一种新的适合富有机质沉积岩的Re-Os同位素分析方法初探

虽然富有机质沉积岩中的Re和Os主要都富集在有机质中,但其中碎屑部分中的Re和Os也会影响其Re-Os等时线的准确度和精度。目前最常用的Cr O3-H2SO4溶样法虽然能尽量避免碎屑物质中Re和Os的溶出,但该方法具有Re流程空白高和环境污染严重等问题。因此,本研究尝试在富有机质沉积岩Re-Os同位素分析中使用H2O2-HNO3溶样来代替Cr O3-H2SO4溶样。本研究利用国际油页岩标样SGR-1b(USGS)为实验研究对象,分别对HCl-HNO3溶样、Cr O3-H2SO4溶样和H2O2-HNO3溶样3种溶样方法进行了对比研究。研究表明,H2O2与HNO3的体积比约为5﹕1的H2O2-HNO3溶液,不仅能保证样品和稀释剂的Re、Os同位素达到同位素交换平衡而且尽可能地避免碎屑物质中Re和Os的溶出。本方法相比于HCl-HNO3溶样,能尽量避免碎屑物质中Re和Os的溶出;而相比于Cr O3-H2SO4溶样,该方法具有本底低、无污染的优点。最后利用H2O2-HNO3溶样方法对广西金秀地区的泥岩样品和广东大宝山地区的碳质页岩样品进行了Re-Os同位素定年分析,分别得到了(404±5)Ma(IOs=1.57±0.13,n=8,MSWD=50)和(211±11)Ma(IOs=0.67±0.09,n=5,MSWD=11.1)的等时线年龄,这一结果与HCl-HNO3溶样得到的结果((412±11)Ma,IOs=1.18±0.38,n=8,MSWD=311;(223±18)Ma,IOs=0.59±0.14,n=5,MSWD=63)在误差范围内一致,但更为精确。     

富碳质地质样品Re-Os同位素体系研究进展

Re-Os同位素定年技术在富有机质沉积岩、低变质沉积岩、湖相沉积物、煤、油气藏样品等富碳质地质样品的尝试和成功应用,使其成为直接厘定地层沉积时代、重大地质事件发生时限和机制、古环境重建、油气藏直接定年、油气演化过程推演等研究的关键技术手段。然而,受到富碳质地质样品中极低的Re和Os丰度、采样方式以及地质作用等因素的影响,很多样品的Re-Os等时线年龄和初始Os同位素比值精度超过10%,不能有效地评价海水Os的真实来源和地质作用程度,影响了对不同沉积体系及油气演化过程中Re和Os的化学行为和Re-Os等时线年龄地质意义的理解。由此,本文从富碳质地质样品的Re-Os化学行为和地质应用进展出发,对富碳质地质样品Re-Os同位素分析过程中的采样和取样方式、溶样方法、分离富集方式和标准物质选择四方面进行了总结和完善。指出以沉积速率为采样间距参考,通过预处理方式提高样品的均匀性,使用流程空白更低、对同位素分馏影响更小的溶样方法和分离富集方式进行Re-Os同位素分析,以基质匹配的地质标样进行数据监控可进一步提高样品Re-Os同位素分析质量,有助于不同类型富碳质地质样品Re和Os赋存机制研究、Re-Os同位素分析技术开发及地质应用拓展。     

贵州正安县奥陶系—志留系界线碳质泥岩Re-Os同位素精确厘定及其古环境反演

我国上扬子地台地区在奥陶系—志留系之交广泛发育蕴含丰富页岩气资源的五峰组—龙马溪组富有机质沉积岩。采用Re-Os同位素体系对该套沉积地层进行研究,不仅能得到精确的地层沉积年龄,同时根据Re、Os元素的富集机制,对该时期沉积环境进行有效反演,可以为这一阶段发生的地球历史上第二大规模的生物绝灭事件的触发机制提供更合理的解释。本文在贵州正安县班竹1井岩心采集11件碳质泥岩样品,岩心样品连续且完整跨越奥陶系五峰组—志留系龙马溪组界线地层,通过对该样品开展高精度Re-Os同位素研究,获得了奥陶系—志留系地层界线Re-Os同位素年龄为443.68±6.24Ma[2σ,n=7,(~(187)Os/~(188)Os)_i=0.699±0.019,MSWD=0.55],其结果与国际地层委员会发布的年龄(443.7±1.5Ma)高度一致,为奥陶系—志留系界线年龄提供了直接、准确的年龄依据。Os同位素特征反映了大量陆源碎屑参与成岩过程、多期火山活动的发生及冰期向间冰期的转换。连续沉积地层Re-Os同位素特征的变化反映了研究区奥陶系五峰组—志留系龙马溪组沉积环境经历富氧—缺氧—富氧的变化,指示赫南特期冰川事件和火山喷发共同造成了生物大绝灭并促进了有机质的富集,为五峰组—龙马溪组富有机质沉积岩提供了生烃潜力。     

