白云岩风化剖面的元素地球化学特征及其对上陆壳平均化学组成的意义--以黔北新蒲剖面为例

选择黔北岩溶山地垄岗之上的一个白云岩风化剖面 ,通过元素在剖面演化中的地球化学行为研究 ,建议白云岩就位风化作用可分为两个阶段 :白云岩淋溶残积过程和残积土的演化过程 ;以Al为参比元素 ,获得剖面微量元素中以Ni,Cr,Mo ,W ,Ti为最不活化元素 ;稀土元素在白云岩风化中的地球化学行为与它在别的岩类的化学风化过程中的行为相似 ,同时发现稀土元素之间存在着分异 ;发现了两个稀土元素及其微量元素的富集层 ,推断是由于剖面演化中的环境变化 ,导致风化前缘的下移 ,从而形成两个富集层叠置 .认为白云岩风化剖面中风化程度较强的上部样品的元素含量可代表白云岩形成时区域上陆壳组成的活化元素 ;而不活化元素可用风化程度较低的下部样品的元素含量表示 .同时认为化学沉积的碳酸盐岩中的“不溶物” ,与冰碛物 ,黄土等沉积物一样 ,可提供上陆壳的平均化学组成成分 .     

陕西洛川黄土化学风化程度的地球化学研究

通过对陕西洛川黄土-古土壤剖面中常量元素、微量元素和REE的分析,采用以Al为标准的变化率参数计算方法对黄土高原化学风化程度进行了初步研究.结果表明在风化成壤过程中,黄土中绝大多数元素都保持稳定,活动性元素仅有Ca,Sr,P,Mg和Na;化学风化处在去Ca,Na风化阶段;化学风化的主要方式是碳酸盐溶解.黄土弱化学风化特征是黄土高原第四纪以来长期受干冷型气候控制的反映.     

最近2.5 Ma以来黄土高原风尘化学组成的变化与亚洲内陆的化学风化

系统地分析了陕西洛川黄土-古土壤剖面中酸不溶相的主要元素,微量元素和Sr同位素组成,发现一些具有特征的地球化学参数(如化学风化指数CIA,Na/K,Rb/Sr和     

塔中地区奥陶纪碳酸盐岩热液岩溶及其对储层的影响

通过塔中地区与热液作用有关的奥陶系样品的显微观察、包裹体测温、微量元素、锶同位素和稀有气体同位素分析等综合研究,提出热液溶蚀的判识标志为岩石热褪色、热碎裂和典型热液矿物的发育,如萤石、重晶石、黄铁矿、石英、闪锌矿等,热液矿物的原生包裹体均一温度主体高达260～310℃之间,为热液流体的主体温度.热液流体的地球化学特征表现为贫Na,Mg等元素和富集Fe,Mn,Si等元素;3He/4He比值为0.02Ra,表现为典型的壳源流体特征.热液岩溶的发育模式为来源于深部壳源岩浆流体,可能来源于该区二叠纪岩浆活动,热液流体有效溶蚀组分为CO2和H2S等特征,沿断裂与不整合面等主要通道发生运移,并对其流经的碳酸盐岩围岩发生溶蚀作用.热液溶蚀作用的机理主要是两种或两种以上流体因离子强度和pH值等不同时混合而产生一种对碳酸盐岩不饱和的新的流体造成的.热液溶蚀是塔中地区奥陶系碳酸盐岩次生溶蚀孔隙发育的重要因素,同时热液矿物的形成对储层物性也有有利的影响.     

