埋藏环境中硫酸盐岩生物岩溶作用的硫同位素证据

为了揭示油气盆地埋藏环境中碳酸盐岩和硫酸盐岩共生时的岩溶发育机制, 以硫酸盐岩为研究对象, 采用室内模拟实验与野外实测资料相结合的方法, 分析了温度、SO₄2-浓度和时间等因素对水-岩-细菌封闭系统内稳定硫同位素的影响, 并指出硫同位素对地球化学作用的指示意义.结果表明, 细菌硫酸盐还原形成的H₂S中硫同位素分馏明显, 并受系统的温度和开放性等因素影响.结合鄂尔多斯盆地奥陶系风化壳中充填的黄铁矿硫同位素特征, 提出了鄂尔多斯盆地奥陶系岩溶的生物成因模式; 揭示了风化壳顶部的黄铁矿化与风化壳下部压释水岩溶共生的机制, 建立了生物岩溶发育的硫同位素地球化学标志.研究成果拓宽了岩溶的压释水成因机制.      

碳酸盐岩酸不溶物作为贵州岩溶区红色风化壳主要物质来源的证据

贵州岩溶区红色风化壳是中国南方红色负化壳的重要组成部分，本文根据部分红色风化壳剖面野外特征、矿物学、地球化学及土壤物理学等的研究结果，对其物源及成因进行了探讨。各剖面，尤其邻近剖面显著的矿物学、地球化学差异排除了远程风成沉积物、火山灰、上覆或者高处碎屑岩层作为统一且重要物源的可能。极低的石英含量表明贵州常见的长石石英砂岩不是其主要物源，具有中稀土（MREE）富集的特征也排除了粘土岩、页岩作为主要物源的可能。风化壳剖面间的差异性均可从基岩酸不溶物的差异性得到很好解释，表明它们是下伏碳酸盐岩风化、酸不溶物（准）原地堆积的结果。部分剖面甚至显示了典型风化壳剖面的一些特征，具有正常风化序列的剖面结构特征。     

Weathering-pedogenesis of Carbonate Rocks and Its Environmental Effects in Subtropical Region

We investigated the weathering-pedogenesis of carbonate rocks and its environmental effects in subtropical regions of China. The investigation demonstrated that the weathering- pedogenesis of carbonate rocks is the process of a joint action of corrosion and illuviation and metasomatism in subtropical region. It is characterized by multi-stage, multi-path and multi-style. With the persisting development of weathering-pedogenesis of carbonate rocks, metasomatic pedogenesis progressively became the main process of the weathering-pedogenesis and the dominant style of formation of minerals. And it proceeds through the whole process of evolution of the weathering-pedogenesis of carbonate rocks. The stage evolution of weathering-pedogenesis of carbonate rocks and the fractionation evolution of newly produced minerals are characterized by obvious vertically zoning structures and the rules of gradation of elements geochemical characteristics in the carbonate rocks weathering profiles. The geochemical process of weathering-pedogenesis of carbonate rocks can be divided into three geochemical evolution stages, i.e., the Ca, Mg-depletion and Si, Al-enrichment stage; the Fe, Mn enrichment stage and the Si-depletion and Al-enrichment stage in the subtropical regions. Consistent with the three geochemical evolution stages, the sequence of formation and evolution of minerals can be divided into the clay mineral stage; the Fe, Mn oxide and the gibbsite stage. The influence of weathering-pedogenesis of carbonate rocks on the chemical forms of heavy elements is mainly affected via newly produced components and minerals in the process of weathering-pedogenesis, e.g., iron oxide minerals and organic matters. The important mechanism for the mobilization, transport and pollution of F and As is affected the selective adsorption and desorption of F and As on the surface of iron oxide minerals in the subtropical karst zones, i.e., the selective adsorption and desorption on mineral surfaces of newly produced minerals in the process of weath     

