准噶尔盆地东部中二叠统平地泉组具“斑状”结构热水喷流沉积岩的成因及地质意义

准噶尔盆地东部中二叠统平地泉组(相当于芦草沟组)发育一套陆内裂谷背景下的湖泊相砂岩、泥岩、灰岩、白云岩、凝灰岩互层以及它们的过渡岩石,是区内最主要的烃源岩和储集层。近年来,在帐北断褶带、石树沟凹陷和吉木萨尔凹陷中二叠统平地泉组暗色泥岩、泥晶白云岩中发现了一类特殊的沉积岩,该类岩石发育类似火山岩的斑状结构。"斑晶"主要为粗晶白云石、方解石、黄铁矿及方沸石等,在岩心标本上呈"树枝状"或"雪花状"散布于基质中;基质则主要由泥晶白云石或泥质沉积物构成,富含有机质,发育水平层理及小型变形层理等。岩石学和矿物学分析表明,"斑晶"往往为粗晶方解石或白云石的集合体,也常见黄铁矿、方沸石与碳酸盐矿物共生,"斑晶"方解石发育环带,而白云石未见明显环带。电子探针分析表明"斑晶"方解石具有低镁、低铁及锶分布不均匀的特点,而"斑晶"白云石(FeO含量介于7.272%~11.086%之间)与"基质"泥晶白云石(FeO含量为1.027%)相比具有明显富铁的特点。流体包裹体分析表明"斑晶"方解石均一温度平均为180.68℃,"斑晶"白云石均一温度平均为320.95℃。这种特殊"斑状"白云岩和"斑状"泥质岩很可能是湖底热液喷流作用的结果。当湖水沿深大断裂下渗至地下深处,与围岩发生物质交换并被加热后再沿断裂返回地表喷涌而出,热液流体携带的离子达到过饱和后就会析出方解石、白云石及黄铁矿等集合体,随热液的喷涌作用上升并破碎散落于湖底细粒沉积物内。"斑状"白云岩的发现对新疆北部中二叠统热水喷流沉积作用及该区油气的成因研究具有重要的意义。     

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。     

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。     

地表“矿物膜”半导体矿物光电子调控微生物群落结构演化特性研究

矿物-微生物交互作用广泛参与地球表层系统物质循环与能量流动过程,深刻地影响着一系列重要的地表生物地球化学进程。近年来地表半导体矿物的相关研究,为矿物-微生物交互作用提供了崭新研究方向,揭示地表“日光-半导体矿物-微生物”系统电子传递过程及其环境效应,是地质微生物学交叉领域研究的核心科学问题之一。本研究从地表不同生境“矿物膜”出发,以光电化学技术证实喀斯特、红壤、岩石漆“矿物膜”在1 000 min长时间循环实验中平均光电流值约为5.4、3.4、3.2 μA/cm²,证实“矿物膜”良好日光响应特性且铁锰氧化物矿物在其中发挥核心作用。基于笔者前期研究所发现的“矿物膜”电活性菌富集且与半导体矿物分布呈正相关性这一现象,本文进一步构建模拟光电子红壤细菌群落系统,20天后细菌群落α多样性显著提升,研究证实细菌群落具有模拟光电子响应活性,且电极与溶液群落均具有演化方向性;16S rRNA测序分析表明模拟光电子作用下Shewanella、Pseudomonas、Streptococcus、Lactobacillus、Acinetobacter等电活性菌显著富集。综上,本文研究结果间接证实地表半导体矿物光电子可有效调控微生物群落结构并促进电活性菌在“矿物膜”中富集。     

新华夏构造体系结构面“米字型”分布与演化的数学模拟研究

构造体系由多方向、多应力-应变性质和多重次序的结构构造组成,这些结构面在构造应力场中有较为固定的分布型式。经过区域成矿带、矿田、矿床等不同层次地质研究,揭示了新华夏构造体系的共轭剪切、挤压和引张三种类型结构面,它们在平面上组成“米字型”构造。通过应力-应变有限元法模拟,将“米字型”构造分为三个形成阶段:第一期共轭构造阶段,发育NNW 345°方向(大义山式)张扭断裂和NEE 75°方向(泰山式)压扭构造;第二期挤压构造阶段,产生NNE 25°方向挤压断裂和褶皱;第三期横张构造阶段,产生NWW 300°方向(长江式)的横张断裂,给出了有利于控矿成矿的应力-应变场特征,为地质找矿指明了方向。三个阶段相比,构造带内主干拉应力以第一期NNW向构造带内为最大,第三期NWW向“长江式”构造带次之,第二期NNE向和第一期NEE向构造带内拉应力微弱,拉应力总体呈现出时间由老到新从最高下降至微弱之后再回升的趋势;最大主压应力从第一期NEE向构造带为中等,演进到第二期NNE向构造带为最大,第三期NWW向“长江式”构造带和NNW向构造带为最小,表现出时间由老到新,先增强至最高值再下降至最小的趋势。     