中国石灰岩化学风化碳汇时空演变特征分析

明确区域乃至全球碳酸盐岩化学风化碳汇的量级、空间格局及演变特征对解决陆地遗失碳汇难题、碳循环系统收支不平衡等问题具有极其重要的意义.为此,文章利用长时间高精度生态气象水文栅格数据以及中国和周边44个流域的监测数据,基于随机森林算法及碳酸盐岩最大潜在溶蚀模型,对中国碳酸盐岩中最主要的岩石类型即石灰岩在2000～2014年的化学风化碳汇进行估算,并对其空间格局、演变特征及趋势进行系统分析.结果显示:中国石灰岩区域Ca~(2+)及HCO_3离子活度系数高值主要分布于中国北方和西北区域,整体上呈现出由西北向东南逐渐减少的态势;中国2000～2014年石灰岩年均风化碳汇通量为4.28t C km~(-2)a~(-1),各区域差别较大,高值主要分布在中国东南岩溶区域,并且呈现出由西北向东南逐级递增的状态;在纬度上,中国南方28.14°N以南是通量波动最大的区域,整体上通量随着纬度的降低而呈现出增加的趋势;在气候带上,亚热带与热带区域是通量最大的区域,对于寒带、中温带、暖温带以及温带区域,荒漠气候带是这些气候类型中通量最小的区域,而草原气候带及阔叶林气候带是通量最大的区域;基于像元的趋势分析显示,中国石灰岩风化碳汇处于轻微增加的状态,其通量增长速率约为0.036t C km~(-2)a~(-1);全国石灰岩风化碳汇总量为7.07Tg C a~(-1),在研究期间处于波动的状态,在2002、2008及2010年为总量最大的三个年份,在2011年为最低,同样处于轻微增加的趋势,其增长速率约为0.06Tg C a~(-1);西藏自治区是中国石灰岩风化碳汇最大的行政区,总量达到了1.20Tg C a~(-1),南方岩溶区为中国石灰岩风化碳汇最大的岩溶分区,总量为4.95Tg C a~(-1),其碳汇占到中国石灰岩风化碳汇总量的70.01%;基于不同类型碳酸盐岩的风化碳循环差异及其关系估算得到中国碳酸盐岩的风化碳汇总量可达11.37Tg C a~(-1),其通量约为5.02t C km~(-2)a~(-1),碳酸盐岩风化碳汇总量相当于中国生物量碳汇的16.20%,这说明碳酸盐岩风化碳汇是中国碳汇系统的重要组成部分.此外,排除径流深为负值区域的干扰,中国碳酸盐岩风化碳汇通量可达6.54t C km~(-2)a~(-1).文章的研究模式对未来进一步改进全球尺度碳酸盐岩风化碳汇的精确估算具有重要的参考价值.     

北京下古生界碳酸盐岩地层中微量元素迁移富集规律

北京下古生界碳酸盐岩地层微量元素分析表明, 从碳酸盐岩原岩到其风化岩、从碳酸盐岩原岩到覆盖在其上的共生土壤, 微量元素As, Hg, F表现出富集趋势, 而S分布的规律性则不明显. 显微镜下鉴定并结合相关性研究发现, 在不同风化阶段, Fe₂O₃都是As的主要吸附剂. 土壤中Fe₂O₃对Hg的富集起重要作用; 风化样品和原岩中, Hg富集与Fe₂O₃无关, 原岩中Hg的赋存主要与碳酸盐岩吸附作用有关, 碳酸盐岩表面与Hg间可能存在简单物理吸附, 共沉淀和假同晶形式. 土壤中Fe₂O₃、硫化物对F富集起一定作用, 但不具主导性; 原岩中F的富集与硫化物、黏土矿物等有密切关系. 研究的风化样品与原岩具有更近的亲缘关系, 因此, 其中As, Hg, F的赋存方式应与原岩中更为接近. 在原岩中FeS₂, FeS应是S赋存的主要形式, 硫化物在碳酸盐岩原岩中对部分重金属元素具有富集作用, 在土壤和风化样品中这种富集作用则减弱.     

塔吉克斯坦黄土的化学风化历史及古气候意义

对塔吉克斯坦南部Chashmanigar黄土剖面进行了主量元素和部分微量元素的含量测定, 并计算了各层古土壤相对于下伏黄土层的元素淋失状况和样品的风化强度. 根据一些对气候变化较为敏感的元素比值曲线, 我们发现Chashmanigar剖面中的各古土壤层均接受了程度不同的化学风化作用, 且风化强度高于黄土层, 从而表明塔吉克南部同中国黄土一样, 古土壤发育于相对温湿的间冰期. 此外, 塔吉克南部黄土0.9 Ma以前的总体风化强度高于0.9 Ma以后, 这可能意味着0.9 Ma以后的干旱化程度的进一步加强.     

