塔里木盆地西北缘玉尔吐斯组黑色岩系沉积环境演化及其对有机质富集的控制作用

通过对塔里木盆地西北缘下寒武统玉尔吐斯组沉积地层特征及地球化学分析，研究了玉尔吐斯组沉积时期水体氧化-还原环境及初级生产力的变化特征，探讨了玉尔吐斯组黑色岩系有机质富集机制及烃源岩分布的主要控制因素。塔里木盆地西北缘玉尔吐斯组可分为5段：底部黑色含磷硅质岩段，下部黑色泥岩段，中部灰色白云岩段，上部黑色页岩与灰色微晶灰岩互层段，顶部浅灰色粉晶白云岩段。它们构成一个完整的海侵-海退沉积旋回。氧化-还原指标及热液示踪参数显示玉尔吐斯组黑色岩系不同层段的形成环境存在差异：底部硅质岩形成于缺氧环境，热液活动显著；下部黑色泥岩形成于强缺氧硫化环境，热液活动较强；上部黑色页岩形成于贫氧-氧化环境，热液活动较弱。综合研究表明：玉尔吐斯组黑色岩系沉积时期，水体先变深后变浅，氧逸度先降低后升高，古生产力逐渐减弱，在缺氧的水体条件和热液作用主导的高生产力综合控制下形成了以玉尔吐斯组下部黑色泥岩为代表的优质烃源岩。     

华北蓟县中元古界剖面中燧石条带的形成机制——硼硅同位素证据

天津蓟县中新元古界海相沉积碳酸盐岩建造中分布大量燧石条带,特别是雾迷山组燧石条带与白云岩互层密集产出,沉积韵律非常明显,记录了其形成时海洋的化学和生物等信息,但关于其成因和形成机制还存在不同的认识。我们对蓟县中元古界剖面中碳酸盐岩的硼同位素和燧石条带的硅氧同位素进行了系统研究。燧石条带的 δ 30 Si NBS 28 值为0. 6‰~3. 3‰,平均2. 2‰,较热水化学沉积硅质岩的 δ 30 Si NBS 28 值显著偏高,与浅海生物沉积硅质岩的硅同位素组成相近。燧石条带的 δ 18 O V SMOW 值为21. 7‰~27. 8‰,平均25. 5‰,较热液成因硅质岩的值明显偏高,而与常温海相硅质岩的 δ 18 O值相似。蓟县剖面白云岩和灰岩等碳酸盐岩的 δ 11 B SRM 951 值为0‰~11. 0‰之间,平均4. 8‰,较现代海相碳酸盐的值明显偏低。高于庄组至雾迷山组燧石条带白云岩的 δ 11 B值普遍高于白云岩和灰岩的值,在3. 3‰~12. 9‰之间,平均8. 4‰。在酸性条件下富集重硼同位素的B(OH) 3掺入碳酸盐的比例增加,可导致其 δ 11 B值升高。这表明燧石条带白云岩可能形成于局部酸性水环境。结合碳酸盐和SiO 2溶解/沉淀与pH之间相互关系,提出蓟县剖面中的燧石条带是一种具有时代特征的同沉积的生物化学沉积硅质岩。中元古代海水中SiO 2浓度高,基本呈饱和状态,Mg/Ca比值高,生物活动已成为影响海洋环境的重要因素。在生物活动繁盛期大量有机质沉积于海底,导致海水-沉积物界面附近pH值大幅下降(pH＜7. 8),白云石等碳酸盐溶解度升高,难以沉淀;与此相反,SiO 2溶解度降低,达到过饱和,大量沉淀形成燧石条带/透镜体。生物活动羸弱期,海底pH值升高恢复到正常水平,SiO 2溶解度升高,碳酸盐溶解度降低,形成白云岩等碳酸盐沉淀。生物活动的周期性变化,则形成白云岩与燧石互层的条带状韵律层。燧石条带白云岩的硼同位素组成反映的是局部流体的 δ 11 B和pH值,不适合用来反演海水的硼同位素组成。     

