地下水补给型湖泊表层沉积物矿物组成及其形成机制——以巴丹吉林沙漠湖泊群为例

盐湖中的矿物沉积记录着丰富的环境气候变化信息,是古环境研究的重要对象.在无地表径流补给的盐湖中,其矿物组成及沉积特征与有地表径流补给的湖泊相比是否有一定的特殊性,是值得探讨的问题.采集巴丹吉林沙漠33个不同矿化度地下水补给型湖泊的表层沉积物和10个地表风积砂样品,通过X衍射的方法,分析样品的矿物组成.结果显示:湖泊表层沉积物主要为石英、长石、辉石、云母等碎屑矿物,部分湖泊含有少量的碳酸盐和氯化物盐类矿物.湖泊沉积物的矿物组成与湖水矿化度的关系较为密切,淡水湖仅分布碎屑矿物,微咸水湖含有碎屑矿物和碳酸盐类矿物,盐湖含有碎屑矿物、碳酸盐类矿物和氯化物.风积砂样品中主要为碎屑矿物,占总矿物含量的90%,对湖泊沉积物的矿物组成影响较大,但对湖泊沉积物中的盐类矿物没有贡献,表明湖泊表层沉积物中盐类矿物主要是自生作用形成的.虽然本地区湖泊边缘的沉积物中盐类矿物种类相对较少并且含量较低,但其盐类矿物组成与分布能够响应湖水矿化度的变化,其环境指示意义与有径流补给的盐湖相同,可以指示其湖水的盐度.因此,可以从巴丹吉林沙漠地下水补给型湖泊沉积的盐类矿物中提取相应的古环境信息,用于恢复古气候和古环境的研究.     

粤东五华河流域的化学风化与CO2吸收

基于对粤东五华河干流和支流水体的物理、化学组成测试数据,应用质量平衡法和相关分析法探讨湿热山地丘陵地区岩石化学风化过程对大气CO₂的吸收.结果表明:五华河水体的总溶解性固体含量(77.11 mg/L)接近于世界河流的平均值(65 mg/L);离子组成以Ca²⁺、Na⁺和HCO₃^-为主,可溶性Si次之.五华河流域化学径流组成主要源自硅酸盐矿物化学风化过程的贡献,碳酸盐矿物的贡献较少;大气和土壤CO₂是流域内岩石化学风化的主要侵蚀介质.与同一气候带其他河流相比较,五华河流域岩石化学风化过程对大气CO₂的吸收通量(2.14×105mol/(km²·a))较低,这主要是由于流域内缺乏碳酸盐岩所导致.     

北京地区碳酸盐糜棱岩和碳酸盐假熔岩碳氧同位素组成的初步研究

北京地区部分碳酸盐糜棱岩和碳酸盐假熔岩碳氧同位素组成的测试结果表明,碳酸盐岩在发生塑性变形时其δ13C、δ18O值均有不同程度的降低。同位素证据表明,碳酸盐糜棱岩的形成温度较低,并具有缓慢冷却的生成环境;碳酸盐假熔岩具有高温淬冷的同位素地球化学特征,它的形成可能与发震断层的迅速破裂过程有关。研究断层面附近产出的碳酸盐岩的稳定同位素组成对确认古地震事件是有意义的     

巴颜喀拉及邻区中二叠世古海山的结构与演化

巴颜喀拉地区中二叠世古海山主体由火山岩基座和碳酸盐岩顶盖所组成. 古海山基座中的主要岩石有玄武质熔岩、火山碎屑岩及复成分角砾岩; 而古海山顶盖则主要由块状的生物碎屑灰岩和生物礁灰岩所组成. 碳酸盐顶盖与火山岩基座之间呈整合或沉积不整合接触关系. 通过对古海山结构和岩石组成的分析, 本区古海山的演化至少可分为五个阶段, 即早期火山岩基座的诞生、第一期碳酸盐岩顶盖的形成、古火山的活化及第一期碳酸盐岩顶盖的破坏、紫红色钙质泥岩的沉积、第二期碳酸盐岩顶盖的重建. 在其中一个海山中, 第二期碳酸盐岩顶盖形成后又出现了一次火山活动. 在火山岩基座和碳酸盐顶盖中均发现有大量的Neoschwagerina craticulifera Schwager, Schwagerina sp.及Verbeekina sp.等蜓类化石, 表明古海山的形成和演化时间均为中二叠世的茅口期.     

