珠江口盆地东部陆坡末次冰期天然气水合物-冷泉活动的记录与时间

对珠江口盆地东部陆坡GMGS 08C孔的3层自生碳酸盐岩(结核状)和有孔虫(底栖和浮游)开展高分辨率氧碳同位素分析和AMS~(14) C测年,第1层自生碳酸盐岩δ~(13) C为-38.85‰,第2、3层的δ~(13) C介于-41.36‰~-56.74‰,平均值-51.64‰,均低于-40‰。δ~(18) O值介于2.94‰~4.18‰,平均值3.68‰,明显偏重。这表明其为天然气水合物分解的产物,形成于微生物对甲烷的缺氧氧化作用,甲烷主要源自生物成因;自生碳酸盐岩层位的底栖有孔虫Uvigerina peregrina和浮游有孔虫Globigerinoides ruber的δ~(13) C值几乎同时出现极负偏,最低值分别达到-12.17‰和-9.06‰,有孔虫δ~(18) O总体上正偏,最大正偏幅度达1.50‰,说明其负偏与后期源于甲烷厌氧氧化作用(Anaerobic Oxidation of Methane,简称AOM)的成岩作用有关。自生碳酸盐岩及其与有孔虫异常碳(偏负)氧(偏正)、粥状沉积是GMGS 08C孔水合物分解甲烷渗漏的重要指标,据此推断该孔在末次冰期(MIS2—MIS3)发生过至少2次天然气水合物分解释放-冷泉甲烷渗漏活动,分别距今36ka和31~26ka,主要发生在低海平面期,说明冷泉活动明显受海平面变化影响。     

海底天然气渗漏系统微生物作用及冷泉碳酸盐岩的特征

海底天然气渗漏系统是全球海洋环境中广泛分布的自然现象。部分渗漏天然气通过细菌作用转变为二氧化碳,同时海水硫酸盐被还原为硫化氢, 与孔隙水中的钙和铁结合而沉淀冷泉碳酸盐岩。冷泉碳酸盐岩的常见矿物有微晶方解石、文石、白云石和黄铁矿。冷泉碳酸盐岩常发育一些特殊的组构, 如黄铁矿环带结核、溶蚀面、平底晶洞、凝块和向下生长的叠层石组构等。碳酸盐岩特别负的δ13C值指示碳来源于生物成因的甲烷, 而18O富集可能与天然气水合物的分解有关。冷泉碳酸盐岩中黄铁矿的δ34S值低于海水的, 这指示硫来源于微生物还原的海水硫。冷泉碳酸盐岩中的生物标志化合物及其极负的δ13C值指示微生物的生命代谢活动。     

西藏岗巴地区晚白垩世冷泉碳酸盐岩地球化学特征及其对流体来源及沉积环境的示踪

冷泉碳酸盐岩是海底冷泉流体活动的重要标志,其地球化学特征记录了过去流体活动的信息。西藏岗巴地区晚白垩世沉积地层中发育有冷泉碳酸盐岩,为了探究其形成的流体来源及沉积环境,开展了野外观察、岩石学、矿物学、地球化学研究。该区岗巴剖面冷泉碳酸盐岩以结核状产于灰黑色页岩中,碳酸盐矿物主要为泥微晶方解石,含少量草莓状黄铁矿,δ13CV-PDB为-17.0‰~-7.2‰,表明碳源可能与甲烷渗漏冷泉活动有关。稀土元素分布模式呈中稀土富集特征,经La校正后显示无Ce异常,指示了冷泉碳酸盐岩形成于弱缺氧的沉积环境中。西藏岗巴地区碳酸盐岩结核的发现及其地质地球化学特征是该地区晚白垩世冷泉甲烷渗漏活动发育的有力证据,对古冷泉流体来源及沉积环境特征的探讨将为恢复古冷泉活动提供重要线索。     

