华北地台中—新元古界烃源岩沉积特征及生烃潜力

随着近年来元古宇商业性原生油气藏在全球范围的不断发现,元古宙地层已逐渐成为了油气勘探重点。华北地台燕山地区是中国中-新元古界最为发育的地区之一,中-新元古界总厚可达9553 m,虽油苗等油气显示发现已久,但多年来一直未取得油气突破。为了下一步开展更具针对性的油气调查及勘探,从中、新元古代这套巨厚的沉积地层中优选出油气勘探的有利烃源岩层段就有着非常重要的意义。本文分析了华北中元古代地层中发育的暗色泥岩与微生物碳酸盐岩这两类烃源岩层的沉积特征,并初步评价了它们的生烃潜力。串岭沟组、洪水庄组与下马岭组均发育有厚层的暗色泥、页岩,总有机碳含量TOC平均值分别为0.89%、2.54%、2.82%,有机质的镜质体反射率Ro（采用为镜状体反射率Ro_vl）值分别为2.03%、1.05%、0.63%。微生物碳酸盐岩在高于庄组、雾迷山组及铁岭组中普遍发育,其内富含微生物群落等丰富的有机质残留,发育TOC>0.2%的优质烃源岩层段。     

贺兰山地区中元古代微生物席成因构造

贺兰山中段中元古界黄旗口组石英砂岩中发现丰富的微生物席成因构造(MISS),包括由微生物席生长、破坏和腐烂过程形成的3种类型、9种不同形态的构造;与华北大红峪组发现的同类构造在成因类型与多样性方面具有很强的可对比性.砂岩中发育双向交错层理、冲洗层理、高角度单斜层理系和波痕,泥质粉砂岩夹层中发育波痕与泥裂,表明微生物席主要发育于潮间带上部至潮上带下部环境.MISS构造在华北地台长城系下部砂岩中的广泛存在表明在1.6 Ga前以蓝细菌为主的微生物群在环潮坪碎屑环境也很活跃.可能代表了微生物由海洋向陆地环境发展的过渡阶段.具光合作用功能的制氧蓝细菌的蓬勃发展可能是引发中元古代海洋化学条件发生转变、含氧量增高的重要原因,并为真核生物及宏观藻类的兴起创造了条件.研究表明,黄旗口组与华北大红峪组大致同时,反映了Columbia超大陆裂解期华北地台开始拉伸-张裂、缓慢沉降的构造古地理背景.     

贺兰山地区中元古代微生物席成因构造

贺兰山中段中元古界黄旗口组石英砂岩中发现丰富的微生物席成因构造（MISS）,包括由微生物席生长、破坏和腐烂过程形成的3种类型、9种不同形态的构造;与华北大红峪组发现的同类构造在成因类型与多样性方面具有很强的可对比性。砂岩中发育双向交错层理、冲洗层理、高角度单斜层理系和波痕,泥质粉砂岩夹层中发育波痕与泥裂,表明微生物席主要发育于潮间带上部至潮上带下部环境。MISS构造在华北地台长城系下部砂岩中的广泛存在表明在16 Ga前以蓝细菌为主的微生物群在环潮坪碎屑环境也很活跃,可能代表了微生物由海洋向陆地环境发展的过渡阶段。具光合作用功能的制氧蓝细菌的蓬勃发展可能是引发中元古代海洋化学条件发生转变、含氧量增高的重要原因,并为真核生物及宏观藻类的兴起创造了条件。研究表明,黄旗口组与华北大红峪组大致同时,反映了Columbia超大陆裂解期华北地台开始拉伸—张裂、缓慢沉降的构造古地理背景。     

