稳定氮、硫同位素在湖相页岩中的特征及环境意义— 鄂尔多斯盆地长7为例

Hydrocarbon generation potential of organic-rich shales is highly associated with their depositional environment. Stable nitrogen and sulfur isotopes can indirectly reflect the redox conditions of the water-column, thus have been widely used to interpret the sedimentary environment during shale deposition. However, nitrogen and sulfur isotopes are poorly understood in lacustrine shales in China due to late development of shale gas exploration. Therefore, it is important to explore the application of nitrogen/sulfur isotopes in shale research. Here we investigate, using examplefrom theChang-7 Shale of Upper Triassic Yanchang Formation in the Ordos basin, to reconstruct the water-column redox conditions through combined nitrogen and sulfur isotope analyses. The results of this study can be used to predict hydrocarbon distribution and generation potential, also provide a new insight for oil and gas exploration.

富有机质页岩的生油气潜力与其沉积环境有着密切联系。由于稳定氮、硫同位素地球化学指标可以较为准确的反映页岩沉积水体的氧化还原环境，从而被国外学者广泛用于页岩沉积环境的研究。我国的页岩油气地质研究起步较晚，稳定氮、硫同位素在我国页岩研究中的应用尚处于空白阶段。同时由于我国湖相页岩沉积广泛发育，因此探索这两种同位素在我国湖相页岩研究中的应用有着现实意义。本项目以鄂尔多斯盆地三叠系长7段湖相富有机质页岩为例，拟通过测定和分析该页岩中的氮、硫同位素，重建其沉积时期水体的氧化还原环境。研究结果不仅可以预测优质烃源岩的沉积分布及生油气潜力，还可以为国内其他湖相页岩沉积环境的研究提供借鉴，为油气勘探提供新的依据。

通过对鄂尔多斯盆地长7富有机质页岩中典型样品的稳定氮、硫同位素的测定，分析这两种同位素在湖相沉积环境中的特征、分馏机制及在湖盆中的循环特点，本项目重建了长7页岩形成时期水体的氧化还原条件。具体的研究进展和重要结果包括：（1）通过对长7页岩典型样品的稳定氮同位素的测定，研究团队发现在长7富有机质页岩的下段（长73和长72的下半段），样品显示出偏高的氮同位素值（平均8.7‰）及较高的氧化还原敏感元素含量，由此可推断沉积物在这一阶段主要形成于准缺氧环境，这种环境有利于有机碳的富集和保存。而长7页岩的上段（长71和长72的上半段）则显示出偏低的氮同位素值（平均5.2‰）及较低的氧化还原敏感元素含量，指示了在这一阶段沉积物主要形成于富氧的沉积水体中。（2）通过对长7页岩中硫同位素的测定，研究团队发现在长7下段（长73和长72的下半段），样品显示出偏低的硫同位素值（平均4.5‰）及较高的氧化还原敏感元素含量，由此可推断沉积物在这一阶段主要形成于准缺氧环境，这种环境有利于有机碳的富集和保存。而长7页岩的上段（长71和长72的上半段）则显示出偏高的硫同位素值（平均7.8‰）及较低的氧化还原敏感元素含量，指示了在这一阶段沉积物主要形成于富氧的沉积水体中。（3）结合区域地质背景和前人的研究结果表明，我们推断这种古氧化还原环境的变化很可能由长7页岩形成初期的海侵事件所致。在长7页岩形成的初始阶段（长71），海侵事件导致了盆地内水体急剧加深，形成水体的密度和盐度分层，降低了水体底部中的含氧量，而这种缺氧的水体环境有利于有机质的保存。.由此可见，这两种同位素在本次研究中的结果有较好的一致性，说明氮、硫同位素在重建湖相富有机质页岩的古氧化还原环境有较好的应用前景。同时，通过对长7段页岩的研究为国内其他湖相页岩（例如松辽盆地青山口组页岩、嫩江组页岩）沉积环境的研究提供借鉴。