多 ,所以反映在其中形成的

原生碳酸盐氧碳同位素组分及其变化上,两者不但

互相独立,而且都是负值。封闭型咸水湖泊中则不

然。由于水体只进不出,使得水体停留时间增长,这

时,同位素将要发生显著的演化作用。在这种演化

过程中,蒸发作用起着主导性的控制作用…。随着蒸

发作用的增强,较轻的 O和富含”c的co:优先从

湖水表面逸出,造成湖水中的 O和1 3C含量增加,

教育部高等学校骨干教师资助计埘项目

刘传联(1963一 男 副教授,古海洋学和古湖泊学々业

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364 地 球 化 学 2001年

”c(‰l厂15·0

5, 0

磷 o{%

。’

r 5.0 l

r 封闭型湖泊

:一 _。o 盐}胡(GreatSaltLakcl

一 ☆图尔 纳湖(Turkala

— 0蚋特龙马加迪湖

一 【Nat ̄n Magadl l

开故型湖泊

一 口亨德森潮(Henderson)

一 △格赖芬瑚{G i忙Ⅱ靶t】

.0 Hulrh湖

图1现代不同类型湖泊原生碳酸盐

氧碳同位索的相美性(据文献『1])

Fig 1 Relationship between 0 and8 C h pfima ̄laettstei arbonates

fiom different modem lake types(aftex【1】)

cI雌 】且k雌’G 衄l妇h Lake(hypeesalinef.Tur a1a fb暗ckish)

Natron—Magadi(h?3 ̄ersaline)

Open lakes:Hende ̄n(freshwater J.Greifen8ee( h…t}

. Huleh(freshwater)(after【1,2】)

大盐湖、纳特蓖一马1mi¥ ̄为超咸水濑,图尔卡纳滟为半咸木湖L据文献

f9】j;亨德森湖、格棘芬湖和Huleh湖均为淡水瑚(据文献[i

,21J

从而使湖水的6 0和 c较注人水明显偏正。水

体停留时问越长,蒸发作用越强,这种影响越显

著。另外,由于封闭型咸水湖泊多是高生产力湖泊

, 会产有大量的藻类 ,这些藻类对湖水碳同位素值

也会有显著的影响。在光合作用下,藻类植物会优

先吸收较轻的 c,使植物体内的 c变低,而湖

水中 C值则升高,生产力越高,湖水 c值越偏

正 c这样,在封闭性咸水湖泊中,蒸发作用对于湖

水氧、碳同位素演化控

制的同步性,使得两者

呈明显的共变趋势.反

映在其中形成的原生碳

酸盐同位素成分上,6 O

和6 C呈明显的相关性

It,z[

。生物光合作用对于

碳同位素的影响,又加

剧了 c变正的趋势,所 封闭湖泊原

生碳酸盐的 O既有负值也有正值,但

”C则以正值为主。

湖相碳酸盐同位素的这一特征,已成

为判断第四纪古湖泊或更老湖泊类型的

标志之一,并已有许多成功的例子。如对

加纳博苏姆推湖(Bosumtwi)晚更新世一

全新世沉积…、对东非基伍湖(Kivu)晚第

四纪沉积 、对西班牙塞纳霍盆地

《Cenajo)中新世沉积…和苏格兰Orcadian

盆地泥盆纪沉积…的研究等。

2我国湖相生油层中的碳酸

盐氧碳同位素

2.1材料与方法

山东东营盆地主要生油层为下第三

系沙河街组,该组共分为四段(从上而下

为:沙一段、沙二段、沙三段和沙四段,各

段又可分为不同的亚段),其中碳酸盐岩

主要分布在沙一段和沙四上亚段,而介形

虫化石在各段均有大量分布…}。南海珠

江口盆地主要生油层为文昌组和神狐组

. 两组地层中均无碳酸盐岩,钙质微体化石

也稀少,仅见个别贝壳碎片ll3【

本研究的钻井和样品情况如表1所

示。碳酸盐岩样品均是通过磨制薄片后,

在偏光显微镜下挑出的泥晶方解石。对化石样品

, 由于役有足够数量的单个属或种,所供测试的介形

虫由Phacoc)w ̄huiminemi,, Chinocythere sD

、.