长江中下游地区新华夏构造体系的“米字型”结构特征

构造体系由强变形构造带和弱变形地域共同构成,这些构造带和变形带可以用结构面的形式表达。构造体系结构面的分布分析,更加适用于变形规律研究,便于追索构造应力场及其演化。以长江中下游地质结构与导矿-控矿要素研究为基础,总结了新华夏构造体系结构面的“米字型”分布特征。新华夏系“米字型”构造,由NNE 25°方向挤压断裂和褶皱带、NNW 345°方向(大义山式)张扭断裂、NEE 75°方向(泰山式)压扭构造和NWW 300°方向(长江式)的横张构造组成。其演化分先后三个阶段;NNW 345°方向—NEE 75°方向的共轭剪切构造阶段、NNE 25°方向挤压构造阶段和NWW 300°方向的张性剪切构造阶段。新华夏构造体系的“米字型”构造样式的识别,为研究构造体系的应力-应变成因、探讨构造体系的形成演化以及浅部构造和深部构造相关性研究提供了重要的地质构造基础。在其它类型的构造体系中,结构面也具有“米字型”分布特征。     

内蒙古赤峰柴胡栏子金矿及周边地区构造形迹的“米字型”分布及其控矿特征

柴胡栏子金矿位于中国东部大兴安岭北北东向构造带与华北地块北缘近东西向构造带的交汇部位。该交汇区经历了多期构造-岩浆活动,产出了柴胡栏子、莲花山、红花沟等多个大-中型金矿床。航磁和遥感资料解译结果表明,矿田内发育北北西向、北西西向、北北东向和北东东向共4个方向的构造形迹,呈现“米字型”结构的展布特点,分别控制了晚古生代岩浆岩(脉岩)和主要金矿床的展布。在柴胡栏子金矿区,4个方向的构造形迹也组成了“米字型”结构,控制了矿体(矿化带)和化探异常的展布。矿田和矿区级别的构造形迹均呈现“米字型”分布特点,是新华夏构造体系分级控岩控矿规律的具体表现。上述认识为矿床成因研究和矿田成矿预测提供了重要的依据。     

试论汾渭“S”型旋转拉分构造体系及其影响

汾渭地堑系位于我国东部阴山与秦岭纬向带之间,自北向南,由集宁、怀来、大同、蔚县、忻州、太原、晋中、汾渭、天水、礼县、西和、成县等10余个NE向斜列的新生代断陷盆地组成,它们呈“S”形展布,反映华北地块在新生代时期发生了顺时针旋转,使古老地块发生裂解,可称之为“S”型旋转拉分构造体系。这个构造体系对中国东部构造格局和构造发展有广泛和深远的影响,强烈改造了秦岭—大别山纬向构造带和江南地块北缘的构造格局,使新华夏系形成分段特征,启动了华北地块伸展构造发展模式,影响所及直达琉球海沟。无独有偶,亚洲中部俄罗斯、蒙古境内有贝加尔地堑系,由反“S”形分布的新生代断陷盆地组成,它们也发育于古老结晶地块之中,可与之对比,是逆时针旋转的反“S”型旋转拉分构造体系。说明它们是同一类型的旋转构造型式,是古老地块裂解的一种方式。     

