海陸過渡相頁巖氣層系元素地球化學特征及沉積環境演化
——以通許隆起西部下二疊統為例

董果果,張棟,張馨元,許軍,代磊

(1.河南省地質研究院,鄭州 450001;2.河南省地下清潔能源勘查開發產業技術創新戰略聯盟,鄭州 450001)

0 引言

頁巖氣層系的沉積環境分析,是頁巖氣富集條件和資源評價研究的基礎,對頁巖氣勘探有利區的優選具有重要意義[1-2]。頁巖氣層系以細粒沉積為主,而一般的巖性和構造標志主要是針對于砂、礫巖等粗粒沉積物的沉積環境判別,在細粒沉積物中發育有限,相比較而言元素地球化學資料的應用更為廣泛[3]。元素的遷移和富集規律除了受制于元素本身的物理化學性質,很大程度上還受沉積環境的影響[4],眾多學者開展了泥頁巖元素地球化學特征理論研究,應用效果顯著[5-7]。

河南省上古生界廣泛發育海陸過渡相頁巖氣層系,具有富有機質泥頁巖單層厚度小、縱向變化快,且常與煤層、灰巖、致密砂巖頻繁互層的特點,其中通許隆起下二疊統太原組-山西組是其中的研究重點[8]。針對其沉積環境和古地理演化的研究多限于露頭剖面和淺部煤田鉆孔資料,且主要通過巖相分析來判斷沉積環境,較少利用地球化學資料[9]。隨著通許隆起下二疊統頁巖氣勘查程度的提高,已有多口頁巖氣井獲得了相對完整的取芯,為該地區開展地球化學特征和沉積環境研究奠定了基礎[10-11]。

本文以通許隆起西部ZXY1井下二疊統頁巖氣層系113 m巖芯為研究對象,對從其中采集的24塊樣品進行49種元素分析,分巖性開展了常量元素、微量元素和稀土元素特征研究,并選取對沉積環境變化較為敏感的特征元素含量及其比值等參數,分析了其在縱向上的變化規律以及與沉積環境之間的對應關系,研究了通許隆起西部頁巖氣層系沉積時期的物質搬運距離、古水深、古氣候、古鹽度、氧化還原環境和古生產力等沉積演化特征,以期為海陸過渡相頁巖氣勘探開發提供新的參考。

1 地質背景

研究區位于華北陸塊南緣通許隆起西部,北部與濟源凹陷接壤,走向近EW,呈北高南低的構造格局,區內主要發育一條較大的NWW向的北傾正斷層(圖1)。晚石炭世—中三疊世,華北陸塊南緣進入了大型克拉通內坳陷發展階段,廣泛發育海陸過渡相—陸相沉積;晚三疊世以來,受中新生代構造運動的影響,區內上古生界遭受不同程度的剝蝕,但通許隆起受此影響較小,保存了較為完整的上古生界海陸過渡相地層[12]。ZXY1井為研究區內的第一口頁巖氣鉆井,在3260 m—3374 m鉆遇了下二疊統太原組-山西組海陸過渡相地層,并進行了連續取芯,巖芯收獲率為94.28%,基礎資料齊全。

圖1 研究區構造位置及地層發育情況Fig.1 Structural location and stratigraphic column of the study area

2 樣品采集與分析

本次對研究區ZXY1井頁巖氣層系及其上部巖芯采集了24塊樣品進行常量元素、微量元素和稀土元素測試,包括黑色泥巖樣品6塊、碳質泥巖樣品6塊、粉砂巖和細-中砂巖樣品4塊、夾泥礫砂巖樣品4塊、泥質灰巖樣品4塊(圖2)。樣品測試由中國地質大學(北京)實驗室完成,主要采用X射線熒光光譜法進行了49種地球化學元素分析測試,儀器型號為掃描型波長色散X射線熒光光譜儀Rigaku ZSX Primus。樣品的測試數據統計結果,見圖3—圖5。

圖2 研究區頁巖氣層系巖性特征Fig.2 Lithological characteristics of shale gas stratum series in study area a.巖芯照片,夾泥礫砂巖,3297.07 m—3297.37 m,山西組中部;b.薄片照片(+),灰色巖屑砂巖,不等粒結構,少量碳質碎屑狀或條紋狀分布,3313.28 m,山西組下部;c.巖芯照片,黑色碳質泥巖,3342.35 m—3342.61 m;d.巖芯照片,黑色泥巖,水平層理發育,3363.53 m—3363.8 m,太原組下部;e.薄片照片(-),黑色泥巖,太原組,3363.65 m; f.薄片照片(-),灰黑色泥質灰巖,隱晶結構,含生物碎屑,3372.93 m,太原組下部