湖南省寒武系黑色岩系页岩型钒矿概论

湖南省寒武系黑色岩系蕴藏着丰富的钒矿资源,钒矿床产于寒武系底部富含有机质的碳、磷、硅质黑色岩系中;矿体呈层状、似层状,形态简单,产状稳定。多项测试结果表明,钒的载体岩石为黑色页岩(碳质页岩、硅质碳质页岩);钒主要呈类质同象形式赋存于伊利石晶格中;矿石类型主要为钒矿石,少数矿床中石煤钒矿石也是重要的矿石类型;钒的价态以V3+为主。钒的富集主要发生在沉积阶段,与黑色岩系的沉积过程一致;矿床形成于缺氧环境中,大部分钒被黏土质吸附,随有机质、黏土质和硅质呈胶态腐泥沉入海底;在成岩过程中,云母类黏土矿物结构发生再结晶,将原有表面吸附的钒(V3+)转化为类质同象形式进入云母晶格中取代部分铝(Al3+),形成含钒伊利石并聚集成为钒矿床。研究表明,本区黑色岩系及其有关的钒矿在沉积成岩成矿过程中都离不开生物地球化学作用,矿床成因属于在热水作用参与下沉积形成的海相化学和生物地球化学沉积矿床,矿床类型为黑色页岩型钒矿。     

四川盆地下古生界硅质页岩层系中硅质来源及其对有机质保存的影响初探

四川盆地下古生界两套硅质页岩层系(寒武系底部页岩和奥陶系—志留系五峰组—龙马溪组页岩)是其重要的页岩气产层,五峰组—龙马溪组硅质含量与TOC及含气量呈正相关性,暗示硅质矿物对该地区页岩气的生成具有重要意义。但硅质来源复杂,且存在后期硅质流体的注入。因此,本文在总结前人的研究成果基础上,对四川盆地寒武系底部硅质岩系和五峰组—龙马溪组硅质岩系的硅质特征进行了详细的岩石学分析,揭示了3种硅质来源特征:(1)同沉积无机硅质流体;(2)生物硅;(3)后期无机硅质流体。其中寒武系底部以同沉积无机硅质流体和生物硅来源为主,同沉积硅质流体导致有机质快速石化埋藏,有机质内部结构及形态保存较好;五峰组—龙马溪组硅质来源以后期无机硅质流体和生物硅来源为主,有机质在保存过程中受硅质流体的影响很小,有机质腐泥化作用充分,内部结构和形态多数保存较差。该研究初步揭示了两套页岩层系的硅质发育岩石学特征,及其对有机质保存的影响,期望能为四川盆地两套页岩气储层差异性提供新的思路和基础地质数据。     

湘鄂西地区晚埃迪卡拉世-早寒武世硅质岩成因及其页岩气地质意义

湖北宜昌地区在寒武系水井沱组取得页岩气重大突破后,中扬子地区下寒武统富有机质页岩受到了更加广泛的关注。为了查明这套富有机质页岩的成因及其与下伏硅质岩之间的内在联系,系统采集了鄂西宜昌地区鄂宜地2井岩家河组和湘西桃源、张家界地区留茶坡组-牛蹄塘组的硅质岩,利用主量元素和稀土元素数据分析了硅质岩成因,并探讨了不同地区、不同沉积模式及其对下寒武统富有机质页岩形成的意义。结果表明:①鄂宜地2井岩家河组硅质岩的Al/(Al+Fe+Mn)值介于0.30～0.68,在Al-Fe-Mn三角判别图和Fe/Ti-Al/(Al+Fe+Mn)图解上集中分布在沉积成因区;稀土元素Eu异常不明显,配分曲线为平坦模式,且(La/Yb)_N介于1.01～1.81,指示岩家河组硅质岩为沉积成因。②湘西桃源和张家界地区的硅质岩明显分为两种成因。留茶坡组硅质岩Al/(Al+Fe+Mn)值介于0.03～0.19,在Al-Fe-Mn三角图上靠近Fe一端,稀土元素表现明显的Eu正异常,且配分曲线以重稀土元素相对富集的左倾斜为主,指示明显的热液成因;牛蹄塘组硅质岩则表现相反,指示沉积成因。③埃迪卡拉纪末期,湘西斜坡地区靠近热液喷流中心,因此留茶坡组硅质岩以热液成因为主,而宜昌地区位于局限台地附近,富硅热液因受到阻隔而无法进入,因此硅质岩为沉积成因;至寒武纪早期,随着气候变暖、海平面上升,湘西和鄂西地区海水连通,因此该时期硅质岩均为沉积成因。埃迪卡拉纪末期的热液活动为海洋生物的繁盛提供了大量的磷等无机营养元素,对下寒武统水井沱组/牛蹄塘组富有机质页岩的形成具有重要的意义。沉积成因的硅质页岩相很可能是页岩气的有利相带,这或许能为页岩气勘探提供一个新的思路。     

