碳酸盐成岩环境的标志

在碳酸盐沉积物的成岩过程中,每一种成岩作用在不同的成岩环境中的表现形式和特征,无不留下该成岩环境的“烙印”,这种“烙印”就是成岩环境的标志。据此我们能够分析、判断和恢复碳酸盐岩的成岩环境。     

碳酸盐沉积物的成岩作用

化学沉淀碳酸盐矿物在沉积后很容易受到各种作用的影响,其中最重要的是其在成岩阶段所经历的成岩作用.碳酸盐沉积物在成岩过程中主要受大气降水、海水和埋藏过程中孔隙流体的控制,经历一系列压实、溶解、矿物的多相转变、重结晶、胶结等成岩作用,逐渐转变为固结的岩石.在成岩过程中,由于孔隙流体与沉积流体之间的异同以及温度的变化,碳酸盐沉积物的原始矿物成分、地球化学特征可能会很好的保存下来,但在许多情况下,也可能会改变,从而使我们无法准确反演碳酸盐沉积物在沉积时水体的特征.因此,我们在应用碳酸盐岩重建相关古环境和古气候变化的时候,必须要通过有效的方法来对碳酸盐岩是否受到成岩作用的影响进行鉴定.     

碳酸盐成岩作用与沉积矿产

碳酸盐成岩作用和成岩环境的研究不只是一个理论问题,而且具有重要的实际意义。多年来,许多研究者都试图应用这个理论去解决一些实际问题。例如,成岩作用与油气的关系(Lowry,1956;Scholten,1959;Wilson,1977);成岩作用与沉积矿产关系(Taupitz,1954等);成岩作用与古地理和地层的对比(Dunham,J.B.1978等)。下面对这些问题作一些简要介绍。一、碳酸盐成岩环境与油气自沉积作用之后,在成岩作用过程中,分散的油气要运移到一定的部位,构成工业油气。这个过程正好发生在成岩作用过程中。显然,成岩作用的过程对油的聚集和分布有着明显的影响。     

碳酸盐颗粒成岩变化的实验研究

引言碳酸盐岩是沉积岩中非常重要的岩石类型。近二十年来,碳酸盐岩的成岩作用是国际上讨论得最热烈的问题之一。不同的人根据各自的观察和研究,对碳酸盐岩的成因提出了许多不同的模式。福克(Folk,1959)等人,根据当时研究得比较深入的碎屑岩的沉积原理认为,碳酸盐岩不是纯化学形成的,而是与碎屑岩碎屑的机械沉积方式相同,是一定的水动力条件的产物。据此,提出了以异化颗粒和泥晶灰泥为两个端元组分对碳酸盐岩进行结构分类。这一研究成果对于碳酸盐岩的研究起了巨大的推动作用。近二十年来,大多数研究者大都是基于福克的分类原则来划分碳酸盐岩的岩石类型,并据此来推断它们的沉积环境。在地质实践过程中发现,以异化颗粒和泥晶灰泥为两个端元组分来划分岩石.     

海南岛全新世碳酸盐沉积及成岩作用

三亚湾珊瑚可以分为５个微相：生物骨架岩、生物屑、礁岩屑、珊瑚碎块，强烈改造的生物质，成岩作用包括同生沉积作用、胶结、藻缠结、细粒物充填，机械和化学侵蚀。排浦更新世白云岩与掘穴生物的钻孔有关，粉至中晶结构为混合水成因，峨曼更新世灰岩为砂质灰岩、角砾状灰岩，豆状灰岩。生物屑经重结晶，Ｘ（ＭｇＣＯ３）小于２％，贫铁，三亚湾潮间带海滩岩胶结物为文石和高镁方解石，见悬挂式胶结和渗滤砂。     