富有机质地质样品Re-Os同位素体系研究进展

Re-Os同位素的研究在过去几十年取得了重要进展。Re、Os能够在各种不同类型的富有机质地质样品中富集,Re-Os同位素体系在各种富有机质样品的研究已成为同位素地球化学研究领域一个新的热点。文章介绍了Re-Os同位素体系研究应用于富有机质地质样品研究的原理及其地质样品种类,从风化淋滤和熟化两方面对Re-Os同位素体系的封闭性进行了说明,并且结合实例论述了Re-Os同位素体系应用于富有机质地质样品的重大意义,还对不同类型富有机质样品的采样和溶样方法进行了归纳。此外,还提出了当前富有机质地质样品Re-Os同位素研究亟待解决的问题,指出富有机质地质样品Re-Os同位素分析将成为解决地质难题一种新的有力工具。     

湘中坳陷泥盆系碳氧同位素特征及其古环境意义

基于系统碳氧同位素和有机碳测试,在充分论证样品测试数据有效性的基础上,对湘中坳陷地区泥盆系碳氧同位素特征展开分析,探讨了研究区地层对比、古海洋环境发育特征及其对富有机质页岩形成的影响.结果表明,湘中地区泥盆系δ¹³C受后期蚀变成岩作用影响较小.区内泥盆系δ¹³C表现出自下而上逐渐变轻,并在欧家冲组底部发生显著的负偏、之后向上逐渐增大的发育趋势.以上曲线与全球泥盆系碳氧同位素曲线相似,具有较为一致的变化趋势.区内泥盆系δ¹³C曲线形态及偏移程度与四川龙门山剖面、独山其林寨剖面、广西拉利剖面及欧美地台剖面可对比性强,可作为区内地层划分与对比、古海洋环境演化分析的依据.对比结果显示,区内棋梓桥组顶部-佘田桥组底部δ¹³C曲线与海平面变化存在差异,指示区域性地壳构造升降与全球海平面变化综合主导了区域的古水深变化.区内泥盆系δ¹³C正漂移与高TOC页岩具有良好对应关系,表明佘田桥组下部、孟公坳组上部富有机质页岩发育层段是大范围海侵阶段的产物,也是构成区内泥盆系页岩气勘探的主要目的层系.     

Re-Os同位素体系及其地质应用

Re-Os同位素体系是近年来地球化学研究的热点,也是发展较快的同位素地球化学方法,被广泛应用于同位素地质年代学、矿床成因、陨石定年、岩浆成因以及壳-幔演化、大陆岩石圈地幔定年等领域,尤其在地幔地球化学动力学等前缘领域,Re-Os同位素体系成为一种新的强有力的研究工具.     

Re-Os同位素体系理论及其应用

由于Ｒｅ,Ｏｓ独特的地球化学性质,Ｒｅ－Ｏｓ同位素体系可以用来确定特定矿床的形成年龄,特别为金属矿床形成时代的研究开辟了新的途径,同时,由于Ｒｅ,Ｏｓ的元素相容性不同,导致不同地球化学储源库具有不同的Ｏｓ同位素特征,特别是地壳和地幔具有截然不同的Ｏｓ同位素特征,据此可以用来讨论不同类型矿产质和岩浆的来源。     

