四川盆地东北部三叠纪飞仙关组天然气中CO_2的成因

四川盆地东北部三叠系飞仙关组天然气具有较高的H2S和CO2含量,这是川东北发育热化学硫酸盐还原作用(TSR)的重要依据之一.然而天然气中的CO2显著少于TSR所应有的数量,与H2S相比,CO2显著亏损;同时天然气中CO2在碳同位素组成上并不具有与TSR有关的有机碳的特征,这是一个长期困惑人们的地质现象.根据川东北飞仙关组天然气中CO2的含量及同位素组成,定量计算了TSR来源的有机碳和海相碳酸盐来源的无机碳对天然气中CO2的贡献值,以及这两种来源碳对深埋藏过程从高温流体中沉淀的方解石中碳的贡献值,表明与TSR有关的有机碳源对天然气CO2的贡献值只有约2%,而有机碳源对从高温热流体中沉淀的自生方解石的贡献值高达43%,说明川东北飞仙关组与TSR有关的有机来源的CO2主要进入了自生方解石中,目前天然气中的CO2主要来源于海相碳酸盐的溶解.与之有关的解释是,在TSR发生的相对高温和高PCO2分压的环境中,方解石以沉淀为主,而在TSR发生过后的盆地快速抬升过程中,由于温度大幅度降低,流体对碳酸盐欠饱和而导致溶解作用发生和次生孔隙形成,这是倒退溶解模式的结果.因此,燕山期的构造抬升是川东北飞仙关组碳酸盐在埋藏过程中发生溶...     

台湾利吉蛇纹岩角砾碎屑岩地球化学特征及其指示意义

马里亚纳海沟弧前广泛发育来源于深部地幔楔、由泥火山作用形成的碎屑蛇纹岩,并且在泥火山顶部海底有非生物成因甲烷渗漏和无光合作用的自养生物群,是地球科学界的研究热点。在弧陆碰撞形成的台湾利吉混杂岩带发育有蛇纹岩角砾碎屑岩,一直有构造成因、沉积成因与构造沉积复合成因的争议。本次研究对台湾利吉蛇纹岩角砾碎屑岩的岩石学和地球化学进行了研究,蛇纹岩角砾碎屑岩呈层状或巨砾发育于台东利吉村附近的混杂岩泥质基质中,蛇纹岩角砾碎屑岩的角砾和粉砂质-泥质基质均由蛇纹岩组成,角砾呈次棱角状至次圆状,显示沉积成因特征。蛇纹岩角砾碎屑岩的Al₂O₃-MgO-CaO位于与蛇绿岩套有关的变质橄榄岩范围内,且偏低的Al₂O₃和CaO含量表明,其来源于活动大陆边缘俯冲带上盘的弧前环境。此外,蛇纹岩角砾富集As、Sb和Pb元素,暗示具有俯冲带上驮板块地幔楔蛇纹岩的特征,并富集来自俯冲板片的中低温流体。因此,利吉蛇纹岩角砾碎屑岩很可能来自俯冲带上盘地幔楔,由北吕宋火山岛弧弧前基底形成的蛇纹岩通过泥火山作用喷出海底,最后经弧陆碰撞进入台湾利...     

台湾利吉混杂岩中蛇纹岩伴生碳酸盐岩地球化学特征及其成因分析

随着全球气候变暖,生命元素C在地球各个系统的循环受到了越来越多的关注,俯冲带是地表C和深源C循环的重要场所,发育于俯冲带的蛇纹岩伴生碳酸盐岩和渗漏流体对生命的起源及全球C循环研究具有重要意义。台湾东部(简称台东)海岸山脉新生代利吉混杂岩中发育具有沉积特征的蛇纹岩碎屑角砾岩及具有较轻C同位素组成的伴生碳酸盐岩,其成因可能与马里亚纳弧前海底蛇纹岩泥火山和自生碳酸盐岩相似。本研究对台东3个蛇纹岩出露点发育的碳酸盐岩脉进行岩石学、矿物学及地球化学分析,探讨蛇纹岩伴生碳酸盐岩脉的成因。台东利吉蛇纹岩角砾碎屑岩伴生的碳酸盐岩,发育泥微晶团粒、凝块以及放射纤维状方解石和草莓状黄铁矿,总有机碳含量较高(0.11%～0.25%),可能与微生物介导的CH₄厌氧氧化作用有关。利吉桥头剖面蛇纹岩巨砾中的方解石脉δ¹³C为-17.8‰～0.7‰,十三领碳酸盐岩δ¹³C为-12.8‰～-10.7‰,指示碳源很可能包括无机成因CH₄的氧化与海水源碳的混合。虎头山蛇纹岩角砾中方解石脉δ¹³C为-3.4‰～2....     