Guangbeinia,Candona sp

.等组成。为避免成岩作用

的影响,选择那些无充填、无矿化 壳薄、透明的单瓣

壳或碎片来测试。氧、碳同位素测试在青岛国土资

源部海洋地质研究所完成。

表1 同位素分析样品一览表

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第4期 刘传联等:湖相碳酸盐氧碳同位素的相关性与生油古湖泊类型

_u u

/ o 2下2观18井抄段舟形虫

// 0滨297井沙一段碳酸盐岩

∞o 5.0

△纯11井抄四段碳酸盐岩

●珠江口盐地贝壳

商 ,oo 0f

.0 0 ’ ’ 5:0 ’ ]

●。· _5

图2我国两个古油盆地生油层中湖相碳酸盐氧碳同位素的相关性

2 Relatiomhip betwesn 0 and ”C for lacustrine carbonstes

from the Dong ̄fing and Zhuliang Kou basins

东营盏地碳酸盐氧碳同位素明显相关:2一下2一观18井沙一段舟形虫相关系数为0 92

滨297井沙一段碳酸盐岩相关系数为0 85.纯1I井沙四段碳酸盐岩相关系数为0.88。

珠江口盏地氧、碳同位素之间不相黄。

Don ng Basin:2-2—1 8 Well: 0 92(Ostracoda)、Bin297 Well: 0 85 teabonste ̄)

Chun I1 Well r=0 88 fc盯b0n s

zhu1iang Kou Basin;n0 eo ̄lated eovar;ance between 0 and 5’

表2东营盆地和珠江口盆地不同组段碳酸盐氧碳同位素平均值

Table 2 Average eompositJo ̄0r 0 attd C isotopes of different formations and me rnbe

in the Dongylng皿d Zhujlang Kou basins

珠江日盏地文昌组、神孤蛆

2.2分析结果

同位素测试结果如图2和表2所示,其特征如

下。

东营盆地:(1)除一个样品6 c为负值外,其他

样品 c均为正值;6 0除一个样

品外,其他全部为负值;两者的投

点落在第Ⅳ象限。具体数值为:沙

一段介形虫(2,下2,观18井) 0

值范围为一4.853%,~一0.341% ,

6 C值范围为一0.360%o一2.961‰:

沙一段碳酸盐岩【演297井) O

值范围为一9.016‰~0.446‰.

6 c值范围为2.546%。~9.258% ;

沙四段碳酸盐岩(纯l1井)6 0值

范围为一9.215% 5 134%。,

C值范围为3.294% 一6.297‰。

(2)三组分析数据6 0和6”C之

间均有明显的相关性。沙一段介形

虫相关系数为0.92,沙一段碳酸盐

岩相关系数为0.85,沙四段碳酸盐

岩相关系数为0.88。(3)各组不同

亚段同位素平均值又有明显不同:

对于碳酸盐岩,其6 0平均值沙一

下亚段(一2.721‰)>沙一中亚段

(一5.124‰)>沙四上亚段

(一7 984%o),6 C平均值也呈相

同的规律,沙一下亚段为7.048%o.

沙一中亚段为4.650%,.沙四上亚

段为3.858%。;对于介形虫,其

6 0和 c平均值都是沙一下亚

段>沙一中亚段>沙一上亚段。

珠江口盆地:神孤组和文昌

组七个贝壳样品的 0和 c均

为负值,6 0值范围为一4.47%

~一1.962%O,平均值为一3.075%O,

6 c值范围为一5.796‰~

一3.871‰,平均值为一4.827‰.

