白云岩成因探讨:新疆三塘湖盆地发现二叠系湖相喷流型热水白云岩

晚石炭世—早二叠世是新疆北部地区构造转换、海陆变迁的重要变革时期,包括三塘湖盆地在内的北疆地区该时期发育多个呈近东西向分布的陆内裂谷,其中存在大量基性、酸性及中性火山岩,它们以裂隙式喷发为特征。中二叠世芦草沟期,北疆地区发育裂谷期后半深湖沉积,沉积了厚层暗色泥岩、凝灰质泥岩、白云质泥岩夹白云质泥晶灰岩、凝灰岩、白云岩及火山岩的岩石组合,在暗色泥岩、凝灰质泥岩中普遍发育吐鲁番鳕鱼、双壳、叶肢介、介形虫等化石。其中的白云岩具如下特征:以铁白云石为主,多呈泥晶和粉晶状,与泥晶石英和有机质（含藻类）构成纹层;与方沸石岩互层,并作为方沸石的胶结物同时交代方沸石;伴生纳长石、伊利石、硬石膏、黄铁矿等多种热液矿物。此类白云岩及其热液矿物为本研究区首次发现,其分布与上石炭统火山岩的分布范围一致,表现出裂隙式、点式分布特点;火山岩中发育丰富的网状、树枝状裂缝并被热液矿物充填,可见火山岩具角砾状构造,可能反映了热液喷流口的沉积特征。初步分析认为该白云岩是一种与岩浆作用、深部热液作用相关的喷流型湖相热水沉积白云岩。     

三塘湖盆地中二叠统芦草沟组白云岩成因

三塘湖盆地中二叠统的芦草组碳酸盐岩是盆地内重要的储集岩之一,碳酸盐岩中50%以上为白云岩。有纹层状白云岩和斑块状白云岩两种,前者白云石自形程度较好;后者白云石为含铁白云石交代方解石而成,铁白云石晶体粗大,自形程度差,其形成时间晚于纹层状铁白云石。白云岩的Mg/Ca值均小于1;Sr的含量为31×10-6～527×10-6,平均为217.8mg/kg;方解石和白云石的δ18O差值大多数小于6%;芦草沟组膏岩并未普遍存在,盐度指数Z平均为124.43。通过对上述特征综合研究认为,三塘湖盆地中二叠统的芦草组白云岩为混合水成因,并建立了相应的白云石化模式。     

新疆三塘湖盆地中二叠统芦草沟组湖相白云岩成因*

新疆三塘湖盆地中二叠统芦草沟组发育湖泊背景下的白云岩、灰岩、黑色泥岩、页岩及碎屑岩的互层沉积。白云岩主要有两类：一类为粉—泥晶白云岩,主要由含量约70％的泥晶白云石和含量约30％的粉晶白云石构成,白云石有序度为0.48,扫描电镜下主要有菱形、他形、球状和管状4种微形态,自形程度较好的菱形晶体多为含铁白云石;另一类为方沸钾长白云岩,主要由晶粒为0.08～0.35mm的细粒方沸石、泥晶钾长石（透长石）、泥晶白云石和铁白云石构成,个别为粗晶白云石,白云石有序度0.58。与粉—泥晶白云岩中的白云石相比,方沸钾长白云岩中的白云石以高的铁、锰含量为特征,扫描电镜下多为半自形的菱形晶体。两类白云岩中白云石的有序度均较低,且均为富Sr白云石,内部均缺乏次生交代证据。通过对两类白云岩成分、微量元素及稳定同位素的差异性分析,认为尽管两类白云岩都形成于浅—半深湖相强还原沉积环境,但是它们的形成机制有所不同,粉—泥晶白云岩具有原生沉淀白云石的特征,其中球状及管状的白云石可能与微生物吸附作用有关,而他形及菱形的白云石为直接沉淀的原生白云石;另一类方沸钾长白云岩中的白云石及铁白云石可能与湖底热泉的喷流沉积作用有关。     