微地域搬运——碳酸盐岩红色风化壳形成过程的一种方式

由于差异溶蚀作用,由碳酸盐岩强烈风化形成的红色风化壳通常表现出独特的剖面构型:风化壳发育深厚、下伏基岩面强烈起伏波动、溶沟和石牙相间展布。以黔中岩溶台地之上发育的红色风化壳——平坝剖面为例,通过宏观地质、地球化学、粒度分析以及矿物学等方法,并以邻近的两个石灰土剖面(罗吏剖面和龙洞堡剖面)作对比,对碳酸盐岩红色风化壳的形成过程进行了讨论,论证了微地域搬运是碳酸盐岩红色风化壳尤其是厚层红色风化壳形成过程的一种方式。溶沟部位的风化壳,从风化前锋向上的一定深度范围内,为原位残积风化的产物(残积层);在此深度以上的部分,为地势较高的相邻石牙部位不同风化程度的残积物的搬运堆积(堆积层),也是导致风化指标随深度呈锯齿状波动的直接原因。后者一般组成剖面的主体。风化壳的年代地层学表现为,在残积层,从风化前锋向上,风化年龄由新到老;在堆积层,从下到上,风化年龄由老到新。风化前锋是一个重要的地球化学作用场所,在这一狭窄的界面上,伴随碳酸盐矿物的快速淋失,残余酸不溶物开始了明显分解。而风化壳的后期演化是一个缓慢而长期的过程。达到重力平衡的剖面(即风化壳表面平缓、不发生微地域搬运的剖面),在由表及里的风化作用下,从地表向下的一定深度范...     

碳酸盐岩风化过程中高场强元素的地球化学行为研究——来自碳酸盐岩淋溶实验的证据

选择黔中地区的一条白云岩原位风化剖面（平坝剖面）作为研究对象,通过对岩-土界面之下的岩粉层（砂状碳酸盐岩）动态淋溶过程中高场强元素（HFSE）地球化学行为的研究,并结合其在风化壳剖面的分布特征,获得了以下主要认识:（1）碳酸盐岩风化过程中,HFSE间存在明显的分馏,而且元素分馏主要出现在岩-土界面作用过程中,即碳酸盐岩溶蚀形成残积土阶段;元素的地球化学惰性由强到弱的顺序依次为Zr>Hf>Nb>Sc>Th>Ta>Ti>Y,其中,Zr是最稳定的元素,Hf仅次于Zr,Nb和Sc也相对较为惰性,而Th、Ta、Ti、Y呈现出明显的活性;（2）对于碳酸盐岩风化剖面的质量平衡计算,Zr是理想的参比元素（即惰性元素）;（3）由基岩酸不溶物至风化壳剖面,元素对Nb-Ta、Zr-Hf显示出较好的协变性,没有明显分馏,因此,在利用这类元素对岩溶区风化壳的物源进行示踪时,碳酸盐岩作为潜在母岩,宜采用其酸不溶物作为参比对象;（4）碳酸盐岩风化过程中,虽然Sc也是一个较为稳定的HFSE,但在风化母岩中分布不均匀,不宜用于岩溶区风化壳的物源示踪。      

酸不溶物对碳酸盐岩风化壳发育程度的影响

通过对贵州岩溶区（包括湘西）不同地层系统碳酸盐岩发育的红色风化壳、以及结合本区和处于同一气候带的邻区不同岩类红色风化壳的对比研究,结果表明：（1）碳酸盐岩红色风化壳的发育程度明显受基岩酸不溶物成分的控制,酸不溶物的风化成熟度越高,红色风化壳的发育程度一般也越强。由于不同地层系统碳酸盐岩的酸不溶物组成不同,在此基础上发育的红色风化壳的风化强度自然存在着差异;（2）风化壳相对于母岩的进一步风化潜力或空间,随着基岩酸不溶物风化成熟度的增大而降低,从而更容易达到风化平衡;（3）在碳酸盐岩风化壳突变的岩-土界面,伴随碳酸盐的充分淋失、酸不溶物的地球化学指标发生了突变。因此,碳酸盐的溶解不但未阻滞和延缓了硅酸盐组分的分解,而且促进其快速风化。（4）在达到高岭石化甚至弱红土化阶段的酸不溶物基础上,发育的风化壳比结晶岩类风化壳具有更高的风化起点,也就表现出更高的风化强度。因此,笼统地把碳酸盐岩风化壳看作是弱于玄武岩及花岗岩等结晶岩类风化壳发育程度的弱风化类型是不妥的。     