四川牦牛坪稀土矿床碳酸岩地球化学

四川牦牛坪稀土矿床与稀土矿化时空密切共生的碳酸岩的成岩时代为喜山期. 岩石组合为碳酸岩-正长岩, 矿物组合为方解石-霓石-霓辉石-钠铁闪石-云母-正长石, 岩石富含Sr, Ba, REE等不相容元素, 具“初始火成碳酸岩”C, O同位素组成, 相对高(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)0和低ε_Nd, 这些特征均表明岩石源于交代富集地幔. 地质、地球化学证据显示, 喜山期俯冲地壳物质与EM1地幔源区发生混合作用可能是形成本区碳酸岩较为特征的地幔源区的主要因素; 交代地幔部分熔融形成的富CO₂的碱性硅酸岩岩浆发生液态不混溶作用形成本区碳酸岩-正长岩组合.     

古亚洲洋碳酸盐俯冲再循环及其对华北克拉通岩石圈组成的影响

在洋盆闭合的长期演化历史中,沉积碳酸盐在板块俯冲作用中会被不同程度地带入地球内部,从而显著影响岩石圈地幔性质和大尺度气候变化.那些经历了俯冲带深部循环作用的碳酸盐(岩)是记录已消失洋盆的重要载体.华北克拉通北缘汉诺坝玄武岩中的碳酸岩侵入体记录了灰岩再循环进入地幔后熔融形成碳酸岩过程的岩石学和地球化学特征,并且携带了大量碎屑锆石.这些碎屑锆石具有从前寒武纪到显生宙的年龄谱,但前寒武纪年龄峰(包括～2.5Ga、2.1～2.3Ga、1.8～2.0Ga、～1.65Ga、1.3～1.4Ga、～1.1Ga、0.91～0.94Ga、0.74～0.81Ga和0.62～0.63Ga)完全不同于华北克拉通北缘地质体中的锆石年龄谱,而与兴蒙造山带沉积物中碎屑锆石的年龄谱相似.尤其是300～373Ma锆石显著偏正的εHf(t)值(7.7～13.5)明显区别于同时期华北克拉通北部的锆石,而与兴蒙造山带中锆石的正εHf(t)值一致.上述特征表明,汉诺坝碳酸岩侵入体的灰岩源岩来自古亚洲洋,而且灰岩沉积时间不早于300Ma,也就是说古亚洲洋在晚石炭世-早二叠世还未完全闭合.中亚造山带中广泛分布的变质碳酸盐和华北克拉通北缘普遍出现的岩石圈地幔碳酸盐交代作用表明古亚洲洋曾发育了广泛的沉积碳酸盐岩,而且很大一部分可能在俯冲过程中返回了地球内部,并显著影响了华北克拉通北缘岩石圈的组成和物理化学性质(如氧逸度).     

超深碳酸盐岩油气储层岩石弹性性质高温高压超声实验研究

面向超深碳酸盐岩油气勘探开发中储层精细地震刻画问题,研发了高温(200℃)、高压(200 MPa)岩石弹性性质超声测量系统.收集塔里木盆地9块奥陶系超深碳酸岩储层岩石样品,通过高温高压条件下超声纵、横波速度测量发现,在围压保持69.0 MPa不变的情况下,当温度从25℃上升到200℃时,干岩石样品的纵、横波速度以及体积模量与剪切模量随着温度的升高而下降,纵波速度与体积模量最大降幅分别达到3.54%和7.54%,横波速度与剪切模量最大降幅分别达到4.57%和8.93%;在温度保持200℃不变情况下,当围压从69.0 MPa上升到137.9 MPa时,干岩石样品的纵、横波速度以及体积模量与剪切模量随着围压的升高而升高,纵波速度与体积模量最大升幅分别达到1.78%和3.39%,横波速度与剪切模量最大升幅分别达到1.95%和5.26%.在超深碳酸盐岩油气储层环境下,温度对碳酸盐岩岩石骨架弹性性质的影响可能超过围压对岩石骨架弹性性质的影响.岩石样品温度与围压循环实验表明,干岩石弹性性质与温度以及围压的变化关系不具可逆性,碳酸盐岩岩石样品弹性模量与温度之间总体上存在线性关系,其截距与斜率由碳酸盐岩...     