羌塘盆地二叠系白云岩油苗地球化学特征及意义

通过采集羌塘盆地中央隆起带二叠系展金组白云岩油苗及烃源岩样品,对其族组成、饱和烃、芳烃色谱-质谱以及单体碳同位素进行了研究,并进行了油源对比。研究结果表明:白云岩油苗中饱和烃含量最高,其次为非烃,芳烃和沥青质含量较低,饱芳比大于1;白云岩油苗的正构烷烃主要为前高单峰型分布特征,碳数分布范围nC₁₅~nC₃₆,主峰碳为nC₁₇~nC₂₀,nC_21-/nC₂₂₊值为1.0~4.56,C₂₇-C₂₈-C₂₉规则甾烷表现为不规则的“V”型的分布并且C₂₉甾烷占优势,升藿烷从C₃₁~C₃₅均有检出,显示出白云岩油苗的生烃母质主要来源于藻类和细菌等低等水生生物;白云岩油苗的Pr/Ph值为0.91~1.30,伽马蜡烷指数值为0.42~0.88,三芴系列化合物中以硫芴含量最高（平均67.39%）而氧芴含量（平均7.89%）较低,4-MDBT/DBT比值为0.97~4.26,（2+3）-MDBT/DBT 值为0.37~1. 62,表明白云岩油苗生烃母质为形成于具有一定盐度还原环境为的海相页岩;白云岩油苗的OEP值接近平衡值1,甾萜烷异构参数C₂₉ααα20S/ααα（20S+20R）、C₂₉αββ/（ααα+αββ）和C₃₁22S/（22S+22R）等接近或达到平衡值,芳烃标志物成熟度参数MPI₁、F₁和4,6/1,4-DMDBT计算出的等效镜质体反射率表明白云岩油苗为成熟原油。白云岩油苗的生物标志物和展金组泥岩具有较好对比性,反映了白云岩油苗主要来源于展金组烃源岩;其单体碳同位素与二叠系展金组烃源岩分布形式和变化趋势基本相似,但也有一定的差异,反映了其具有混合来源的特点。     

中国中西部盆地海相白云岩主要形成机制与模式

塔里木、四川及鄂尔多斯盆地是中国中西部海相白云岩的主要发育地区。三大盆地重点层系海相白云岩新近的成因研究表明,大规模准同生白云岩和埋藏成因白云岩的发育均与蒸发台地密切相关。蒸发台地中由海水浓缩形成的富Mg~(2+)卤水一方面在准同生期,通过蒸发泵和下渗机制交代碳酸钙沉积物而形成与蒸发岩共生的准同生白云岩,另一方面作为富含Mg~(2+)的地层孔隙水,在准同生-浅埋藏期乃至中、深埋藏期,通过侧向渗透、侧向与垂向压实排挤和垂向热对流机制与粗结构的碳酸钙沉积物发生交代反应,在蒸发岩系周边和上下形成广泛分布的埋藏成因白云岩。与热流体作用有关的白云石化主要依靠构造断裂、裂缝、不同级次的层序界面、孔洞层等输导体系发生,分布较局限。热流体云化常表现为对先期白云岩进行叠加改造而形成热水改造白云岩。热流体性质不一,可以是深埋藏混合热水、深部循环水、地幔深部的岩浆热液等。白云石(岩)的生物成因不仅表现为微生物作用导致白云石直接沉淀,还表现为生物的存在与活动为白云石化作用提供Mg~(2+)和云化流体通道。由微生物和宏观藻释放出Mg~(2+),在埋藏期对方解石进行交代是各种富含藻类的灰岩中部分白云石的重要形成机制。生物扰动可明显改善岩石的孔渗性,从而显著促进白云石化作用的发生。     