陕西紫阳下寒武统黑色岩系地球化学特征及成因研究

通过野外研究发现陕西紫阳下寒武统黑色岩系富含多种矿产且成因复杂,主要由硅质岩、灰岩、碳质硅质灰岩、碳硅质页岩四类组成。据此进行了系统的元素地球化学分析,结果显示研究区黑色岩系富含V、Mo、As、Ba等元素,不同岩性稀土模式曲线总体特征相似指示成因联系密切。四类岩性样品各自的MnO/TiO₂均值接近或小于0.5、V/（V+Ni）均值大于0.57、V/Cr均值大于4.2等特征表明该套黑色岩系形成于浅海—半深海相缺氧还原环境。另外,As和Sb的富集、Zn?Co?Ni图解中投点大部分位于热液矿床区域、Sr/Ba小于1、La/Ce均值接近2.8、北美页岩标准化配分图解的Eu负异常—弱正异常均指示了热液参与下的正常海水沉积环境。研究区地层夹含的硅质岩和重晶石等热水沉积岩反映了同沉积时的热液活动。据此推断沉积环境是海水、热液和生物的共同作用下形成的浅海—半深海相缺氧的还原环境。     

四川盆地下古生界硅质页岩层系中硅质来源及其对有机质保存的影响初探

四川盆地下古生界两套硅质页岩层系是其重要的页岩气产层,五峰组—龙马溪组硅质含量与TOC及含气量呈正相关性,暗示硅质矿物对该地区页岩气的生成具有重要意义。但硅质来源复杂,且存在后期硅质流体的注入。因此,本文在总结前人的研究成果基础上,对四川盆地寒武系底部硅质岩系与五峰组—龙马溪组硅质岩系的硅质特征进行了详细的岩石学分析,揭示了3种硅质来源特征：①同沉积无机硅质流体;②生物硅;③后期无机硅质流体。其中寒武系底部以同沉积无机硅质流体与生物硅来源为主,同沉积硅质流体导致有机质快速石化埋藏,有机质内部结构及形态保存较好;五峰组—龙马溪组硅质来源以后期无机硅质流体与生物硅来源为主,有机质在保存过程中受硅质流体的影响很小,有机质腐泥化作用充分,内部结构和形态多数保存较差。该研究初步揭示了两套页岩层系的硅质发育岩石学特征,及其对有机质保存的影响,期望能为四川盆地两套页岩气储层差异性提供新的思路与基础地质数据。     

湘西震旦—寒武纪黑色岩系的有机岩石学特征及其形成条件

湘西上震旦统、下寒武统黑色岩系主要由富碳硅质页岩、石煤、硅质页岩、硅质岩、磷块岩和重晶石岩等组成。有机质属于腐泥型, 无形态组分是黑色岩系的主要显微组分类型, 微粒体、细粒状体呈密集状组成岩石的基质。有形态组分总体含量较低, 多为藻类体, 零星分布于基质中, 表明一方面有机质受热演化程度较高, 另一方面表明有机质来源于浅水台地边缘。湘西黑色岩系中有机质主要来源于藻、菌类生物, 台缘斜坡带是有机质聚集的有利场所, 缺氧环境 （事件） 主要起因于藻类的大量发育与有机质降解的耗氧过程, 为有机质得以保存、转化提供了必要条件。     