碳酸盐成岩作用研究现状与前瞻

碳酸盐成岩作用是沉积学最为活跃的领域之一,与之有关的研究成果会直接影响人们对碳酸盐油气储层形成机制和层控矿床形成机制的理解。近年来,碳酸盐成岩作用在多个领域取得了令人瞩目的研究成果,主要包括以下几个方面:(1)实验室沉淀白云石获得成功:人们模拟海水(泻湖)条件下的细菌硫酸盐还原环境,在常温下沉淀出具有序反射的白云石。(2)热液白云化作为新的主流模式成为关注的热点:人们已认识到热液白云岩储层、沉积-喷流型铅锌矿床和Mississippi河谷型铅锌矿床具有共同的形成机制,它们均受构造(伸展、走滑构造)和热流体流动的强烈控制。(3)深埋藏条件下封闭系统的白云化作用受到关注:一些对油气储集空间和层控矿床有较大意义的白云化作用主要是在相对封闭条件下发生的,在对岩石储集空间的变化的贡献上以及在相应的地球化学指标上不同于开放条件下的白云化作用。(4)混合水白云化模式受到质疑:人们重新研究了作为混合水白云化典型地点的美国威斯康星弧碳酸盐的成岩作用,根据流体包裹体分析、阴极发光分析、偏光显微镜观察及稳定同位素分析等方法并结合有机物成熟度的数据,得出威斯康星弧与白云化有关的水-岩相互作用是由与温度升高有关的浓卤水导致的,白云化作用是热水成岩作用的结果。(5)淡水环境的成岩机制受到挑战:新近研究证明,大范围的低位体系域中可以没有具化学活性的淡水透镜体,海水环境同样可以产生成熟的石灰岩,细菌硫酸盐还原作用可以引起海水对碳酸盐的不饱和。(6)锶同位素在海相碳酸盐研究中的广泛应用:由于锶同位素不像氧、碳同位素那样因温度、压力和微生物作用而分馏,矿物可直接反映流体的同位素组成,地质历史中海水锶同位素组成也具有独特的长期变化趋势,这使得海相碳酸盐的锶同位素组成在沉积期后流体示踪中得到广泛应用。(7)硫酸盐还原作用对碳酸盐成岩作用的影响受到重视:如BSR和TSR可减小SO42-对白云石沉淀(或白云化)的动力学屏障,其产物H2S和CO2可在不同条件下对碳酸盐储层产生影响,BSR和TSR可提高成岩流体锶含量,甚至在形成天青石矿床中也具极大的潜在价值。     

羌塘盆地东部中侏罗统陆源碎屑与碳酸盐混合沉积成岩特征

近年来,混合沉积显示的沉积环境和油气地质意义越来越受到学界的重视。羌塘盆地是目前国内油气勘探最重要的战略选区之一,具有良好的油气勘探远景。研究区侏罗系广泛发育陆源碎屑与碳酸盐的混合沉积。综合前人研究成果、区域地质资料和室内样品分析,笔者对研究区广泛分布混合沉积的岩石学特征、沉积环境、成岩作用进行了详细地研究。研究发现:区内中侏罗统混合沉积表现为混积岩、混积层系两种形式;对岩性、层系及组合特征进行观察发现,它们主要形成于滨岸、碳酸盐岩缓坡、潮坪沉积环境,把混合沉积划分为4个三级地层层序,提高了地层划分的精度,建立了研究区中侏罗世雀莫错期、布曲期、夏里期的岩相古地理格局;混积岩中最显著的成岩作用类型有压实-压溶、胶结、破裂和溶蚀作用,其中以破裂作用、溶蚀作用最为发育,有利于形成优质储层,可为沉积储层预测及研究区的石油普查评价提供重要参考。     

碳酸盐成岩作用中的团簇同位素地球化学研究进展

碳酸盐团簇同位素作为一种广泛应用的新型古温度代用指标,在解决地球科学领域诸多与温度相关的科学问题上具有重要的应用价值。然而,团簇同位素容易遭受碳酸盐后期成岩作用改造的影响。因此,为了提高团簇同位素温度计的准确性,研究团簇同位素对成岩作用的分馏响应机理具有重要意义。本文综述了碳酸盐成岩作用中的团簇同位素地球化学研究近年来的进展,总结了影响团簇同位素分馏的重结晶和固态重排效应的研究方法,探讨了这两种效应背后的控制因素,展望了未来碳酸盐成岩作用中团簇同位素地球化学的研究方向。     