华北地台串岭沟组砂脉中自生碳酸盐沉淀和自生黄铁矿——中元古代甲烷厌氧氧化的沉积证据

华北中元古界串岭沟组暗色页岩中普遍发育的砂脉构造被解释为气体逃逸形成的沉积构造。在砂脉和相邻围岩中发现有自生碳酸盐沉淀和自生黄铁矿。自生碳酸盐主要由白云石组成,表现为微晶质条带或隐晶质斑块状胶结物。微晶白云石条带多出现在有机质纹层密集发育的部位,沿微生物膜两侧发育;而隐晶质斑块多以胶结物形式充填粒间孔隙或沿砂脉外缘密集产出。围岩中共生草莓状黄铁矿,砂脉中有具环带黄铁矿。这种特殊的矿物组构以及富有机质沉积和丰富的微生物成因构造(MISS)均表明串岭沟组形成于缺氧环境。层面发育的气泡构造为砂脉的气体逃逸成因提供了支持,而自生碳酸盐和黄铁矿则是沉积浅层硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)甲烷厌氧氧化(AOM)和细菌硫酸盐还原(BSR)的产物;气体源于有机质的厌氧分解和甲烷菌活动。砂脉中发现有疑似微生物化石,围岩含古菌和硫细菌生物标志物,表明有发生AOM和BSR作用的条件。串岭沟组砂脉中识别的自生碳酸盐沉淀及其AOM成因对进一步认识中元古代古海洋与古气候条件具有重要意义。由于海洋的低硫酸盐浓度,SMTZ带很浅,海底沉积层的甲烷仅少量被AOM消耗;而大量甲烷进入大气必然导致中元古代强烈的温室气候效应。     

华北地台中元古代串岭沟组页岩中的砂脉构造:17亿年前甲烷气逃逸的沉积标识?

华北地台中元古界串岭沟组暗色页岩中发育一种特殊的砂质脉状构造;层面上表现为不规则密集分布的细砂脊,垂向上由不连续薄砂层和近于直立的"肠状"砂脉体相交互组成.浅色砂脉由较纯的石英粉砂-细砂组成,含微量自生白云石、菱铁矿及微晶碳酸盐岩斑块,与黑色泥质围岩边界截然.研究表明,砂脉构造可能是在早期成岩阶段前由来自薄砂层的细-粉砂灌入甲烷缓慢逃逸通道而成,并由于压实缩短而褶皱成"肠状".薄砂层与黑色页岩形成的能量条件完全不同,可能系由风暴将海岸带或砂坝细砂带入低能环境而形成;甲烷源自沉积中埋藏的微生物席腐烂分解.围岩层面有微生物席成因微皱痕和气体逃逸形成的气泡构造,围岩中发现有细菌化石和草霉状黄铁矿.串岭沟组中密集发育的砂脉构造是目前地层中识别的最古老的甲烷排放证据,并有可能作为指示地质时期陆源碎屑沉积环境甲烷逃逸的沉积标识.大量高效温室气体进入大气圈可能是导致元古宙地球表层高温室气候和无冰川发育的重要原因.     

华北原地台古元古代热力活动遗迹及其构造边界意义

热力活动遗迹是由区域变质相带表现出来的。热动力变质作用,除负荷压力外,侧向挤压剪切应力起了重要的作用,在造山带内,由同构造变质矿物组合方向性平行列构成的片理,就是显著的证据。当活动带由侧向缩短而造山时,两侧地块在惯性参照系控制下,受地块底部摩擦力的影响,使侧向挤压力逐渐变小;最后,当相向运动地地块发生碰撞时,由于惯性参照系的稳底破坏增大了侧向压力而产生低温高压变质相,显示出降温升压趋势。成为探索构     

华北地台北缘中晚元古代地壳运动与地壳构造

华北地台北缘中晚元古代地壳运动分为燕辽旋回（１８～８．５亿ａ）、满家滩旋回（８．５～６亿ａ）。燕辽旋回为本区中、晚元古代坳拉谷发生发展消亡阶段，即地台第一盖层沉积地槽中晚元古代洋壳形成阶段。此阶段的白云鄂博亚旋回（１８～１４亿ａ）伸展裂陷作用为坳拉谷发生发展期，形成长城系；什那干亚旋回伸展拗陷作用为坳担谷发展萎缩期，形成蓟县系；汛河亚旋回收缩拗折作用为坳拉谷萎缩消亡期，沉积青白口系。地台北缘为被动大陆边缘。满家滩旋回地槽区向地台俯冲作用使地台第一次抬升隆起遭受剥蚀，仅在局部坳陷沉积震旦系、地台北部边缘为活动大陆边缘。     

