Evolution of the composition of seawater through geologic time, and its influence on the evolution of life

The redox state of the surface environment of the early Earth is still controversial, and a detailed and quantitative estimate is still lacking. We carried out in-situ analyses of major, trace, and rare-earth elements of carbonate minerals in rocks with primary sedimentary structures in shallow and deep sea-deposits, in order to eliminate secondary carbonate and contamination of detrital materials, and to estimate the redox condition of seawater through time. Based on the Ce content and anomalies of the carbonate minerals at given parameters of atmospheric CO₂ content (pCO₂) and Ca content of seawater, we calculated the oxygen contents of shallow and deep seawater, respectively. The results show that the oxygen content of the deep sea was low and constant until at least 1.9 Ga. The oxygen content of shallow seawater increased after 2.7 Ga, but fluctuated. It became quite high at 2.5 and 2.3 Ga, but eventually increased after the Phanerozoic. In addition, the calculation of a high pCO₂ condition shows that seawater was more oxic even in the Archean than at present, suggesting a relatively low pCO₂ through geologic time.Our detailed calculations from compositions of carbonate minerals in Three Gorge area, south China show a low oxygen content of seawater after the Snowball Earth until the late Ediacaran, an increase in the late Ediacaran, and a significant decrease around the Precambrian–Cambrian and Nemakit/Daldynian–Tommotian boundaries. These variations were possibly caused by global regression and dissolution of methane hydrates.     

阿尔金山新生代隆升历史:来自塔东南若羌凹陷的沉积记录

阿尔金山位于青藏高原北部边缘,在高原隆升和演化过程中扮演着重要的角色。但是,关于它的新生代隆升历史现今仍存在较大的争议。阿尔金山北麓若羌凹陷新生代接受来自山脉的剥蚀物质。因此,凹陷内的沉积特征记录了阿尔金山新生代隆升的重要信息。本文利用石油钻井编录资料及地震剖面,通过对盆地区新生代各个地层之间的接触关系、沉积相组合和沉积速率变化进行研究,结果显示阿尔金山34Ma以来的隆升分为两阶段:第一阶段为34~20.4Ma,持续低速隆升;第二阶段为16Ma至现今,急剧快速隆升。结合前人研究成果,认为渐新世—早中新世,阿尔金断裂作为一个局限在中、下地壳的韧性剪切带造成阿尔金山一带产生大范围的地表隆起,控制了山脉在第一阶段的持续低速隆升;中中新世以来,阿尔金断裂大规模左行走滑,青藏高原北缘主要通过地壳缩短的形式释放应力,控制了山脉在第二阶段的急剧快速隆升。     

控制碳酸盐岩油藏单井产能的主要地质因素分析——以哈萨克斯坦北特鲁瓦油田KT-I油层组为例

目前国内外针对控制碳酸盐岩油藏单井产能主要地质因素研究还较少。本文以哈萨克斯坦北特鲁瓦油田KT-I油层组为例,基于岩芯分析、测井解释成果、储层微观表征与生产动态分析等资料,宏观上从沉积作用、成岩作用、构造作用以及微观上从储层岩性、储层类型、物性、有效厚度等两方面对单井产能主控因素进行了研究。研究发现单井产能主要受孔隙体积、渗透率与储层有效厚度的直接影响,而孔隙体积及孔隙空间类型受岩性、沉积微相与成岩相控制。在碳酸盐岩中,裂缝的发育可极大程度地改善孔隙连通性,从而增加渗透率,而其发育受断裂作用与构造变形及成岩作用、岩性控制。研究各种地质因素对碳酸盐岩单井产能的控制作用,可为制定初次油气开发方案提供有效的指导,为调整开发方案和老区扩边勘探、滚动开发提供更为可靠的依据。     