圖3 通許隆起西部頁巖氣層系常量元素垂向變化特征Fig.3 The vertical variation of major elements of shale gas stratum series in western Tongxu Uplift

圖4 通許隆起西部頁巖氣層系微量元素垂向變化特征Fig.4 The vertical variation of trace elements of shale gas stratum series in western Tongxu Uplift

圖5 通許隆起西部頁巖氣層系稀土元素垂向變化特征Fig.5 The vertical variation of rare earth elements of shale gas stratum series in western Tongxu Uplift

3 元素地球化學特征

3.1 常量元素特征

研究區碎屑巖中常量元素以SiO2為主,其次是Al2O3,此外,Fe和K2O的含量較其余常量元素含量明顯偏高;泥質灰巖常量元素以CaO為主,其次為SiO2、Al2O3、MgO和Fe,TiO2、MnO和P2O5含量均較低,其中TiO2含量明顯低于其它巖性。與上地殼常量元素相比[13],研究區碎屑巖整體具有富Al2O3,貧MgO、CaO和Na2O的特征。除砂巖外,黑色泥巖、碳質泥巖和夾泥礫砂巖均呈貧SiO2特征,指示其礦物成分以黏土礦物為主;黑色泥巖、夾泥礫砂巖整體具有富Fe特征,而碳質泥巖和砂巖則相對貧Fe,這可能與前二者發育的星點狀黃鐵礦和菱鐵礦有關。

Al主要來源于陸源碎屑物中的黏土礦物,且受次生作用的影響較小(Tribovillard et al, 2006)。研究區頁巖氣層系樣品中w(Al2O3)與w(Ti2O3)呈正相關(R2=0.92),與w(K2O)、w(Na2O)、w(MnO)也呈較好的正相關性(R2均>0.5),說明Ti、K、Na、Mn主要來源于陸源碎屑;w(Al2O3)與w(TFe2O3)和w(SiO2)相關性較弱,與CaO、MgO和P2O5均無明顯相關性,說明Fe、Si、Ca、Mg和P含量受陸源輸入影響較小。

通過w(SiO2)/w(Al2O3)值可對巖石物源進行劃分[14]。研究區黑色泥巖、碳質泥巖、砂巖和夾泥礫砂巖的w(SiO2)/w(Al2O3)平均值均與上地殼接近(表1),說明其物源以陸源為主;泥質灰巖的w(SiO2)/w(Al2O3)平均值略大于上地殼值,說明其碎屑組分不僅來源于陸源,還有海源沉積的補充。

表1 通許隆起西部頁巖氣層系常量元素分析數據平均值Table 1 The mean of analysis results of major elements of shale gas stratum series in western Tongxu Uplift

3.2 微量元素特征

圖6為根據各巖性樣品測試數據繪制的微量元素上地殼標準化分布曲線圖。

圖6 通許隆起西部頁巖氣層系微量元素上地殼標準化分布曲線圖Fig.6 Upper crust-normalized pattern of trace elements of shale gas stratum series in western Tongxu Uplift

碎屑巖中微量元素,總體上呈不同程度的富集或輕度虧損特征。黑色泥巖與碳質泥巖明顯富集Li,相對富集Sc、V、Ga、Rb、Zr、Nb、Cs、Ba、Hf、Ta、Pb、Th、U等元素,Cr和Zn元素值與上地殼較為接近,輕度虧損Sr。此外,黑色泥巖還相對富集Co和Ni,其Cu元素值與上地殼接近;碳質泥巖則輕度虧損Ni和Cu,其Co元素值與上地殼較為接近。

砂巖和夾泥礫砂巖的各微量元素值總體上略小于黑色泥巖和碳質泥巖。明顯富集Li,相對富集Ga、Rb、Zr、Nb、Ba、Hf、Ta、Th、U等元素;此外,砂巖中其余微量元素均呈輕度和中度虧損特征;夾泥礫砂巖還相對富集Zn和Pb,其余元素值則接近上地殼豐度或輕度虧損。

泥質灰巖與其它巖性差異較大,除相對富集Sr和U之外,其余微量元素總體上呈現不同程度的虧損特征:Li、Sc、V、Cr、Ni、Zn、Ba等7個元素呈現輕度虧損;Co、Cu、Ga、Rb、Zr、Nb、Cs、Hf、Ta、Pb、Th等11個元素呈中度虧損特征。