埋藏历史对碳酸盐溶解-沉淀的影响——以四川盆地东北部三叠系飞仙关组和塔里木盆地北部奥陶系为例

埋藏成岩过程中碳酸盐的溶解与沉淀强烈控制着深埋藏地层中碳酸盐岩储层质量,与之有关的地质过程是人们多年来不懈研究的热点领域。热流体沿断裂向上运移所造成的碳酸盐溶解成为近年人们普遍认可的模式,但这不能圆满解释大量存在的不与断裂伴生的深埋藏碳酸盐的溶解机制。基于四川盆地东北部和塔里木盆地北部深埋藏碳酸盐溶解与沉淀机制的研究,认为埋藏过程中盆地的沉降与抬升是碳酸盐溶解与沉淀以及次生孔隙发育的另一重要机制,在改变流体对碳酸盐饱和状况方面具有和热流体沿断裂向上运移相同的重要性。研究表明:与川东北飞仙关组类似的埋藏历史更有利于深埋藏成岩过程中碳酸盐的溶解,主要特点是当前埋藏深度不是最大埋藏深度,在最大埋藏深度附近发生热化学硫酸盐还原作用,其后盆地持续抬升造成温度降低和碳酸盐溶解,与之有关的次生孔隙形成所造成的岩石力学性质的变化与上覆载荷减小可以得到平衡,次生孔隙得以保存,岩石储层质量改善;塔里木盆地北部的奥陶系埋藏历史不利于深埋藏成岩过程碳酸盐的溶解,主要特点是当前埋藏深度是最大埋藏深度,古喀斯特发生之后盆地持续沉降造成温度升高和碳酸盐沉淀,并与上覆载荷的增加同步发生,结果是孔隙的封堵、岩石的致密化和储层质量的变差。     

阴极发光分析在恢复砂岩碎屑长石含量中的应用——鄂尔多斯盆地上古生界和川西凹陷三叠系须家河组的研究

鄂尔多斯盆地山西组、太原组和四川盆地须家河组的砂岩都是中国重要的天然气储集层,其特征是具有极低的长石含量和广泛的方解石胶结作用。对这些地层的样品进行了阴极发光分析并很好地揭示了方解石胶结作用发生前的砂岩组构。研究表明：在这些含煤地层的砂岩中,至少有10%~20%的长石在埋藏成岩过程中被煤系地层的酸性流体所溶解,因而砂岩的高成分成熟度和较大的“粒间孔隙体积”都不是原生的。另外,残余长石的阴极发光性还表明：埋藏成岩过程中被溶解的长石主要是钾长石,说明在风化、搬运和埋藏成岩作用的早期阶段,钾长石是相对稳定的,更多的斜长石是在埋藏前或埋藏成岩作用的早期阶段被溶解的,因而钾长石应是碎屑岩埋藏成岩过程中对次生孔隙贡献最大的长石类型。     