黔北下寒武统黑色岩系的沉积环境与地球化学响应

下寒武统黑色岩系在我国华北、华南及塔里木盆地等广泛发育,但富有机质泥页岩的分布特征及其控制因素未有定论。本文对黔北地区下寒武统牛蹄塘组(及同时期地层)不同沉积相带典型剖面中的富有机质泥页岩及其上下层位进行了地球化学分析,识别出寒武纪早期不同沉积相带氧化还原环境的明显差异。台内凹陷相主要岩性为黑色页岩,底部为不等厚的薄层磷块岩和硅质岩或硅磷质结核,沉积的黑色页岩厚度大,有机质丰度高,V、Ni、Mo、U等微量元素显著富集,反映了贫氧-缺氧环境,以及短暂动态的硫化环境,Mo/TOC反映了其为局限盆地特征;上斜坡相为贫氧到氧化的沉积环境,但更多地是表现为氧化的沉积环境,其中牛蹄塘期存在局部的硫化环境,沉积的黑色页岩厚度小,但有机质丰度最高,V、Ni、Mo、U等微量元素的富集程度较低;盆地相为黑色硅质岩与富有机质的黑色硅质页岩间互沉积,同期沉积厚度较小,有机质丰度相对较低,V和U的富集程度大于台内凹陷相,而Ni和Mo的富集程度则低于台内凹陷相,指示了缺氧环境,期间伴随有贫氧和短暂的氧化环境存在,且可能存在局部的硫化环境,Mo/TOC反映了中等的局限程度。总的来说,黔北下寒武统黑色岩系的有机质丰度、厚度以及微量元素富集程度等特征主要受控于不同的氧化还原环境。     

黔北瓜德鲁普世—乐平世转换时期大规模成硅事件硅质来源厘定

联合古陆(Pangea)大陆边缘及泛大洋和古特提斯洋的广大地区在二叠纪时期出现大规模硅质富集事件, 被称之为“全球二叠纪硅质沉积事件”。黔北遵义地区二叠纪瓜德鲁普世—乐平世转换时期成硅事件为该事件重要组成部分, 呈现出“白泥塘层”层状炭硅质灰岩、层状硅质岩和硅质条带或燧石结核三种不同类型硅质富集岩石。遵义地区硅质来源的研究能够深入认识全球性“二叠纪硅质沉积事件”, 同时为研究该时期遵义盆地的结构和演化提供了重要窗口, 对遵义锰矿成矿作用也有重要指示意义。文中采用岩石学和地球化学方法并通过硅同位素的协同指示意义对硅质来源进行厘定, 并对硅质岩成因与沉积环境进行归纳总结, 在研究区建立系统完整的硅质富集沉积体系。实验测试结果显示: “白泥塘层”炭硅质灰岩中δ30Si值介于–0.09 ~ –0.67之间, 层状硅质岩中δ30Si值介于0.03~1.47之间。结合主、微量元素特征和岩石学特征表明: “白泥塘层”炭硅质灰岩形成于深水盆地缺氧还原环境, 硅质来源于海底热液, 沉积中心位于热液喷口的附近, 沉积过程中受陆源硅质输入影响显著。层状硅质岩形成于浅海台地正常沉积氧化环境, 硅质来源于海底热液, 沉积远离热液喷口, 热液沿构造裂隙通道经过了一定的迁移距离, 与茅口组浅海台地相正常沉积的块状-厚层状灰岩发生交代作用, 从而形成硅质岩; 硅质条带或结核形成于浅海台地正常沉积氧化环境, 硅质主要来源于海底热液, 沉积过程中有陆源硅质的输入, 由长时间多期次的海底热液喷流作用带来的硅质迁移至盆地外围浅海台地形成。     