Microbial Mats in the Mesoproterozoic Carbonates of the North China Platform and Their Potential for Hydrocarbon Generation

The well-preserved Mesoproterozoic succession in the North China platform consists mainly of three llthological associations including peritidal quartz sandstone, shallow marine and lagoonai dark to black shales, and shallow epeiric carbonates, with a total thickness of up to 8 000 m. In addition to well-documented microplants, macroalgae, and microbial buildups, abundant microbially induced sedimentary structures (MISS) and mat-related sediments have been recognized in these rocks. Intensive microbial mat layers and MISS are especially well preserved in the carbonates of the upper Gaoyuzhuang (高于庄) (ca. 1.5 Ga) and lower Wumishan (雾迷山) (ca. 1.45 Ga) formations, Indicating diversified microbial activities and a high organic production. In these petrified blomats, putative microbial fossils (both coccoidal and filamentous) and framboidal pyrites have been identified. The abundance of authigenic carbonate minerals in the host rocks, such as, acicular aragnnites, rosette barites, radial siderites, ankerites, and botryoidai carbonate cements, suggests authigenlc carbonate precipitation from anaerobic oxidation of methane (AOM) under anoxic/euxinic conditions. Warm climate and anoxic/euxinic conditions in the Mesoproterozoic oceans may have facilitated high microbial productivity and organic burial in sediments. Although authigenic carbonate cements may record carbonate precipitation from anaerobic methane oxidation, gas blister (or dome) structures may indicate gas release from active methanogenesls during shallow burial Bituminous fragments in mat-related carbonates also provide evidence for hydrocarbon generation. Under proper conditions, the Mesoproterozoic mat-rich carbonates will have the potential for hydrocarbon generation and serve as source rocks. On the basis of petrified biomats, a rough estimation suggests that the Mesoproterozoic carbonates of the North China platform might have a hydrocarbon production potential in theorder of 10×108t.     

The Genesis,Classification, Problems and Prospects of Microbial Carbonates:Implications from the Cambrian Carbonate of North China Platform

Currently, sedimentologists focus on the challenging issue of microbial carbonates, which are regarded as "one of the sedimentary rocks most difficult to study", having complicated sedimentary fabric. Their characteristic features closely related to microbial activity, distributed over a long period of geological time, and formed in diversified sedimentary environments. The main research concentrations are the calcified microbial mats and biofilms in geological records as the products of lithification and diagenesis. Starting from the origin, this paper systematically reviewed and explained the processes dwelling within two types of microbial communities, the thinner biofilm and the thicker microbial mat, which enabled them to convert into microbial carbonates through biomineralization and lithification. This study proposed that the existence of multiple microbial mats was another important cause for the diversification and complexity of microbial carbonates in addition to its complex depositional process. Moreover, the sedimentary characteristics and classification of different types of microbial carbonates were reviewed, exemplifying the Cambrian microbial carbonates in the North China Platform. These microbial carbonates are suggested to be placed under "bindstone" after Embry and Kloven, which can be further divided into 5 types, stromatolites, thrombolites, oncolites, laminites and leiolites. Dendrolite is not categorized as a separate class, instead attributed to thrombolites. The microbial carbonates may possess good source rock potential because of the enriched organic content, and may also serve as hydrocarbon reservoirs because of certain microbial textures and fabrics leading to significant porosity and permeability. Because of their biomineralization processes related to microbial activity, the microbial carbonates are not only an important window to understand the evolution of the earth's surface environment, but also capable of forming large-scale reservoirs, and their scientific and economic values are self-evident.     

华北中元古代陆表海氧化还原条件

文石海底沉淀是地球早期大气高CO2浓度、海洋贫氧条件下,CaCO3过饱和而直接沉淀于海底所形成的自生碳酸盐,可反映古海洋贫氧状态.对华北中元古界雾迷山组(ca 1.50～1.45 Ga)碳酸盐岩的研究发现:潮下带下部黑色纹层石由针状文石假晶等厚层与微生物席层交互堆叠而成;潮下带中部凝块石白云岩(A单元)主要由针状文石假...     

