本文關(guān)鍵詞：塘沽地區(qū)沙河街組含方沸石白云巖沉積環(huán)境及成因探討

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【摘要】：含方沸石白云巖為一類極為罕見的巖石類型,有限的報道中顯示該類巖石多出現(xiàn)于湖泊環(huán)境之中,其成因機制復(fù)雜,國內(nèi)外認(rèn)識差異極大。塘沽地區(qū)沙河街組下部發(fā)育這一類“特殊巖性”,基于巖心、薄片、X衍射全巖分析、陰極發(fā)光、掃描電鏡、能譜分析、地球化學(xué)分析、微體古生物分析等資料,本論文在沉積學(xué)、巖石礦物學(xué)、元素地球化學(xué)、同位素地質(zhì)學(xué)及微體古生物學(xué)等多學(xué)科理論指導(dǎo)下,從歸納巖心巖石礦物學(xué)、地球化學(xué)及微體古生物特征著手,以此還原了該類巖石沉積期的古物源及古沉積環(huán)境條件,進(jìn)而分析了巖石形成與熱水沉積、火山噴發(fā)、母巖風(fēng)化、微生物參與、干旱蒸發(fā)等多種地質(zhì)作用之間的關(guān)系,并抽取總結(jié)出方沸石化及白云石化機理、二者相關(guān)關(guān)系以及紋層組合形成機理,最終對目的層含方沸石白云巖的形成過程進(jìn)行了“重現(xiàn)”。本論文的研究成果及主要認(rèn)識如下：通過巖心觀察,在重點井塘12C井的77.45m巖心識別出了白云巖、泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖、泥巖及灰質(zhì)粉砂巖幾類巖性,白云巖類(白云巖及泥質(zhì)白云巖)及泥巖類(白云質(zhì)泥巖及泥巖)為巖心中主要巖性,二者間在空間中呈現(xiàn)出一種“泥夾云”的分布規(guī)律。水平紋理構(gòu)造在各類巖性中極為發(fā)育,塊狀層理構(gòu)造在白云巖中較為發(fā)育,揉皺層理相對少見且主要出現(xiàn)于泥質(zhì)白云巖之中。根據(jù)各類巖石相在垂向上交替出現(xiàn)的關(guān)系,劃分出了10類巖石相垂向組合,其中,代表相對深水沉積向相對淺水沉積過渡的水平紋理泥巖-水平紋理白云質(zhì)泥巖-水平紋理泥質(zhì)白云巖組合、代表相對淺水沉積的水平紋理白云巖-塊狀層理白云巖-水平紋理白云巖組合以及代表相對深水沉積的水平紋理泥巖-塊狀層理白云質(zhì)泥巖為目的層幾類常見巖石相組合�；诒∑�、陰極發(fā)光、X衍射全巖礦物分析、掃描電鏡觀察及能譜分析,研究區(qū)沙三5亞段白云巖類巖石的礦物學(xué)特征得以全面揭示。白云巖類巖石中共識別出了白云石、方沸石、石英、長石(正長石及鈉長石)、粘土礦物(伊利石)、黃鐵礦以及重晶石幾類礦物,其中,白云石、方沸石、石英及長石為主要礦物類型。該類巖石實為一類“含方沸石白云巖”。目的層的白云石為一類鐵白云石,白云巖中其含量介于8%-40%,泥質(zhì)白云巖中介于25%-52%,主要以泥晶級(4μm)晶粒(亦見粉晶)呈均勻分散狀及紋層富集狀產(chǎn)出,自形程度不高,有序度低(0.21-0.64)；方沸石含量在白云巖中介于25%-65%,在泥質(zhì)白云巖中介于26%-38%,主要以泥晶級晶粒紋層富集和均勻分散狀,以及以粉晶級晶粒呈孔縫充填狀產(chǎn)出。泥晶級方沸石自形程度低,屬于DS Coombs及T Whetten劃分出的C組貧硅方沸石,粉晶級方沸石自形程度高,且具典型四角三八面體晶形,屬于A組富硅方沸石一類。