3.3 稀土元素特征

本次研究的稀土元素數據采用后太古宙澳大利亞平均頁巖(PAAS)進行標準化[14],其中異常值δCe和δEu通過式(1)和式(2)計算所得。

(1)

(2)

上式中,w(Ce)、w(La)、w(Pr)、w(Eu)、w(Sm)、w(Gd)分別為Ce、La、Mn、Eu、Sm、Gd元素含量;N為經PAAS標準化后值。

表2為通許隆起西部頁巖氣層系稀土元素分析數據統計結果。泥質灰巖的稀土含量明顯偏低,其稀土總量平均為38.29×10-6,表明研究區泥質灰巖受陸源物質影響較小;w(LREE)/w(HREE)平均為6.58(表2),輕稀土相對富集。碎屑巖中,黑色泥巖、碳質泥巖和夾泥礫砂巖的稀土含量均高于后太古宙澳大利亞頁巖(PAAS)的平均稀土總量(184.37×10-6);砂巖的稀土總量相對較低,與上地殼(UCC)的平均稀土總量(146.40×10-6)大致相當。碎屑巖中w(LREE)/w(HREE)均大于4,反應出輕稀土相對富集的特征。

表2 通許隆起西部頁巖氣層系稀土元素分析數據統計結果Table 2 Statistoics of REE analysis of shale gas stratum series in western Tongxu Uplift

圖7為通許隆起西部頁巖氣層系稀土元素PAAS標準化配分模式圖;表3為通許隆起西部頁巖氣層系稀土元素富集程度與特征值統計結果。研究區頁巖氣層系樣品的稀土元素配分模式圖總體較為平坦,但變化趨勢并不完全一致,且不以巖性為區分單元,說明各巖性樣品沉積時物源和沉積環境有一定變化。根據稀土元素的富集程度、配分曲線的斜率以及部分元素的異常情況,可將配分模式圖大致分為3種類型(見表3和圖7)。1)虧損型:稀土元素均呈虧損特征,巖性為泥質灰巖,稀土配分曲線總體較平坦。2)富集型:即各稀土元素均為富集特征;其又可細分為2個小類:①峰狀,巖性主要為泥巖,顯示出明顯的Eu正異常,無明顯的Ce異常;②中部分散狀,巖性主要為泥巖和碳質泥巖,顯示出不同程度的Eu負異常,無明顯的Ce異常。3)富集-輕微虧損型,輕稀土元素總體較為富集,重稀土元素在部分樣品中呈輕微虧損特征;其有3種情況:①中部分散狀,巖性主要為泥巖和碳質泥巖,顯示出明顯的Eu負異常,無明顯的Ce異常;②平坦近右傾狀,巖性主要為泥巖、碳質泥巖和夾泥礫砂巖,無明顯的Ce和Eu異常;③平坦狀,巖性主要為砂巖和夾泥礫砂巖,無明顯的Ce和Eu異常。

表3 通許隆起西部頁巖氣層系中稀土元素富集程度與特征值Table 3 Enrichment degree and characteristic value of REE of shale gas stratum series in western Tongxu Uplift

圖7 通許隆起西部頁巖氣層系稀土元素PAAS標準化配分模式圖Fig.7 PAAS-normalized pattern of REE of shale gas stratum series in western Tongxu Uplift

4 沉積環境分析

4.1 離岸距離與水體深度

沉積物中的元素來源包括陸源碎屑輸入和自生成因,其中主要靠陸源碎屑輸入的元素受沉積物離岸距離和水體深度的變化的影響較大。如前所述,根據與Al的相關關系分析,研究區頁巖氣層系中Ti、K、Na、Mn等常量元素主要為陸源來源。此外,大量研究表明,Zr、Sc和Th等微量元素也在很大程度上依賴于陸源碎屑輸入[5];Ti、Zr和Th在粗粒陸源碎屑中保存較多,且Zr元素的分布受Al元素的影響較大[6];通常w(Zr)/w(Al)值的大小與離岸距離和水體深度呈負相關關系[15]。Mn的氧化物化學性質穩定性較強,與之相比,Ti的氧化物穩定性相對較弱,因此在盆地內Mn能比Ti搬運到離湖岸更遠的地方,故w(Mn)/w(Ti)值與物質在盆地內搬運距離呈正相關關系[16]。Rb和K在水中的遷移和富集均受黏土支配,且與K相比,Rb更易被黏土吸附而遷移到離湖岸較遠的地方,因此,w(Rb)/w(K)值也能指示沉積物搬運距離的變化,且常與之呈正相關[16]。