中国东北地区西部~500Ma泛非期孔兹岩系地球化学特征及其地质意义

最近在兴安、额尔古纳地块均发现原岩为中基性-中酸性火山岩、陆源碎屑沉积岩及碳酸盐岩组合组成的孔兹岩系,岩石组合主要分为富铝片岩-片麻岩类和斜长角闪岩两类。岩石地球化学特征表明,富铝片岩-片麻岩类的原岩为泥岩和砂岩,主量和微量元素的分配形式接近澳大利亚后太古宙页岩(PAAS)和北美页岩(NASC),稀土元素的分布特征与NASC相似,显示轻稀土元素富集及Eu负异常,(La/Yb)N=4～17,δEu=0.32～0.79。其Cr/Ti(0.01～0.03)、Zr/Y(1.2～13.3)、Cr/Th(0.1～8.63)、Cr/Zr(0.02～0.47)、Th/U(1.5～7.7)、CIW(68～99)表明物源区以花岗岩类为主,并可能含有碎屑沉积岩。其Ceanom(-0.04～-0.01)、Ce/Ce#(0.90～1.30)表明富铝片岩-片麻岩类原岩沉积环境为亚稳定的大陆边缘沉积。斜长角闪岩原岩为玄武岩或安山质玄武岩,其富Fe2O3(1.83%～12.37%)、MgO(4.28%～7.29%)、贫SiO2(47.06%～56.13%),呈低碱性。轻稀土元素相对富集,MORB标准化的微量元素配分型式为大隆起型,Zr/Nb、Hf/Th值均类似于板内拉斑玄武岩的特征。因此,研究区孔兹岩系应形成于裂谷沉积背景。这与佳木斯地块麻山群孔兹岩系形成环境一致,表明东北地区各地块的变质基底均为孔兹岩系,其原岩均形成于裂谷沉积环境,并统一经历～500Ma泛非期变质事件,这为研究我国前寒武纪的大陆演化、再造我国东北地区的构造格局及其在Gondwana大陆重建中的位置都将具有重大的理论意义。     

湘西北和鄂西云台观组孢子组合及其地层意义

通过对孢子组合的研究,确定云台观组属中泥盆统(季维特阶)。该地层不仅产出有丰富并保存完好的孢子,而且还有一些疑原类、虫颚和几丁虫碎片。文中描述的孢子包括19个属、30个种和变种,其中新种2个、新联合种1个,即小刺凸刺弓形脊三缝孢、多刺冠环三缝孢以及大刺剑刺三缝孢(新联合)。与北半球同类组合对比表明:湘西北和鄂西云台观组孢子组合主要为季维特阶的属种,从整个组合特征看,可能属晚季维特阶。文中还讨论了云台观组的沉积环境和地层意义。     

与岩浆热场有关的“成矿组合”及其对找矿的启示

与岩浆热场有关的成矿组合是一个新概念,是指在一个或大或小的区域内,在岩浆活动集中的时间段范围内,在岩浆热场的统一作用下所形成和影响的所有矿床,不论成因和矿种,均属于一个成矿组合。与岩浆热场有关的成矿作用主要包括下列几类： 岩浆热液矿床、岩浆热场叠加的沉积矿床、岩浆热场叠加的变质矿床、岩浆热场叠加的能源矿床（藏）以及热泉型矿床等。与岩浆热场有关的成矿组合把金属与非金属成矿作用联系起来,把无机与有机成矿联系起来,把热液与沉积成矿联系起来,把热液与变质成矿联系起来,把金属与能源（燃料）成矿联系起来。这种成矿组合的分布有两种趋势： 一是纵向上的由不同温度构成的成矿组合,如钨锡—铅锌组合、锡—铜组合等; 二是横向上的由相同温度不同矿种构成的成矿组合,如钨锡—石墨组合、金—铜—煤组合、铅—锌—煤组合、油—气—煤—铀组合等。成矿组合强调综合找矿的思路,在找矿时,除了注意主要矿产的找矿外,还应当注意其他矿产和矿种的找矿。在找金属矿床时,注意非金属矿床、沉积叠加改造矿床、变质叠加改造矿床以及能源矿床找矿的可能性。在研究高温金属矿床时,注意与高温成矿相伴的其他矿种成矿的可能性,注意低温金属矿床成矿的可能性,注意与低温成矿作用相伴的其他矿种成矿的可能性。开阔找矿的思路,就不能拘泥于本行本专业,而是围绕岩浆热场,将找所有可能出现的矿为己任。     