石英及長石含量亦較高,白云巖中石英含量介于6%-17%,長石總含量介于9%-18%；泥質(zhì)白云巖中石英含量介于10%～14%,長石總含量介于6%～17%。二者常呈紋層富集狀及均勻分散狀產(chǎn)出,顆粒多為粉砂級大小,次棱-次圓狀。粘土礦物含量在白云巖中介于3%～13%,泥質(zhì)白云巖中介于7%～11%,主要為伊利石一類,但亦觀察到伊蒙混層這類粘土礦物。黃鐵礦產(chǎn)狀多樣,具有顆粒型、紋層型、條帶型以及斑塊型幾類。根據(jù)各紋層在垂向上的交替變化,5類紋層組合在水平紋理的白云巖類中得以歸納,其中,代表相對深水沉積的富泥紋層-(富干酪根紋層)-富方沸石紋層組合及代表相對淺水沉積的富鐵白云石紋層-(富粉砂紋層)-富方沸石紋層組合為常見紋層組合�；谠氐厍蚧瘜W(xué)、碳氧同位素及鍶同位素分析,巖石的地球化學(xué)特征得以獲取。元素地球化學(xué)方面,研究區(qū)沙三5亞段白云巖類的主量元素相對于UCC(平均大陸上地殼)整體富集Na、Mg、P及Ca幾類元素,而Si、Ti、Fe及Mn則在一定程度上存在虧損；泥巖類則普遍富集Mg、P及Ca幾類元素,巖石中的Na、Si及Mn存在著一定的虧損現(xiàn)象；白云巖類中微量元素相對于UCC整體富集B、Sr兩種元素,Ni及U元素含量變化較大,呈部分富集部分虧損,Ba元素含量整體和UCC中接近,但在個別樣品中極度富集,Sc、Cr、Co、Cu、Mo、Ho等元素的含量亦較UCC的為低。泥巖類中微量元素富集虧損規(guī)律與白云巖類中較一致,但其中的B元素更為富集。白云巖類及泥巖類中的稀土元素總量較高,均高于UCC稀土元素總量(146.37× 10-6),略低于PAAS稀土元素總量(184.77×10-6)。兩大類巖石均富集輕稀土、虧損重稀土,且泥巖類中更為富集輕稀土,巖石配分模式中均呈現(xiàn)出了中等強度的Eu負(fù)異常及輕微的Ce負(fù)異常。同位素地球化學(xué)方面,各巖性內(nèi)白云石氧同位素組成整體偏負(fù),其中,白云巖類中該值介于-7‰～-1.7‰,平均為-4.7‰；泥巖類中介于-8.6‰～-4.5‰,平均為-6.58‰。粉晶級白云石的氧同位素較泥晶級白云石的氧同位素更為偏負(fù)。碳同位素中除一個樣品碳同位素組成偏負(fù)外則整體偏正,其中,白云巖類中對應(yīng)值介于4.6‰～8.7‰,平均6‰。；泥巖類中則介于-2.5‰～5.4‰,平均2.1‰,數(shù)值分布范圍與東營凹陷沙四段上部(對應(yīng)研究區(qū)沙三段下部)及遼東灣盆地沙三段白云巖差別明顯。各巖性中鍶同位素組成較低,介于0.70863784～0.70896268,平均0,708865048。白云巖類中鍶同位素組成與泥巖類中的鍶同位素組成差別并不明顯。目的層該值低于歧口凹陷齊家務(wù)地區(qū)旺35井沙三段中白云巖的鍶同位素組成以及車鎮(zhèn)和沾化凹陷沙三段中下部灰?guī)r及白云巖的鍶同位素組成�；谖Ⅲw古生物分析,沙三5亞段的微體古生物特征得以歸納總結(jié)。研究區(qū)沙三5亞段各巖性內(nèi)孢子花粉中,被子類花粉含量(47.2%～57.0%,平均52.1%)居三大類之首,裸子類花粉(40.0%～49.6%,平均44.5%)列第二,蕨類孢子(2.8%～4.6%,平均3.4%)排第三。被子類花粉中櫟粉屬Q(mào)uercoidites(16.4%～19.4%)含量最高,裸子類花粉中具雙氣囊的松科Pinaceae組分占優(yōu)勢。