发育完整的灰岩风化壳及其矿物学和地球化学特征

对于碳酸盐岩土覆土壤成因、尽管碳酸盐岩风化残积成土说被多数学者认同,但由于碳酸盐岩中酸不溶物含量极低,在风化成土过程中会伴随着巨大的体积缩小变化,原岩结构和半风化带无法保留,从而缺失了探索上覆土壤物质来源的重要中间环节,使得这种观点缺乏野外宏观证据的支持。最近,我们在贵州、湖南等地发现了数个以泥质灰岩和泥质白云岩为基岩的碳酸盐岩风化壳剖面,尚保留有较好的原岩结构,具有明显的风化壳分带和过渡现象。这些风化壳剖面的发现为深入研究碳酸盐岩风化成土过程提供了良好的研究场所。本文选取了较为典型的吉首泥灰岩风化壳剖面,从矿物学地球化学的角度来探讨碳酸盐岩风化壳的形成过程和发育特征,结果表明该风化壳既遵循非碳酸盐岩（主要是结晶岩类）风化壳的发育特征,也具有自己独特的地球化学演化规律。风化壳总体特点受碳酸盐中的酸不溶物矿物组合及化学成分的影响甚至控制,风化非碳酸盐风壳相似的发育特征。吉首泥灰岩风化壳剖面的发育特征和作者早先提出 的碳酸盐岩风化成土的两阶段模式是一致的,即以碳酸盐矿物大量淋失、酸不溶物逐渐堆积或残积为特征的早期阶段和残积物进一步风化成土的阶段,后一阶段的演化类似非碳酸盐岩类的风化过程。     

天津中南部地区奥陶系地热流体层控性

在天津中南部地区,奥陶系地热井成功率较低( 66. 67%) 。通过岩石、岩溶、构造等条件,对奥陶系热储层控性进行研究。结果表明,本区奥陶系顶部风化壳岩溶条件不足,能够形成经济热储的地质作用主要是压释水岩溶作用和热水岩溶作用,且两种作用均与地质构造相关,具有不同的岩溶特征: 风化壳“击穿”、褐铁矿被蚀变成硫铁矿、晶体大小不等是上覆地层压释水对下伏奥陶系进行岩溶作用的重要特征; 节状构造、嵌晶结构、硫铁矿不发育及风化壳保存完好是发生热水岩溶作用的重要特征。这些特征及与构造相关性可成为寻找热储的标志。     

热带地区碳酸盐岩上覆红色风化壳的成因机理及元素演化

开展热带岩溶地区红色风化壳元素地球化学演化规律研究,有助于丰富碳酸盐岩风化成土理论的认识。在越南北部选取典型的碳酸盐岩风化剖面,分析热带气候条件下碳酸盐岩上覆红色风化壳中主量元素的物质来源和演化特征。结果表明:无论Ti/Zr的元素比值分析,Hf-Zr、Nb-Ta及Sm-Nd的元素对协变分析,还是上地壳元素平均值(UCC)标准化分析,两个剖面的上覆风化壳均显示原地残积的特征,即两个剖面是碳酸盐岩的原位风化产物。碳酸盐岩风化成土过程中,CaO、MgO淋失明显,Al_2O_3和Fe_2O_3发生富集,显示两个剖面均经历较强的风化过程,但是白云岩和灰岩剖面有一定的分异特征。越南北部白云岩风化剖面从基岩到上部土层显示出稳定的Ti-Fe元素共富集特征,而灰岩剖面中Fe的增长速率明显超过Ti。白云岩上覆风化壳经历了强烈的风化作用,其脱硅作用弱于灰岩风化剖面,而富集铝的作用强于灰岩。迁移系数的演化规律说明两个剖面中长石成分(钾长石、钠长石等)或次生矿物(伊利石等)在风化成土过程中逐渐分解,同时Al、Fe、Si等稳定元素的在风化剖面中不断富集。     