西沙石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩作用

西沙石岛风成碳酸盐沉积形成于晚更新世,正处于早期成岩阶段.通过薄片、扫描电镜、稳定碳、氧同位素、常量元素和微量元素分析,对石岛风成碳酸盐岩的早期大气淡水成岩作用进行了研究.发现石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩固结主要在大气淡水作用下完成,其中蒸发成岩作用在初始固结中可能起着主要作用;在大气淡水作用影响下,部分碎屑颗粒发生溶蚀和新生变形,新生的微亮晶低镁方解石(5 ～15 μm)镶边胶结在颗粒及孔隙周围,并成为主要的胶结物;而作为大气渗流带和潜流带典型产物的亮晶胶结物则很少占据主导地位.海水成岩作用主要表现为对早期成岩作用的改造,会造成锶、镁含量的增高,但影响范围仅止于浅表层,而且对δ13C和δ18O值的影响微弱.生物化学作用可能参与了古土壤中灰质壳与根管石的形成,但在风成碳酸盐沉积的整体成岩上不具意义.大气淡水成岩作用会造成石岛风成碳酸盐岩δ13C和δ18O值的降低,并使碎屑发生新生变形而导致锶、镁的淋溶.成壤风化作用会导致Al、Fe、Mn、Y、Cr元素在古土壤中明显富集,其中Al、Fe、Mn的富集与成壤风化作用有关,而Y、Cr元素则可能源于长期暴露引起的风尘或火山灰的相对富集.     

西沙石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩作用

西沙石岛风成碳酸盐沉积形成于晚更新世,正处于早期成岩阶段。通过薄片、扫描电镜、稳定碳、氧同位素、常量元素和微量元素分析,对石岛风成碳酸盐岩的早期大气淡水成岩作用进行了研究。发现石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩固结主要在大气淡水作用下完成,其中蒸发成岩作用在初始固结中可能起着主要作用;在大气淡水作用影响下,部分碎屑颗粒发生溶蚀和新生变形,新生的微亮晶低镁方解石（5~15 μm）镶边胶结在颗粒及孔隙周围,并成为主要的胶结物;而作为大气渗流带和潜流带典型产物的亮晶胶结物则很少占据主导地位。海水成岩作用主要表现为对早期成岩作用的改造,会造成锶、镁含量的增高,但影响范围仅止于浅表层,而且对δ13C和δ18O值的影响微弱。生物化学作用可能参与了古土壤中灰质壳与根管石的形成,但在风成碳酸盐沉积的整体成岩上不具意义。大气淡水成岩作用会造成石岛风成碳酸盐岩δ13C和δ18O值的降低,并使碎屑发生新生变形而导致锶、镁的淋溶。成壤风化作用会导致Al、Fe、Mn、Y、Cr元素在古土壤中明显富集,其中Al、Fe、Mn的富集与成壤风化作用有关,而Y、Cr元素则可能源于长期暴露引起的风尘或火山灰的相对富集。     

塔中地区中-晚奥陶世碳酸盐陆棚边缘大气成岩透镜体的发育特征

塔里木盆地中部地区中-晚奥陶世碳酸盐陆棚边缘相带中发育4期明显的准同生期大气淡水溶蚀作用和4个旋回的大气成岩透镜体,分别见于不同旋回的礁滩沉积序列顶部,厚度一般为15～50 m,在横穿陆棚边缘相带方向上最大延伸范围可达6～8 km宽.在大气成岩透镜体中-上部发育的厚度几米至20余米的透镜状孔隙层,是目前塔中Ⅰ号断裂构造带中-上奥陶统灰岩孔隙型、裂缝-孔隙型储层和油气藏的主要发育层位.它们在纵向剖面上呈2～4层发育,区域上分布范围广,研究其发育分布特征有重要的勘探意义.     