研究區碎屑巖的w(Zr)/w(Al)、w(Rb)/w(K)和w(Mn)/w(Ti)值如表4所述,各巖性樣品的判別指標值無明顯區別,但縱向上各指標值隨深度具有一定的變化,且變化趨勢相似(圖8)。太原組下部w(Rb)/w(K)和w(Mn)/w(Ti)值整體上呈下降趨勢,w(Zr)/w(Al)值呈上升趨勢,說明離岸距離逐漸變小,水體深度逐漸變淺;太原組中部至山西組下部,w(Rb)/w(K)和w(Mn)/w(Ti)值相對較高,而w(Zr)/w(Al)值相對較低,自下而上各元素比值波動較大,所反映的離岸距離整體經歷了近-遠-近-遠的變化,水體經歷經歷了淺-深-淺-深的變化;山西組中部大占砂巖往上,w(Rb)/w(K)和w(Mn)/w(Ti)值相對較低,且呈下降趨勢,w(Zr)/w(Al)值相對較高,整體呈上升趨勢,說明該層段沉積時期,離岸距離相對較近,水體深度相對較淺,且離岸距離和水體深度呈變小趨勢。

表4 研究區頁巖氣層系離岸距離與水體深度判別指標Table 4 Discrimination indices of transported distance of sediments and depth of water of shale gas stratum series in study area

圖8 研究區頁巖氣層系沉積環境判別指標垂向變化特征Fig.8 Discrimination indices of vertical variation of sedimentary environment of shale gas stratum series in study area

4.2 古氣候

氣候的變化也會影響元素的分解、遷移與富集。大量研究成果表明,溫暖潮濕的環境下,Cr、Ni、Mn、Cu、Fe、Ba、Br、Co、Cs、Hf、Rb、Sc、Th等元素更易富集;干熱氣候背景下,Sr、Pb、Au、As、Ca、Na、Ta、U、Zn、Mg、Mo、B等含量更高[4]。其中w(Sr)/w(Cu)值和w(Rb)/w(Sr)值能更靈敏地反映古氣候變化,一般情況下,以10為分界線,w(Sr)/w(Cu)低值常指示溫濕氣候,高值則指示干熱氣候[4];w(Rb)/w(Sr)值對氣候的反映與w(Sr)/w(Cu)值相反,其值越高,指示氣候更為溫暖潮濕[16]。濕潤氣候更適合大量植物的生長,因此,盆地中有機質的形成與分布也會受古氣候的影響。由于研究區的泥質灰巖中Sr明顯富集,故w(Sr)/w(Cu)值極高,而w(Rb)/w(Sr)值極低,其對于古氣候分析參考價值較弱,下面僅對研究區碎屑巖的微量元素比值特征進行分析。

研究區頁巖氣層系樣品的w(Sr)/w(Cu)值普遍呈高值特征,均值均>10,而w(Rb)/w(Sr)值則普遍較低(表5)?？v向上,太原組至山西組中部w(Sr)/w(Cu)值均>10,山西組上部w(Sr)/w(Cu)值略有降低(整體波動不大),說明該層段沉積時氣候開始向相對溫暖潮濕轉化。相比較而言,縱向上w(Rb)/w(Sr)值呈現出明顯的變化規律,太原組至山西組下部,w(Rb)/w(Sr)值呈增大趨勢,說明氣候在相對炎熱干旱的背景下,逐漸演變為相對溫暖潮濕;山西組大占砂巖底部向上,w(Rb)/w(Sr)值呈降低趨勢,說明此時氣候逐漸變得較為干旱;山西組上部,w(Rb)/w(Sr)值逐漸變大,w(Sr)/w(Cu)值>10,說明氣候又開始變得較為潮濕。

表5 研究區頁巖氣層系古氣候與古鹽度判別指標Table 5 Discrimination indices of palaeoclimate and palaeosalinity of shale gas stratum series in study area

綜合w(Sr)/w(Cu)值和w(Rb)/w(Sr)值兩個指標分析,研究區太原組-山西組沉積時期氣候總體較為炎熱干旱,但仍有一定波動,其中太原組上部至山西組下部層段,以及山西組上部層段沉積時期,氣候相對較為溫暖潮濕(圖8)。需要指出的是,石炭-二疊紀是晚古生代冰期到中生代溫室氣候轉換的關鍵時期,發生了地球氣候的快速波動,因此還需進一步結合同位素年代學、泥巖風化地球化學數據及古生物信息,對低緯度華北板塊石炭-二疊紀氣候展開更為深入的研究。