华北中元古代鱼骨状方解石: 成因机制和古环境意义*

鱼骨状方解石是一种特殊的碳酸盐沉积,由锯齿状亮暗交互的亚毫米级条带组成,主要见于太古宙。以往认为,鱼骨状方解石属无机化学沉淀成因,形成于水体缺氧、碳酸盐过饱和、富Fe²⁺、Mn²⁺等碳酸盐沉淀抑制剂的环境条件;在地质记录中其丰度随时间的减少反映了海洋的长期氧化趋势。文中首次在华北地台中元古界高于庄组四段微生物礁内发现了大量鱼骨状方解石。宏观观察表明,这些鱼骨状方解石主要以微生物礁孔洞充填物形式产出,明显区别于太古宙以海底沉淀形式直接产出在海底的鱼骨状方解石。显微研究发现,鱼骨状方解石晶体纤维具有沿晶体生长方向旋转消光特征,证明其内部亚晶的光学C轴从纤维底部的随机排列逐步旋转至上部垂直纤维生长方向。这符合球状晶体生长模式,需要方解石沉淀抑制剂的参与。鱼骨状方解石产出具有丰度随时间减少以及产出形式由海底沉淀向孔洞胶结物转变的特征。这些特征与海洋氧化逐渐增强以及具氧化还原敏感属性的碳酸盐沉淀抑制剂逐渐从水体中移除相吻合。笔者认为鱼骨状方解石的沉淀抑制剂为Fe²⁺和Mn²⁺,这与微生物岩无明显Ce异常和Fe²⁺极强的抑制能力相一致。因此,鱼骨状方解石可用于指示缺氧环境条件。此外,显微和超微研究也表明鱼骨状方解石晶体内存在有大量与其生长方向一致的菌丝体残余和与之密切伴生的有机矿物,表明微生物为鱼骨状方解石成核和初始沉淀提供了重要垫板。     

扬子西缘中元古界黑山组MISS构造的发现及其古环境意义

通过1∶5万区域地质调查及剖面研究,在扬子西缘云南东川地区黑山组发现大套流纹质凝灰质板岩夹层,获得LA- ICP- MS锆石U- Pb 年龄加权平均值为1522±15 Ma,同时在中元古界黑山组泥质板岩中发现微生物成因沉积构造（MISS）,通过对MISS及围岩进行电子探针、XRF分析及能谱分析,研究发现MISS主要成分为P、 S、 Fe、 Cr,明显是微生物沉积过程中形成的化合物特征;而围岩主要为Al、 Si、 K、 Mg、 Ti,为正常黏土质矿物组成元素,两者存在较大差别。笔者等发现的MISS是目前扬子西南缘已知发现的最古老的MISS;MISS在黑山组的出现表明了中元古代时期微生物群落的繁盛,反映了当时沉积环境为滨岸浅水潮上带,在凹陷的位置微生物参与形成了这样不规则的条带皱饰构造,为中元古代地层微生物区域对比、古环境研究提供重要的参考资料,对于恢复康滇裂谷盆地的生物—沉积作用和环境演化具有重要意义。     

扬子地块西缘中元古界黑山组MISS构造的发现及其古环境意义

通过1∶5万区域地质调查及剖面研究,在扬子西缘云南东川地区黑山组发现大套流纹质凝灰质板岩夹层,获得LA ICP MS锆石U Pb 年龄加权平均值为1522±15 Ma,同时在中元古界黑山组泥质板岩中发现微生物成因沉积构造（MISS）,通过对MISS及围岩进行电子探针、XRF分析及能谱分析,研究发现MISS主要成分为P、 S、 Fe、Cr,明显是微生物沉积过程中形成的化合物特征;而围岩主要为Al、 Si、 K、 Mg、 Ti,为正常黏土质矿物组成元素,两者存在较大差别。本次发现的MISS是目前扬子西缘已知发现的最古老的MISS;MISS在黑山组的出现表明了中元古代时期微生物群落的繁盛,反映了当时沉积环境为滨岸浅水潮上带,在凹陷的位置微生物参与形成了这样不规则的条带皱饰构造,为中元古代地层微生物区域对比、古环境研究提供重要的参考资料,对于恢复康滇裂谷盆地的生物—沉积作用和环境演化具有重要意义。