断裂对塔北地区哈拉哈塘油田奥陶系非暴露岩溶缝洞型储集层的控制作用*

塔里木盆地海相碳酸盐岩缝洞型储集层形成机理复杂,非均质性极强。当前以塔河油田为代表的潜山风化壳缝洞型储集层是碳酸盐岩地层暴露地表受到大气淡水淋滤所形成的,而在塔北地区哈拉哈塘油田奥陶系发育的非暴露区仍存在大量非暴露岩溶缝洞型储集层。在充分认识该油田区域构造背景的基础上,选取油田非暴露区典型区块,应用岩石学、地球化学等资料,对非暴露岩溶缝洞型储集层进行研究。研究认为:(1)大气淡水是非暴露区岩溶作用最关键的岩溶流体,岩溶储集层的形成并不受热液影响;(2)非暴露区存在“三期三级”构造缝和“两期三级”走滑断裂,断裂及伴生构造裂缝是非暴露区岩溶缝洞型储集层发育的必要条件;(3)从断裂对岩溶的控制出发将缝洞型储集层细分为早期断裂和明河双控洞穴、晚期断控洞穴、早期裂缝孔洞和晚期微裂缝孔洞4类;(4)非暴露区非暴露缝洞型储集层先后经历了加里东中期断裂发育、良里塔格组水系下切溶蚀、晚加里东—早海西期断裂发育3个主要过程。此研究深化了非暴露缝洞型储集层的形成机理,并在一定程度上拓宽了非暴露区岩溶储集层勘探开发的思路。     

鄂尔多斯盆地奥陶系表生期岩溶类型、发育模式及储层特征

鄂尔多斯盆地奥陶系表生期岩溶储层是盆地碳酸盐岩油气勘探的主力类型,近年来岩溶储层勘探取得一些新突破,难以用风化壳岩溶完美解释,表明存在不同的岩溶作用类型。在钻井岩心、薄片观察基础上,结合古地形、古地貌及岩溶特征分析认为:鄂尔多斯盆地奥陶系表生期存在风化壳岩溶和顺层岩溶两种不同类型的岩溶作用,根据围岩性质细分为白云岩型、灰岩型风化壳岩溶和白云岩型、灰岩型顺层岩溶4个亚类;风化壳岩溶具有非组构选择性,岩溶特征因岩石组构差异而不同,顺层岩溶是组构选择性溶蚀,岩溶作用沿较陡地形顺层选择性溶蚀易溶组分形成孔-洞系统;风化壳岩溶储层受岩溶地貌、岩溶旋回和沉积相带共同控制,顺层岩溶储层预测则需综合考虑古地形、岩溶古地貌、沉积相及古沟槽、古裂隙等要素。      

Metasomatic Mechnanism of Weathering—Pedogenesis of Carbonate Rocks：I.Mineralogical and Micro—Textural Evidence

On the basis of mineralogical ,geochemical and micro-textural studies of the typical sections of the red weathering crust of carbonate rocks in the subtropical karst areas of Guizhou Province and Guangxi Autonomous Region,we have found,either on a microscopic or on a mac-roscopical scale and in different positions of the sections,the most direct and most important mineralogical and micro-textural evidence for the development of metasomatism in the process of weathering-pedogenesis of numerous carbonate rocks.This paper also has expounded for the first time and systematically the mechanism of metasomatism involved in the process of weathering-pedogenesis of carbonate rocks and proposed the sequence of mineral metasomatic evolution in the process of weathering-pedogenesis of carbonate rocks.     