蕨類植被以水龍骨單縫孢屬Polypodiaceaesporites為主。孢粉類型組合整體上類似于渤海灣盆地沙三段的Quercoidites microhenrici-Ulmipollenites minor孢粉組合。藻類化石屬種較單調(diào),未出現(xiàn)沙河街組三段標(biāo)志性渤海藻和副渤海藻。組合中以疑源類出現(xiàn)頻次最高,甲藻門和綠藻門相近。根據(jù)目的層巖石中稀土元素中的Eu負(fù)異常,Y/Ho比(白云巖類25.4-29.7)接近上地殼(27.5),薄片及X衍射全巖分析中見到的石英及長石等特征,研究認(rèn)為沙三5亞段白云巖類沉積期接受了大量碎屑物質(zhì)供給。根據(jù)Al2O3/TiO2比值(白云巖類平均25.36,泥巖類平均24.8)、K-Rb雙變量差別圖解、La/Th-Hf雙變量判別圖解確定了碎屑物質(zhì)的源于酸性巖一類。根據(jù)Th/Sc-Zr/Sc雙變量圖解顯示的碎屑非再旋回屬性,研究中重新確定燕山褶皺帶的酸性巖一類母巖為沉積期碎屑主要供給源,西側(cè)滄縣隆起影響較小由孢粉組合對沉積期的孢粉植被類型、氣溫帶及干濕度帶進(jìn)行了恢復(fù),其中孢粉植被類型為針闊葉林混交林類型,氣溫帶則屬于北亞熱帶類型,干溫度帶劃歸歸為一種半干旱-半濕潤類型。由氧同位素恢復(fù)溫度(最高溫度)中,粉晶白云對應(yīng)溫度為52.5℃～81.3℃,平均65.9℃；泥晶白云石則介于34.6℃～56.5℃之間,平均49.3℃。研究認(rèn)為該數(shù)據(jù)總體上指示一種干旱炎熱條件。根據(jù)方沸石富集、m值(白云巖類平均31.21,泥巖類平均22.66)、Sr/ba比值(白云巖類平均1.2,泥巖類平均1.07)、Z值(白云巖類平均137.2,泥巖類平均128.3)以及藻類組合等共同確定研究區(qū)白云巖類及泥巖類沉積期水介質(zhì)均為一種咸水類型,且白云巖類形成時水體鹽度更高,此外研究認(rèn)為B元素這一經(jīng)典指標(biāo)不適用于目的層古鹽度的研究。綜合U/Th(白云巖類平均0.32,泥巖類平均0.29)、自生U(白云巖類平均0.96,泥巖類平均0.89)以及稀土元素中Ce負(fù)異常的現(xiàn)象,研究認(rèn)為目的層白云巖類及泥巖類形成時水介質(zhì)為一種常氧條件。根據(jù)研究區(qū)目的層巖石稀土元素配分模式與沙三段玄武巖稀土配分模式差異較大而卻與燕山期花崗巖稀土配分模式較為接近、元素相關(guān)分析中顯示方沸石為巖石中稀土元素的良好載體、基性火山玻璃難以提供大量稀土元素、巖石中缺乏典型火山玻屑結(jié)構(gòu)、富粉砂紋層難見方沸石而富方沸石紋層難見石英及長石碎屑以及泥晶方沸石Si/Al比值介于2.09～2.36等,研究認(rèn)為白云巖類中的方沸石與火山作用產(chǎn)物關(guān)聯(lián)并不緊密。同時,結(jié)合蒙脫石伊利石礦物的賦存以及方沸石近球型晶的出現(xiàn),研究認(rèn)為基質(zhì)中的方沸石很可能是由母巖風(fēng)化作用產(chǎn)生的粘土礦物(蒙脫石)轉(zhuǎn)化形成,但不排除鋁硅酸鹽轉(zhuǎn)化為膠體后再形成方沸石的可能。此外,對于呈充填型產(chǎn)狀的方沸石,結(jié)合其Si/Al比研究認(rèn)為其可能與熱液作用相關(guān)。