鹤庆—剑川地区岩溶发育特征及其控制因素

滇中鹤庆—剑川地区碳酸盐岩岩溶极为发育,其空间展布广,以连续纯碳酸盐岩型岩溶层组类型为主,岩溶形态多样,包括溶蚀平原、溶丘谷地、溶丘洼地等类型.滇中鹤庆—剑川岩溶系统具有沿断裂走向展布的显著特点,同时沿断层、褶皱轴部和构造裂隙岩溶发育程度明显较大.结合区域地质构造背景,研究认为鹤庆—剑川地区岩溶系统的发育主要受控于物质基础(可溶性岩石)和区域构造活动的影响.连续纯碳酸盐岩型岩溶层组为区域性的岩溶作用提供了良好的物质基础.构造活动对岩溶系统的影响,一方面包括构造活动产生的一系列断层及褶皱,包括同期的构造裂缝,增强了流体的运移流通能力和流体—岩石接触的比表面积,另一方面,新生代以来的构造运动使得青藏高原发生持续的构造隆升,这改变了区域内的地理气候环境,尤其是降水量和植被的发育,也是岩溶系统发育的重要的因素之一.     

碳酸盐岩岩溶型储层综合预测

塔里木盆地碳酸盐岩岩溶型储层广泛分布于塔北、塔中、巴楚等地区，是塔里木盆地碳酸盐岩勘探的重点，也是塔里木油田增储上产的主要层系之一。由于埋藏深度大、反射信号较弱、信噪比较低，更由于岩溶型储层非均质性严重，使得储层预测的难度增大。通过多年的攻关研究，从碳酸盐岩风化壳储层的地球物理响应特征出发，逐步探索并建立了技术、岩溶型储层测井评价技术、岩溶型储层地震描述技术、应变量分析技术为手段的溶型储层综合评价技术。在塔北、以地质概念模型为基础，以基于层序格架的潜山古地貌恢复塔中等地区应用中取得了良好的地质效果，相继获得了工业油气流。本文介绍了该技术在塔北轮古西地区的具体实施和应用效果。     

土壤-微生物-植物系统中矿物风化与元素循环

土壤是地球关键带的重要组成部分,土壤-植物系统是连接岩石圈、生物圈、大气圈和水圈的纽带.土壤作为地球上生物多样性最丰富的生境之一,在地球表层生物地球化学过程中担负重要的作用.本文主要从地球生物学的角度来探讨土壤生物在地球表层(风化壳)岩石矿物风化、物质转化与运输中的作用及其相关机制,包括土壤微生物对岩石矿物的风化,以及土壤-根系的相互作用和土壤-微生物-根系相互作用对岩石矿物风化的影响.     

二维微动剖面探测"孤石":以深圳地铁7号线为例

"孤石"是花岗岩不均匀风化所残留的风化核,在我国南方沿海地区普遍发育."孤石"埋藏分布随机,形状大小各异,给地铁盾构施工带来重大安全隐患,探测"孤石"一直是地铁工程勘察面临的难题.我们首次尝试利用二维微动剖面技术探测"孤石",在深圳地铁7号线车公庙-上沙段区间实测二条剖面,结合少量钻孔资料进行岩性层划分和"孤石"解释.实测结果显示,在二维微动视S波速度剖面上,素填土、粉质粘土、砾质粘性土等岩土层、全风化、强-中风化、微风化和未风化的花岗岩层,视S波速度值各不相同,剖面特征也存在较大差异,利用少量钻孔结果标定,易于划分;在强-中风化花岗岩层中,视S波速度(岩性)横向变化剧烈,局部发育"团块状"高速体,本文将其解释为未风化的花岗岩"孤石".本文结果表明,二维微动剖面技术探测"孤石"是有效的微动视S波速度剖面除能直观显示岩性的纵、横向变化,提供工程基岩面的埋深及起伏形态信息外,还可给出岩土层风化程度的判断信息,为高层建筑的桩基设计提供地球物理依据.作为一种全新的"孤石"探测手段,二维微动剖面技术尤其适用于交通繁忙、建筑物密集的、各种场源干扰严重的闹市区.     