塔木察格盆地塔南凹陷下白垩统烃源岩有机地球化学特征

塔木察格盆地的塔南凹陷油气资源丰富,具有很大的勘探开发潜力。塔南凹陷发育多套烃源岩（包括铜钵庙组、南屯组一段和二段、大磨拐河组）,针对各套烃源岩基本特征及形成条件的研究较为薄弱。本次收集了大量研究区烃源岩的有机地球化学数据,对塔南凹陷各套烃源岩的基本特征、有机质来源和沉积环境开展了详细研究。结果表明,塔南凹陷烃源岩的有机质丰度较高,以好烃源岩和优质烃源岩为主;铜钵庙组和南一段的有机质类型以Ⅱ1型为主,南二段和大磨拐河组以Ⅱ2型和Ⅲ型为主;有机质总体处于低成熟—成熟阶段;烃源岩中的有机质为低等水生生物和陆源高等植物的混合来源;烃源岩沉积时期的水体为淡水且总体处于弱还原—弱氧化的环境,其中南屯组沉积时期比铜钵庙组和大磨拐河组沉积时期的水体环境要更偏氧化一些。     

Re-Os同位素体系在金属矿床中的应用

Re-Os同位素体系已成为金属矿床定年和示踪的重要手段之一。文章在简述Re-Os同位素体系基本原理基础上,综述了国内外的最新研究成果,认为Re-Os同位素测试对象不再局限于辉钼矿和铜镍硫化物矿石,黄铁矿、毒砂、磁黄铁矿、镍黄铁矿、闪锌矿等也常作为测试对象用于金矿床、铅锌矿床、沉积喷流型钴(金)等矿床的定年。地壳岩石与原始地幔相比,具有较高的187 Os/188 Os比值、γOs值以及Re/Os比值,因此,硫化物或矿石的Re-Os同位素组成和普通Os—Re/Os比值图解可以揭示斑岩矿床、金矿、铅锌矿以及铜镍硫化物矿的成矿物质来源。辉钼矿则可以通过Re含量来示踪成矿物质来源。Re-Os同位素也可与其他同位素结合(如187 Os/188 Os-87Sr/86Sr)共同判明不同端元组分对成矿的贡献。     

云南省富有机质页岩的形成环境及分布

在大量文献调研的基础上,探讨了云南省页岩发育的地质背景,总结了页岩形成时代和特点,明确了勘探开发的目标层位,研究了潜质页岩的形成环境和分布规律.结果表明,下寒武统筇竹寺组、下志留统龙马溪组、上志留统玉龙寺组和上三叠统须家河组可作为勘探开发的重点层位.筇竹寺组潜质页岩主要形成于陆棚环境,主要分布在滇西保山地区、滇中北部、滇东、滇东北和滇东南广大地区;由于大规模海退,龙马溪组潜质页岩仅分布在滇西保山地区、滇中北部和滇东北北部地区;因为滇东及滇东北地区继续发生大面积海退,玉龙寺组潜质页岩局限于曲靖、马龙、昆明、澄江一线;须家河组潜质页岩形成于陆相环境,主要分布于滇中分区和滇西兰坪-思茅地区.     

碳酸盐岩烃源岩判识与实践——以四川盆地为例

碳酸盐岩可以成为烃源岩,并为油气藏提供丰富的烃源,但不是所有碳酸盐岩都可以视为烃源岩。碳酸盐岩在成藏进程中,往往作为输导层或储集层,并常有外源有机质的干扰。碳酸盐岩烃源岩应该是有机质原生赋存(与矿物结合成为沉积的一部分),具有一定丰度值,在适宜的热成熟阶段,同样可以形成液态烃和气态烃。碳酸盐岩烃源岩发育于低能环境的沉积相——开阔海台地相、局限海台地相、生物泥丘相、斜坡相,等等。泥质泥晶灰岩,生物泥—粒泥岩—泥粒岩微相,应该是碳酸盐岩烃源岩的主要岩类。碳酸盐岩烃源岩与油系泥质烃源岩比较,具有油窗凸显且高峰期前移、气态烃峰期不明显且有后延、液态烃产率高的特点。据对碳酸盐岩烃源潜量的评估,它在四川盆地烃源中占20%～25%,为油气成藏作出了重要贡献。     

粘土矿物对有机质生烃的催化作用

烃源岩的有机质主要以有机粘土复合体的形式存在。有机质生烃是一种有机粘土化学反应。反应过程中,有机质与粘土之间存在质子和电子迁移,粘土通过对水分子的吸附和离解为有机质加氢裂解提供H+,而有机质生成的有机酸激活了粘土的催化活性,也为蒙皂石伊利石化反应创造了条件。烃源岩不同粘土矿物的选择性催化特征是影响油气组成的最重要因素。粘土的催化活性大小和发育时间是决定烃源岩生烃潜力大小的因素。由于烃源岩在蒙皂石伊利石化阶段具有最大的催化活性,而且与有机质生烃反应同步,因此富含伊$蒙混合层的烃源岩是世界含油气盆地的最有利烃源岩。不同地质时期的烃类地质储量与烃源岩膨胀性粘土的丰度有密切关系。     