南海北部冷泉碳酸盐岩和石化微生物细菌及地质意义

通过对2002年广州海洋地质调查局在南海北部海域拖网采集的碳酸盐岩样品进行岩石、矿物、微量元素和同位素特征的研究,证实在南海水合物远景区发育有冷泉碳酸盐岩。冷泉碳酸盐岩形态类似于烟囱,主要由方解石、伊利石、石英、黄铁矿和一种未知的矿物组成。保存了很可能是石化的甲烷氧化和硫酸盐还原细菌。碳酸盐岩矿物的δ^13CPDB为-51.24‰～-51．757‰。碳酸盐岩矿物的页岩标准化稀土元素配分模式具无Ce和Eu异常、微弱的轻稀土亏损和中稀土富集特征,表明形成于还原的缺氧环境,显示了冷泉碳酸盐岩的特征,指示在南海北部水合物远景分布区内冷泉活动的近海底可能发育有水合物。     

意大利亚平宁地区第三纪中新世“Calcaria Lucina”冷泉碳酸盐岩中结晶扇的沉积岩石学及地球化学特征

结晶扇是冷泉碳酸盐岩的一种标志性沉积构造,主要由文石或重晶石等矿物呈放射状聚集形成。意大利亚平宁地区的第三纪中新统广泛发育冷泉碳酸盐岩,其中"Calcari a Lucina"冷泉碳酸盐岩中发育有典型的结晶扇。结晶扇主要由放射状文石聚集形成,含少量的方解石,具有明显的生长纹层。文石纹层的δ13CPDB为-37.9‰~-53.5‰,δ18OPDB为+2.4‰~+6.0‰,相邻文石纹层之间的δ13CPDB和δ18OPDB值差别明显,可能是与碳和氧的来源及流体渗漏速度有关。全岩稀土元素总量很低,w(REE)为0.23×10-6,页岩标准化模式具有明显的Ce负异常,显示结晶扇形成于氧化环境。     

南海北部烟囱状碳酸盐岩记录的冷泉流体活动演化特征研究

冷泉碳酸盐岩是冷泉渗漏活动的重要产物之一,它记录了冷泉流体的来源、其活动演化特征和沉积环境等。通过对南海北部东沙海域Site3站位采集的三个烟囱状冷泉碳酸盐岩的矿物成分、碳氧同位素及碳酸盐岩中黄铁矿硫同位素的研究,确定了冷泉渗漏可能的流体来源,结合烟囱状碳酸盐岩独特的形貌特征,探讨了研究区冷泉流体的活动演化特征。烟囱A为环状,外环直径16 cm,中央流体通道直径5 cm;烟囱B呈底部直径8 cm的实心锥形;烟囱C也为环状,外环直径20 cm,中央流体通道直径12 cm。三个烟囱都具有较负的碳同位素组成(δ~(13)CVPDB值低至–55.7‰)和较正的氧同位素组成(δ~(18)OVPDB值高达5.4‰)特征。研究认为,甲烷是该海域冷泉渗漏流体的主要烃类来源,其中沉淀烟囱C的冷泉流体中很可能存在水合物分解释放流体的加入。三个烟囱状碳酸盐岩的外层相比于内层,普遍具有δ~(13)C值高、δ~(18)O值低、δ~(34)S值高的特征,认为这是由于烟囱状碳酸盐岩从外至内形成过程中沉积空间逐渐受到限制导致流体渗漏强度增强而造成的。综上所述,烟囱状冷泉碳酸盐岩因其独特的形态结构,是冷泉流体渗漏特征在时间和空间上变化的优良记录者。     

IODP 311航次底栖有孔虫碳稳定同位素对天然气水合物地质系统的指示

为了探索海洋天然气水合物背景下有孔虫特征的响应,对综合大洋钻探计划(IODP)311航次岩芯沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Bulimina mexicana进行了初步研究。通过对冷泉站位U1328和毗邻的非冷泉站位U1327沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Buliminamexicana的显微形貌特征和碳、氧稳定同位素测试等,证实有孔虫壳体未受到后期成岩作用的改造和自生碳酸盐岩的交代影响,有孔虫壳体的碳稳定同位素呈现明显的负偏。其中U1327站位中U.peregrinaδ13C为-0.67‰~-2.75‰(PDB),B.mexicanaδ13C为-0.51‰~-1.52‰(PDB);U1328站位中U.peregrinaδ13C为-0.72‰~-2.71‰(PDB),B.mexicanaδ13C为-0.58‰~-1.45‰(PDB)。底栖有孔虫壳体的碳稳定同位素负偏成因可能与水合物不稳定分解释放的甲烷厌氧氧化作用和食物源有关,因而可较好地指示海底天然气水合物系统地质背景。     

