鄂尔多斯盆地东缘奥陶系马家沟组四段豹斑状云质灰岩特征及成因: 以关家崖剖面为例*

鄂尔多斯盆地东缘中奥陶统马家沟组发育豹斑状云质灰岩,因其分布广泛、成因复杂以及具有重要的油气储集意义而长期受到关注。文中以山西省兴县关家崖剖面马家沟组四段顶部为例,依据宏观、微观岩石学特征,结合碳氧稳定同位素、原位激光剥蚀的微量稀土元素等地球化学分析手段,分析了豹斑状云质灰岩的特征及其成因。研究表明,豹斑状云质灰岩的特征为: (1)常发育于(含颗粒)泥晶灰岩中,且向上白云石化程度增强,云质斑块内常伴有针状或板条状石膏假晶;(2)按产状可大致分为水平、斜交和不规则花斑3种类型,分别对应于向上变浅序列的下部、中部和上部,序列顶部多见近原地角砾化;(3)基质灰岩与云质斑块的δ¹³C、δ¹⁸O值较同期海水略显负偏,顶部不规则云质斑块负偏程度最大;(4)“豹斑”与基质灰岩均具有较低的Mn、Sr、Ba等含量和低Mn/Sr值;(5)“豹斑”的ΣREE含量较基质灰岩略低,且皆表现为轻稀土富集、重稀土亏损的稀土配分模式,δCe微弱负异常,δEu无异常。依据上述结果,推测关家崖剖面马四段豹斑状云质灰岩产状受到生物扰动和高频海平面驱动的早成岩期岩溶耦合控制,序列由下至上耦合改造由弱变强,形成下—中部以岩溶影响较小的水平和斜交虫迹为特征、上部叠合岩溶强改造形成不规则花斑的垂向序列组合;早成岩期的暴露岩溶不仅叠合改造生物潜穴,而且蒸发浓缩的有限重卤水沿叠合优势通道优先交代孔渗条件更好的区域,至埋藏时期白云石化作用进一步加强,从而形成了区内类型多样的豹斑状云质灰岩。研究结果还揭示出沉积期微地貌控制的早成岩期岩溶作用是马四段这类特殊的豹斑状云质灰岩或豹斑状云岩储集层形成的关键,且在很大程度上控制了这类储集层的分布,这一认识可为高频暴露驱动的早成岩期岩溶研究提供新的材料。     

显微组分大分子结构演化差异性及其动力学机制——研究进展与展望

显微组分物理化学性质是影响煤炭清洁高效利用和煤储层物性的重要因素,已经认识到决定显微组分性质的根本原因在于其大分子结构。为了揭示显微组分大分子结构演化特征及其控制因素,从显微组分大分子化学结构与物理结构、大分子结构演化的构造应力效应、煤变质全阶段大分子结构演化特征等方面,总结了国内外研究进展,分析了存在的不足。指出由于富镜质组煤的广泛分布和重要工业用途使之成为煤结构研究的主要对象,惰质组的研究则相对缺乏,阻碍了对煤特性的全面认识。提出“煤变质作用的热-应力条件决定显微组分结构演化、惰质组与镜质组大分子结构演化具有差异性”的研究思路,采用惰质组/镜质组高温高压模拟和热模拟实验并与自然序列变质-变形煤对比,研究显微组分结构演化特征及其控制因素。定量刻画显微组分大分子结构与温压条件的关系,揭示构造应力对显微组分化学结构和纳米孔隙结构的控制,确定煤变质全过程中惰质组大分子结构的演化路径,建立惰质组大分子动力学模型。上述研究成果将充实对煤微观结构演化及其控制因素的全面认识,为煤炭清洁高效利用和煤储层物性评价提供基础依据。      