根據(jù)巖石中微生物席的出現(xiàn)、近似球粒晶型、泥質(zhì)白云巖中較高的δ13C(7.2‰～8.7‰)以及白云質(zhì)泥巖中δ13C變化較大(-2.5‰5.4‰)等特征,研究認(rèn)為泥質(zhì)白云巖及白云質(zhì)泥巖中白云石的形成可能存在微生物作用的介入,但兩類巖石中白云石形成時起主要作用的微生物類型及機制均有不同。根據(jù)半干旱-半濕潤的古氣候、沉積水體溫度與古鹽度對應(yīng)關(guān)系良好以及在塊狀白云巖中觀察至的鹽類化學(xué)結(jié)核溶孔,研究認(rèn)為沙三5亞段沉積期水體鹽度由溫度所控制,即干旱條件帶來鹽度的增高。依據(jù)研究區(qū)沙三5亞段白云石晶粒普遍細(xì)小(泥晶)、整體缺乏石膏結(jié)核或石膏層、缺乏鑄�？�、早期等厚方解石亮晶膠結(jié)物及滲流帶膠結(jié)物等特征,研究認(rèn)為薩布哈、回流滲透以及混合水白云巖化模式均不適用于研究區(qū)白云石的形成。而根據(jù)方沸石在空間中與白云石緊密伴生關(guān)系、方沸石可能的前體物質(zhì)類型以及前人研究認(rèn)識,本次研究提出了目的層白云石化主要機理：蒸發(fā)作用導(dǎo)致鹽度增高,促使蒙脫石一類粘土礦物向方沸石轉(zhuǎn)化中,過程中釋放的Mg2+與文石/鎂方解石結(jié)合形成白云石。根據(jù)現(xiàn)代白云石及方沸石形成的空間位置,結(jié)合方沸石化提供白云石化所需要Mg2+機理的認(rèn)識,研究認(rèn)為方沸石的形成時間與白云石形成時間接近,為同時形成或略晚于白云石形成。根據(jù)古-現(xiàn)代湖泊沉積物中普遍存在的韻律性紋層組合與氣候變化關(guān)系緊密的認(rèn)識,研究認(rèn)為研究區(qū)沙三5亞段巖石中的紋層類型亦因氣候變化所帶來的湖平面升降而發(fā)生變化,其中,湖平面較高時的濕潤期形成富泥紋層或富鐵白云石紋層,干旱期則主要形成富方沸石紋層；湖平面較低時的濕潤期形成富方沸石紋層,干旱期則主要形成富鐵白云石紋層。沉積期中的洪水泛濫可帶來富粉砂紋層的形成。富干酪根紋層(微生物席)可在干旱或濕潤時期水體環(huán)境合適情況下形成。根據(jù)鐵白云石紋層形成機制,研究認(rèn)為白云巖類中塊狀層理的形成與長期干旱條件帶來的強蒸發(fā)作用相關(guān)。綜合以上分析,研究提出沙三5亞段含方沸石白云巖為風(fēng)化、蒸發(fā)及后續(xù)連鎖成巖作用等地質(zhì)作用的綜合產(chǎn)物,風(fēng)化作用輸入大量粘土碎屑(蒙脫石),蒸發(fā)作用使水體鹽度增高的同時促使文石/鎂方解石的生成及方沸石化的發(fā)生,方沸石形成過程中提供的大量Mg2+與文石/鎂方解石結(jié)合形成白云石,巖石進(jìn)入淺埋藏階段后與粘土礦物中釋放出的Fe2+結(jié)合形成鐵白云石。
【關(guān)鍵詞】：塘沽地區(qū) 沙河街組 白云巖 方沸石 成因
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P588.245
【目錄】：

• 作者簡介6-8
• 摘要8-12
• ABSTRACT12-19
• 第一章 前言19-33
• 1.1 選題來源、目的及意義19
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢19-30
• 1.2.1 古物源及古沉積環(huán)境恢復(fù)20-23