羌塘北缘开心岭—乌丽冻土区水溶烃组分及甲烷碳、氢同位素特征研究

羌塘北缘开心岭—乌丽冻土区沿隐伏断层发育多处冷泉含水溶解烷烃,采用水溶烃组分和甲烷的稳定碳、氢同位素特征对其成因开展了分析研究。结果表明,开心岭—乌丽冻土区水溶烃组分中甲烷含量比例高达99.83%~99.96%,同时伴随有少量乙烷、丙烷,另含微量的乙烯和丙烯。开心岭一带水溶烃甲烷δ¹³C_PDB值介于-46.5‰~-55.1‰,δD_VSMOW值为-281.0‰~-342.0‰;乌丽一带水溶烃甲烷δ¹³C_PDB值介于-47.8‰~-58.9‰,δD_VSMOW值为-339.0‰~-346.0‰,指示水溶烃甲烷为有机成因,但气源较复杂,利用δ¹³C_CH4-δD_CH4、δ¹³C₁-C₁/(C₂+C₃)等成因图解判别,得出甲烷主要属微生物气,次之为热解成因气,混有少量原油伴生气。推断甲烷主要为有机质在微生物作用下分解的烃类气体或次生生物气,与晚二叠世那益雄组含煤烃源岩有关,气源条件暗示该地区冻土带200~500 m深度内有利于微生物成因气为主的甲烷天然气水合物形成。     

南海北部甲烷渗漏系统环境变化的碳、氧同位素记录

冷泉碳酸盐岩记录了甲烷渗漏活动和流体组分随时间的变化过程,对示踪冷泉系统沉积环境变化具有非常重要的意义.对南海北部获取的冷泉碳酸盐岩进行了碳、氧同位素剖面研究,并对南海北部冷泉碳酸盐岩的碳、氧同位素变化范围进行了统计分析.研究结果及已发表的δ13C和δ18O剖面数据表明,南海北部冷泉碳酸盐岩剖面的δ13C和δ18O之间普遍存在相关性,相关系数R2最高可达0.933 1.经统计,南海北部冷泉碳酸盐岩样品δ13C和δ18O均具有较大的变化范围,其最大变化分别为34.50×10-3和5.89%(Vienna Pee Dee Belemnite,V-PDB).冷泉碳酸盐岩δ13C和δ18O的相关性特征可能指示了初始流体的变化、后期矿物形成/重结晶作用、渗漏系统较为复杂或者成岩作用等环境变化信息.对不同碳酸盐岩样品来说,δ13C的变化主要由海水的参与程度决定,而δ18O的变化可能与温度和Mg元素参与方解石沉淀的程度有关.      

南海神狐海域富Fe碳酸盐岩烟囱矿物学和地球化学的研究

<正>冷泉碳酸盐岩广泛分布在世界各地的主动或被动大陆边缘,它是冷泉区渗漏的甲烷与海水中硫酸根离子发生甲烷厌氧氧化和硫酸盐细菌还原作用的产物,详细记录海底流体的渗漏情况。因此,利用冷泉碳酸盐岩中的矿物组成、元素含量以及C、O、Fe同位素特征示踪碳酸盐的沉淀氧化还原环境、海底流体来源及其流体活动、探讨天然气水合物存在的可能性具有非常重要的作用。南海北部陆坡是天然气水合物发育的理想场所,已发现水合物发育的地质、地球化学和生物证据。2007年,广州海洋地质调查局在神狐海域     

