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有机质富集及烃源岩发育程度及分布严格受古气候、古构造、古环境的影响,其中生物生产力、古环境氧化-还原条件和沉降速率等作为关键变量,对高有机质丰度烃源岩发育至关重要。因此,对古氧相和氧化还原条件的厘定是研究有机碳埋藏以及烃源岩形成的重要内容。
沥青是一种与油气有关的经由多种方式形成的固体有机矿物。它主要由沉积有机质经过强烈的成岩作用产生,或经不同程度的运移而富集,也可以由储层中原油经热演化、气体脱沥青化、水洗或生物降解作用而形成。不同沉积环境形成的海相生油岩中的有机质在其形成过程中富集了多种微量元素,并在成熟生烃过程中将仍然保存着母岩的信息。因此,根据这些微量元素的分布规律,可以追溯热液或成矿溶液的来源,并对矿藏的成因做出合理的解释。
近几年,Mo同位素作为判定氧化还原条件的重要指标,已经得到了国内外学者的认可,Mo化学形式的转变及对应的同位素分馏,在揭示沉积物形成过程中水体生物活动的记录、生物圈与岩石圈的相互作用、太阳系与地球物质的早期演化等方面具有巨大的潜力。与U、V和Mo等氧化还原敏感元素相比,δ98Mo对古海洋氧化还原状态的指示更加明确。这是由于:不同的沉积环境具有明显不同的Mo同位素组成。氧化环境下沉积岩具有较轻的同位素组成(δ98Mo=-0.7‰),缺氧条件下埋葬的沉积物(静海沉积),δ98Mo组成较重,并接近海水的同位素组成(+2.3‰)。另外,由于陆源碎屑沉积岩和玄武岩的δ98Mo相对均一(δ98Mo在~0‰附近),与缺氧和氧化沉积物/岩的δ98Mo存在明显的差异,同时,在风化过程中,δ98Mo也不会发生明显的分馏。鉴于δ98Mo作为氧化还原的判别指标更容易排除陆源碎屑、热液流体等非自生因素的影响,相对于其它氧化还原敏感元素,可以更准确的判断古海水氧化还原条件的变化。
目前,已发表的有关Mo同位素的研究成果,主要涉及黑色页岩、海水、沉积岩和锰结核等,尚未见对海相碳酸盐岩中沥青的钼同位素的研究报道。本文首次对四川广元地区上寺剖面不同时期海相碳酸盐岩中沥青的Mo同位素进行研究,探讨沥青中Mo同位素的组成及地质意义,为进一步利用Mo同位素指示烃源岩的成因及油源对比,起到抛砖引玉的作用。通过10件海相碳酸盐岩中沥青样品详细的地球化学研究得出以下认识:
1.四川广元上寺剖面不同时期部分海相地层中沥青的钼同位素有较大的变化范围,其中寒武纪3个沥青样品(Hs-qzs、Hs-cl、Hs-clp)具有相对偏正的δ98Mo(分别为+1.71‰、+1.24‰、+1.17‰),对应明显的δEu正异常,特别是下寒武统筇竹寺组(Hs-qzs)具有明显的δEu正异常(1.68),δ98Mo明显偏正(+1.71‰),同时,Mo、Ni、V、Zn、Co、Cu等微量元素含量也明显偏高,推测可能与同期强烈的海底热液活动中形成的高温强还原环境有关,热液携带大量的硫化氢,使得海水中溶解状态钼(MoO42-)转化为不溶状态钼(MoS42-),并有可能产生明显偏正的δ98Mo。
2.上寺剖面寒武纪和二叠纪沥青样品总体上具有轻稀土相对于重稀土富集、Ce亏损的特征,沥青REE(La/Yb)均值为6.82,变化范围在3.87~8.92之间,与已发表的其它地区沥青的REE配分曲线相似,寒武纪沥青样品(Hs-qzs、Hs-cl、Hs-clp)的REE配分曲线相对于二叠纪沥青样品具有明显的δEu正异常。
3.虽然广元地区不同时期的海相碳酸盐岩中沥青的VTM与NiTM没有明显的相关性,但是,不同时期(寒武纪、石炭纪和二叠纪)沥青的δ98Mo与V/Ni比值的分布区域存在一定的差异,有可能与不同的来源有关,暗示δ98Mo仍然保存着部分源区的性质。特别是寒武纪筇竹寺组(Hs-qzs)的VTM与NiTM相对偏高,也许与海底热液作用及后期相对较强的降解作用有关。