4.3 古鹽度

研究區各巖性的w(Sr)/w(Ba)值見表5所述,泥質灰巖的w(Sr)/w(Ba)比值普遍大于1,均值為34.74,為海相沉積;黑色泥巖來源較為復雜,淡水、過渡相和海相沉積均有發育;碳質泥巖主要為淡水和過渡相沉積;砂巖和夾泥礫砂巖的w(Sr)/w(Ba)值均小于0.4,為淡水沉積?？v向上,太原組整體為為過渡相-海相咸水沉積環境,山西組整體為淡水沉積環境(圖8)。

4.4 古氧化還原環境

U、V、Mo、Ni、Cr和Co等微量元素以及稀土元素Ce常作為氧化還原敏感元素,其富集程度是水體氧化還原環境的重要指示。元素比值比元素含量更能反應水體的氧化還原條件,大量研究表明w(U)/w(Th)、w(Ni)/w(Co)、w(V)/w(V+Ni)、w(V)/w(Cr)、w(V)/w(Sc)、δCe、δU(式(3))等特征值可作為氧化還原條件判別指標[4-5,17]。需要指出的是,上述氧化還原敏感元素也可能因富集機制和地球化學行為的不同,造成判別結果的多解性,因此應結合多項指標及沉積特征、古生物特征等進行綜合分析。

(3)

在上式(3)中,w(U)為U元素含量(量單位:10-6),w(Th)為Th元素含量(量單位:10-6)。

表6為微量元素特征值與氧化還原環境判別標準;圖9為研究區頁巖氣層系24個樣品的微量元素特征值與氧化還原環境交會圖。從圖9中不難看出,圖9a與圖9b的分布具有一定的一致性;泥質灰巖中δCe均呈負異常,δU均>1?？傮w反映了泥質灰巖主要形成于貧氧-缺氧環境,黑色泥巖主要形成于氧化-貧氧環境,而碳質泥巖、砂巖和夾泥礫砂巖主要形成于氧化環境。

表6 微量元素特征值與氧化還原環境判別標準Table 6 Discrimination indices of characteristic values of trace elements redox environment

圖9 研究區頁巖氣層系氧化還原環境的微量元素判別指標交會圖Fig.9 Intersection chart of discrimination indices of redox sensitive trace elements of shale gas stratum series in study area

從剖面圖(圖8)可知,各特征元素比值總體呈向上變小的趨勢,反應出剖面自下而上沉積環境趨于氧化。在山西組下部近大占砂巖底部附近,各特征元素比值出現了突變,且在此突變處以下各特征元素比值變化波動較大,說明沉積環境變化較為頻繁,可能發生海水頻繁進退的現象,是典型的陸表海沉積特征;在此之上各特征元素比值整體較均一,顯示出截然不同的沉積環境特征。這可能反映了通許隆起因構造應力場轉變所導致的區域性海退事件,華北盆地晚古生代基底構造活動增強,盆地北緣相對于南緣曾表現出明顯的抬升作用,使得整個華北盆地開始出現了整體海退,沉積環境在短期內發生改變,由陸表海沉積體系向三角洲沉積體系進行轉變。

綜上各元素指標可知,w(U)/w(Th)、w(Ni)/w(Co)、w(V)/w(Sc)和δCe、δU等指標相互吻合,但w(V)/w(V+Ni)和w(V)/w(Cr)在太原組部分層段得出的結論與其并不完全一致,可能和這些元素的富集受有機質、沉積速率、后期成巖作用等影響相關,導致元素的含量和賦存狀態發生改變。

4.5 古生產力(BaXS)

沉積物的古生產力直接影響有機質的富集[6],古生產力包括初級生產力和次級生產力,P和Ba常被用于判斷古生產力水平[18]。P與生物活動關系密切,可有效反映初級生產力的大小,但自生礦物或沉積有機質的發育會對其判斷形成干擾,在實際運用中,采用w(P)/w(Ti)比率可較好地消除這部分影響,更好地判斷初級生產力。如前所述,Ba主要以BaSO4的形式沉積于水體中,它往往與陸源有機質的輸入直接相關,與古生產力呈正相關關系,但還有一小部分賦存于Fe-Mn氧化物/氫氧化物中的Ba會影響判斷結果(Eagle et al,2003),一般用BaXS(式(4))可以消除這部分影響,更好的反映古生產力(Algeoet et al, 2011)。