陆相层序的“非常规”体系域构成:层序地层学的一个重要进展*

在层序地层学的Exxon时代,在强调陆上不整合面形成层序界面的概念体系中,科学家们总结认为,陆相层序形成在基准面上升期间,以一个从聚合的河道相砂岩到孤立的河道相砂岩组成的向上变细的沉积序列为特征,这代表了一个重要的概念进步;但是,运用海相层序地层的“体系域”名称,如海侵体系域和高水位体系域等,来划分和解释陆相层序的时候,又产生了若干的概念体系不协调。基于此,产生了陆相层序体系域构成的“非常规”体系域概念,成为陆相层序研究的第2个概念进步。更为重要的是,与海相地层一样,主要的沉积作用发生在基准面上升期间,但是,在基准面下降期间也可能产生相应的沉积,从而进一步说明了陆相地层复杂的堆积作用和响应机制,也表明了陆相层序更多的变化性。陆相层序的上述特征成为近年来关注的焦点之一。追逐这些概念变化和进步,将有益于深入理解陆相层序复杂的形成过程而具有重要的科学意义,同时也代表了层序地层学研究的一个重要进展。     

甘肃酒西盆地青西凹陷下白垩统下沟组湖相喷流岩物质组分与结构构造*

甘肃酒西盆地青西凹陷下白垩统下沟组广泛发育的暗色纹层状细粒岩,以其富含铁白云石、钠长石、重晶石、方沸石、黄铁矿和有机质,局部含有微量萤石、透闪石、石盐和呈碎屑状、浸染状产出的微量闪锌矿、黄铜矿、方铅矿等矿物组分吸引着众多沉积地质学家和石油地质学家的高度关注。在以往的研究中,大多数研究者认为此类细粒岩的成因与火山活动有关,将其确定为火山物质蚀变作用的产物。通过地质背景、物质组分、岩石结构构造、包裹体和地球化学特征的研究,提出此类细粒岩属于新型的湖相“白烟型”喷流岩,可识别出6种热水矿物组合、3种主要结构类型和4种常见的原生沉积构造。6种热水矿物组合包括: Ⅰ钠长石—铁白云石(或铁白云石—钠长石)组合,Ⅱ重晶石—钠长石—铁白云石组合,Ⅲ石英—重晶石—钠长石—铁白云石组合,Ⅳ石英—方沸石—钠长石—铁白云石组合,Ⅴ地开石—铁白云石组合,Ⅵ单一铁白云石组合。3种主要结构类型包括: ①泥晶—微晶结构,②内碎屑结构,③石盐假晶结构。4种常见的原生沉积构造包括: ⅰ纹层状和条带状构造,ⅱ网脉状充填构造,ⅲ旋涡状喷管结构,ⅳ同生变形层理结构。在物质组分和岩石结构分析的基础上,划分出网脉状充填型、水爆型、盆地沉积型和区域扩散型4种喷流岩产状类型,建立了下沟组湖相喷流岩分带性沉积模式,探讨了喷流岩研究意义。     

四川盆地东部中二叠统茅口组热液活动特征*

四川盆地中二叠统茅口组存在丰富的热液流体活动。在野外剖面和岩心观察的基础上,利用多种分析测试方法,对四川盆地东部茅口组碳酸盐岩中的热液活动特征进行了探讨。研究区茅口组热液活动包括2类,一类为硅质热液,表现为薄层硅质岩或硅质团块;另一类为碳酸盐型热液,表现为粗晶方解石和白云石充填在张性构造裂缝中或呈“雪片状”集合体,偶见少量黄铁矿、闪锌矿等金属硫化物伴生。硅质岩主量元素之间的关系表明硅质来源具有多样性,是热液硅与壳源硅的混合;黄铁矿、闪锌矿原位S同位素 δ³⁴S 介于-3.91‰~-6.87‰之间,推测可能受到了微生物和基性岩浆岩的双重影响;方解石脉和具鞍状双晶的白云石脉普遍具有CaO高于标准计量、相对富Sr和U、贫REE和Ti、Ce/Ce^*明显负异常、Eu/Eu^*主体正异常、Y正异常等特征,表明碳酸盐脉为热液活动的产物,流体来源也呈现出火山活动相关流体与富钙地下水混合的特点。闪锌矿富集Ge和Cd,Zn/Cd及Zn/Fe值反映了中等成矿温度。硅质岩和碳酸盐流体包裹体均一温度变化范围较大,介于54.7~294.3 ℃之间,与稀土元素和微量元素比值所揭示的特征吻合。研究结果表明,穿层状硅质结核和团块的首次出现往往标志着茅口组热液活动的开始,而张性构造裂缝和碳酸盐型热液活动带来的围岩白云化作用则有效地改善了白云岩储集层的物性。     