震旦纪地层黄铁矿硫同位素组成时－空变化特征及扬子地块与晚元古超大陆关系的论证

扬子地区早震旦世时期沉积岩黄铁矿具有重的硫同位素组成,其δ¹⁴S值从早震旦世椿木组地层的24‰左右逐渐变得更正。在早震旦世扬子地区广泛沉积碳酸锰矿和黑色页岩的民乐组时期达到极正值+60‰,然后又降低至+16‰-+20‰。上述硫同位素组成的时-空变化特征支持了扬子地块属晚元古Rodinia超大陆的一个组成部分的假设。从晚震旦世早期陡山沱组底部开始,沉积岩中黄铁矿硫同位素的δ¹⁴SS出现负值,并继续降低至-27‰以下。早震旦世晚期-晚震旦世早期沉积岩中硫同位素组成特征反映了沉积盆地古海洋环境的剧烈变化,它与大约7亿年时Rodinia超大陆的解体以及扬子地块与其它大陆分离的地质推测相吻合。     

震旦纪地层黄铁矿硫同位素组成时－空变化特征及扬子地块与晚元古超大陆关系的论证

 扬子地区早震旦世时期沉积岩黄铁矿具有重的硫同位素组成,其δ¹⁴S值从早震旦世椿木组地层的24‰左右逐渐变得更正。在早震旦世扬子地区广泛沉积碳酸锰矿和黑色页岩的民乐组时期达到极正值+60‰,然后又降低至+16‰-+20‰。上述硫同位素组成的时-空变化特征支持了扬子地块属晚元古Rodinia超大陆的一个组成部分的假设。从晚震旦世早期陡山沱组底部开始,沉积岩中黄铁矿硫同位素的δ¹⁴SS出现负值,并继续降低至-27‰以下。早震旦世晚期-晚震旦世早期沉积岩中硫同位素组成特征反映了沉积盆地古海洋环境的剧烈变化,它与大约7亿年时Rodinia超大陆的解体以及扬子地块与其它大陆分离的地质推测相吻合。     

Mo isotopic variations of a Cambrian sedimentary profile in the Huangling area,South China: Evidence for redox environment corresponding to the Cambrian Explosion

The radiation of macroscopic animals in the Early Cambrian, commonly be called as ‘Cambrian explosion’, had a close relationship with Earth oxygenation. These macrofossils are widely preserved within the Early Cambrian in the northern and western Yangtze Craton. In order to show the casual relationship between animal evolution and Earth redox environment, Mo content and isotopic composition analyses have been conducted on dolomites of the Tianzhushan Formation and the black shales of the Shuijingtuo Formation from the lowermost Cambrian profile in the eastern Huangling dome, northern Yangtze Craton. The calcitic dolostones from the Tianzhushan Formation display lower concentrations of Mo contents (0.055–0.666 ppm) than that of the black silty shales from the Shuijingtuo Formation (6.0–172 ppm). This magnitude difference is most likely related to the different lithologies due to Mo enrichment in shales. The Mo isotope values (δ^98/95Mo) of the calcitic dolostones for the Tianzhushan Formation vary from −0.73‰ to 0.41‰. In comparison, the black sandy shales from the Shuijingtuo Formation exhibit δ^98/95Mo of −1.04–1.84‰, including 5 samples from the earliest Shuijingtuo Formation displaying systematically higher δ^98/95Mo values (0.09–1.84‰) than those of the other 5 samples from upper layers (δ^98/95Mo = −1.04 to −0.19‰). These geochemical data suggest that the redox environment of the early Cambrian is fluctuating, and the peak oxygenation of the ocean had already reached a level similar to modern environments. According to the Mo concentrations and δ^98/95Mo data, the sedimentary succession can be divided into five intervals, which are closely correlated to the episodic evolution of early life in the Cambrian. Together with the available published data from other profiles in the Yangtze Craton, our new data reveal that the higher oxidation environment had a positive effect on the evolution of early life.     

