Bulk-rock Major and Trace Element Compositions of Abyssal Peridotites: Implications for Mantle Melting, Melt Extraction and Post-melting Processes Beneath Mid-Ocean Ridges

This paper presents the first comprehensive major and traceelement data for 130 abyssal peridotite samples from the Pacificand Indian ocean ridge–transform systems. The data revealimportant features about the petrogenesis of these rocks, mantlemelting and melt extraction processes beneath ocean ridges,and elemental behaviours. Although abyssal peridotites are serpentinized,and have also experienced seafloor weathering, magmatic signaturesremain well preserved in the bulk-rock compositions. The betterinverse correlation of MgO with progressively heavier rare earthelements (REE) reflects varying amounts of melt depletion. Thismelt depletion may result from recent sub-ridge mantle melting,but could also be inherited from previous melt extraction eventsfrom the fertile mantle source. Light REE (LREE) in bulk-rocksamples are more enriched, not more depleted, than in the constituentclinopyroxenes (cpx) of the same sample suites. If the cpx LREErecord sub-ridge mantle melting processes, then the bulk-rockLREE must reflect post-melting refertilization. The significantcorrelations of LREE (e.g. La, Ce, Pr, Nd) with immobile highfield strength elements (HFSE, e.g. Nb and Zr) suggest thatenrichments of both LREE and HFSE resulted from a common magmaticprocess. The refertilization takes place in the ‘cold’thermal boundary layer (TBL) beneath ridges through which theascending melts migrate and interact with the advanced residues.The refertilization apparently did not affect the cpx relicsanalyzed for trace elements. This observation suggests grain-boundaryporous melt migration in the TBL. The ascending melts may notbe thermally ‘reactive’, and thus may have affectedonly cpx rims, which, together with precipitated olivine, entrappedmelt, and the rest of the rock, were subsequently serpentinized.Very large variations in bulk-rock Zr/Hf and Nb/Ta ratios areobserved, which are unexpected. The correlation between thetwo ratios is consistent with observations on basalts that D_Zr/D_Hf< 1 and D_Nb/D_Ta < 1. Given the identical charges (5⁺ forNb and Ta; 4⁺ for Zr and Hf) and essentially the same ionicradii (R_Nb/R_Ta = 1·000 and R_Zr/R_Hf = 1·006–1·026),yet a factor of 2 mass differences (M_Zr/M_Hf = 0·511 andM_Nb/M_Ta = 0·513), it is hypothesized that mass-dependentD values, or diffusion or mass-transfer rates may be importantin causing elemental fractionations during porous melt migrationin the TBL. It is also possible that some ‘exotic’phases with highly fractionated Zr/Hf and Nb/Ta ratios may existin these rocks, thus having ‘nugget’ effects onthe bulk-rock analyses. All these hypotheses need testing byconstraining the storage and distribution of all the incompatibletrace elements in mantle peridotite. As serpentine containsup to 13 wt % H₂O, and is stable up to 7 GPa before it is transformedto dense hydrous magnesium silicate phases that are stable atpressures of 5–50 GPa, it is possible that the serpentinizedperidotites may survive, at least partly, subduction-zone dehydration,and transport large amounts of H₂O (also Ba, Rb, Cs, K, U, Sr,Pb, etc. with elevated U/Pb ratios) into the deep mantle. Thelatter may contribute to the HIMU component in the source regionsof some oceanic basalts. KEY WORDS: abyssal peridotites; serpentinization; seafloor weathering; bulk-rock major and trace element compositions; mantle melting; melt extraction; melt–residue interaction; porous flows; Nb/Ta and Zr/Hf fractionations; HIMU mantle sources     

特低渗透砂岩储层水驱油CT成像技术研究

通过水驱油岩心的CT成像技术,动态、定量、可视化地研究了特低渗透砂岩储层水驱油岩心的微观孔隙结构、含水饱和度分布、吸水能力及微观孔隙结构对驱油效率的影响.研究表明,实验岩心的CT值分布在1819~1961之间,与标准的Berea砂岩相比高出15%左右,属于典型的特低渗透砂岩储层.储层微观孔隙结构是影响油水分布的主要因素.特低渗透砂岩储层开发要高度重视无水采收率.储层致密和微裂缝发育的不均一性是特低渗透砂岩油田驱油效率低的根本原因.     