渤海湾盆地黄河口凹陷沙河街组白云岩成因机理

为了研究渤海湾盆地黄河口凹陷沙河街组白云岩成因机理,通过岩心观察、薄片鉴定、阴极发光、X衍射、扫描电镜、背散射、碳氧同位素等方法,分析白云石岩石学、形貌学和同位素地球化学特征.结果表明,白云岩呈黄棕色,发育大量溶蚀孔和高岭石、燧石等矿物,δ13C值为-0.50‰~4.58‰,δ18O值为-14.58‰~-2.19‰,总体具有δ13C低正值,δ18O负值的特点.泥晶白云石,由微米级球状白云石和白云石化蓝细菌组成,亚微米级孔隙发育,见薄片状细菌丝和草莓状黄铁矿;纤维状白云石环边胶结物充填在溶蚀孔洞或围绕颗粒表面生长;菱形白云石,漂浮状分散在孔隙中.准同生期,硫酸盐还原菌的催化作用形成球形白云石;随后,受大气淡水淋滤,在湖底成岩环境微生物影响下形成纤维状白云石环边胶结物;浅埋藏期,由于埋藏白云岩化形成菱形白云石.这为古老湖相白云岩微生物成因提供具体实例,且对该地区勘探提供参考.      

三塘湖盆地二叠系干酪根热模拟气体产物的地球化学特征

针对三塘湖盆地的主力烃源岩二叠系芦草沟组泥质烃源岩开展封闭体系和半开放体系热模拟实验,前者将干酪根密封在金管中开展实验、后者直接对烃源岩样品进行压机半开放体系热解模拟,对实验中生成气体的组分和稳定碳同位素进行分析。实验结果显示,两种热解方法以无机气体生成为主,包括CO2、H2、H2S 和 N2等,其中 CO2含量最丰富,这与样品干酪根中丰富的氧含量一致。半开放体系模拟实验温度达到480℃时,气态烃的含量达40.64%,其中甲烷含量达到26.10%,封闭体系中随着模拟温度升高烃类气体产物的碳同位素呈现先变轻后变重的趋势,但同位素分馏程度不大, CH4气体的δ13C 值分布在-40.2‰~-46.6‰之间, C2H6分布在-34.3‰~-38.0‰之间, C3H8分布在-33.6‰~-36.0‰之间,而CO2气体δ13C值分布在-32.8‰~-28.8‰之间。三塘湖盆地针对气藏的勘探已经有所发现,但有关气藏的地球化学特征报道较少,该工作中的模拟实验结果可为三塘湖盆地深入的气藏地球化学勘探提供基础数据。     

三塘湖盆地石头梅地区二叠系芦草沟组有机质富集特征

为了研究三塘湖盆地石头梅地区二叠系芦草沟组有机质富集特征,通过对岩芯详细观察和泥岩系统取样,开展了有机碳、岩石热解、主量元素、微量元素测试分析。结果表明,三塘湖盆地石头梅地区芦草沟组泥岩有机质丰度较大,TOC含量最高12.4%,最大生烃潜量94.41 mg/g,有机质类型以I型和II型为主。有机质成熟度较低,为未熟—低成熟。研究区芦草沟组沉积时期初始古生产力中等,气温较高,水体深度较大,为半深湖—深湖环境,水体主要为停滞水体环境,缺氧还原条件,水体盐度较高,以咸水条件为主。根据地球化学参数,研究区芦草沟组自下而上可以划分出3个层段,对比3个层段中古环境的变化特征,发现同为低水动力深水缺氧还原条件下,适宜的温暖气候条件和适宜的半咸水—咸水盐度条件,以及高初始古生产力有利于有机质富集,从而形成油页岩,同时优选B3层段为油页岩最有利发育层段。     

新疆三塘湖盆地水文地质条件及铀成矿前景分析

新疆三塘湖盆地是具有正向水文地质和水文地球化学分带的渗入型坳陷盆地,区内含水层发育良好,具有较好的泥-砂-泥结构模式,盆地铀源丰富,地下水中铀元素的分布规律有利于其在氧化还原过渡带中沉积富集,具有较好的铀成矿前景。     