大巴山下寒武统黑色岩系中毒重石矿床的成因探讨

扬子地台及邻区下寒武统黑色岩系底部是钡富集的重要层位,广泛分布的重晶石矿床主要赋存在暗色硅岩中。毒重石(BaCO₂)、钡解石[BaCa(CO₃)₂]矿床的分布仅限于大巴山断裂北侧,即陕南与川北地区。毒重石与钡解石、重晶石、磷结核、黑色硅岩、黑色页岩、钒矿和石煤等构成特有的沉积序列。毒重石的δ¹³”C_PDB平均值为-16.4‰,反映了形成毒重石的碳为有机成因,钡主要来源于海底火山、热泉与生物。     

湘中邵阳凹陷二叠系龙潭组页岩含气性特征与气体成因

针对湘中地区邵阳凹陷二叠系龙潭组页岩气资源评价,部署了页岩气调查井2015H-D3井,通过现场解析气等相关样品测试定量分析了页岩含气性特征及其影响因素,并借助气体稳定碳、氢同位素对气体成因进行了初步探讨.结果显示:钻深从150m处开始出现气显,随深度增加,解析气含量呈现先逐渐增大后减小的趋势,300～425m为最高含气层段,累计厚度达125m,现场解析气含量全部大于0.5m^3/t,最高为2.35m^3/t,平均1m^3/t,证实龙潭组具良好页岩气资源潜力.当埋深大于300m时,解析气含量受有机碳含量控制,而埋深小于300m时,解析气含量并不简单受控于有机碳含量,而是受到保存条件的严重制约.气体碳、氢同位素测试显示δ13C1介于-29.87‰～-36.82‰,平均为-34.52‰,δ¹³C_2介于-29.45‰～-31.02‰,平均为-30.09‰,δD1介于-131.20‰～-178.40‰,平均为-167.40‰.气体成因分析揭示龙潭组页岩气属热成因中的油型气类型.基于沉积现象判断龙潭组为海陆过渡相环境,与氢同位素判断结果基本吻合,但目前还无法确定具体判定区间.     

河南汝州-鲁山一带震旦系东坡组碳酸盐沉积的碳同位素负偏及其地质意义

河南汝州、鲁山一带罗圈组冰积层之上的东坡组以页岩、粉砂质页岩及粉砂岩为主.笔者发现了东坡组夹有白云岩透镜体及白云质粉砂岩、砂岩.白云质粉砂岩具有与东坡组页岩不协调的软沉积变形.白云岩透镜体和白云质粉砂岩具有明显的δ13C负偏.白云岩透镜体的δ13C为-4.19‰~-6.18‰.白云质粉砂岩的δ13C大部分为-2‰~-4‰之间.因此认为, 东坡组的白云岩透镜体及白云质粉砂岩、砂岩与华南震旦纪盖帽白云岩及南华纪Sturtian冰期冰积层之上的碳酸盐丘和菱锰矿类似, 为冰积层中的天然气水合物泄漏释放的CO₂和海水中的Mg2+发生快速反应快速沉淀而成的, 即东坡组的白云岩、白云质粉砂岩、砂岩为冷泉成因.      

湘西震旦—寒武纪交替时期古海洋环境的恢复

前寒武纪至寒武纪的交替时期是地质史和生命史的重要转折。中国南方地区广泛发育了上震旦统、下寒武统的黑色岩系。文中运用沉积学和沉积地球化学的理论和方法对湘西黑色岩系的岩石类型、矿物组成、元素地球化学特征、干酪根的结构以及碳同位素的组成等方面进行了研究 ,讨论了黑色岩系的形成条件 ,恢复了震旦纪 /寒武纪地史转折期的古环境。研究认为 ,湘西地区在晚震旦世和早寒武世地史转折期的生物爆发和高有机质的产率是形成缺氧环境的重要因素之一。     