上扬子地区不同类型岩石生氦潜力评价及泥页岩氦气开采条件理论计算

上扬子地区是我国页岩气重要开采区,也是氦气工业性开采的唯一地区,但对于其氦气生成潜力研究仍处于空白阶段.据此,对上扬子东南地区采集的144件岩石样品进行场发射扫描电镜及铀、钍强度测试,理论计算了页岩气中氦气达到我国工业开采标准(0.05％)需要满足的理论条件.岩石扫描电镜结果表明,富含铀、钍的副矿物(锆石、独居石、铀钍石及磷灰石等)主要赋存于造岩矿物石英和长石中.岩石铀、钍强度测试结果表明,三大类岩石中铀平均含量呈现:沉积岩(8.96×10-6)＞岩浆岩(4.83×10-6)＞变质岩(1.89×10-6);钍平均含量呈现:沉积岩(11.01×10-6)≈变质岩(10.4×10-6)＞岩浆岩(5.9×10-6).岩浆岩中铀、钍平均含量呈现:酸性岩＞中性岩＞基性岩＞超基性岩;沉积岩中铀平均含量呈现泥页岩(13.86×10-6)＞＞砂岩(2.54×10-6)＞碳酸盐岩(1.67×10-6);钍平均含量呈现泥页岩(12.50×10-6)≈砂岩(12.76×10-6)＞碳酸盐岩(5.96×10-6).不同沉积时代沉积岩中铀、钍平均含量也呈现上述分布规律.沉积岩中铀、钍含量主要与岩石的沉积环境与物源有关,与沉积时代无关.单位时间、单位质量岩石氦气生成量的大小为:泥页岩＞酸性岩＞中性岩＞砂岩＞变质岩＞碳酸盐岩＞基性岩＞超基性岩.以中国南方地区上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩为例,当该层位泥页岩中残余氦气含量为U,Th元素衰变释放出来氦气含量的80％以上时,适合进行"页岩气+氦气"的共同开采,提高页岩气的开采价值.     

浅论造山型金矿中碳质黑色页岩的来源及其在金成矿过程中的作用

碳质黑色页岩形成于各个不同地质历史时期的海洋缺氧水体中,通常可视作潜在的成矿物质来源,目前对于碳质黑色页岩的研究主要集中在传统能源矿产领域,其与金矿床相关成矿机制的关联尚缺乏系统性的深入研究.在总结近10年造山型金矿中碳质黑色页岩研究成果的基础上,归纳前人对碳质黑色页岩的来源、形成环境和过程、地球化学特征以及其与造山型金矿化的成矿物质来源、元素迁移—活化—沉淀机制关系的认识:①碳质黑色页岩主要形成于海洋静闭极度缺氧环境;②碳质黑色页岩比普通黑色页岩更富集金、银、钼、钒、镍和铬等稀有金属;③碳质黑色页岩能够通过地层的区域变质运动释放金元素进入深部变质成矿流体;④碳质黑色页岩通常相对其他岩层在构造活动中更易形成容矿构造并作为强力还原剂导致金的沉淀;⑤碳质黑色页岩能够作为显著的找矿标志指导找矿.然而,这些认识不仅与造山型金矿床的传统成因模式存在一定的差异,而且也将引起传统找矿勘查评价准则的改变.目前,我国对于造山型金矿床中碳质物的研究仍较为薄弱,亟待开展该领域的研究,为找矿勘察工作提供科学依据.     

南图尔盖盆地Aryskum坳陷钾盐的测井响应特征及其分布

钾盐作为战略资源,在农业、工业等领域具有重要的使用价值。世界大多数固态钾资源发现于大规模的石油勘探过程中,充分利用各种油气地质、地球物理资料开展钾盐勘探对于国家发展尤为重要。位于哈萨克斯坦的南图尔盖盆地地质构造简单、资源勘探潜力较大。文中以南图尔盖盆地Aryskum坳陷为研究区块,基于其沉积地质特点,结合多口井的常规测井资料及前人研究成果,综合分析自然伽马、自然电位、三孔隙度等测井曲线的响应特征,含钾层段具体表现为自然伽马异常高值,并通过无铀伽马曲线等排除铀、钍元素影响,扩径使得中子值偏高,自然电位异常幅度由砂岩层的负异常变化为正异常,电阻率值偏高,密度值介于2.25~2.45 g/cm³,声波时差在270~350 μs/m范围内。基于含钾层测井曲线特点,利用测井曲线综合识别法、重叠法、交会图法进行研究区钾盐识别。在研究区30余口井中发现有可溶性钾盐层分布,分布在M-Ⅱ-3、M-Ⅱ-2小层底部,其中M-Ⅱ-3层底部为主要钾盐层段,并对各井含钾层段累计厚度进行统计分析。最后,借助地层对比分析含钾层段在横向和纵向上的展布情况,通过等厚图的绘制开展了找钾有利区分析,拓展了测井资料在南图尔盖盆地钾盐勘查中的应用,进而为今后研究区钾盐找矿提供重点方向。     