滇东地区碳酸盐岩上覆风化层的元素地球化学特征及其成因讨论

碳酸盐岩风化形成的红土保存着喀斯特发展演化历史证据,同时也是喀斯特地区土壤研究的重要对象。文章选取云 南石林地区的两处典型碳酸盐岩剖面为研究对象,对主量元素,微量元素及稀土元素在风化层的迁移特征及分布规律进行 研究,为探究风化层的成因提供依据。结果显示：（1） 以Ti为参比元素的剖面迁移特征表明,两剖面的主量元素在成土过 程中有相似的迁移规律,多数表现为淋失;微量元素略有差异,富集淋失程度不一。（2） UCC 标准化蜘蛛图显示,相对于 基岩,风化层中的Ca和Sr均出现亏损;与UCC相比,Fe、Ti等元素轻微富集,Mg、Ca、Na、K、P等元素显示了强烈的亏 损特征。（3） 基岩与风化层的REE分布模式相似,但风化层的稀土相对富集,轻稀土元素间的分异较大而重稀土元素间的 分异较小,且SJC剖面的轻、重稀土元素比值大于QST剖面;稀土元素球粒陨石标准化后,SJC剖面的Eu为负异常,剖面 上部和下部出现Ce负异常;QST剖面Ce负异常,Eu明显负异常。（4） 元素含量变化和元素对Al-Ti、Al-Fe及Zr-Hf相关性 说明剖面上覆红土是下伏基岩风化的结果。研究结果显示,两个剖面的元素地球化学特征与基岩存在很好的继承性,风化 层是基岩原位风化的产物。     

Chai Mat Kaolin–Bauxite Deposit (South Vietnam): Typomorphic Features of Kaolinite and Formation Mechanism of the Zonal Profile of the Bauxite-Bearing Weathering Crust of Granites

Analysis of the evolution of bauxite-bearing weathering crust in the geological history of Asia, as well as detailed mineralogical–geochemical and hydrogeochemical studies, has made it possible to consider supergene infiltration metasomatism as a single mechanism for the formation of the eluvial zonal profile, using the weathering crust of southern Vietnam weathering crust as an example. It is established that all weathering crust zones develop simultaneously throughout the existing fracturing as rocks interact with the solutions percolating through them. All supergene minerals are formed directly from original parent rock components rather than by staged development at each other’s expense. The resulting paragenetic assemblages of newly formed minerals result in zoning.

     

江汉平原及邻区海相碳酸盐岩的古岩溶特征及控制因素

对于露头剖面的观察、相关样品分析及钻井资料的研究表明,区内碳酸盐台地在形成、发展及消亡过程中,由于不同级次的相对海平面下降,台地沉积过程中断,出现暴露并伴随溶蚀作用,在台地埋藏后还受到地下热水的溶蚀改造。将区内古岩溶划分为同生期层间岩溶、裸露期古风化壳岩溶、埋藏期热水岩溶等三类。同生期层间岩溶多与相对短时间的海平面下降有关,以发育溶蚀残积物、溶孔(铸模孔)等为特征。裸露期古风化壳岩溶表现为台地长时间的暴露及溶蚀,一般可见明显的古风化壳岩溶垂向分带;埋藏期热水岩溶以非选择性溶蚀为特征。控制碳酸盐台地古岩溶发育的主要因素有气候、全球性海平面变化、古地形、古构造等因素。初步探讨了区内古岩溶与储层发育的关系。     

碳酸盐岩风化壳岩-土界面地球化学特征及其形成过程--以贵州花溪灰岩风化壳剖面为例

在对黔中花溪灰岩风化壳原地风化残积特征进行了论证的基础上，本文从地球化学角度对央酸盐岩风化壳岩-土界面发育特征及其形成机理进行了讨论。碳酸盐岩的易溶解性和显著的差异性溶蚀，导致了其风化壳基岩面起伏强烈、岩-土界面界线清楚且突变；与此宏观特征相对应的是风化产物的矿物成分、主量、微量元素等方面均存在明显的突变现象。同时，在岩-土界面土层中形成了一个相对狭窄而突变的碱性障，此障无疑对风化壳的一些地质地球化学过程产生强烈影响，例如硅酸盐矿物的进一步蚀变分解，以及稀土和其它部分微量元素的超常富集和强烈分异等。     