新疆雅克拉断凸下古生界碳酸盐岩储层特征

新疆雅克拉油气田具有多套含油层系,其中下古生界碳酸盐岩也是重要储层之一。过去由于研究手段和方法上的限制,对于这套储层缺乏深入认识,给碳酸盐岩的勘探开发工作带来了一定的难度。为了搞清这一问题,充分利用了钻井、录井、测井、地震、岩心薄片和分析化验资料,并进行了高分辨率测井约束地震反演。通过综合分析和新技术的应用,对雅克拉油气田碳酸岩储层的纵、横向的展布特征有了比较明确的认识。确定了有利的储集相带主要发育在潮坪和台滩微相中,受后期改造作用,分布在构造较高部位,可作为碳酸盐油气藏勘探的主攻方向。     

大洋俯冲带变质作用、流体行为与岩浆作用

依据有效的实验岩石学和相平衡模拟结果、结合俯冲带热结构模型,讨论了大洋地壳中的基性岩、沉积岩和超基性岩在不同俯冲阶段发生的脱水和熔融作用,及其对俯冲带岩浆作用的影响.大多数洋壳在弧前(90～100km)俯冲阶段基性岩和超基性岩脱水很少,明显脱水作用发生在表层沉积物中.在弧下俯冲阶段基性岩和超基性岩都发生强烈脱水,如基性岩中90%以上的水是由绿泥石、蓝闪石、滑石和硬柱石相继在弧下100～200km深度分解释放的,这与以往基于实验模拟得到的结果大不相同;超基性岩在弧下120～220km深度发生叶蛇纹石、绿泥石和10?相脱水;但变质沉积岩在弧下深度对流体贡献不大,其主要含水矿物为多硅白云母,可以一直稳定至300km深处分解成钾锰钡矿,多硅白云母分解后直到地幔过渡带深度俯冲洋壳板片不再有明显流体释放.在少数热俯冲带中,变质沉积岩和基性岩都可以发生部分熔融(尤其是水化熔融)形成富水花岗质熔体或超临界流体,含碳酸盐矿物的沉积物可以熔融形成含钾碳酸岩熔体.在少数冷俯冲带中,超基性岩中出现A相,可把水带至地幔过渡带深处.俯冲板片特别是沉积物可以携带很多强不相容的次要元素和微量元素,通过板片流体影响俯冲带岩浆岩的地球化学成分.在弧下俯冲阶段,俯冲带的地热梯度不穿过碳酸盐化榴辉岩和橄榄岩的固相线,其中的碳酸盐矿物可被携带到深部地幔.碳酸盐化榴辉岩会在400km深度发生熔融形成富碱的碳酸岩熔体,而碳酸盐化橄榄岩则不会在俯冲带下部的地幔过渡带中发生熔融.     

巢湖地区栖霞组碳酸盐烃源岩的形成及影响因素

高演化碳酸盐烃源岩的研究对我国南方油气勘探至关重要．为此,选择下扬子巢湖地区发育较完整的茨苔山栖霞组碳酸盐岩地层,开展沉积学、孢粉相和有机地球化学综合研究;在古环境重建基础上,探讨烃源岩的形成及影响因素．结果表明,栖霞组为二叠纪海侵期形成的生物成因碳酸盐缺氧沉积,纵向上,有机和无机组分变化大．烃源岩的形成是海侵和海侵期间频繁发生的充氧事件引发的高生物产率与缺氧环境综合作用的结果．受自稀释和沉积后作用影响,烃源岩呈非均质分布在多个层段中,累计厚度超过40m,并可通过有机、生物和矿物组成特征进行识别．本次研究认为,碳酸盐岩成为烃源岩并非需要较高的粘土含量．沉积学、孢粉相和有机地球化学方法的结合,为我国高演化碳酸盐烃源岩评价和预测提供了一条更为直接和有效的途径．     