鄂尔多斯盆地泾川地区三叠系延长组烃源岩特征及其沉积环境

泾川地区位于鄂尔多斯盆地西南缘,烃源岩发育情况尚不明确。通过野外地质调查和钻井岩心观察,结合烃源岩测试及元素地球化学资料,对长10—长7烃源岩进行评价,在环境分析的基础上研究影响烃源岩发育的主要因素。结果表明：研究区延长组烃源岩以长73泥页岩为最好,有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1为主,TOC为 0.42%～29%;长10—长7泥岩有机质以Ⅱ2型为主,平均TOC含量低于 2%;Ro为 0.47%～1.08%,有机质基本已成熟。长10—长7烃源岩形成于温暖潮湿的环境,弱还原弱氧化的淡水介质条件,水深相对较浅。古生产力、沉积速率及水介质环境影响烃源岩发育。热水活动促进了古生物的繁盛,P、Cu含量及 P/Ti值越高,有机质 TOC含量越高。（La/Yb）N值越高,沉积速率越低,有机质越富集。Cu/Zn值越高,V/Cr值越高,Th/U值越低,水体还原性越好,有机质丰度越高。总之,热水活动提高了古生产力水平,相对较低的沉积速率有利于有机质的富集,还原性较强的水介质条件可使有机质得到良好的保存。陇县一带烃源岩因受陆源植物输入的影响,且形成环境不利,烃源岩品质相对较差。     

四川盆地ZQ8井五峰组-龙一段有机质富集机制研究

四川盆地五峰组-龙一段黑色页岩为一套厚度稳定、有机质丰度高的优质海相烃源岩,是页岩气勘探开采的重要层系。为了解五峰组-龙一段有机质富集机制,对四川盆地川南低陡褶带南缘的ZQ8井进行了岩心、岩石薄片、X-衍射、扫描电镜、有机碳、有机碳同位素及微量元素分析。氧化还原指标（Ni/Co、V/Cr、U/Th）表明五峰组海水氧化还原条件由早期富氧氧化条件过渡到缺氧还原条件,龙一₁¹-龙一₁³小层为缺氧-贫氧还原环境,龙一₁⁴-龙一₂⁴小层为富氧氧化环境。氧化还原指标、生产力、笔石、矿物组分和TOC含量的相关性,证明缺氧或贫氧的还原性水体环境是有机质富集的主控因素,笔石、生物成因石英和黄铁矿促进有机质的富集,黏土矿物抑制有机质的富集。综合分析表明：五峰组富有机质页岩主要由火山作用带来大量的营养物质及温暖湿润气候条件下,笔石及浮游动植物繁殖,生产力高,在强滞留缺氧环境下形成;五峰组后期富有机质页岩主要由于冰川作用造成的大量生物灭绝,提供大量有机物质,在缺氧硫化环境下保存形成;龙马溪组富有机质页岩主要受极地冰川溶解,带来丰富的营养物质,生产力水平升高,在高水位海域形成的底部静海相缺氧环境下形成。     

沥青样品铼-锇同位素分析溶解实验研究

沥青样品中Re、Os含量较低,且组成复杂,因含有大量有机质,在溶样过程中会释放大量CO2,需要大量氧化剂。控制样品称样量和氧化剂比例、用量对保证Os的回收率以及测量信号的稳定性非常重要。本文根据沥青样品组成特点改进了Re-Os同位素分析技术方法,称样量由原来的0.2 g增加到0.4 g,氧化剂由原来的3 mLHCl、6 mL HNO3改为3 mL HCl、4 mL HNO3、3 mL H2O2,改进的方法所得到Os的信号强度提高了大约2倍。考察了改变溶剂组成对不同称样量沥青的氧化效果,研究了氧化剂中加入H2O2对不同称样量沥青样品溶解效果,以及对Os的回收率和仪器测量信号强度的影响程度。采用2 mL HCl、5 mL HNO3、2 mL H2O2作为氧化剂,Carius管高温密闭溶样,直接蒸馏法或传统蒸馏法分离富集Os,丙酮萃取法分离纯化Re,用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对采自云南某铅锌矿床的沥青样品Re-Os同位素进行分析测定。沥青的Re-Os同位素等时线年龄为(60±2)Ma(MSWD=2.5,n=7),初始187Os/188Os值为4.36±0.14,表明该沥青样品中Re-Os同位素体系的封闭性较好,而且物质来源为典型的壳源性质。建立的方法能够用于沥青年龄厘定与来源示踪方面的研究。     