中国北方晚中生代陆相盆地红-黑岩系耦合产出对砂岩型铀矿成矿环境的制约

为研究中国北方陆相盆地红层-黑色岩系对砂岩型铀成矿的制约,文章研究了国内外红-黑岩系与砂岩型铀矿赋存岩层的时空关系,筛选了10万余m岩心钻探资料,选择准噶尔、鄂尔多斯和松辽盆地这3个典型产铀盆地,通过编制盆地钻孔柱状图、典型地区连井剖面图及关键岩层的地球化学测试等方法,对红-黑岩系和砂岩型铀矿的赋存岩层进行了垂向、横向上综合分析与对比。研究发现:北方陆相盆地自西向东铀矿赋存地层的时代由中侏罗世过渡到晚白垩世;晚中生代至少存在6次大规模的富氧红层沉积事件:Ⅰ中侏罗世—晚侏罗世早期(BathonianOxfordian),Ⅱ早白垩世早中期(Berriasian-Barremian),Ⅲ早白垩世中期(Barremian),Ⅳ晚白垩世早期(Cenomanian),Ⅴ晚白垩世中期(Coniacian)和Ⅵ晚白垩世晚期(Campanian)。其中第Ⅰ、Ⅴ和Ⅵ期红层之下沉积了时代相近的黑色层,与之构成"红-黑岩系"的沉积结构,是北方砂岩型铀成矿的3个重要层位。典型盆地内地球化学表明,红层与黑色层的B、Sr和Cu元素含量及Fe~(2+)/Fe~(3+)、B/Ga、Sr/Cu和FeO/MnO比值具有明显的差异,结合黑色岩层中草莓状黄铁矿、碳屑、油斑和红层中碳酸盐岩的发育,认为红层为相对较强氧化环境,黑色层为相对较还原环境。连井剖面资料显示红层、黑色层与砂岩型铀矿空间关系密切,铀矿多产于红层与黑色层之间过渡带上,呈板状矿体赋存于灰色、绿灰色砂岩和细砂岩中。一般红层与黑色层垂向距离超过500 m不利于成矿。晚中生代陆相盆地内耦合产出的黑色岩系和红色岩系是古沉积环境由还原向氧化转变形成的垂向分带,前者为铀矿物质沉淀提供了"障",后者为表生流体溶解铀矿提供了"场"。文章初步提出了红-黑岩系垂向环境变化制约着北方陆相盆地砂岩型铀大规模成矿作用的新认识。这些认识不仅对砂岩型铀矿成矿环境、成矿规律及成矿模式研究具有重要意义,更对目前正在开展的砂岩型铀矿勘查工作具有实践指导意义。     

西藏冈底斯中段桑桑花岗质岩体锆石U-Pb年龄与Hf同位素组成及其对岩石成因和构造演化的制约

以西藏冈底斯中段西侧桑桑花岗质岩体为对象,进行了系统的年代学、元素地球化学和锆石Hf同位素组成研究,据此阐明了岩体成因,并探讨了其构造意义。锆石LA-ICP-MS U-Pb定年表明,桑桑花岗质岩体的成岩年龄为49~54 Ma。化学组成上,岩体具有亚碱、准铝、贫磷的特征(A/NKC1.10,P_2O_50.20%),属钙碱性I型花岗岩类。岩体富Cs、Rb、Ba、Th、U、K、Pb和轻稀土,贫Nb、Ta、P与Ti,表现出弧岩浆岩的地球化学特征。岩体的锆石εHf(t)值变化较大,散布于正值与负值之间(=-4.24~+5.49),指示其形成存在不同来源物质的贡献。综合分析表明,桑桑花岗质岩体起源于初生地壳的部分熔融,但在成岩过程中有古老地壳组分的参与。结合区域地质背景,笔者认为这一古老地壳组分最可能来自印亚碰撞过程中俯冲下插的印度地壳,由此说明印度-欧亚大陆碰撞的起始时间应早于54 Ma。     