准噶尔盆地东部中二叠统幔源热液沉积白云岩*

准噶尔盆地东部吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组,沉积于陆内裂谷背景下岩浆—热液活动强烈的咸化湖盆中。在芦草沟组中发现一类与湖底热液活动有关的幔源热液沉积白云岩,包括方沸钠长白云岩、硅质白云岩与含水铵长石钠长白云岩。作者对该类白云岩开展微米级尺度的岩相学研究,结合同位素地球化学研究,探讨成矿流体性质与详细成因机理。岩矿特征和同沉积变形构造指示白云岩形成于沉积期。白云石为有序性较差的原白云石,呈微米级球状、葡萄状晶体,与方沸石、水铵长石、钠长石及玉髓等热液矿物彼此镶嵌结晶,高温下发生了白云石对钠长石碎屑的交代作用;白云岩锶同位素(平均为0.705 687)显示成矿流体中幔源组分较多;白云岩具有重δ¹³ C_PDB (平均为6.94‰)和轻δ¹⁸ O_PDB (平均为-8.12‰)。基于成矿流体由幔源热液与湖水混合的假设,利用δ¹⁸ O_PDB计算估计,研究区白云岩的形成温度较普通云质岩高25~50 ℃。研究表明白云石为幔源热液喷出湖底后直接沉淀形成,并提出可能的成因模式。热液沉积白云岩是一种不可或缺的白云岩成因类型,研究成果对促进人们理解白云石的形成规律、推动完善成因岩石学理论具有重要意义。     

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。     

四川盆地中二叠统天然气成藏特征及巨大勘探前景

近年来,在四川盆地中二叠统钻遇孔隙型白云岩储层,获得一批高产井,呈现出良好的勘探前景,但其勘探潜力如何,能否成为四川盆地继安岳气田之后又一个万亿方大气区亟待明晰。通过对烃源岩特征、沉积特征、储集特征以及成藏模式等方面的深入研究认为,中二叠统具备3套优质烃源岩供烃、孔隙型储层发育、封盖条件好的优越成藏条件,发育自生自储型和下生上储型两套成藏组合。中二叠统发育块状孔隙型白云岩储层和孔隙型灰岩岩溶储层,分布面积大,其储集性能和单井测试产量与安岳气田灯影组相当,勘探潜力巨大,是四川盆地下步寻找万亿方大气区的主要层系。     

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。     

Microcrystalline dolomite in a middle Permian volcanic lake: Insights on primary dolomite formation in a non-evaporitic environment

Lacustrine dolomite nucleation commonly occurs in modern and Neogene evaporitic alkaline lakes. As a result, ancient lacustrine microcrystalline dolomite has been conventionally interpreted to be formed in evaporitic environments. This study, however, suggests a non-evaporitic origin of dolomite precipitated in a volcanic–hydrothermal lake, where hydrothermal and volcanic processes interacted. The dolomite occurs in lacustrine fine-grained sedimentary rocks in the middle Permian Lucaogou Formation in the Santanghu intracontinental rift basin, north-west China. Dolostones are composed mainly of nano-sized to micron-sized dolomite with a euhedral to subhedral shape and a low degree of cation ordering, and are interlaminated and intercalated with tuffaceous shale. Non-dolomite minerals, including quartz, alkaline feldspars, smectite and magnesite mix with the dolomite in various proportions. The ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios (0.704528 to 0.705372, average = 0.705004) and δ²⁶Mg values (−0.89 to −0.24‰, average = −0.55‰) of dolostones are similar to those of mantle rocks, indicating that the precipitates mainly originated from fluids that migrated upward from the mantle and were subject to water–rock reactions at a great depth. The δ¹⁸O values (−3.1 to −22.7‰, average = −14.0‰) of the dolostones indicate hydrothermal influence. The trace and rare earth element concentrations suggest a saline, anoxic and volcanic–hydrothermally-influenced subaqueous environment. In this subaqueous environment of Lucaogou lake, locally high temperatures and a supply of abundant Mg²⁺ from a deep source induced by volcanic–hydrothermal activity formed favourable chemical conditions for direct precipitation of primary dolomite. This study's findings deepen the understanding of the origin and processes of lacustrine primary dolomite formation and provide an alternative possibility for environmental interpretations of ancient dolostones.