长石溶解过程的热力学计算及其在碎屑岩储层研究中的意义

基于对反应过程吉布斯自由能增量的计算,探讨了长石的3种端元组成（钾长石、钠长石和钙长石）溶解生成高岭石、伊利石的热力学性质。结果表明：钾长石、钠长石和钙长石在成岩过程中均可以自发地向高岭石、伊利石转化。在长石的这3种类型中,钙长石溶解反应的吉布斯自由能增量最低,并明显具有正的温度效应,说明钙长石最不稳定且在低温条件下更易溶解;钾长石溶解反应的吉布斯自由能增量最高,并具有较大的负的温度效应,说明钾长石稳定性较高且在埋藏成岩条件下更易溶解;钠长石溶解反应的吉布斯自由能增量中等,受温度影响不大,但温度升高时其稳定性仍有所下降。与温度相比,压力对反应的吉布斯自由能增量几乎没有影响。因此,砂岩中的次生孔隙,尤其是埋藏成岩过程中形成的次生孔隙应与钾长石的关系最为密切,其次是钠长石,但其可能受到蒙皂石向伊利石转化反应的缓冲,在埋藏成岩条件下溶解较为困难,并可能造成斜长石的钠长石化或自生钠长石的沉淀。     

马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山角砾蛇纹岩流体流动性元素富集特征及影响因素

马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山被认为是认识俯冲作用的直接窗口,其发育的角砾状蛇纹岩富含的流体流动性元素（FMEs）记录了引起蛇纹石化作用的流体和俯冲带的流体-岩石相互作用及元素循环等信息。本文整理了马里亚纳弧前物源深度逐渐增加的5座蛇纹岩泥火山（Yinazao、Fantangisña、Asùt Tesoru、South Chamorro和Conical）发育角砾蛇纹岩的FMEs数据,通过不同泥火山、同一泥火山不同深度样品及同一块状样微区子样品间的FMEs特征对比,分析了蛇纹岩泥火山引起的蛇纹石化作用的流体性质、来源和形成机制。5座蛇纹岩泥火山角砾蛇纹岩的FMEs均较亏损地幔（DM）显示富集特征：B、Cs、As强烈富集（常＞100×DM）,Li、Rb、Sb中等富集（＞10×DM）,Ba、Sr、Pb弱富集（＜10×DM）。浅源泥火山角砾蛇纹岩中B、Sr、Ba、Pb含量最高,且由浅源至深源泥火山其含量呈逐渐减少的趋势。而Li、Rb、Cs、As、Sb含量显示相反特征,浅源泥火山的角砾蛇纹岩中含量最低,且从浅源到深源泥火山其含量逐渐增加。不同泥火山角砾蛇纹岩FMEs具有系统性变化特征,反映了俯冲板片衍生流体是其发生蛇纹石化作用的主要流体。离海沟较近的泥火山下部俯冲板片成岩作用以蛋白石脱水为主,形成的板片衍生流体极富B,略富Li、Ba、Sr、Pb;离海沟较远的泥火山下部俯冲板片成岩或进变质作用主要为碳酸盐矿物分解和少量蚀变洋壳脱水及黏土矿物转化,板片衍生流体富Ba、Sr、Li、Rb、Cs;居于上述2类泥火山之间的泥火山,下部俯冲板片主要成岩作用为黏土矿物脱水及转化,板片衍生流体以富集B、Li、Rb、Cs、Ba为特征。海底以下深度＜50 m的样品FMEs含量最高,指示海水风化对FMEs含量有一定影响,尤其是B、Sr。同一块角砾蛇纹岩不同微区结构的FMEs含量不同,纯蛇纹石区域其含量最高,指示蛇纹石化产物对FMEs有一定影响;绢石结构中Li、Rb、Cs含量高于橄榄石蚀变的蛇纹石,说明原始矿物类型也对部分FMEs富集有一定影响。     

阴极发光分析在恢复砂岩碎屑长石含量中的应用——鄂尔多斯盆地上古生界和川西凹陷三叠系须家河组的研究

鄂尔多斯盆地山西组、太原组和四川盆地须家河组的砂岩都是中国重要的天然气储集层,其特征是具有极低的长石含量和广泛的方解石胶结作用.对这些地层的样品进行了阴极发光分析并很好地揭示了方解石胶结作用发生前的砂岩组构.研究表明:在这些含煤地层的砂岩中,至少有10%～20%的长石在埋藏成岩过程中被煤系地层的酸性流体所溶解,因而砂岩的高成分成熟度和较大的"粒间孔隙体积"都不是原生的.另外,残余长石的阴极发光性还表明:埋藏成岩过程中被溶解的长石主要是钾长石,说明在风化、搬运和埋藏成岩作用的早期阶段,钾长石是相对稳定的,更多的斜长石是在埋藏前或埋藏成岩作用的早期阶段被溶解的,因而钾长石应是碎屑岩埋藏成岩过程中对次生孔隙贡献最大的长石类型.     

