基于化學(xué)計(jì)量學(xué)和元素地球化學(xué)結(jié)合的延長組長7段湖相頁巖有機(jī)質(zhì)富集控制因素分析
泥頁巖沉積有機(jī)質(zhì)是油氣生成的母源,其控制因素與富集模式研究對(duì)油氣資源評(píng)價(jià)及其勘探開發(fā)具有重要意義。沉積巖中有機(jī)質(zhì)聚集涉及到沉積、生物、環(huán)境等諸多地質(zhì)地球化學(xué)過程,前人將其主要控制因素歸結(jié)為原始生產(chǎn)力、氧化還原條件和沉積速率;相應(yīng)地提出有機(jī)質(zhì)富集的原始生產(chǎn)力、有機(jī)質(zhì)保存、沉積速率三種模式(Katz, 2005;Tyson, 2005)。目前已利用各類地球化學(xué)數(shù)據(jù)(如巖石學(xué)和礦物學(xué)、有機(jī)和無機(jī)地球化學(xué)、分子化合物和同位素等)建立了描述或表征泥頁巖中有機(jī)質(zhì)富集的控制因素及其富集模式。盡管有許多參數(shù)可以使用,但由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性,每個(gè)參數(shù)都有其不確定性或適用范圍,因此多指標(biāo)的綜合分析將有利于對(duì)有機(jī)質(zhì)富集規(guī)律的認(rèn)識(shí)。化學(xué)計(jì)量學(xué)中主成分分析(PCA)使用多元統(tǒng)計(jì)識(shí)別方法,可從所有類型的測(cè)量數(shù)據(jù)中以線性降維的方式將不同參數(shù)所蘊(yùn)含的復(fù)雜信息提煉為少數(shù)幾個(gè)相互獨(dú)立且具有不同意義的類或主成分(PC)。


鄂爾多斯盆地三疊系延長組長7段湖相高有機(jī)質(zhì)黑色泥頁巖是盆地內(nèi)中生代油氣資源的主要烴源巖,也蘊(yùn)含有豐富的頁巖油氣。中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心鄒艷榮研究員和博士研究生石軍等將PCA與元素地球化學(xué)相結(jié)合研究鄂爾多斯盆地東南部延長組長7三段泥頁巖中有機(jī)質(zhì)富集因素。在對(duì)研究區(qū)樣品沉積古環(huán)境重建(氧化還原狀態(tài)、古鹽度、沉積速率等)和古生產(chǎn)力評(píng)價(jià)(古氣候、生產(chǎn)力、事件沉積等)的基礎(chǔ)上,對(duì)由主、微量和稀土元素地球化學(xué)參數(shù)組成的數(shù)據(jù)集進(jìn)行主成分分析,發(fā)現(xiàn)前三個(gè)主成分(PC1,PC2和PC3)總載荷可達(dá)到81.7%,其中PC1與反映古生產(chǎn)力和氧化還原環(huán)境的參數(shù)相關(guān)(如Cubio,Porg和U/Th,DOPT等);而PC2和PC3分別主要與指示沉積速率和水體鹽度的參數(shù)相關(guān)(圖1)。前三個(gè)主成分與泥頁巖樣品總有機(jī)碳(TOC)顯示,PC1與TOC有很好的相關(guān)性,R2達(dá)到0.92;而PC2和PC3與TOC的相關(guān)性差,R2小于0.01(圖2),表明控制研究區(qū)有機(jī)質(zhì)富集的主要因素是古生產(chǎn)力和沉積水體的氧化還原狀態(tài),即由原始生產(chǎn)力模式和有機(jī)質(zhì)保存模式共同主導(dǎo)鄂爾多斯盆地延長組長7段地層有機(jī)質(zhì)富集。

圖1 PCA結(jié)果:(a)長7段泥頁巖PC1與PC2因子得分分布;(b)前三個(gè)主成分對(duì)11個(gè)地球化學(xué)參數(shù)的載荷分布

圖2 PCA前三個(gè)主成分因子得分與TOC的關(guān)系
本工作提供了一個(gè)將化學(xué)計(jì)量學(xué)方法與元素地球化學(xué)相結(jié)合的應(yīng)用實(shí)例,可為其它類似研究提供分析模型(Thomas Algeo, peer review, 2021)。本研究主要受到國家自然科學(xué)基金群體項(xiàng)目(41621062)的資助,研究成果近期發(fā)表于國際期刊《Marine and Petroleum Geology》上。
論文信息: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

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