热力学和动力学双重控制下的大气降水溶蚀-充填机制

受构造抬升运动的影响,塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩多次暴露至地表遭受大气降水溶蚀改造,形成丰富的岩溶孔洞型油气储集空间．但钻井表明许多大型岩溶洞穴、小的孔洞、裂缝等遭受方解石的充填,造成储集性能变差．塔北地区奥陶系岩溶孔洞中所充填的方解石具有非常轻的氧同位素组成和高的^87Sr／^86Sr比值,其δ^18OPDB位于-21．2‰--13．3‰,平均值为-16．3‰,^87Sr／^86Sr比值位于0．709561—0．710070,平均值为0．709843．同位素组成表明岩溶孔洞中所充填的方解石与大气降水有关．理论分析表明,大气降水对碳酸盐岩的溶蚀和充填作用受热力学和动力学双重机制控制．碳酸盐岩溶解的热力学因素决定大气降水在从地表向地下流动过程中对碳酸盐岩具有从溶解到饱和再到沉淀充填的作用特征,即地表之下大气降水对碳酸盐岩溶蚀作用发育的深度具有一定限度,而不能无限制的向深处发展;碳酸盐岩溶解的动力学因素控制着岩溶作用发育的强度、深度和广度,即岩溶作用还受地形地貌、气候、断裂／裂缝发育程度等多种因素制约．在热力学和动力学因素共同控制下,大气降水对塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩的岩溶作用仅在不整合面之下一定深度（多数200m）范围内发生,再往深处则会沉淀碳酸盐岩矿物,从而造成对已有空间的充填作用．     

塔里木盆地断裂活动对奥陶系碳酸盐岩储层的影响

塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩储层的质量与次生孔-缝-洞的发育程度有密切的关系.岩溶作用是改善碳酸盐岩储集性能的重要途径,尤其是与不整合面有关的岩溶作用更是受到广泛关注.相对众多关于不整合风化壳岩溶改造作用的研究,探讨了一种新的碳酸盐岩储层改造方式,在大量野外调查、岩心及其薄片观察的基础上,探讨了地下断层活动对奥陶系碳酸盐岩储层的改造作用.将断裂活动对碳酸盐岩储层改造的作用方式分为3类:(ⅰ)断裂活动导致次一级断裂及裂缝发育进而改善碳酸盐岩储集性能,可称之为轮南式或塔中82式;(ⅱ)断裂活动导致深部热流体上涌,其中的某些成份与碳酸盐岩发生交代作用形成诸如萤石的次生矿床进而改善碳酸盐岩储集性能,可称之为塔中45式;(ⅲ)延伸至地表附近的断裂活动导致表生岩溶作用深度加大,岩溶储层厚度增大,可称之为和田河式.塔里木盆地断层对碳酸盐岩储层的改造作用十分明显,且主要分布在隆起的边缘或斜坡或隆起的倾没部位.     