(4)

表7為研究區頁巖氣層系各巖性樣品的微量元素特征值與古生產力判別指標數據。泥質灰巖的w(P)/w(Ti)均值較高,但其w(P)整體偏低,表明初級生產力并不高;其余各巖性的w(P)/w(Ti)值整體均較低,只有太原組上部黑色泥巖w(P)/w(Ti)=2.12,w(P)=14%,說明該層段的初級生產力較高。研究區泥質灰巖的BaXS均值為44.85×10-6,w(Ba)小于300×10-6,為所有巖性中最低,說明灰巖層段的古生產力較低;黑色泥巖和碳質泥巖的BaXS均值也均較低,但其在縱向上變化范圍較大(圖8),在太原組上部和山西組下部層段,二者的BaXS值較高,均值為286×10-6,該層段w(Ba)大于900×10-6,在整個頁巖氣層系中亦為最高,說明太原組上部和山西組下部黑色泥巖和碳質泥巖層段古生產力較高。

表7 研究區頁巖氣層系微量元素特征值與古生產力判別指標數據Table 7 Dscrimination index of characteristic value of trace elements and palaeo-producrivity of shale gas stratum series

結合w(P)、w(P)/w(Ti)、w(Ba)和BaXS四個指標分析,研究區太原組上部和山西組下部層段具有良好的古生產力條件(圖8)。該層段下部的黑色泥巖沉積時期,w(P)和w(P)/w(Ti)值均較高,說明水體的初級生產力較高;此后黑色泥巖和碳質泥巖沉積時期,w(P)/w(Ti)有所降低,但BaXS開始升高,說明此時水體的初級生產力并不高,但陸源有機質的輸入較多,使對整體生產力仍處于較高水平。

前文分析表明,研究區頁巖氣層系沉積時的沉積環境呈周期性的變化。太原組下部沉積時期,離岸距離逐漸變小,水體深度逐漸變淺,氣候在相對炎熱干旱的背景下,逐漸演變為相對溫暖潮濕,水體為過渡相-海相咸水環境,總體呈還原環境,向上氧化性增強,古生產力相對較低;太原組中部-山西組下部沉積時期,離岸距離和水體深度變化較為頻繁,氣候繼續向相對溫暖潮濕轉變,水體由過渡相—海相咸水環境向淡水環境轉變,氧化還原環境波動較大,古生產力有所增加,其中該段上部古生產力達到最高水平;山西組中部往上,離岸距離相對較近,水體深度相對較淺,氣候先由相對溫暖潮濕轉變為炎熱干旱,又向溫暖潮濕轉化,總體呈淡水氧化環境,古生產力較低?？傮w而言,太原組上部至山西組下部黑色泥巖和碳質泥巖沉積時期,水體深度相對較大,氣候相對溫暖潮濕,呈過渡相咸水-淡水環境,古生產力較高,總體處于弱還原-氧化沉積環境,利于有機質的富集。

5 結語

(1)通許隆起西部下二疊統海陸過渡相頁巖氣層系,普遍發育黑色泥巖、碳質泥巖、砂巖和夾泥礫砂巖等碎屑巖,以及泥質灰巖。碎屑巖中常量元素整體具有富Al2O3,貧MgO、CaO和Na2O的特征,w(SiO2)/w(Al2O3)值反映碎屑巖物源以陸源為主。碎屑巖中微量元素總體上呈不同程度的富集或輕度虧損特征,且微量元素值隨粒度增大有降低趨勢;泥質灰巖中微量元素除Sr和U外,總體上呈現不同程度的虧損特征。碎屑巖中稀土元素總量均大于142.03×10-6,泥質灰巖中稀土元素總量平均為38.29×10-6,總體表現為輕稀土相對富集的特征,稀土元素配分曲線總體較為平坦,但變化趨勢有所區別,反映出頁巖氣層系沉積時物源和沉積環境有一定變化。

(2)元素地球化學分析為通許隆起西部下二疊統頁巖氣層系沉積環境研究提供了新的依據。綜合分析表明,太原組上部至山西組下部層段沉積時期,離岸距離經歷了遠-近-遠、沉積水體經歷了深-淺-深的變化,氣候相對溫暖潮濕,主要發育過渡相咸水-淡水、弱還原-氧化的沉積環境,古生產力較高,為頁巖氣發育和富集提供了良好的基礎,是區域頁巖氣勘探的有利層段。