碳酸盐成岩作用的研究前沿和值得思考的问题

碳酸盐成岩作用在碳酸盐沉积学,尤其是在碳酸盐储层沉积学中具有十分重要的意义,近年在以下领域取得重要进展：（1）白云岩烃类储层的几何学和岩石成因学,尤其涉及到对已有白云化模式的评论和重新认识等。（2）碳酸盐储层热液改造的构造控制机理,涉及热液白云岩的成因及其对烃类储层的影响,尤其是深部热流体对碳酸盐成岩作用的影响。（3）对一些经典成岩理论的更新和对传统成岩理论的挑战,尤其是对混合水成岩作用带和对海水环境下的埋藏成岩作用的重新认识等。（4）锶同位素组成在海相碳酸盐研究中的广泛应用,涉及对地质事件的跟踪研究、海相地层的等时对比、定年和成岩过程中水一岩相互作用的研究等。然而,碳酸盐成岩作用研究中也存在一些问题值得我们思考：（1）深埋条件下碳酸盐最为重要的溶解介质可能是作为硫酸盐还原作用产物的H2S和CO2,但并非是温度越高,碳酸盐越溶解,相对较低的温度条件反而有利于溶解,这就是所谓的倒退溶解模式。（2）碳酸盐溶解需要有温度的降低（即必须要有足够的负△T）,这可通过两种途径实现：其一是沿断层向上运移的流体,显示断层等构造作用在碳酸盐成岩研究中的重要性;二是构造抬升,显示与构造有关的埋藏历史在碳酸盐成岩研究中的重要性。（3）控制白云石锶含量最为重要的因素是其晶体化学习性,锶在白云石中的较低的分配系数导致了白云岩普遍较低的锶含量,因此,我们不能仅利用白云岩的锶含量来判断白云化流体的性质,白云岩较低的锶含量也不能说明相应的白云化流体与海水无关。（4）与硫酸盐还原作用有关的SO4^2-的带出会诱发白云化作用或白云石的沉淀,而与硫酸盐溶解有关的SO4^2-的引入则会加速白云石的溶解。     

成岩过程中碳酸盐-二氧化碳平衡体系的热力学模拟

碳酸盐矿物的溶解与沉淀在沉积岩成岩作用中具有非常重要的意义,在与之有关的地层流体中,CO_2组分受到了广泛关注.本文选取CaCO_3(方解石)-H_2O-CO_2与CaMg(CO_3)2(白云石)-H_2O-CO_2体系作为研究对象,利用热力学方法在假设体系达到平衡的前提下对100～7000m深度范围的温度压力条件下的CaCO_3-H_2O-CO_2与CaMg(CO_3)2-H_2O-CO_2体系中各组分的平衡浓度([H~+]、[Ca~(2+)]、[Mg~(2+)]……)进行了数值模拟,并对不同埋藏深度的温度压力下方解石、白云石的溶解与沉淀,流体对CO_2的吸收与释放,pH变化等相关地质过程进行了讨论.研究表明:随埋深增加,体系的pH值越来越趋于酸性,但碳酸盐并没有持续溶解,而是呈先溶解后沉淀的趋势.对比CaCO_3-H_2O-CO_2体系中碳酸盐的溶解量和沉淀量,可将小于700m的深度范围定义为碳酸盐溶解带,700～2500m的深度范围定义为补偿带,大于2500m的深度范围定义为沉淀带.对比两个体系的固体相体积变化发现,含CO_2的溶蚀性流体虽然不能在白云岩地层中溶出较灰岩地层更多的阳离子,但会产生更高的孔隙度.     

寿昌——临浦火山岩带特征及成岩环境

本文阐述了浙江寿昌－临浦火山岩带产出的地质背景、火山活动族回及火山岩类成分特征，探讨了在岩物质来源及成岩环境。该中生代火山岩地海西－印支造山带内，火山活动受复背斜及其两侧深大断裂控制。火山岩以酸怀火山碎屑岩及熔岩为主，其主体火山岩钾长石含量高，富Ｋ２Ｏ，贫Ｎａ２Ｏ，铝过饱和，稀土总量高，ＬＲＥＥ／ＨＲＥＥ比值大，＾８７Ｓｒ／＾８６Ｓｒ初始比值较高，普遍大于０．７１０。表明该火山岩带主要为上部陆亮组     

碳酸盐岩层系中非碳酸盐矿物对层序界面及成岩流体环境的指示——以塔河深层TS2井为例

碳酸盐岩层系中以碳酸盐岩矿物为主,其中所含有的少量非碳酸盐岩矿物与沉积过程、成岩过程或陆源碎屑物有关,非碳酸盐岩矿物类型与含量变化为判别沉积与成岩流体环境等提供了相对客观的依据。本文以塔里木盆地塔河地区深层TS2井上寒武统-中下奥陶统溶洞段及关键界面处的27件岩屑样品的系统矿物分析为例,探讨非碳酸盐矿物对层序界面成岩流体环境的指示意义。结果表明,该井下奥陶统鹰山组下段内部界面、上寒武统丘里塔格组顶面处的赤铁矿含量明显较高,表明这两个界面为沉积间断或不整合面;上寒武统丘里塔格组溶洞段砂泥岩充填物与上寒武统顶不整合面上下的矿物组合较一致,表明塔河深层上寒武统白云岩可能经历了大气淡水的成岩流体改造。     