川东北普光地区深层富钾卤水钾资源提取研究

四川盆地地下卤水资源丰富,尤其川东北地区地下卤水富含高品质钾资源。本项目以四川普光地区富钾卤水为研究对象,根据卤水组成,采用模拟计算并结合实验验证的方法,研究了高温蒸发时,氯化钠、氯化钾、光卤石、硼酸等矿物的析出阶段及特点。研究结果表明,当蒸失水率约80%时,体系中约85%的NaCl析出,同时KCl达到饱和,继续蒸发可获取钾石盐。控制总蒸失水率94%~95%时分离,体系中大于80%的钾可在这一阶段析出,且湿基中KCl品位可高达约45%;析出钾石盐后的卤水降至室温可获得NaCl、KCl、KCl·MgCl₂·6H₂O及H₃BO₃的混合物,硼的析出率可达到约80%。同时,研究表明,将蒸失水率约80%时分离石盐后的卤水直接降温可以获得湿基品位约高达70%的钾石盐矿,钾析出率约50%。综合对比分析,提出两条以钾资源开发为主的工艺路线:其一为“高温蒸发析氯化钠-高温蒸发析氯化钾-冷却析钾硼混盐”,通过加工获得KCl及H₃BO₃产品;其二为“高温蒸发析氯化钠-冷却析钾”,通过加工获得高端KCl产品。     

中国钾盐矿产基地成矿规律与深部探测技术示范

本项研究得到国家“十三五”重点研发计划支持,系“深地资源勘探开采专项”2017年启动的重点项目之一,由中国地质调查局中国地质科学院矿产资源研究所牵头,来自自然资源部、中国科学院、教育部、大型石油国企等10家骨干单位以及多家协作单位参加,联合开展协同创新研究,充分体现“产研学用”密切融合。本项研究聚焦“特提斯东段中生代(三叠纪、侏罗纪)海相成钾作用与后期改造、青藏高原北部柴达木盆地深层富钾卤水迁移-分异-汇聚成矿机制”的关键科学问题和“深部含钾盐系‘双复杂’高精度地震成像技术、深部钾盐矿层(富钾卤水层)测井识别与地震预测技术”的关键技术问题,以柴达木西部和川东北两个重点成钾区为资源基地落脚点,兼顾其他含钾盆地研究,建立三维地质模型和成矿模型,完善海、陆相成钾理论,形成3 000 m以浅钾盐勘探成套技术能力,综合评价深部钾盐资源潜力,实施异常验证钻探,新发现1个大型钾盐资源基地,值得综合评价的有利成钾远景区3~4处,实现深部钾盐找矿突破和增储示范。值得强调的是,只有立足国内,突破海相,在中西部大中型叠合盆地古代海相蒸发岩地层中找到大规模海相可溶性固体钾盐矿床,方能从根本上扭转中国钾盐资源严重短缺的被动局面。令人欣慰的是,通过近10年的艰苦努力,我国海相钾盐取得了一系列成矿理论新认识和钾盐找矿新发现:创新提出了滇西南“二层楼”成钾模式,指出侏罗纪海相找钾新方向;在川东北宣汉普光地区发现三叠系海相可溶性“新型杂卤石钾盐矿”,开拓了四川盆地海相找钾新领域和新方向;在新疆库车地区发现埋深超5 000 m的钾石盐矿层,取得了库车坳陷海相找钾的实质性进展;创新提出“W型复底锅”成钾模式,在陕北奥陶纪海相盐盆发现厚层钾石盐矿化段,取得古陆表海型钾盐找矿重要新进展。至此,中国海相钾盐找矿崭露了突破的曙光。如何在这些新发现的基础上,进一步加大投入、深入研究,取得海相可溶性钾盐找矿的实质性突破,落实建成若干大型以上海相钾盐资源基地,将是“十四五”及以后时期中国钾盐的主攻方向。     

思茅和呵叻盆地钾盐矿研究新进展和新认识

思茅盆地与呵叻盆地属于同一大地构造带。二者的含钾盐建造在区域分布、沉积特征、成盐层位、析盐矿物组合特征及物质来源等方面具有良好的可比性,是中国海相找钾实现突破的重要潜在区之一。尽管目前对两地钾盐矿的成矿认识取得了许多进展,但对于二者的关系和成矿模式及规律等还存在着较大争议。为了下一步更好地建立思茅盆地钾盐矿的成矿规律和实现深部找钾的突破,本文从构造背景、地层年代、古气候环境和物质来源等方面对最近一些重要进展和认识做了梳理,现已确定:(1)思茅陆块与印度支那陆块在中生代可能为统一的整体,思茅与呵叻盆地基本位于副热带高压带内,在晚三叠世、中—晚侏罗世和晚白垩世具有较好的成盐成钾构造和古气候条件;(2)思茅和呵叻盆地在含钾盐及其下伏地层沉积期间可能具有相似的潜在物源区,包括扬子、松潘—甘孜、可可西里、义敦、北羌塘和南羌塘陆块等;(3)思茅与呵叻盆地钾盐矿的成钾物质主要来自陆源水体,同时也有海水和深部热液补给;(4)思茅和呵叻盆地含钾盐地层的年代部分重叠,但不完全吻合;(5)勐野井钾盐矿与呵叻钾盐矿可能系非同期矿床。综合构造和气候等证据,推测思茅盆地在约85.0 Ma这一呵叻钾盐矿成矿的时段就可能具有了重要的成钾潜力。     