喀斯特地区梯级水库建造对水化学分布的影响

为深入了解河流梯级筑坝对喀斯特地区河流水化学分布的影响,于2017年1、4、7和10月别对乌江干流洪家渡水库(多年调节)、乌江渡水库(季调节)和索风营水库(日调节) 3个具有不同滞留时间的水库进行水样采集,分析入库水、坝前剖面水和下泄水的水化学特征,探讨河流梯级筑坝对水化学分布及风化速率估算的影响.研究结果表明:3个水库深层水比表层水HCO3-浓度分别高12.9%、5.5%和8.0%,Ca~(2+)浓度分别高15.9%、2.4%和8.5%.河流梯级筑坝一定程度上改变了水体水化学组成,从而影响碳酸盐岩风化速率估算.整体上,洪家渡水库、索风营水库和乌江渡水库的全年风化速率变化范围分别为:-1.7%～15.4%、-5.6%～1.1%和-0.3%～3.4%.河流筑坝作用对风化速率估算及主量离子浓度的影响:HCO_3~-与Ca~(2+)浓度分布均为:洪家水库乌江渡水库索风营水库,这与水体滞留时间长短规律一致,表明水体滞留时间影响着水化学的组成分布.同时水体离子浓度表现出明显的季节性差异,丰水期各水库变化率明显大于枯水期.上述结论表明喀斯特地区河流连续筑坝后水化学组成及分布特征发生了一定程度改变,影响流域化学风化速率的估算,且影响程度随水体滞留时间延长而增大,并受气温影响.因此,今后在估算流域风化速率及探究水化学空间变化时应对筑坝作用加以考虑,以便更加准确地评估喀斯特流域岩石风化在全球碳循环中的作用.     

二次创业与南方海相碳酸盐岩油气勘探的发现与展望

本文概述了中国南方碳酸盐岩地区的油气勘探经历和认识过程.在刘光鼎院士提出的"油气资源二次创业"理论方法指导下，我国在海相碳酸盐岩地区开展的地球物理勘探工作取得了重要成果.海相碳酸盐岩地区具有更复杂的地质构造和演化过程，该类地区寻找油气是世界性难题，传统勘探手段已不适用.本文给出了该类地区进行地球物理勘探的新思路、新方法、新技术，并以举世瞻目的普光大气田的发现说明了新方法的合理性和优势.文章最后给出在南方海相碳酸盐岩地区进行油气地球物理勘探的发展远景.     

风化过程中铼和硒的活动性及其对化石有机碳风化的指示

化石有机碳风化是地质时间尺度上重要的碳源,对全球碳循环和气候变化具有重要影响,但如何量化一直是个挑战.河水铼(Re)含量的变化被认为具有示踪流域化石有机碳风化强度的潜力,然而Re的来源及其与化石有机碳风化之间的关系还知之甚少.为了更好地认识这一指标的有效性,本文选择重庆市城口县下寒武统水井沱组页岩风化剖面为研究对象,通过元素含量、逐级提取实验等分析,探讨页岩风化序列中Re和硒(Se)的活动性及其与化石有机碳风化的关系.结果表明,化学蚀变指数(CIA)从基岩到风化层逐步升高,指示增强的风化强度.根据逐级提取实验和质量迁移系数(τ)的变化发现,页岩中的Re和Se主要赋存于有机质相,风化过程中与化石有机碳同步流失,而与页岩中的硫化物矿物氧化无明显相关;风化过程中Re和Se不同的地球化学行为导致其与化石有机碳非等量流失.本研究支持Re作为示踪化石有机碳风化的指标,而Se是示踪化石有机碳风化的潜在指标.未来需要不同类型沉积岩剖面与流域相结合的研究,明确河水Re和Se的来源及其与流域化石有机碳风化之间的关系.     

深水页岩黄铁矿特征、形成及意义

作为地球化学硫循环重要的金属载体,深水页岩黄铁矿的形态及地球化学特征记录了沉积环境的变迁.本文将深水页岩黄铁矿分为三大类(自形黄铁矿、草莓状黄铁矿和交代型黄铁矿)和六个亚类.一方面,在微观尺度上,不同类型的黄铁矿指示不同的形成过程及环境:在成矿物质分布均匀的环境中,草莓状黄铁矿通过爆发式成核形成;而自形黄铁矿通常在非均质系统中依附预先存在的“支点”形成;交代型黄铁矿则源于成矿物质对环境中先存矿物的交代.另一方面,深水页岩黄铁矿的同位素特征为追踪其成矿物质的来源、反演地球硫和铁汇的变动提供了依据.深水页岩黄铁矿微量元素含量可以作为沉积水体(以古海洋为主)微量元素丰度的指标,反演大气含氧量的变化.此外,在烃类生成、储集及对页岩储层的预测方面黄铁矿也发挥着重要的作用.     