• 1.2.2 白云巖成因23-27
• 1.2.3 沉積方沸石成因27-30
• 1.3 研究思路及技術(shù)路線30-31
• 1.3.1 研究思路30
• 1.3.2 技術(shù)路線30-31
• 1.4 主要研究內(nèi)容31-32
• 1.5 主要創(chuàng)新點32-33
• 第二章 區(qū)域地質(zhì)概況33-40
• 2.1 構(gòu)造特征33-35
• 2.1.1 主要斷裂特征33-34
• 2.1.2 構(gòu)造演化特點34-35
• 2.2 地層與沉積特征35-38
• 2.2.1 地層特征35-37
• 2.2.2 沉積特征37-38
• 2.3 火山作用產(chǎn)物特征38-40
• 第三章 巖石礦物學(xué)特征40-56
• 3.1 巖石學(xué)特征40-45
• 3.1.1 巖石類型及結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征40-42
• 3.1.2 巖石相垂向組合類型42-45
• 3.2 礦物學(xué)特征45-54
• 3.2.1 白云石46-48
• 3.2.2 方沸石48-51
• 3.2.3 石英及長石51-52
• 3.2.4 粘土礦物52-53
• 3.2.5 黃鐵礦53-54
• 3.3 紋層組合類型54-56
• 3.3.1 相對深水沉積紋層組合類型54
• 3.3.2 相對淺水沉積紋層組合類型54-56
• 第四章 巖石地球化學(xué)及微體古生物特征56-72
• 4.1 元素地球化學(xué)特征56-67
• 4.1.1 主量元素特征56-63
• 4.1.2 微量元素特征63-64
• 4.1.3 稀土元素特征64-67
• 4.2 同位素地球化學(xué)特征67-69
• 4.2.1 碳氧同位素特征67-68
• 4.2.2 鍶同位素特征68-69
• 4.3 微體古生物特征69-72
• 4.3.1 孢粉特征69-71
• 4.3.2 藻類特征71-72
• 第五章 古物源及古沉積環(huán)境恢復(fù)72-84
• 5.1 古物源分析72-77
• 5.1.1 來自元素地球化學(xué)的指示72-74
• 5.1.2 來自鍶同位素的指示74-77
• 5.2 古氣侯分析77-79
• 5.2.1 來自孢粉組合的指示77-78
• 5.2.2 來自氧同位素的指示78-79
• 5.3 古鹽度分析79-82
• 5.3.1 來自礦物類型的指示79-80
• 5.3.2 來自元素地球化學(xué)的指示80-81
• 5.3.3 來自碳氧同位素的指示81
• 5.3.4 來自藻類組合的指示81-82
• 5.4 古氧化還原條件分析82-84
• 第六章 含方沸石白云巖成因探討84-100
• 6.1 含方沸石白云巖與熱水沉積作用關(guān)聯(lián)分析84-86
• 6.2 主要自生礦物成巖機理86-95
• 6.2.1 方沸石化機理87-90
• 6.2.2 白云石化機理90-93
• 6.2.3 方沸石化及白云石化關(guān)聯(lián)分析93-95
• 6.3 紋層組合形成機理95-97
• 6.4 含方沸石白云巖成因模式97-100
• 第七章 結(jié)論100-102
• 致謝102-104
• 參考文獻(xiàn)104-118

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：649642