新疆三塘湖盆地构造演化及油气勘查方向

三塘湖盆地是中、新生代陆相山间盆地，经历了晚二叠世盆地形成阶段、中生代盆地发展早期阶段及新生代盆地发展晚期阶段；并在成盆初期及盆地发展早期发育三套生油岩系，构成了盆地烃源岩。盆地主要受控于燕山期断裂活动，控制了凹陷、凸起形态及规模，奠定了局部构造的雏形。受燕山—喜马拉雅期断裂活动的影响，形成了位于盆地中央坳陷带内的背斜、断块背斜构造。盆地中西部油气前景最好，是今后油气勘查的主要地区。     

鄂尔多斯地区奥陶系马家沟群中部块状白云岩的深埋藏白云石化机制

鄂尔多斯地区奥陶系马家沟群中部发育一套厚层块状白云岩。在西部地区定边至鄂托克旗一带,这套块状白云岩连续厚度达数百米。定探 1井揭示的最大厚度为 431m。自西向东,白云岩体由厚变薄,并与石灰岩呈指状交织。这套块状白云岩由粗粉晶-细晶白云石组成,斑状结构发育。常见云斑的边界为缝合线,这表明斑状白云石化明显受缝合线控制。白云岩有序度平均值为 0.85,CaCO₃ 摩尔含量平均为 5 0.6 5 g/mol。δ13 C的平均值为 0.6‰ (PDB),δ18O的平均值为 - 7.4‰ (PDB)。主体细晶白云石中液态包体常见,最低均一温度为 104℃,包体成分中含有大量的有机成分CH₄ 和无机成分H₂ S。上述特征表明,这套白云岩是由深埋藏白云岩化作用形成的,它显示出良好的储集性能,是重要的后备储集岩。     

鄂尔多斯地区奥陶系马家沟群中部块状白云岩的深埋藏白云石化机制

鄂尔多斯地区奥陶系马家沟群中部发育一套厚层块状白云岩。在西部地区定边至鄂托克旗一带,这套块状白云岩连续厚度达数百米。定探l井揭示的最大厚度为431 m。自西向东,白云岩体由厚变薄,并与石灰岩呈指状交织。这套块状白云岩由粗粉晶－细晶白云石组成,斑状结构发育。常见云斑的边界为缝合线,这表明斑状白云石化明显受缝合线控制。 白云岩有序度平均值为摩尔含量平均为50.65 g／mol。δ13C的平均值为0.6‰(PDB),的平均值为-7.4‰(PDB)。主体细晶白云石中液态包体常见,最低均－温度为104℃,包体成分中含有大量的有机成分和无机成分 上述特征表明,这套白云岩是由深埋藏白云岩化作用形成的,它显示出良好的储集性能,是重要的后备储集岩。     