侏罗系烃源岩发育有利环境及条件探讨——古地理古环境编图研究

烃源岩是油气勘探的物质基础,研究其形成环境对油气勘探与开发具有极其重要的意义。为了研究侏罗系烃源岩在全球范围内的分布特征及其发育的有利条件,首先依据古地磁方法以160Ma为时间节点,对全球古板块进行再造。在此基础上,辅以地理信息系统(ARCGIS)技术,并结合前人的区域地质的研究成果,在全球板块图上叠加了侏罗系岩相古地理和烃源岩分布等元素,编制了侏罗纪全球尺度的古地理、古岩相及烃源岩分布图件。同时,统计了全球含油气盆地的侏罗系烃源岩数据531个,其中具有明确干酪根类型的数据252个,且类型主要为Ⅱ型海相浮游生物,Ⅰ和Ⅲ型干酪根发育相对较少。从中得出:沉积环境、干酪根类型、气候、海平面、上升流及构造运动等因素综合控制了烃源岩的形成和保存,其中上升流对烃源岩的形成起着尤为重要的作用。侏罗纪时期泛大陆大规模裂解,新特提斯洋和中大西洋洋脊逐渐扩张,火山活动强烈。在此构造背景下,全球大范围为温带和热带,气候温暖湿润,且暖流区海水温度适宜,上升流将底层营养物质带到浅层,有利于海洋生物生存繁殖,为烃源岩形成提供了丰富的生烃母质;海平面上升以及大规模海泛事件则为烃源岩的保存提供了有利条件。因此,新特提斯域周缘和中大西洋两岸暖流区海水温度较适宜,是烃源岩的主要发育区;浅海台地相碳酸盐岩、被动大陆边缘和裂谷相泥页岩以及陆内深湖相泥页岩是其发育的优势沉积岩相,且绝大部分烃源岩分布于波斯湾、墨西哥湾、北海、中亚以及西西伯利亚等地区。     

克拉通演化的超大陆背景与克拉通盆地的成因机制

研究表明克拉通的形成与超大陆的汇聚和裂解有着重要关系。本文对近年来超大陆重建的研究进行了分析对比,对克拉通发展与超大陆事件的关系做出了总结。前人对超大陆的研究表明,其形成与地幔动力有直接联系,地幔柱重组的旋回导致了超大陆的旋回。Phillips and Bunge（2007）在前人三维球体地幔对流模型的基础上加入大陆进行了模拟实验,结果显示周期性的超大陆旋回只发生在理想模型中,而Senshu et al.（2009）对代表陆壳的英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗岩（TTG）地壳进行了研究,提出随着俯冲的TTG地壳产热速率的下降,超大陆旋回的周期随之变长;更有许多学者指出,历史上哥伦比亚超大陆存在时间明显较长,因此超大陆的旋回并不具有周期性。对近年来不同学者提出的哥伦比亚、 罗迪尼亚、 冈瓦纳、 潘基亚4个超大陆新的重建证据进行分析,大致确定出上述4个超大陆的形成时间、 格局及演化过程。此外,对华北、 东欧、 西伯利亚、 亚马孙、 刚果、 西非6个克拉通各自的演化进行分析,也显示出克拉通演化与超大陆汇聚及裂解在时间与空间上有对应关系。通过分析得出克拉通演化与超大陆旋回有关,且确定出克拉通演化的4个超大陆旋回。本文最后讨论了克拉通盆地的成因机制以及3种端元类型,并将盆地的发育与超大陆演化的巨旋回相联系。     

南沙群岛及其邻近海区第四纪气候演化的非线性特征

南沙群岛及其邻近海区近１８.５万年以来气候与环境非线性研究表明曾发生三次明显气候转变，形成四个映射区。其中氧同位素第５期与第４期转变较明显，其次是氧同位素第６期与第５期的转变，最后是第３与第２期之间的变化，这与全球第四纪古气候研究结果是一致的，得到了氧同位素和古生物资料的进一步印证。半深海－深海海底沉积物有机质演化阶段在海进海退过程中表现出垂直分带和非线性变化。上陆坡以氧化堆积带为主，有机质供给多、但消耗迅速且水动力相对强；中陆坡为利于有机质保存的还原带；下陆坡为有机质缩合阶段，陆坡下缘－远洋为有机质沉降氧化带与沉积埋藏阶段的植烷形成带。这几个带在古气候、古海平面非线性变化中是沿海底向上或向下迁移的，其变化是非线性的。     

西秦岭上三叠统海底扇沉积环境特征与模式

利用浊积岩相、相组合和组合序列分析方法,将西秦岭上三叠统浊积岩系划分为B、C、D、E、G等5个浊积岩相;水道、越岸沉积、舌状体-水道过渡带、舌状体、盆地平原等5个相组合;盆地平原→舌状体和盆地平原→舌状体→舌状体-水道过渡带→水道等2个组合序列。研究结果表明研究层段属海底扇沉积环境,并具有浊流搬运斜坡较陡,冲刷作用强烈;堆积地形平缓,为盆底扇;巳扇体规模较小,水道与舌状体相连等特征。基于上述分析,建立了海底扇的沉积模式。