南秦岭千家坪钒矿床地质地球化学特征与钒的富集规律

千家坪钒矿床产于南秦岭下寒武统水沟口组(缀1sh)黑色岩系中,该黑色岩系由黑色含炭硅质岩、含炭硅质岩夹泥岩和泥岩等组成。钒矿体呈层状产出,矿石以黑色硅质岩夹泥岩型为主,含钒矿物主要为钒云母。黑色岩系岩石主要成分为SiO2、Al2O3、K2O等,富集TFe、Ba、Zn、P、Cu、Ni、Cr、Sr、Zr、Ag、Ti、Mn、V等多种元素。黑色岩系n(V)/n(Cr)=5.92～30.64、n(V)/n(V+Ni)=0.88～0.99、δU1,判断其为缺氧沉积环境。黑色硅质岩n(SiO2)/n(Al2O3)=238.81,U/Th1以及δ30Si=-0.1‰～0.5‰、δ18O=20.2‰～25.8‰,判断其为半深海滞留沉积盆地热水沉积成因。泥岩n(SiO2)/n(Al2O3)=5.69,n(Al)/n(Al+Fe+Mn)=0.63,n(Si)/n(Si+Al+Fe)=0.74～0.76判断其物源为陆源,但受到热水作用影响。钒矿化受下寒武世古隆起边缘断陷滞留盆地中形成的黑色岩系层位所控制。钒明显趋向在炭硅质岩所夹的泥岩或硅质岩附近的泥岩中富集,在炭硅质岩夹泥岩段向泥岩段过渡层位,常常含结核,钒元素含量达到峰值,其他Cu、Pb、Zn、As、W、Mo等元素富集规律与V元素基本一致。该矿床成矿物质主要来源于深部热水,泥岩的吸附作用对钒的富集具有重要作用。综合地质、地球化学特征,认为该矿床为热水喷流沉积成因。     

皖南二叠纪海相暗色岩系成因及有机质富集模式

皖南二叠系已成为页岩气勘探的重要目标层位,暗色岩系的硅质来源长期存在争议,有机质富集堆积机理尚不清楚。本文通过皖南地区二叠纪海相栖霞组、孤峰组和大隆组暗色岩系的岩石学特征、古生物群落、沉积特征、有机质丰度和元素地球化学特征分析,探讨其沉积背景、硅质来源和有机质富集模式。研究表明：栖霞组硅质主要来源于热液;孤峰组硅质主要来源于生物和热液;大隆组硅质主要来源于生物和热液,少量来源于生物。二叠纪属热带—亚热带温暖潮湿气候,暗色岩系沉积于具缓慢沉积速率的厌氧—贫氧的100～300 m水体环境中,有机质含量高。栖霞组和孤峰组富有机质暗色岩系的形成除受控于局限滞留的缺氧环境外,还和海底热液活动提供生物繁盛的营养元素与矿物质和上升流的作用有较为密切的关系。大隆组富有机质暗色岩系的形成与长兴期多期火山喷发带入大量营养元素和微量元素,导致初级生产力提高,生物消亡—繁盛—再消亡—再繁盛—消亡,生烃母质快速堆积,且与缺氧环境密不可分。     

湘中湘南地区奥陶纪达瑞威尔中晚期-凯迪早期岩相古地理及其油气地质意义

湘中湘南地区在早古生代时期,由于受海平面变化以及全球古气候的影响,形成了有利于烃源岩形成的沉积环境。笔者通过对湘中湘南地区的奥陶纪达瑞威尔中晚期-凯迪早期开展沉积相、岩相古地理和油气地质等研究,结合前人所取得的相关研究成果,将该区划分为陆架相、盆地相和陆架边缘相。陆架相主要由砂质板岩、砂岩、黑色页岩和硅质岩组成;陆架边缘相为粉砂-细粒石英砂岩、长石石英砂岩夹条带状板岩、炭质板岩和硅质岩等组成;而盆地相为一套炭质页岩和硅质岩组成的黑色岩系,代表了一种平静还原的滞流缺氧环境。该套岩性有机质含量高,具较高的生烃潜力,且分布范围广,是湘中湘南地区达瑞威尔-凯迪阶的富烃沉积区,也是下一步油气地质调查和勘探的重要层位。     

利用Mo-U等多指标判别黑色岩系中硅质岩形成氧化-还原环境的可行性分析及意义

硅质岩作为一种重要的沉积岩类型,是研究前新生代古海洋环境的重要手段,但其缺乏在氧化-还原环境方面的应用。同时硅质岩是黑色岩系的重要组成部分,拓展硅质岩在该方面的应用研究,有利于加深对黑色岩系形成机理的认识。本文综述了硅质岩的现有研究方法、黑色岩系中黑色页岩和硅质岩研究的局限性和互补性,并论述了将Mo-U等氧化-还原敏感金属多指标判别方法应用于硅质岩,用来判断氧化-还原环境和盆地局限性等方面的理论可行性。在分析扬子地块及其周缘黑色岩系及硅质岩研究现状的基础上,认为将在黑色页岩使用成熟的氧化-还原环境研究方法应用于互层的(热水沉积)硅质岩,理论上具有可行性,并在扬子地块西北缘若尔盖地区奥陶-志留纪黑色岩系中互层的黑色页岩和热水沉积硅质岩岩性组合中得到进一步验证。该方法的应用可深化对扬子地块西北缘黑色岩系沉积环境特殊性及其中U-Au-Ni-Mo-V多金属矿源层的认识。     