四川盆地东部茅口组白云岩成因: 来自岩石学、矿物学和地球化学的证据*

四川盆地中二叠统茅口组白云岩中蕴藏丰富的天然气资源,但是这套白云岩的成因多年来一直存在争议。盆地东部茅口组白云岩储集层多发育在茅三段中下部,纵向上厚度介于3.0~46.8 m之间,平面上沿北西—南东向基底断裂呈带状展布。野外和钻井岩心观察发现,白云岩内发育交织状张性裂缝,将岩石切割呈角砾状,裂缝多被粗晶方解石、白云石充填或半充填。根据围岩和裂缝中白云石晶体形貌和产出状态,在显微镜下识别出4类不同组构的白云石: 第1类为灰泥基质中“星散状”自形粉晶—细晶白云石; 第2类为半自形面状组构细晶白云石,呈他形—半自形镶嵌状; 第3类为具“雾心亮边”的自形晶面状组构细晶—粗晶白云石,具糖粒状结构,晶间孔隙发育; 第4类为脉体充填的粗晶鞍状双晶白云石。背散射照片显示前3类白云石的“雾心”部分晶面混浊、表面分布方解石残斑及微孔, 而第3类白云石的“亮边”部分与第4类鞍状粗晶白云石脉则晶体明亮、洁净、致密,属新生矿物。上述4类白云石的成分均具有富Ca和贫Fe、Mn、Sr的特点,MgO含量变化较大,其中前两类白云石MgO含量总体低于白云石标准计量,而后两类白云石的MgO含量则接近或略高于标准计量。岩石学、矿物学和地球化学特征表明:茅口组白云岩主要经历了2期白云化作用,初次白云化作用形成第1类、第2类白云石及“雾心”白云石,二次白云化作用形成“亮边”白云石和粗晶白云石脉体; 2期白云化作用均发生得很早,可能始于同沉积期至浅埋藏期。白云石原位微量元素和原位锶同位素分析表明,白云化作用流体具有混源的特点,流体可能由富Ca地下水以及与火山活动有关的热液混合而成。推测中二叠世末期峨眉山地幔柱的喷发引起四川盆地内基底断裂再次活动,造成茅口组内张性构造裂缝发育,这为白云化流体混合及运移提供了通道。     

特殊碳同位素组成白云岩的发现及其意义

据现有文献报导,除前寒武系和第三系外,地史时期中白云岩δ13C值主要分布在-5‰～+5‰的范围。但是,作者在研究准噶尔盆地上二叠统芦草沟组白云岩碳同位素时获得了一批高度富集13C的资料,其中白云岩δ13C分布于7.3‰～ 17.9‰,平均11.7‰(7);白云石δ13C介于7.9‰～16,平均11.6‰(5)。根据区域地质、岩石学和矿物学资料,结合现代沉积剖面、细菌作用模拟实验和古代沉积剖面碳酸盐矿物碳同位素特征,分析了白云岩分布特征。作者认为白云岩中如此高的富集除了全球二叠纪生物埋藏速率较快和研究区古盐度较高外,更主要的因素应与厌氧条件下发酵带内细菌作用引起有机物质碳同位素分馏,形成贫的和富的有关。这一过程进行得愈充分,沉积介质中富集的的浓度越高,形成的白云岩碳同位素组成越重。同时,只有这一作用持续存在才能形成大量富的与黑色页岩互层的白云岩。这一现象从一个侧面说明在芦草沟组沉积时有一个持续时间较长的细菌活动时期,从而,生成了数量可观的以甲烷为主的生物气。由于生物气形成时代较老,易于扩散逸失,它们难于单独成藏保存至今,但作为天然气复合成藏来源之一,则应予关注。     

三塘湖盆地二叠系陆相热水沉积方沸石岩特征及成因分析

在新疆三塘湖盆地野外露头及钻井中二叠统芦草沟组(P2l)厚层黑色泥岩中发现多层白色纹层状方沸石岩。根据主要造岩矿物特征,将其大致分为两类,第一类为方沸钾长白云岩,主要造岩矿物包括细粒方沸石、泥晶钾长石（透长石、正长石）、泥晶白云石、泥晶铁白云石等,碳酸盐矿物以高的Fe、Mn含量为特征;第二类为方沸硅质岩与硅质方沸石岩,以细粒方沸石及泥晶石英为主,含少量碳酸盐。扫描电镜观察方沸石以自形的四角三八面体少见,多为它形块状或无定形胶体状。样品主量元素以富SiO2、Al2O3、Na2O、贫TiO2为特征,微量元素Th、Nb、Ti强烈亏损,Sr/Nd比值为44.73~831.78,Nb*介于0.02~0.17之间。∑REE总量偏低7.33~20.619 μg/g,LREE/HREE为4.77~11.20,δEu 0.60~0.99略具负异常,δCe 0.96~1.04,基本无亏损,稀土配分曲线为较平缓的右倾。方沸石岩微量元素、稀土元素配分曲线与研究区早、中二叠世玄武岩、粗面岩及上地壳有较大差异。87Sr/86Sr介于0.705 118~0.706 438之间,低于同时期全球海水及中上二叠统海相碳酸盐的87Sr/86Sr比值,143PNd/144Nd介于0.512 454~0.512 713之间,εNd介于-0.81~3.84之间,表明造岩热液可能含有幔源组分。通过详细的岩石学、地球化学及Sr、Nd同位素研究,认为这是一类与陆相裂谷盆地湖底热泉喷流作用有关的热水沉积岩组合,热液组分除了有壳源物质及大气水等的混入外,可能还有深部物质的参与。     

