鄂尔多斯盆地北部中生代中晚期地层碎屑锆石U-Pb定年与物源示踪

本文采用LA-ICP-MS碎屑锆石原位微区测年方法,对鄂尔多斯盆地北部杭锦旗地区中侏罗统直罗组和下白垩统志丹群进行了砂岩碎屑锆石U-Pb年龄分布及其变化特征研究,统计和对比了前人对该区周缘岩体的同位素年代学结果,结合区域构造背景,系统地研究了盆地北部直罗组及志丹群地层物源及其演变。结果表明:(1)4个直罗组样品和2个志丹群样品锆石年龄总体呈现出270~280Ma、320~340Ma、1800~2000Ma、2300~2500Ma 4个峰值年龄段,在志丹群样品中出现有少量230~240Ma锆石年龄;(2)杭锦旗地区上述砂岩的物源主要来自阴山、大青山—乌拉山的片麻岩、麻粒岩、孔兹岩以及形成于海西期的中酸性侵入岩,同时也有狼山地区岩体、集宁地区孔兹岩的一部分贡献;(3)1800~2000Ma、2300~2500Ma峰值年龄均为华北克拉通基底构造热事件的反映,270~280Ma、320~340Ma两个峰值年龄可能记录了早石炭世—中二叠世古亚洲洋向华北板块北缘的两次快速俯冲事件;(4)下白垩统志丹群样品中出现的230~240Ma的锆石,指示晚侏罗世的燕山运动在盆地北缘引起的强烈逆冲推覆造山作用使得印支期侵入岩被抬升至地表并遭受剥蚀,从而为研究区地层进一步增加了来自蚀源区印支期侵入岩的物源;(5)与中侏罗统直罗组样品相比,下白垩统志丹群样品在2300~2500Ma峰值测点所占比例明显增加,这可能是由于早白垩世时期盆地北部沉积边界较中侏罗世相对扩展,使来自阴山的物源比例增加。     

鄂尔多斯盆地东北部侏罗系延安组漂白砂岩成因和古风化壳形成环境探讨

鄂尔多斯盆地东北部侏罗系延安组顶部的砂岩漂白现象是油气运移逸散的重要证据,但前人仅从油气蚀变角度对漂白砂岩进行研究,而忽视了其形成地质环境。漂白砂岩分布在不整合面之下的风化壳中,指示不整合结构是其形成的重要地质背景。本文结合野外观察、矿物学和地球化学分析,对该区侏罗系不整合结构特征进行重点剖析,并对漂白砂岩成因进行探讨。结果表明,研究区侏罗系不整合风化黏土层不发育,不整合结构可划分为具半风化岩石和缺失半风化岩石两种类型。半风化层上部砂岩矿物成分以石英和高岭石为主,溶蚀孔隙发育,黑云母普遍发生高岭石化,砂岩中碱、碱土金属元素(K,Na,Ca,Mg)大量流失。半风化层下部砂岩钾长石含量偏高,黑云母不完全蚀变为水黑云母,砂岩中残留K和Mg。风化壳内细碎屑沉积岩物性条件差,与外部流体沟通有限,早期风化蚀变和后期烃类蚀变均较弱。漂白砂岩中的高岭石主要为风化淋滤的产物,砂岩因风化作用物性得以改善而成为重要的油气运移通道,同时富集铁氧化物而呈红色。风化壳内红色砂岩后期受到烃类的还原蚀变而发生褪色漂白,由于先后经历了风化淋滤和烃类还原两种蚀变作用,延安组顶部砂岩表现为胶结程度差、易遭受流水侵蚀的特性。碎屑岩古风化壳中的漂白现象是识别不整合结构参与油气运移成藏的重要标志。     

另外一种类型的差异聚集作用:油气的差异溶解作用

经典的油气差异聚集理论描述了油气在一系列不同盖层条件圈闭中的聚集现象:在盖层封闭性较好的圈闭序列中油气的聚集过程表现为差异聚集作用,在盖层不好的圈闭序列中油气的聚集过程表现为差异渗漏作用。当新生成的油气再次充注到老的油藏里时,将采用另外一种类型的差异聚集方式进行聚集——差异溶解作用。差异溶解作用的实质是油、气分子之间的溶解不平衡,其表现形式为新生成的油气在原有油藏里边溶解边聚集。差异溶解作用的结果是造成油气分布的复杂性,并呈规律性的变化:圈闭近源区充满干气或凝析气,远源区为油。     