成岩过程中长石、高岭石、伊利石之间的物质交换与次生孔隙的形成：来自鄂尔多斯盆地上古生界和川西凹陷三叠系须家河组的研究

根据我国鄂尔多斯盆地上古生界和四川盆地三叠系须家河组砂岩成岩作用和次生孔隙形成机制的研究,总结了碎屑岩成岩过程中长石、高岭石、伊利石之间的物质交换及其对次生孔隙形成的影响。研究表明：（1）砂岩埋藏前组成中长石的类型及相对含量、含膨胀层的粘土矿物（如同期火山物质）的数量、系统的开放性与封闭性以及流体中额外钾离子的存在与否直接控制了长石的溶解方式和次生孔隙的形成机制;（2）在热力学上最不稳定且低温条件下更易溶解的偏基性斜长石在同生到埋藏成岩作用初期已大量溶解,并伴随高岭石的沉淀,在热力学上相对稳定的钾长石是保存时间最长的长石类型,也是以后埋藏成岩过程中对次生孔隙贡献最多的长石类型;（3）在埋藏成岩作用初期到120—140℃古地温以前的成岩阶段中,蒙皂石．伊利石的转化反应是克服埋藏成岩过程中钾长石溶解动力学屏障的重要机制,如果骨架颗粒中存在较多的钾长石和较多的含膨胀层的粘土矿物,则次生孔隙主要由钾长石溶解提供,并有斜长石的钠长石化或自生钠长石沉淀,这是鄂尔多斯盆地上古生界石盒子组和三叠系延长组次生孔隙的主要形成机制;（4）在120～140℃古地温以后的深埋藏成岩阶段中,高岭石的伊利石化是克服埋藏成岩过程中钾长石溶解动力学屏障的另一重要机制,而钾长石的溶解又是封闭条件下高岭石的伊利石化的必要伴随反应,地层中钾长石和高岭石的相对数量控制了长石的溶解以及溶解产物中钾长石、高岭石、伊利石三种矿物间的数量关系,只要地层中钾长石（或高岭石）没有消耗完,钾长石的溶解和高岭石伊利石化反应就会持续发生并在深埋藏条件下形成次生孔隙,这是鄂尔多斯盆地东部太原组和四川盆地三叠系须家河组二段砂岩?     

川东北飞仙关组白云岩的主要类型、地球化学特征和白云化机制

四川盆地东北部蕴藏有丰富的烃类资源,三叠系飞仙关组的白云岩是最主要的储层和产层,这使得飞仙关组白云岩成为人们近年来高度关注的对象.按照结构,我们可以将飞仙关组白云岩分为三种端元类型:微晶白云岩、具原始结构的粒屑白云岩和结晶白云岩,在一个向上变浅的剖面旋回中,这三种白云岩分别位于旋回的顶部、上部和中下部.微晶白云岩和具原始结构的粒屑白云岩具有较高的锰含量和较低的包裹体均一化温度,白云化流体的δ~(18O) 值(从白云石的包裹体均一化温度和δ~(18O) 值反演,以下同)介于大气水和海水之间,反映这类白云岩形成于有大气水参与的相对开放的沉积-成岩环境中,蒸发泵作用(对于微晶白云岩)和混合水作用(对于具原始结构的粒屑白云岩)可能是其主要的形成机制;结晶白云岩(表现为好储层)具有很低的锰含量和较高的包裹体均一化温度,白云化流体的δ~(18O) 值显著高于早三叠世海水,表明这类白云岩形成于相对封闭的埋藏成岩环境,白云化流体具较高的温度和盐度,但到目前为止,还没有一个已有模式可以较好地解释这类白云岩的成因.