岩石孔隙结构的地震信号特征

岩石孔隙结构是控制砂岩和碳酸盐岩的地震波速度和渗透率的重要参数之一。如果两种类似的岩石其孔隙度一定,而渗透率不同,那么它们的声波速度相差2km/s,而渗透率两者则可能相差近6个数量级,即从0.01mD到20mO。在本文中我们总结了由一个广义孔隙弹性理论简化的一个双参数弹性速度模型，以描述孔隙结构对弹性波的影响。由于矿物和储层的流体是给定的,我们用孔隙度和骨架的柔性(挠性)因子来确定速度模型,这个模型可以用于地震反演和储层表征,已改善孔隙度和储量的计算骨架柔性因子可用于岩石结构(PST)类型的定量分类,并可以利用叠前、叠后的两种地震资料将其与孔隙的连通性和渗透率联系起来。本项研究同时也有助于说明为什么振幅与偏移距(AVO)分析用于流体检测在某些情况下失败。这是由于孔隙结构对地震波的影响能够掩盖所有流体效应，特别是在碳酸岩中。     

基于Pitzer模型的茶卡盐湖卤水及盐类矿物形成的地球化学模拟

利用Pitzer模型对茶卡盐湖卤水和盐类矿物的形成进行了地球化学模拟. 通过模拟地表掺杂水体的演化、蒸发析盐顺序, 同盐湖卤水水化学组成以及实际矿床形成的盐类矿物的对比研究表明, 茶卡盐湖的形成温度较低, 介于0~5℃之间, 其结果同前人的研究相吻合. 被前人研究所忽视的盐喀斯特水同地表水体的掺杂作用对于茶卡盐湖形成的作用是十分明显的, 表明形成茶卡盐湖的水体是多源的. 首次将Pitzer模型运用于我国内陆盐湖形成和演化的地球化学模拟研究中, 取得了很好的效果.     

13.8ka以来内蒙古吉兰泰盐湖的演化过程

通过系统分析吉兰泰盐湖JLT-2010孔蒸发盐类矿物、碳酸盐矿物、碎屑岩矿物等,结合AMS14C测年获得的年代序列,研究该湖13.8 ka以来的演化过程.结果表明:吉兰泰盐湖13.8-11.7 cal ka BP期间水体较淡;11.7-10.2 cal ka BP期间湖泊开始萎缩、咸化,进入咸水湖阶段;10.2-5.5 cal ka BP期间湖泊进入硫酸盐沉积阶段,其中9.0-8.2 cal ka BP经历了一个明显的淡化过程;5.5 cal ka BP以来,湖泊成盐作用进一步加强,由前期的硫酸盐沉积转变为氯化物沉积,其中3.7-2.0 cal ka BP达到全面氯化物沉积阶段,2.0-1.7 cal ka BP又经历了一个短暂而明显的淡化过程;目前,该盐湖已进入干盐湖发展阶段.总体而言,吉兰泰盐湖蒸发盐类矿物主要是在全新世增温的背景条件下逐步萎缩形成的,由于区域性干旱气候的持续影响,吉兰泰盐湖逐步萎缩、咸化,进而析盐.     