山东半岛南部近岸海域碎屑矿物对中小河流的物源响应

对山东半岛南部近岸海域的106个表层沉积物样品及大沽河、五龙河和乳山河的94个表层沉积物样品进行碎屑矿物分析,系统地研究了碎屑矿物的分布特征及物源指示。研究区共鉴定出40种重矿物和13种轻矿物,重矿物以普通角闪石、绿帘石、黑云母和自生黄铁矿为主,轻矿物以石英、斜长石、钾长石和风化云母为主。根据碎屑矿物组合特征,将研究区分为4个矿物区:Ⅰ区为胶州湾口至崂山头的附近海域;Ⅱ1亚区为丁字湾和鳌山湾附近水深约15 m以浅的海域,Ⅱ2亚区为研究区东南部水深＞20 m的远岸区;Ⅲ区处于Ⅱ区和Ⅳ区的过渡带;Ⅳ区为乳山口西南部近岸海域。Ⅰ区和Ⅱ区的矿物组合均为普通角闪石-绿帘石-石英-长石,Ⅰ区和Ⅱ1亚区受大沽河、五龙河和乳山河输入的物质及沿岸基岩、岛屿风化碎屑的影响较大,Ⅱ2亚区主要为晚更新世低海平面时形成的陆架残留沉积。Ⅲ区矿物组合为普通角闪石-石英-长石-片状矿物,Ⅳ区矿物组合为云母类-自生黄铁矿-普通角闪石-石英,Ⅲ区、Ⅳ区物源多样,黄河物质对两区贡献显著。     

新疆克拉玛依油田一中区克拉玛依组辫状河储层砂体类型及分布特征

通过露头实测、岩心观察及测录井资料分析等结果表明,克拉玛依油田一中区克拉玛依组S7、S5和S4砂层组沉积时期以发育辫状河为特征,可进一步划分为近源砾质辫状河、远源砾质辫状河和砂质辫状河沉积3种类型。上述3种类型的辫状河沉积在沉积特征、河道空间叠置样式及组合关系等方面存在明显的差异。近源砾质辫状河河道岩性以砾岩为主,为中孔低渗储层。单河道沉积厚度2~4.5m,宽度500~800m,表现为河道-河道直接接触的连片组合方式;远源砾质辫状河河道岩性仍以砾岩为主,含少量砂岩,物性较近源砾质辫状河略好,为中孔低渗储层。单河道沉积厚度为1.5~4m,河道砂体宽度400~750m,表现为河道-溢岸-河道的连片组合方式;砂质辫状河河道岩性以砂岩为主,为中孔低渗储层,物性优于砾质辫状河。单层厚度为0.5~2.5m,宽度为300~700m,但河道沉积分布范围有限,河道之间多为带状或交织带状组合方式。根据上述对比分析认为砾质辫状河河道砂体虽然物性相对较差、非均质性较强,但砂体厚度大、分布广泛、连通性好,目前为全区主要油气开发的目的层;砂质辫状河河道砂体尽管物性较好,但由于厚度较薄,分布局限,仅在东部地区其累计厚度较大,当与其它成藏条件匹配时,可形成具有开发潜力的目的层。     

内蒙古塔木素地区砂岩型铀矿床热活动与铀矿化之间关系

巴音戈壁盆塔木素地区砂岩型铀矿目的层普遍固结,矿体多层但连续性差,分布不规律,后生改造特征明显。本文通过野外露头调查、岩芯观察和微观分析,发现该地区普遍发育穿层脉状石膏或方解石、热液金属硫化物矿物、矿物重结晶与新生胶结物等,出现硫酸盐-金属硫化物共生矿物和S同位素分馏,指示存在后生热流体活动。通过对矿体、矿石特征及铀矿物成因的分析,初步认为热改造对成矿控制主要发生在层间氧化作用后期,温度升高造成碳酸钙和硫酸钙沉淀、重结晶,破坏含矿溶液中碳酸铀酰络合物的平衡,造成U的沉淀,促使铀矿化进一步富集。     