鄂尔多斯盆地石油中沥青的拉曼光谱特征

激光拉曼光谱技术具有测试简便和精确的特点,通过对石油中沥青的拉曼光谱探针分析,可以研究石油沥青的物质成分特征以及形成演化过程。鄂尔多斯盆地石油沥青中广泛存在CH4等还原性气体,部分样品中同时还含有CO2等氧化性气体,且氧化性气体与还原性气体存在着此消彼长的反相关关系,这种关系及其互为消长的幅度也反映了盆地后期改造作用程度的高低。     

鄂尔多斯盆地延长期富烃坳陷形成的动力学环境与构造属性

鄂尔多斯盆地丰富的石油资源来自盆地南部中晚三叠世延长期富烃坳陷,其中贡献最大的长7段页状优质烃源岩以富铀、夹多层凝灰岩为特征。延长期大型富烃坳陷具南深北浅的坳陷型结构,内部接受统一的湖相沉积。在富烃坳陷的深湖-较深湖区,为优质烃源岩发育区;亦为烃源岩中较高铀含量(测井高伽马异常)和凝灰岩夹层较厚分布区,在位置上三位一体、彼此交互叠置。盆地上古生界-中侏罗统多层系高热演化区上下同位,早-中侏罗世多期持续沉降区先后叠置,均位于延长期富烃坳陷范围内。综合调查研究揭示,在延长期,特别是长7段沉积期间,各类深部物质上拱挤入构造(如砂岩墙(脉)、泥岩脊和热液碳酸盐岩结核)、同沉积变形构造(如断裂、褶皱、揉皱、滑塌、滑坡等(软)地层变形)和事件沉积(如浊流沉积、震积岩及湖底扇等)发育,主要分布在富烃坳陷深湖-较深湖区。在烃源岩等地层中,检测出多种指示深部热流体活动的岩石矿物和地球化学异常。深部探测显示,在富烃坳陷深部400km以上壳幔各界面呈上拱的结构特征。这表明延长期富烃坳陷和其中优质烃源岩是在构造活动明显、深部作用活跃的地球动力学环境中形成演化的,从深层次揭示了其形成条件与发育环境。延长期富烃坳陷与印支期秦岭造山带的形成演化及其岩浆活动,在空间上相邻、发育时限相当、演化阶段响应、活动兴衰同步,是在华北-扬子两大陆块汇聚碰撞,进而向板内构造环境转换的动力学环境中进行的。延长期富烃坳陷两次较长距离的沉积-沉降中心迁移,是对秦岭碰撞造山环境重大变革始发的响应和纪录。在南北两大陆汇聚碰撞过程中,在仰冲华北板块后陆地带深部积聚的巨量俯冲物质发生熔融和热量转换,促使该区深部物质过饱和聚集、热能及压力超常骤增,形成较小尺度地幔对流,熔融物质与热能上拱,引发地壳表浅层拱张破裂和侧向扩展,于是发生沉降,形成延长期具热-张性特性的富烃坳陷,称其为后陆盆地。后陆盆地与前陆盆地分别位于碰撞造山带两侧仰冲和俯冲板块临山一侧,但其构造属性有质的不同,油气赋存和成藏特征也差别较大。     

鄂尔多斯盆地北部地区延安组煤层自燃烧变产物及其特征

煤层自燃是世界范围内普遍存在的一种地质现象,但针对煤层自燃形成的产物尚缺乏系统研究。我国鄂尔多斯盆地北部地区延安组煤层在地史时期普遍发生自燃,研究中主要针对该地区的煤层自燃烧变产物的特征进行系统分析。结果表明,煤层烧变产物包括烧变残留煤、煤灰、烧变岩三类,其纵向和横向剖面上具有明显的分带规律,对其岩石物理学、地球化学等特征分析显示较原岩(煤、泥岩、砂岩)发生了不同程度的变化,可将其看成一类特殊的变质岩类。     

梨树断陷秦家屯-秦东断裂带构造特征及形成演化

本文研究认为,秦家屯断裂主要由两条右列侧接断裂组成,形成时间较早,主要活动期为早白垩世早期,对火石岭组地层沉积厚度具有明显的控制作用。秦东断裂发育的时间相对较晚,主要活动期应在登娄库期-泉头期早期,具有较明显的走滑特征。该断裂从早期已形成的两条秦家屯断裂之间切过。这两条断裂对该构造部位油气的运移和聚集具有重要控制作用。     