华北克拉通东部岩石圈地幔碳酸盐熔体交代作用与克拉通破坏

华北克拉通东部在早白垩世经历了显著的破坏作用,不同性质熔/流体活动对岩石圈地幔的改造在克拉通破坏过程中起到了至关重要的作用.碳酸盐熔体作为一种非常重要的地幔交代介质,可以对岩石圈地幔的物理化学性质产生显著影响,并在地幔橄榄岩的单斜辉石中留下独特的地球化学指纹(例如,高Ca/Al、低Ti/Eu比值等),为示踪地幔碳酸盐熔体交代作用提供了依据.文章系统总结了华北克拉通破坏最为显著的东部地区岩石圈地幔经历碳酸盐熔体交代作用的时空变化规律,揭示出三种不同类型的地幔碳酸盐熔体交代作用.第一类碳酸盐熔体交代作用形成的单斜辉石具有异常高的Ca/Al比值(15～70)和富集的Sr同位素组成(~(87)Sr/~(86)Sr=0.706～0.713);第二类碳酸盐熔体交代作用形成的单斜辉石具有相对较高的Ca/Al比值(5～18)和Sr同位素组成(~(87)Sr/~(86)Sr=0.703～0.706);第三类碳酸盐熔体交代作用形成的单斜辉石具有略微偏高的Ca/Al比值(5～9)和低Sr同位素组成(~(87)Sr/~(86)Sr=0.702～0.704).时间上,华北克拉通东部苏鲁造山带及其邻区晚三叠世之前深部石榴石相和浅部尖晶石相岩石圈地幔均经历了第一类碳酸盐熔体交代作用的强烈改造,这可能与携带碳酸盐岩的华南陆块向华北克拉通深俯冲过程中碳酸盐熔体-橄榄岩反应作用有关.第一类碳酸盐熔体交代作用可以显著弱化岩石圈地幔的强度,可能为华北克拉通东部岩石圈地幔的最终破坏提供了关键前提条件.华北克拉通破坏峰期之后(晚白垩世-新生代)火山岩捕获的古老岩石圈地幔残余(全部为尖晶石相方辉橄榄岩)只记录了第二类碳酸盐熔体交代作用的改造,表明那些经历了第一类碳酸盐熔体交代作用强烈改造的古老岩石圈地幔在克拉通破坏过程中并未保留下来,已经被完全改造.相比之下,火山岩中的二辉橄榄岩地幔包体代表了克拉通破坏之后新生、饱满的岩石圈地幔,其中只有部分样品记录了第二类或者第三类碳酸盐熔体交代作用的改造,反映了克拉通破坏之后含有不同比例再循环地壳物质的软流圈来源碳酸盐熔体的改造作用.空间上,胶东及其邻区岩石圈地幔经历碳酸盐熔体交代作用的特征最明显,这与该地区岩石圈地幔减薄和克拉通破坏最显著以及巨量金成矿的特征具有空间一致性.所有这些特征表明碳酸盐熔体交代作用在华北克拉通岩石圈地幔改造、破坏和大规模金成矿过程中可能起到了至关重要的作用.     

中国华北地区壳内低速高导层（体）成因模式的探讨

依据高温高压下华北地区地壳主要岩石的物理性质－波速，电性测定的结果，提出了华北地区低速高导层可能的成因模式以及不同模式的适应范围。认为；碳酸盐岩在深部一定温度，压力和氧逸度条件下碳的析出会导致高导层体的出现；深部韧性剪切带组成矿物的定向排列，可使岩石的波速，电生产生各向异性行为，导致低速高导层的产生；绿片岩相和角闪岩相石中含水矿物的脱水作用会导致上，中地壳岩石物理力学性质的突变，这可能是该地区低速     

碳酸岩是大陆岩石圈构造背景和地幔交代作用的指示岩石

根据已知碳酸岩的地质产状、岩石学特征、Nd-Sr-Pb同位素及痕量元素地球化学特征,结合高温高压实验岩石学资料,论述了其地幔源区的物质成分、交代过程、软流圈地幔部分熔融机制和碳酸岩岩浆的演化模型碳酸岩既可以产生于裂谷环境,由起源于软流圈地幔的霞石质超基性-基性岩浆经液态不混溶作用而形成,与硅酸不饱和过碱性杂岩构成环状碳酸岩-碱性杂岩;也能够产生于碰撞造山过程中派生的引张岩石圈断裂带,直接导源于岩石圈地幔的低程度部分熔融作用,形成单一的透镜状、条带状和似层状碳酸岩体     

藏宝库里的“石头记”