藏南羊卓雍错近代沉积物碳酸盐氧同位素特征及其环境意义

20世纪80年代以来气候变暖加剧,青藏高原冰川物质负平衡趋势增强,导致众多湖泊水位上升,但位于藏南地区的羊卓雍错,湖泊水位近年来却呈现出显著的波动下降趋势。本研究通过对羊卓雍错YZYC2沉积岩芯(长23 cm)进行²¹⁰Pb活度测定,建立沉积物的年代序列;分析公元1989年以来沉积物全样碳酸盐含量及其氧同位素组成,并结合现代气象及水文观测数据,揭示羊卓雍错沉积物碳酸盐氧同位素(δ¹⁸O)的环境意义及其对气候变化的响应过程与机制。结果表明,YZYC2岩芯碳酸盐矿物以自生成因的文石为主,其含量变化范围为23.3 % ~39.7 %,δ¹⁸O值变化范围为-4.7 ‰ ~-3.2 ‰。沉积物碳酸盐δ¹⁸O值总体呈波动上升趋势,较好地记录了近30年来羊卓雍错湖泊水位变化。1989~2019年羊卓雍错水位变化总体由降水与蒸发共同作用下的湖区有效湿度变化主导,同时也可能受到羊湖电站运行的影响。

     

碳酸盐地区主要地物的遥感光谱特征及其环境生态意义

碳酸盐地区主要地物的遥感光谱特征及其环境生态意义王云鹏（中国科学院广州地球化学研究所，广州５１０６４０）关键词碳酸盐地区，遥感，环境生态遥感技术已渗透到地球资源、环境和灾害研究的各个领域。这除了其具有快速、宏观的观察能力外，也和它能够灵敏地反映地物组...     

碳酸盐(岩)的稀土元素特征及其古环境指示意义

稀土元素主要通过交代碳酸盐矿物的Ca^{2+0进入碳酸盐格架,所以沉积碳酸盐(岩}的稀土元素特征能够很好的指示沉积流体来源和古环境。常用的稀土元素指标包括稀土元素总量(ΣREE)、稀土元素配分型式、以及La、Ce、Eu、Gd和Y等元素的异常指数。碳酸盐(岩)的稀土元素含量可能受到硅酸盐矿物、Fe-Mn氧化物/氢氧化物和磷酸盐等非碳酸盐组分以及成岩蚀变作用的影响。因此,在分析过程中,我们只有排除这些影响因素,才能用碳酸盐(岩)的稀土元素指标来探讨流体来源和古环境。这要求我们采集新鲜剖面上的样品,并用适当浓度的弱酸进行分步溶样,提取适当的组分,避免样品中的非碳酸盐组分干扰原始沉积组分的稀土元素特征。不同的沉积水体和沉积相下形成的碳酸盐(岩)具有不同的稀土元素特征:从太古宙到全新世的海相碳酸盐(岩)记录了LREE亏损、La正异常和高Y/Ho值的稀土元素特征;海底孔隙水的稀土元素特征则受氧化-还原条件、离子络合形式、孔隙流体来源的制约;热液流体具有LREE富集、Eu正异常的稀土元素特征;河水和湖泊有相对平坦的稀土元素特征。因此,碳酸盐(岩)的稀土元素特征具有重要的古环境指示意义。     

简论碳酸盐糜棱岩的岩石特征

韧性剪切带及糜棱岩的研究是当代地质科学的一项热门课题。而在地壳上广泛分布的碳酸盐岩石中的韧性剪切带的特征研究同样也具有重大意义。本文通过对碳酸盐矿物及岩变形机制和变形习惯的讨论,总结了碳酸盐糜棱岩的一些岩石特征,提出了在碳酸盐岩石中鉴定韧性剪切带的几项标志。