珠江口盆地早第三纪油源岩形成环境

记述了南海北部大陆架珠江口盆地上渐新统珠海组 (E₃ 3 )储油层所储原油中萃取出的孢子花粉化石 2 5属47种;基于原油中孢粉化石及其地层分布的研究确定了该含油盆地下第三系油源岩;并根据孢子花粉母体植物的古生态特征探讨了早第三纪油源岩形成的环境。研究结果表明,中始新统文昌组 (E₂ 2 )和上始新统至中渐新统恩平组(E₂ 3 -E₃ 2 )暗色泥质岩是珠江口盆地的油源岩,研究区油源岩形成于亚热带温暖潮湿气候下的湖泊沉积环境。     

海相优质烃源岩发育的主要影响因素及沉积环境

对海洋生物、现代海洋沉积和古代海相地层中有机质含量分布特征和实验室模拟实验的结果表明,水体中高生物生产率是海相环境形成富有机质沉积的关键因素;沉积和早期成岩作用期间水体的相对还原环境是有机质富集保存的有利条件;海底深部流体的活动是造成富有机质沉积的不可忽视的因素;沉积速率是影响海相沉积有机质富集的主要因素。现有研究表明,在海相盆地中最有利形成优质烃源岩的沉积环境主要有欠补偿浅水—深水盆地、台缘斜坡、半闭塞—闭塞欠补偿海湾和蒸发潟湖。     

石灰岩铼-锇同位素分析方法研究及应用初探

针对石灰岩样品Re-Os同位素分析,在选样和溶样方法上进行了改进,在Carius管封闭前加入HCl与石灰岩反应释放出大量CO2,然后加入氧化剂和稀释剂封闭Carius管溶解样品,大大增加了样品取样量。利用改进的方法对采自青海玉树地区二叠世九十道班组底部的灰黑色微细晶灰岩的Re-Os同位素体系进行了分析测定,得到了精确的沉积年龄(283.1±7.1)Ma(MSWD=0.61,Model1,n=7)。187Os/188Os同位素初始值为0.56±0.12,与二叠纪时海水的187Os/188Os值相一致,反映了石灰岩沉积时海水的187Os/188Os比值。所得石灰岩年龄与其中的生物化石年龄相吻合,并且与区域上岩浆岩锆石年龄相互印证,表明Re-Os同位素体系在该石灰岩中的封闭性较好。通过石灰岩中有机碳含量以及其中Re、Os含量关系研究,得出了Re、Os在灰岩中主要赋存于有机质中的结论。从原理上解释了Re-Os同位素体系在灰岩中的应用具有十分广泛的前景。     

阿姆河右岸中-下侏罗统烃源岩地球化学特征及其沉积环境研究

阿姆河盆地是中亚地区天然气资源最丰富的盆地。阿姆河右岸区域的主力烃源岩存在于中-下侏罗统的煤系地层中,但烃源岩的地球化学特征、有机质来源及沉积环境还需进一步明确。本文以阿姆河盆地右岸地区侏罗系烃源岩为对象,在利用烃源岩样品开展系统的地球化学测试的基础上,对样品有机碳、镜质体反射率、饱和烃与芳烃气相色谱及有机碳同位素等数据进行了分析。结果表明：1）阿姆河右岸中-下侏罗统烃源岩的有机质丰度及生烃潜力较高,有机质类型以Ⅱ₁与Ⅱ₂型为主,存在少量Ⅲ型干酪根,烃源岩整体处于成熟—高成熟阶段;烃源岩以生油为主,兼生气。2）阿姆河右岸中-下侏罗统烃源岩大部分沉积于高盐度的强还原环境,少数沉积于低盐度氧化环境中。3）阿姆河右岸中-下侏罗统烃源岩中有机质母质的来源主要为低等浮游生物,部分有机质来源于高等植物。