同层型气钾复合矿藏的形成机理浅析:以四川盆地磨溪背斜中三叠统雷口坡组富钾卤水矿为例

四川盆地中三叠统雷口坡组中发育多种类型的钾盐矿藏,是我国找钾的重点目标层系。磨溪气田雷口坡组地层卤水富含K、Li、Br、B元素,定性为中低矿化度KCl、LiCl、Br^-、B₂O₃等超标的优质化工原料水,显示出较好的钾盐勘探前景。地震资料解释结果表明,磨溪气田雷口坡组一段的第一亚段(雷一¹)顶面表现为一个完整的长轴背斜形态,断层不发育。富钾卤水发育在背斜的翼部,而天然气则占据了背斜的核部,二者共同贮存在雷一¹亚段溶蚀孔洞发育的滩相白云岩中,构成了典型的同层型气钾复合矿藏。借鉴含油气系统的概念,将富钾卤水的形成、聚集及后期保存等影响卤水型钾矿形成全过程的各种因素总结归纳为6大关键要素,即钾的物质来源,储层物性、封盖条件、圈闭条件、运移方式和保存条件。在乐山—龙女寺古隆起形成和演化的背景下,确定构造圈闭形成时间,分析优质储层发育有利因素以及后期保存条件,并按照各要素在时空上的搭配关系,动态地分析雷口坡组同层型气钾复合矿藏的形成过程。烃类物质和卤化物都是地下水所含的特殊物质,在地下水动力场的作用下,地层水在雷口坡组内部向着川中地区的继承性发育的古构造高点——磨溪背斜持续运移。被运移而来的由蒸发浓缩的古海水和石膏脱水形成的初始富钾地层水不断捕获下伏绿豆岩释放的钾离子,使得钾离子二次富集成藏。在地层水运移和气藏压力的共同作用下,形成气在上、富钾卤水在下的复合矿藏。长期继承性发育的古隆起不仅是油气聚集的有利部位,亦是二次运移、聚集的富钾卤水矿藏发育部位。本次研究成果为四川盆地及其他类似盆地的“气钾兼探”工作提供了一种新的方法和思路。     

钾镁煌斑岩:优质金刚石主要载体与幔源流体活动标志

钾镁煌斑岩是一类较为特殊的火山成因或浅成的超基性岩,是一种重要的深源岩石,是深源岩浆活动的标志性产物,可作为了解地幔信息的窗口,也作为继金伯利岩之后的另一种金刚石寄主岩被持续关注.全球最优质的金刚石产于钾镁煌斑岩中,主要分布于西澳阿盖尔等地.中国钾镁煌斑岩主要分布于黔湘一带、山西饮牛沟、山东大井头、湖北大洪山和西昆仑克里阳地区,综合分析认为,钾镁煌斑岩主要分布于深大断裂附近,中国钾镁煌斑岩受江南台隆西缘的都匀—贵阳—铜仁—怀化深断裂、常德—安仁深断裂以及郯庐断裂带等深大断裂带控制;贵州镇远马坪、湖南宁乡云影窝、山东平邑大井头等钾镁煌斑岩有原生金刚石产出,钾镁煌斑岩的金刚石成矿潜力仍然有待深入研究,尤以湘黔钾镁煌斑岩带、郯庐断裂带大井头等地可望突破.钾镁煌斑岩的标志性矿物有富钛贫铝金云母、钾碱镁闪石、镁橄榄石、镁铝榴石、铬尖晶石、铬铁矿等.其中S1、S2组贫铝富镁铬铁矿对钾镁煌斑岩中金刚石的形成有指示意义.中国钾镁煌斑岩活动具多期性,其中晚侏罗世—早白垩世(147—100 Ma)时期属于中国含金刚石钾镁煌斑岩和相关的金-稀土等金属矿产的重要成矿时期.