桑树台断裂构造带结构构造特征及其形成演化

桑树台断裂构造带位于梨树断陷西侧,为梨树断陷的控盆断裂。构造解析结果表明,桑树台断裂构造带自北而南由苏家屯断裂、桑树台断裂、南-北金山断裂组成,其间分别被西丁家侧接断裂和老公林子侧接断裂相连。火石岭期,在北西-南东向伸展环境下,桑树台断裂、北金山断裂和南金山断裂伸展活动强烈; 沙河子期,在左旋走滑构造环境下,桑树台断裂、北金山断裂和南金山断裂伸展活动强烈,断层间具调节转换性质的侧接断裂开始形成,同时苏家屯断裂开始活动; 营城期,在右旋走滑构造环境下,苏家屯断层和桑树台断裂北部伸展活动强烈,南金山断裂与老公林子断裂侧接带以南区域遭受挤压,缺失营城组沉积; 登娄库期-泉头早期,在左行走滑环境下,苏家屯断裂、皮家断裂、桑树台断裂、北金山断裂、南金山断裂及老公林子侧接带断裂强烈走滑,至泉头早期断裂活动显著减弱,几近停止,随后区域被巨厚的泉头组上部及上白垩统覆盖。嫩江期末期-明水期,在南东-北西向的挤压构造环境下,桑树台断裂带南段的老公林子断裂侧接带,走滑强烈,断层向上多切割至地表。喜马拉雅山期,桑树台断裂构造带无明显构造活动。     

贺兰山—六盘山地区中侏罗统直罗组地球化学特征及其地质意义*

贺兰山—六盘山地区是研究华北板块西部大地构造背景的关键区域。在研究区内中侏罗统直罗组地层采集了20件样品,应用全岩分析和ICP-MS方法对采集的样品进行主、微量及稀土元素测试并对其地球化学特征做出分析。测试结果显示,样品中Al₂O₃/SiO₂值介于0.17~0.31之间,平均值为0.25;K₂O/Na₂O值介于0.77~73.77之间,平均值为9.78;Al₂O₃ /(Na₂O+CaO)值介于0.49~96.00之间,平均值为15.68。上述含量和比值与样品成分成熟度、元素迁移、热液流体影响和风化程度有关。部分元素之间存在良好的相关性,能够反映物源及环境的变化。稀土元素值总和(ΣREE)变化较大(132.16~394.47μg·g^-1),其球粒陨石标准化配分模式与大陆上地壳(UCC)极为相似,表现为轻稀土富集、重稀土平坦、Eu负异常,Ce异常不明显等特征。结合UCC标准化曲线、La/Yb值、Gd_N/Yb_N值、La/Th值和Hf含量,认为直罗组源岩主要为长英质岩石,混杂了少量古老沉积岩和基性岩或者特殊矿物,且后太古界地层提供主要物源。微量元素构造背景判别图揭示研究区中侏罗统直罗组地层的物源区具有大陆岛弧和活动大陆边缘的特征,物源可能来自于兴蒙造山带和祁连造山带。化学蚀变指数(CIA)值和A-CN-K图反映源岩经历了较强的风化作用,但不同区域之间的风化程度存在差异。     

热力构造的概念分类特征及其研究进展

热力作用是与应力、重力相类同的一类地质作用力。以往对其研究多有忽视,近年来研究进展较大。热力作用是盆地发育演化和改造的主要因素,随着大陆动力学研究的深化,大陆垂向热力作用及其热力构造陆续被发现。对目前尚无公认统一分类方案的热力构造,根据现今构造、地貌形态分为三类:正向穹窿型、负向塌陷型和边隆核陷型;按岩浆-热力作用影响深度等分为五种类型:(古)地热异常群集区、表浅层火山喷发-热液活动-浅成斑岩侵入型、热力背斜(热穹隆)型、中深层侵入型(含壳内热柱型)、地幔热柱型。深度分类的第二类表浅层火山喷发-热液活动-浅成斑岩侵入型又可再分为许多亚类:火山-热力管道、环状断裂、破火山口和火山塌陷、中浅成侵入型(含变质核杂岩和浅层热穹隆)、隐伏热力构造。热力背斜(热穹隆型)实际为中成或中浅成岩浆侵入型;中深层侵入型多在盆地基底或中下地壳内活动或造山带内产出,可称为地壳热异常柱,在地壳内分布规模不大,盆地下部一般难以直接见到,要依靠地球化学、地球物理等技术手段来确认;岩浆岩体侵入的深度不一,热力构造类型和发育程度不同;地幔(或地壳)热柱型影响深度最大,没有明显的地貌显示,要依靠深部构造岩石学、地球物理学等间接研究方法确认。地质-地球物理-地球化学综合研究应该是一种有效的研究方法。盆地深部多层结构研究发现热力构造区多具有明显的垂向极低电阻率值区和壳内低阻层,应为地壳热异常柱,有其特殊的热力作用环境。盆地深部热力作用与热力构造的复杂性和较强烈活动性,对盆地能源研究与评价及煤油气铀成矿成藏的勘探评价等方面均具有重要的影响意义。