冀中坳陷前第三系碳酸盐岩岩溶发育模式

冀中坳陷前第三系碳酸盐岩沉积演化经历了多期岩溶地质作用,根据古岩溶形成的时间、成因以及形态特征共识别出5种模式,即同生期层间岩溶、暴露期不整合岩溶、暴露期断裂岩溶、压释水岩溶和热液岩溶。前三者属于表生期岩溶,受构造运动及相对海平面变化控制,是岩溶储集层发育的基础;后两者属于埋藏期岩溶,与酸性流体和地下热液的溶蚀作用有关,该两期岩溶作用对前期古风化壳岩溶的残余孔洞进行了进一步改造,是储层建设的主导和直接因素。多期次岩溶作用的叠加控制了区内岩溶缝洞系统的发育与分布,对碳酸盐岩储集物性的改造有着重要的地质意义。      

岩性不均一的灰岩风化壳发育特征——贵阳花溪剖面粒度分布特征的指示

通过贵阳花溪夹泥质薄层的灰岩风化壳剖面的粒度分布特征的研究,结合矿物成分分析,揭示出岩性不均一的灰岩风化壳的发育特征: 灰岩作为剖面主体的成土母岩,风化早期,其以碳酸盐矿物的大量溶蚀及酸不溶物的残余积累为特征,同时方解石的溶解也延缓了酸不溶物的风化; 后期,随着易溶盐类消失殆尽,酸不溶物作为风化主体,开始了类似其它岩类的风化过程。而灰岩中的泥质薄层夹层,作为风化壳的次要组分,在灰岩风化过程中,由于存在巨大的体积缩小变化,泥质薄层被错断并被灰岩的风化产物所包裹,延缓了其风化发育进程。于是,各端元组分由于所处的微环境的差异,受风化溶液的影响程度不同,按照各自的风化方向和演化方式进行。随着风化程度不断增强,泥质薄片的包裹体分解,端元组分逐渐混合、趋同,风化壳趋于均质化,以统一的风化成土作用向表生稳定的矿物转变。      

碳酸盐岩红色风化壳中的氧化铁矿物

氧化铁矿物是碳酸盐岩红色风化壳的主要矿物成分和重要结构单元。运用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜、穆斯堡尔谱和电子探针等方法对碳酸盐岩红色风化壳中的氧化铁矿物进行了系统研究。碳酸盐岩红色风化壳中的氧化铁矿物主要有针铁矿、赤铁矿和磁赤铁矿。氧化铁矿物组合、含量和化学成分随成土环境和风化强度在剖面中呈明显的规律性变化,这为碳酸盐岩风化成土作用、红色风化壳成因与环境问题的深入研究提供了重要的矿物学依据。     

塔河油田、普光气田碳酸盐岩储层特征对比研究

中国海相碳酸盐岩油气勘探相继发现了以塔里木盆地塔河油田、四川盆地普光气田为代表的一批大中型油气田。本文系统对比了塔河油田、普光气田碳酸盐岩储层基本特征、成岩作用和控制因素。礁滩型储层一般物性较好,储集类型为孔隙型或裂缝-孔隙型,非均质性弱;风化壳岩溶型储层一般物性较差,储集类型多样,非均质性极强。白云石化是超深层（〉6000m）碳酸盐岩储层形成的重要机制,白云岩较灰岩储层平均孔隙度可提高3．5％～4．0％。硫酸盐热化学还原（TSR）反应主要是对储层进行强烈改造,改善程度并不大。沉积相、构造作用对不同类型储层的影响程度、影响方式不尽一致：对于风化壳岩溶型储层,沉积相的影响主要体现在对岩石可溶性、透水性的控制上,在岩石可溶、透水的基础上构造作用控制了储层的发育范围及程度;礁滩型储层受沉积相的严格控制,构造作用形成的裂缝对储层物性有明显改善。