塔里木陆块西北缘萨热克砂岩型铜矿床构造-流体演化对成矿的制约

塔里木陆块西北缘萨热克砂岩型铜矿床构造演化、流体演化与成矿之间具有密切关系,处于一个统一系统中。矿床成岩期方解石中包裹体水的δD值为-65.3‰~-99.2‰,改造成矿期石英包裹体水的δD值为-77.7‰~-96.3‰,成岩成矿期成矿流体δ~(18)OH_2O变化范围为-3.22‰~1.84‰,改造成矿期成矿流体δ~(18)OH_2O变化范围为-4.26‰~5.14‰,指示萨热克铜矿成岩期、改造期成矿流体主要为中生代大气降水及其经水岩作用而成的盆地卤水。矿石中辉铜矿δ~(34)S值为-24.7‰~-15.4‰,指示硫主要源自硫酸盐细菌与有机质还原,部分源于有机硫。构造与成矿流体演化对砂岩铜矿成矿起关键制约作用。盆地发展早期强烈的抬升运动使盆地周缘基底与古生界剥蚀,为富铜矿源层的形成提供了丰富物源,至晚侏罗世盆地发展晚期,长期演化积聚的巨量含矿流体在库孜贡苏组砾岩胶结物及裂隙中富集,在萨热克巴依盆地内形成具有经济意义的砂岩型铜矿床。     

内蒙古银额盆地哈日凹陷下白垩统碎屑锆石U-Pb测年及其物源意义*

前人认为银额盆地下白垩统物源主要来自凹陷周缘的造山带或凸起区,但对于下白垩统的物源具体属于何套地层、确切源区位置等问题,并未开展过相关研究。笔者以哈日凹陷为例,通过对该凹陷下白垩统8个沉积岩样品开展地球化学和碎屑锆石U-Pb年代学研究,以期解决以上问题。研究结果表明: (1)碎屑锆石按年龄可以分为三叠纪锆石、二叠纪锆石、石炭纪锆石和古老锆石4类,对应的年龄分别为$237.9\pm3.2\pm-238.3\pm8.4$ Ma, $255.0\pm9.7-285.9\pm4.3$ Ma, $307.0\pm23.0-330.0\pm3.0$ Ma and $434.0\pm4.0-2584.0\pm14.0$ Ma 。(2)微量元素和锆石年龄组成特征表明,下白垩统以二叠系和石炭系物源供给为主,包括二叠纪和石炭纪侵入岩和沉积岩。(3)锆石年龄分布指示哈日凹陷下白垩统物源具有多源区的特征,凹陷西北部的洪格尔吉山、南部的宗乃山和东部的切刀山对其均有物源贡献。(4)3个物源区对巴音戈壁组和苏红图组的物源贡献率具有一定的差异,如宗乃山地区对苏红图组有较大的物源贡献率,这种差异可能由沉积物迁移距离、源区地质体剥蚀速率、构造运动等原因所致。下白垩统物源特征的确定,对于恢复哈日凹陷早白垩世原型盆地、建立早白垩世沉积古地理模型等均具有重要的意义。     

河北武城凸起地热田地热地质特征

在“雄县模式”和环境压力的双重驱动下,河北地区已形成我国最大的地热供暖城市群。因此,研究武城凸起地热田地热地质特征,对河北省故城县地热开发具有重要的指导意义。本文通过测井、地震和区域地质资料,结合水化学特征、同位素测试结果的分析,系统分析了地热田的不同类型热储展布、储集层物性、地下热水补给来源和循环路径特征,并精细评价了地热资源量。结果表明武城凸起地热田热储类型主要为馆陶组砂岩热储和奥陶系岩溶热储。砂岩热储区域稳定分布,主要产水层为下馆陶组,底板埋深1 200~1 600 m,单井出水量79~123 m³/h, 井口水温52~54 ℃;岩溶热储有利区带主要分布在寒武—三叠系卷入的背斜核部,呈南北向带状展布,主要产水层为上马家沟组、下马家沟组和亮甲山组,顶板埋深2 100~2 900 m,单井出水量75~98 m³/h,井口水温82~85 ℃。地下热水来源为西部太行山脉和北部燕山山脉,热水沿着NE-SW向断裂破碎带和岩溶不整合面向上水平运移进入浅层热储,通过沧县隆起和邢衡隆起在武城凸起汇集,形成中低温地热田。地下热水质类型为Cl-Na型,最大循环深度为2 822.5~3 032.5 m,¹⁴C测年表明砂岩热储和岩溶热储年龄分别为21 ka和32 ka。明化镇组和石炭—二叠系分别为两套热储的直接盖层。武城凸起地热田地热资源量分层精细评价结果表明,热储地热资源量合计4.86×10¹⁰ GJ,折合标煤16.6×10⁸ t。年可开采地热资源量可满足供暖面积1.1×10⁸ m²,市场开发潜力巨大。