中国奥陶系■江阶、石口阶的候选层型剖面——湖南祁东双家口剖面(Ⅰ)

<正> 一、绪言 (一)中国奥陶系江阶、石口阶的由来及存在的问题 我国奥陶系年代地层分类有二个。一个是以笔石相为主的分类(穆恩之1974;张文堂、李积金等,1982),一个是以介壳相为主的分类(赖才根等,1982)。笔石相的分类自上而下为:五峰阶,石口阶,澣江阶,胡乐阶,宁国阶及新厂阶。在这六个阶中,江阶、石口阶是以魏秀喆、肖承协等(1966)建立的江组、石口组为依据而建的(穆恩之1974)。分布     

川南及邻区下志留统龙马溪组下段沉积相与页岩气地质条件的关系*

在川南及邻区下志留统龙马溪组下段沉积相详细研究的基础上,结合偏光显微镜、X衍射及元素地球化学分析等,提出沉积相对页岩气地质条件的影响特征。研究发现:川南及邻区龙马溪组下段主要发育潮坪相和浅海陆棚相。局限滞留的缺氧还原环境、快速海侵形成的分层水体、适宜的沉积速率及较高的生物产率,造成了龙马溪组下段有机质富集,并以硅质型页岩为主,利于页岩气的富集与开发。隆起边缘的潮坪相沉积,为页岩气的非有利区;沉积中心的深水陆棚沉积区,主要发育碳质硅质页岩、碳质页岩与含粉砂含钙碳质页岩,为页岩气的有利区;砂泥质浅水陆棚含有较高的有机质,应为页岩气发育的次级有利区;灰泥质浅水陆棚主要发育“钙质页岩+含碳泥质灰岩”,有机质含量相对较低,为页岩气的较不利发育区。     

甘肃北山地区红山铁矿硅质岩的地球化学特征及沉积环境

通过野外地质调查和系统的岩石主量元素、微量元素、稀土元素等的研究,探讨红山铁矿床硅质岩的地球化学特征及其沉积环境。红山铁矿床中广泛发育一套与铁矿体呈共生关系的硅质岩。研究表明,与铁矿密切共生的呈层状和透镜状产出的灰色、紫红色硅质岩总体属于低硅类型的硅质岩。在SiO2-Al2O3判别图解中,SiO2与Al2O3负相关,样品数据点均落入热水沉积区域;稀土元素配分模式经北美页岩标准化后呈平缓型,与东太平洋热泉水、红海热卤水具有相似的正Eu异常和配分模式,δEu值均大于1,显示热水沉积的特征;硅质岩中的V、Ni、Cu、Ba等微量元素的含量具有陆缘海盆热水沉积的特征。     

甘肃北山地区红山铁矿硅质岩的地球化学特征及沉积环境

通过野外地质调查和系统的岩石主量元素、微量元素、稀土元素等的研究,探讨红山铁矿床硅质岩的地球化学特征及其沉积环境。红山铁矿床中广泛发育一套与铁矿体呈共生关系的硅质岩。研究表明,与铁矿密切共生的呈层状和透镜状产出的灰色、紫红色硅质岩总体属于低硅类型的硅质岩。在SiO2-Al2O3判别图解中,SiO2与Al2O3负相关,样品数据点均落入热水沉积区域;稀土元素配分模式经北美页岩标准化后呈平缓型,与东太平洋热泉水、红海热卤水具有相似的正Eu异常和配分模式,δEu值均大于1,显示热水沉积的特征;硅质岩中的V、Ni、Cu、Ba等微量元素的含量具有陆缘海盆热水沉积的特征。