牙形石色变指数(CAI)在古地温研究中的应用

1 牙形石色变指数 (CAI) 简介

牙形石 (Conodont) 是下古生界地层中广泛分布的海生动物的骨骼化石。这些化石个体微小, 其大小一般在0.1mm~0.5mm之间, 最大可达2mm, 颜色呈琥珀褐色、灰黑色或黑色, 透明或不透明。牙形石从寒武纪到三叠纪海相地层中均有发现, 分布广泛。由于多成牙齿状, 所以称为牙形石。

牙形石色变指数CAI (Color Ateration Index) 是由美国地质学家Epstein等最先研究和提出的。牙形石的加热实验表明, 其颜色随受热温度和时间的增加而相应地由淡黄 (或浅琥珀色) 变成褐色, 以至黑色;在高温条件下, 牙形石会褪色成乳白色及透明无色。因此, 牙形石的颜色变化反映了所经历的地温高低。

2 CAI的研究现状

Epstein等还将实验得到的牙形石颜色变化的标本和野外采集的标本组成一套标准, 并确定了5个等级的牙形石色变指标 (CAI 1~5) [1]。1987年, Rejebian和Harris更是将牙形石CAI值补充划分了8个等级[2], 其指示的古地温范围最高可达600℃以上, 其中300℃以内更为精确。

继Epstein和Harris之后, 牙形石CAI值研究工作受到了世界上许多学者关注, 他们的主要研究内容有:利用CAI值建立区域性热变质模式、CAI值实验研究、地层埋藏历史、CAI值与镜质体反射率及其它有机质和生物碎屑色变的对比、油气远景评价等等[3]。国内于80年代开始, 许多牙形石研究者介绍或研究了牙形石CAI值, 包括实验模拟, 并取得了许多可喜的成果。尤其在石油部门, 牙形石CAI值得到了石油地质工作者们的高度重视, 他们的研究重点是克拉通地区牙形石CAI值区域性变化规律, 及其所指示的古地温和油气远景评价。

3 根据CAI推算古地温

牙形石CAI值实际上是半定量的指标, 由CAI值推算的温度要低于实际受热变质的古地温。而镜质体反射率 (RO) 由于能很好的保存古地温信息, 一直被用作表征有机质成熟度的主要指标, 并在油气勘探开发中发挥重要作用。因此, 有必要建立CAI与RO的对应关系。

镜质体指的是高等植物木质素经生物化学降解凝胶化作用而形成的凝胶体, 镜质体反射率即镜质体表面反射光与入射光的比率。祁玉平等 (1998) 通过对山西及江苏不同变质程度牙形石色变指标与相邻层位煤样反射率的相互关系研究, 发现两者之间存在很好的对应关系, 并得出了回归方程:

R0=0.6175CAI-0.1832 (相关系数R=0.99)

可见相关性是很好的。

依据上述关系式, 通过每个牙形石样品的CAI鉴定值, 就可以得出相对应的镜质体反射率RO值, 从而更加有利于烃源岩有机质成熟度的准确评价。

4 CAI作为古温标研究的不足

由于牙形石CAI值为半定量指标, 在粗略地评价有机质演化阶段时具有简单实用、直观快速的特点, 但也存在一些问题:一是牙形石颜色及其变化是在镜下目测鉴定的, 不同的鉴定者或同一鉴定者在不同时间均不可避免地产生人为的差别;二是同一样品中不同种属的牙形石颜色存在一定的差异;三是由于牙形石颜色变化是渐变和连续的, 颜色等级的划分就显得过于笼统粗略[4~5]。近年来, 由于在色度测量中新一代显微光度计的应用, 利用色度来描述牙形石颜色变化已成为可能。

5 结语

由于前泥盆纪海相地层中很少发现甚至不存在原生镜质体, 因此寻找其它替代物作为海相烃源岩有机质成熟度评价指标就十分必要;而牙形石广泛分布于下古生界地层中, 所以牙形石CAI值正好弥补这一不足。80年代后期以来, 国内外学者相继开展了牙形石、笔石、胞石、虫牙等动物有机碎屑的显微光性特征研究, 结果表明它们的显微光性特征可用于表征烃源岩的有机质成熟度。由于受客观地质条件的制约, 笔石、胞石、虫牙的反射率与镜质体反射率不能直接建立对应关系, 但在奥陶系的相邻层位中可找到笔石和牙形石, 而胞石和虫牙则往往与笔石在同一块样品中出现, 这样, 笔石、胞石和虫牙的反射率就可与牙形石CAI值建立直接的对应关系。因此, 牙形石CAI值与镜质体反射率之间对应关系的确立, 将为建立笔石、胞石和虫牙反射率及牙形石荧光强度等成熟度指标, 与镜质体反射率之间各自的对应关系, 提供重要的中间“桥梁”作用[6]。这对开展中古生界海相烃源岩有机质成熟度研究具有十分重要的意义, 而海相地层中的油气资源则已成为我国的重点勘探对象, 由此可见, 牙形石CAI值具有广泛的应用前景。

摘要：本文简述了牙形石的特征及牙形石色变指数 (CAI) 的发展及研究现状, 通过阐述牙形石色变指数 (CAI) 与镜质体反射率 (RO) 之间的关系, 最终指出其应用在海相油气勘探工作中所具有的重要意义。

关键词：牙形石,CAI,古温标

参考文献

[1] Epstein A G, Epstein J B, Harris L D.Incipient metamorphism, structural anomalies, and oil gas potential in the Applachian basin determined from con-odont color[J].Geol.Society of America Abstrats with Programs, 1974, 6:723～724.

[2] Rejebian V A, Harris A G, Huebner J S.Conodont color and textural alternation:An index to regional metamorphism, contact metamorphism, and hydrothermal alteration[J].Geol.Soc, Am.Bul., 1987, (99) :471～479.

[3] 赖旭龙, 周汉文, 祁士华, 论利用牙形石色变度值研究碳酸盐岩低级——极低级变质作用[J].地质科技情报, 1995, 14 (2) :23～29.

[4] 程顶胜, 烃源岩有机质成熟度评价方法综述[J], 新疆石油地质, 1998, 29 (5) :428～432.

[5] 涂建琪, 金奎励.表征海相烃源岩有机质成熟度的若干重要指标的对比与研究[J].地球科学进展, 1999, 14 (1) :18～23.

[6] 祁玉平, 祝幼华, 尹玲, 等.牙形刺色变指标与镜质体反射率关系探[J].微体古生物学报, 1998, 15 (2) :220～22.