湘西北花垣矿集区铅锌矿床成矿流体来源及矿床成因

湘西北花垣矿集区位于扬子地台东南缘,是湘西-鄂西成矿带上最典型的超大型铅锌矿床所在地.通过对花垣矿集区典型铅锌矿床流体包裹体显微测温、成分分析及C、H、O同位素研究,结果表明,该区铅锌矿床闪锌矿与方解石中流体包裹体的均一温度范围集中在120~200℃,盐度范围集中在8%~20% NaCl_eqv.流体中液相离子成分主要为Ca2+、Na+、Mg2+、SO₄2-、Cl-,气相成分主要为H₂O、N₂和CO₂及少量的CO、CH₄和H₂.流体的δD_SMOW值范围为-60.4‰~-33.0‰,δ18O_流体值范围为3.8‰~9.2‰.以上流体包裹体和稳定同位素分析结果表明,花垣矿集区铅锌矿床的成矿流体具有热卤水的性质,主要来源于建造水和大气降水.成矿期方解石的δ13C_PDB值范围为-4.89‰~0.57‰,δ18O_SMOW值范围为13.37‰~21.73‰,略低于碳酸盐围岩,说明成矿流体中的碳主要来源于碳酸盐围岩的溶解作用.矿石沉淀机制可能为两种流体的混合,即来自深部的富含金属物质的热卤水与富含有机质和硫酸盐的建造水及下渗大气降水的混合导致了铅锌矿石的沉淀.对地质和地球化学资料的综合结果表明,花垣矿集区铅锌矿床属于密西西比河谷型（MVT）铅锌矿床.      

四川天宝山矿床闪锌矿Rb-Sr年代学、稳定同位素及地质意义

四川天宝山铅锌矿床是赋存于震旦系灯影组白云岩中的大型铅锌矿床,一直以来缺乏精确的成矿年龄数据,致使其成矿构造环境存在争议.获取了闪锌矿Rb-Sr年龄,联合H-O、C-O同位素数据,以确定其成矿年代、成矿物质来源及成矿构造环境.闪锌矿Rb-Sr年龄为348.5±7.2 Ma(MSWD=1.10),表明矿床形成于早石炭世.热液矿物δD_H2O、δ18O值分别为-19.3‰~-58.1‰、-1.4‰~0.6‰,沿海水与地层有机质反应线分布,并有向雨水线漂移的趋势,说明成矿流体中水是海水与地层有机质反应并加入雨水的混合体.热液方解石δ13C、δ18O值明显分为两群,分别为-1.7‰~-1.6‰、12.9‰~15.2‰和-6.5‰~-4.9‰、19.3‰~20.2‰,暗示成矿流体中C、O可能来源于赋矿围岩溶解作用和有机质脱羧基作用.闪锌矿(87Sr/86Sr)_i值为0.710 42 ±0.000 13,高于赋矿围岩Sr同位素值而明显低于基底Sr同位素值,指示成矿物质主要来源于赋矿围岩与基底.结果表明川滇黔地区存在两期铅锌成矿作用,分别形成于晚泥盆世-早石炭世与古特提斯洋张开有关的伸展构造环境和晚三叠世-早侏罗世与古特提斯洋闭合有关的收缩构造环境.      

扬子陆块北缘马元铅锌矿床成矿物质来源探讨: 来自C、O、H、S、Pb、Sr同位素地球化学的证据

呈层状、似层状产于震旦系灯影组角砾状白云岩层间构造带中的马元铅锌矿床是近年来在扬子陆块北缘铅锌找矿的新突破。文章通过碳、氧、氢、硫、铅和锶同位素地球化学特征研究,探讨了成矿流体和成矿金属来源。研究结果表明:矿石中热液脉石矿物的δ13CPDB为-4.24‰~0.93‰,δ18OSMOW为15.92‰~23.24‰,表明成矿流体中的CO2为震旦系碳酸盐岩的溶解成因。矿石中硫化物的δ34S变化于12.94‰~19.4‰之间;硫酸盐矿物的δ34S为32.2‰~33.48‰,表明还原硫主要来自地层中海相硫酸盐的还原。矿石硫化物的铅同位素组成均一,206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb分别为17.62~18.02、15.49~15.63和37.57~38.35,成矿金属可能主要来源于震旦系—志留系。脉石矿物石英流体包裹体的δDFI为-92‰和-113‰,如果取成矿温度200℃,根据δ18O石英值计算的相应流体包裹体的δ18O水为6.03‰~12.73‰,推测成矿流体可能起源于大气降水为主的盆地卤水,或为其他来源的流体与有机质反应形成。成矿流体87Sr/86Sr为0.70967~0.71146,高于赋矿围岩震旦系灯影组白云岩锶同位素比值(0.70890~0.70945),表明成矿流体流经了古生代地层(及基底),并与其中具有高锶同位素比值的碎屑岩、页岩和泥岩等进行了水岩反应及同位素交换。