川东北上二叠统长兴组白云岩地球化学特征及形成机制

四川盆地东北部长兴组储集层主要由细—中晶白云岩组成,其次为微晶白云岩。根据薄片观察、阴极发光、电子探针分析发现,细—中晶白云岩与微晶白云岩在阴极发光特征方面很相似,都不发光,且在Mg、Ca、Fe、Mn、Sr和Ba含量方面也没有区别。根据上述分析结果认为,研究区的细—中晶白云岩是微晶白云岩在准同生期重结晶形成的,控制重结晶的主要因素是引起准同生白云石化的蒸发卤水下渗。这一认识为确定研究区白云岩储集层的空间分布提供了新的思路。     

乌尔禾-风城地区二叠系白云质岩类岩石学特征及成因分析

为了探讨准噶尔盆地西北缘乌尔禾-风城地区二叠系风城组白云质岩类的成因, 利用岩矿鉴定技术,地球化学分析技术等手段, 系统分析该套云质岩类的地球化学特征。研究表明,该区云质岩类有别于海相碳酸盐岩,受外物源的影响较大,成份复杂,多为过渡性岩类。以泥质白云岩和白云质泥岩和白云质粉砂岩为主,含有少量的凝灰质白云岩和白云质凝灰岩。岩石矿物学特征和地球化学分析数据均表明,研究区的云质岩类主要形成于水体安静、深度较大、盐度偏高的半封闭陆源近海湖湾环境。二叠系时期气候炎热,蒸发作用强烈与火山活动频繁,加之淡水补给相对匮乏,为该区的云质岩类形成提供了良好的镁离子来源和水动力条件。这时湖湾中沉积的富含文石或高镁方解石的泥岩或凝灰岩,在早成岩阶段经过渗透回流白云石化作用形成了大量泥质白云岩、白云质泥岩和白云质粉砂岩。在中晚成岩阶段,经过埋藏作用生成自形或半自形的细晶-中晶白云石。     

塔里木盆地牙哈-英买力地区寒武系-下奥陶统白云岩形成机理

根据铸体薄片鉴定、阴极发光显微镜观察、碳、氧稳定同位素测定、微量元素分析及包裹体测温等手段,对塔里木盆地牙哈—英买力地区寒武—下奥陶统深埋热液白云岩类型及成因机理进行了详细的研究。认为研究区深埋藏白云岩主要由细晶或中晶白云石组成,白云石呈自形或半自形晶。δ13CPDB值为-1.63‰2.31‰,平均为0.25‰,δ18OPDB值为-11.49‰-6.02‰,平均为-8.72‰;锶含量较低,在77×10-6107×10-6之间,二价铁、锰含量较高,具有高的有序度和低的CaCO3摩尔含量的特点。各种资料表明,该类白云岩是在深埋藏环境中较高温度条件下形成的,白云岩的形成与海西期岩浆喷发活动有关,变质岩体的分布控制了白云岩的分布。白云化流体来自岩浆热液、变质热液、有机酸及区域地下热卤水的混合,白云化所需的Mg2+来自岩浆岩中铁镁矿物的分解、埋藏压实过程中粘土矿物的脱水作用等。因此其白云化机制可称之为“深埋热液白云化”。