两者不相关,投点均落在第Ⅲ象

限。

2.3讨论

—— 根据东营盆地和珠江口盆地

湖相碳酸盐的氧碳同位素特征,

结合前述现代湖泊碳酸盐同位素的变化规律,首先

可以讨论两盆地的封闭与开放性。东营盆地无论是

碳酸盐岩还是介形虫壳体,其 0与6”c之间都

呈强烈的相关性,与封闭型咸水、半咸水湖泊的同

位素特征极为相似,说明东营盆地渐新世(沙一

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地 球 化 学 2001土E

段)与始新世占湖泊是封闭型成水半咸水湖泊。而

珠江口盆地碳酸盐6 O和6 C之间相关性差,而且

6 O和6 c均为负值,这与开放型湖泊的同位素特

征相似,说明其始新世一古新世古湖泊是开放型淡

水湖。

东营盆地样品分析较为系统,根据氧碳同位素

还可进一步探讨古湖泊的演化。如前所述,在封闭

型湖泊中,蒸发作用是控制氧同位素组成的决定因

素。蒸发作用越强,湖水的6 O值越大,反映在其中

形成的碳酸盐沉积上,6 O值也越大 所以,可以根

据碳酸盐6 O值的变化.恢复蒸发/降雨古气候条

件的变化。封闭型湖泊中,蒸发/降雨条件的变化又

会引起湖水面和盐度的变化,蒸发作用增强,湖水位

下降,盐度升高。因此,根据碳酸盐6 O值的变化还

可进一步推测古湖泊水面和古盐度的变化。碳同位

素组成与古湖泊的生产力有很大的关系,生产力越

高,光合作用越强,原生碳酸盐的6 c值就越高,所

以根据6 c值的变化可以推测古湖泊生产力的变

化。据这些规律,可以推测:东营盆地沙一下亚段沉

积时期,是气候最干燥、蒸发作用最强的时期,因此

古湖泊水位低,盐度较高,而古生产力则最高;沙一

中亚段沉积时期,蒸发作用有所减弱,古湖水面上

升,盐度有所降低,古生产力也降低;沙一上亚段沉

积时期,古气候较为湿润,古湖水面再次升高,盐度

和古生产力相对降低;沙四上亚段沉积时期,古气候

也较为湿润,古湖水面较高,盐度和古生产力较之沙

一下、中亚段沉积时期都低。

根据碳酸盐氧碳同位素得出的这些结论,还可

以通过生油层的沉积学和古生物学特征来验证。东

营盆地沙一段和沙四段生油层中不但碳酸盐岩发

育,而且在沙四段中更是有盐岩和石膏等蒸发岩类

出现 1 21,这些都反映了其沉积时期古湖泊封闭程度

高、湖水盐度高。东营盆地的古生物化石群也是

地方性属种占绝对优势,如地方性介形虫种占

98%,腹足类占95%1] 。这种结果的发生也是古湖

泊长期封闭所造成。在东营盆地中还有一些指示咸

水、半咸水湖的特殊化石——海源陆生化石 ,如

钙质超微化石 1、有孔虫 、沟鞭藻类 0等,同样证

明了当时是一咸水湖。单怀广等 根据介形虫化石

生态学分析还得出沙一中、下亚段沉积时期湖水较

浅,到沙一上亚段沉积时期湖水开始变深。

珠江口盆地文昌组和神狐组沉积学和古生物学

特征与东营盆地则有极大的不同。首先,该盆地无

碳酸盐岩和蒸发岩,即使是泥岩和砂岩中钙质含量

也很低:其次,钙质微体化石极为少见,仅在个别样

品中发现贝壳碎片 。这些都反映珠江口盆地是开

放型淡水湖泊。

3结语

湖相碳酸盐氧碳同位素分析揭示出我国南北在

早第三纪时,存在两类不同的生油湖泊。北部的东

营盆地碳酸盐6 0多为负值、6 c基本为正值,两

者之间相关性强,相关系数大于0.8,显示其生油湖

泊是封闭型咸水或半成水湖;南部珠江口盆地碳酸

盐6 O和 c均为负值,两者不相关,显示其生油

湖泊为开放型淡水湖泊 这一结论与两盆地生油层

的沉积学和古生物学证据相吻合,说明利用碳酸盐

氧碳同位素的相关性来判断湖泊的类型这一方法,

不但适用于第四纪古湖泊研究,也同样可用于第三

纪生油湖泊的研究

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Correlation between carbon and oxygen isotopic ratios of lacustrine carbonates

and types of oil-producing paleolakes

LIU Chuan-lian,ZHAO Quan-hong,WANG Pin—xian

Laboratory ofMarine Geolog ̄;Tongii Unlversit).Slmnghai 200092. fM

Abstract:Stable carbon and oxygen isotopic analyses of lacustrine carbonates in source rocks fmm the Dongying

Basin(Shandong Provincej and the Zhujiang Kou Basin(South China Sea)have been carried out.The results show

that carbonates from the Dongying Basin typically show highly correlated covarianee between oxygen and carbon

isotopic variations(r>0.8).with negative t ̄lS0 and positive 6 C,and carbonates from the Zhujiang Kou Basin

show poorly or no correlated covariance between them.with both negative 6 O and 61 3C Comparison with the

results of carbonates precipitated from diferent t)q3es of modem lake,it is concluded that the Paleogene

oil—producing lake in the DongTing Basin is a closed saline or brackish one.whereas that in the Zhujiang Kou Basin

is an open freshwater one.This conclusion is consistent with sediment0I。gical and palaeontological evidence of

source rocks,and it is also suggested that the oil—producing lake types can be determined from the characteristics

and COrrelatlon of 6 O and 6。 C of Iacustrine carbonates.

Key words:oxygen and carbon isotopes;correlation;lacustrine carbonates;p ̄eolake

0 2 3 4

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