花岗岩化学风化过程中的Sr同位素演化——矿物相对风化速率的影响

对江西南部黑云母花岗岩和花岗斑岩风化剖面中Sr同位素体系的研究结果显示,花岗岩化学风化过程中,Rb,Sr之间发生明显分异,风化早期释放出的Sr/Si,Sr/Ca比值大于母岩值,Sr的淋失速率大于Si,Ca,K,Rb等营养离子.主要含Sr(和Rb)矿物相对风化速率的动态变化,导致花岗岩风化壳及其释放出Sr的87Sr/86Sr比值随时间波动变化黑云母、斜长石和钾长石的先后风化,导致风化残余物的87Sr/86Sr比值历经下降-升高-下降的波动变化,最终趋于稳定.这进一步说明,当用锶同位素示踪流域和全球范围的生物地球化学过程时,必须慎重考虑Sr从溶解固相中的优先释放以及含Sr矿物相对风化速率的变化导致的87Sr/86Sr比值的波动.     

中国典型叠合盆地与油气成藏研究新进展——以塔里木盆地为例

我国的含油气沉积盆地以经历过多次构造与沉积叠加为特征, 可用“叠合盆地”去统称那些由两种或两种以上类型的原型盆地叠加或复合在一起的盆地. 这些盆地的特性可概括为“多期成盆、多期改造、多套烃源岩、多次生排烃、多期运聚散”. 针对叠合盆地的特性, 应用波动分析方法进行“成盆-成烃-成藏”过程分析, 建立油气成藏体系理论将有助于提高此类盆地的油气勘探效率. 以塔里木盆地为例, 重点介绍当前在成盆、成烃及成藏研究过程中的重大进展. 成盆研究进展有: (ⅰ) 地球物理综合剖面揭示了塔里木板块向天山造山带的“层间插入消减”以及具有东西分段特征; (ⅱ) 沉积-地球化学综合剖面研究成果揭示了库车坳陷中新生代的演化阶段及盆地性质; (ⅲ) 野外调查及应力恢复结果显示, 第四纪以来库车坳陷处于天山挤压隆升后的浅层重力伸展阶段. 成烃研究进展有: (ⅰ) 建立了海相碳酸盐岩优质烃源岩发育的环境指标; (ⅱ) 确立了有效碳酸盐岩烃源岩的有机质丰度下限. 成藏研究进展有: (ⅰ) 建立起适应不同条件下流体包裹体古压力与古温度确定方法; (ⅱ) 通过油源对比分析, 指出轮南、塔河地区的原油可能源于中上奥陶统源岩; (ⅲ) 对轮南地区不同时代储层石油包裹体进行分期并探讨其形成时间.     

中国碳酸盐岩地区岩溶无机碳汇格局及影响因素

碳酸盐岩化学风化碳汇降低了大气CO₂浓度上升和全球变暖的速率,然而,其碳汇通量(CCSF)的估算结果仍存在不确定性,并且气候变化和生态修复对CCSF的贡献率尚不清晰.为此,本文汇编了中国不同流域离子浓度站点数据,并采用经典热力学溶蚀模型,重新评估了中国1991～2020年CCSF的潜力和时空格局,并定量分析了温度(MAT)、降水(MAP)、蒸散发(ET)、土壤水(SM)和归一化植被指数(NDVI)等因子对CCSF的贡献率.结果发现:(1)中国CCSF为22.76t CO₂km^-2a^-1,高于全球平均水平(15.77t CO₂km^-2a^-1);总量(CCS)为4772.67×10⁴t CO₂,以252.98×10⁴km^-2的碳酸盐岩面积贡献了全球14.91%的CCS.(2)中国CCSF由东南向西北逐渐减少,其中南方岩溶区、青藏岩溶区和北方岩溶区CCS...