正古语有云:"一首之饰,盈千金之价;婢妾之服,兼四海之珍。"猫眼儿、玛瑙、玉箫……在古人眼中任何无价之宝,只要轻轻佩戴,随意着装,就能把世间所有的珍宝变成一种美的存在。即使在今天,五光十色、质地晶莹、光泽灿烂的宝石同样也受到人们喜爱。可是宝石还未经雕琢前是什么模样?它们生长于何地,有什么样的性能?在中国地质博物馆矿物岩石厅,观众可以一边欣赏各种精美奇特的矿物岩石展     

利用地球物理方法描绘地壳和岩石层地幔流体的分布

地球物理成像为交代作用的研究提供了独特的视角,因其能够描绘地壳和上地幔现今流体的分布。这与地质学的研究形成对照。地质学研究出露于地表的中地壳岩石,在交代作用过程中流体的作用没有得到体现。用于探测地壳上地幔流体分布的主要地球物理方法有(a)电阻率成像的电磁方法和(b)探测地震波速和相关参数如泊松比、地震各向异性的地震方法。对于深度超过几千米的研究,最有效的电磁方法是大地电磁(MT),它使用天然电磁信号作为场源。地壳岩石的电阻率对水溶液流体的数量、盐度和连通程度很敏感。部分熔融和氢的扩散作用也可导致低电阻率。流体和/或水对地震观测的影响可由岩石和矿物物理方面的研究来评估。这些研究表明水的存在一般会降低岩石和矿物的地震波速度。水在含水矿物中以流体的形式存在,或者在名义上无水矿物中作为氢的点缺陷。水可以进一步改变地震属性,如泊松比、品质因子和各向异性。多种地震分析方法被用来测量地壳和岩石层地幔中水溶液流体的原位作用,包括地震层析成像、地震反射、被动震源转换、散射波成像和横波分裂分析等。将大地电磁和地震数据联合起来已被证明是研究活动构造区如卡斯凯迪亚俯冲带流体分布的有效手段。在这个地点,可探测到流体从俯冲板块向上扩散并形成水化地幔楔。在陆—陆碰撞带,如青藏高原,在其一重要区域的中地壳深度处探测到广泛存在部分熔融和水溶液流体。这些地球物理的方法也被用来研究保存于太古代和元古代岩石层中的古老板块边界曾经发生的交代作用。     

自适应基质矿物体积模量提取和流体替换验证(英文)

岩石物理学研究中Gassmann方程被广泛应用于预测岩石中的地震波速度,由于输入的基质矿物体积模量参数不准确,极大的影响预测结果的可靠性,特别是复杂基质矿物组合的碳酸盐岩储层。因此本文结合Russell流体因子和Gassmann-Boit-Geertsma方程计算式,通过引入干岩石骨架泊松比,提出了一种基质矿物体积模量提取方法,能够自适应反演岩石基质矿物等效体积模量,提高流体影响预测的可靠性,通过实际资料流体替换验证,该方法的预测结果是可靠的,并且计算效率高、适应性强。     

塔中地区奥陶纪碳酸盐岩热液岩溶及其对储层的影响

通过塔中地区与热液作用有关的奥陶系样品的显微观察、包裹体测温、微量元素、锶同位素和稀有气体同位素分析等综合研究,提出热液溶蚀的判识标志为岩石热褪色、热碎裂和典型热液矿物的发育,如萤石、重晶石、黄铁矿、石英、闪锌矿等,热液矿物的原生包裹体均一温度主体高达260～310℃之间,为热液流体的主体温度.热液流体的地球化学特征表现为贫Na,Mg等元素和富集Fe,Mn,Si等元素;3He/4He比值为0.02Ra,表现为典型的壳源流体特征.热液岩溶的发育模式为来源于深部壳源岩浆流体,可能来源于该区二叠纪岩浆活动,热液流体有效溶蚀组分为CO2和H2S等特征,沿断裂与不整合面等主要通道发生运移,并对其流经的碳酸盐岩围岩发生溶蚀作用.热液溶蚀作用的机理主要是两种或两种以上流体因离子强度和pH值等不同时混合而产生一种对碳酸盐岩不饱和的新的流体造成的.热液溶蚀是塔中地区奥陶系碳酸盐岩次生溶蚀孔隙发育的重要因素,同时热液矿物的形成对储层物性也有有利的影响.