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          4. 科研進展

            基于化學計量學和元素地球化學結合的延長組長7段湖相頁巖有機質富集控制因素分析

              
            泥頁巖沉積有機質是油氣生成的母源,其控制因素與富集模式研究對油氣資源評價及其勘探開發具有重要意義。沉積巖中有機質聚集涉及到沉積、生物、環境等諸多地質地球化學過程,前人將其主要控制因素歸結為原始生產力、氧化還原條件和沉積速率;相應地提出有機質富集的原始生產力、有機質保存、沉積速率三種模式(Katz, 2005;Tyson, 2005)。目前已利用各類地球化學數據(如巖石學和礦物學、有機和無機地球化學、分子化合物和同位素等)建立了描述或表征泥頁巖中有機質富集的控制因素及其富集模式。盡管有許多參數可以使用,但由于地質條件的復雜性,每個參數都有其不確定性或適用范圍,因此多指標的綜合分析將有利于對有機質富集規律的認識?;瘜W計量學中主成分分析(PCA)使用多元統計識別方法,可從所有類型的測量數據中以線性降維的方式將不同參數所蘊含的復雜信息提煉為少數幾個相互獨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段湖相高有機質黑色泥頁巖是盆地內中生代油氣資源的主要烴源巖,也蘊含有豐富的頁巖油氣。中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室、深地科學卓越創新中心鄒艷榮研究員和博士研究生石軍等將PCA與元素地球化學相結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質富集因素。在對研究區樣品沉積古環境重建(氧化還原狀態、古鹽度、沉積速率等)和古生產力評價(古氣候、生產力、事件沉積等)的基礎上,對由主、微量和稀土元素地球化學參數組成的數據集進行主成分分析,發現前三個主成分(PC1,PC2和PC3)總載荷可達到81.7%,其中PC1與反映古生產力和氧化還原環境的參數相關(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相關(圖1)。前三個主成分與泥頁巖樣品總有機碳(TOC)顯示,PC1與TOC有很好的相關性,R2達到0.92;而PC2和PC3與TOC的相關性差,R2小于0.01(圖2),表明控制研究區有機質富集的主要因素是古生產力和沉積水體的氧化還原狀態,即由原始生產力模式和有機質保存模式共同主導鄂爾多斯盆地延長組長7段地層有機質富集。

            圖1  PCA結果:(a)長7段泥頁巖PC1與PC2因子得分分布;(b)前三個主成分對11個地球化學參數的載荷分布

            圖2  PCA前三個主成分因子得分與TOC的關系

            本工作提供了一個將化學計量學方法與元素地球化學相結合的應用實例,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基金群體項目(41621062)的資助,研究成果近期發表于國際期刊《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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