准噶尔盆地西北缘乌尔禾地区下二叠统风城组喷流岩成因机理研究

摘要

喷流岩即热水沉积岩，是当前地质学领域研究热点之一，目前相关研究多集中于海相环境，而关于湖相喷流岩的研究明显偏少，尤其是湖相“白烟型”喷流岩。鉴于近年在湖相“白烟型”喷流岩致密储层中已取得令人振奋的油气勘探开发效果，同时学术界仍面临着对湖相“白烟型”喷流岩及其地质意义了解甚少的难点，本文以准噶尔盆地西北缘乌尔禾地区下二叠统风城组湖相“白烟型”喷流岩为例，通过开展岩石学、矿物学及地球化学等研究，探讨了其成因机理。
　　本研究主要内容包括：⑴研究区风城组沉积期为板块俯冲活动末期弱挤压夹短暂松弛伸展构造活动阶段，风城组喷流岩沉积于半深湖-深湖环境，区内与岩浆及热液活动有关的断裂系统发育，同时具有明显高异常的古地热背景，为热液喷流活动提供有利的地质条件。⑵风城组中可识别出大量非正常沉积成因的结构及构造，如由凝灰质、云质、隐晶硅质以及复杂盐类矿物组成的纹层状或条带状韵律性互层构造、同生滑移变形构造、阶梯状同生断层、包卷层理、网脉状构造以及喷爆成因的热水碎屑结构和震积角砾结构等。这些结构及构造或其组合具有指示热水沉积成因的重要意义。⑶风城组湖相“白烟型”喷流岩中可识别出白云石、铁白云石、硅硼钠石、碳钠钙石、碳钠镁石、石盐及硬石膏等碳酸盐和复杂盐类矿物。白云石多具泥微晶结构，堆晶状产出，反映以快速结晶沉淀为主的化学沉积特征;白云石有序度与岩石中白云石的含量呈强烈负相关关系，区别于埋藏白云石化等次生成因观点，反而指示热水沉积过程中结晶沉淀速度相对快慢的特征;热水矿物硅硼钠石和碳钠钙石空间分布明显受断裂及火山机构控制的特征均指示断层为运移通道的热水沉积成因。⑷条带状硅硼钠石和隐晶硅质中微晶白云石含量从一侧向另一侧呈现出递增（递减）的趋势，并且其中粗大的白云石晶体多具铁白云石环边，一方面指示早期形成的微晶白云石被喷流热液卷起并包裹的特征，另一方面反映此类热液具有富铁的性质，此现象与碳钠镁石、菱镁矿电子探针分析结果及盐岩中黄铁矿含量较高的特征相吻合，均表明沉淀盐类矿物的热液流体相对于沉淀白云石的热液流体有更高的Fe2+含量。⑸风城组喷流岩属于强烈富集Li、Mo、W、U等微量元素的典型热水沉积建造，稀土元素地球化学特征显示其与同层位安山岩及周缘晚石炭世火山岩很强的亲缘性，反映地壳深部的岩浆房不仅是热液喷流活动的驱动源，而且有部分岩浆源物质组分参与热液喷流活动，并且到陆壳混染作用的影响。不同岩石类型还表现为各自独特的微量元素富集特征，结合稀土元素配分模式的多样性，指示流体具有多源性特点。韵律层及其稀土元素地球化学特征的规律性变化，指示热液喷流和沉积具有交替变化的脉动性。极弱的Ce异常和中等负Eu异常明显不同于海相喷流岩，反而与已报道的湖相“白烟型”喷流岩特征极其相似，结合特殊盐类矿物流体包裹体特征认为热液流体具有高密度和高盐度性质，热水沉积作用发生深湖底碱性-还原的中-低温卤水池环境中。⑹碳、氧同位素特征显示沉积环境具有干旱炎热气候条件下相对封闭的高温环境特点，热流体在喷出地表之前的深循环过程中受到围岩中重碳的影响。锶同位素特征显示与二叠纪全球碳酸盐岩锶同位素相比略微偏低的特点，并在白云岩类中表现更突出，认为与热流体中有幔源物质组分的参与有关。硼同位素特征显示白云岩类和硅硼钠石具有差异明显的硼同位素组成，结合研究区地质概况，认为前者受幔源流体影响较大，后者更大程度具备蚀变洋壳的特征，也系深源的重要标志。⑺沉积风城组喷流岩的热流体来源于地壳深部的多源性混合卤水，热液流体的深部循环、运移及地表喷流活动和沉积作用主要受俯冲带高压驱动、岩浆热驱动、重力驱动及压实驱动共同作用下沿深大断裂进行，其中前两者为主要驱动源。⑻准噶尔盆地西北缘乌尔禾地区下二叠统风城组成因上属一类物质组分极其特殊且明显区别于蒸发盐床及国内外现已报道实例的湖相“白烟型”喷流岩。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 论文选题来源

1．2 选题依据及研究意义

1．3 研究现状

1．3．1 喷流岩研究现状

1．3．2 湖相白云岩研究进展

1．3．3 湖相喷流成因原生白云岩研究进展

1．3．4 研究区研究现状

1．4 研究方法、内容和技术路线

1．4．1 研究方法

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线图

1．5 论文完成主要工作量

1．6 论文主要成果及创新点

1．6．1 论文取得的主要成果

1．6．2 论文创新点

第2章 区域地质概况

2．1 盆地演化动力学背景

2．2 区域地层

2．3 区域岩浆岩

第3章 喷流岩发育区构造-沉积格局

3．1 构造格局

3．1．1 二叠纪构造特征

3．1．2 研究区构造沉降特征

3．2 喷流岩沉积格局

3．2．1 喷流岩产状

3．2．2 热水沉积环境特征

3．3 热水沉积背景条件和展布格局分析

3．3．1 早二叠世火山活动特征

3．3．2 古地热特征

3．3．3 区域地球物理场

3．4 本章小结

第4章 喷流岩岩石学及物质组分特征

4．1 喷流岩岩石学研究

4．1．1 岩芯描述

4．1．2 岩石组构特征

4．1．3 微观结构分析

4．2 喷流岩矿物学研究

4．2．1 矿物产出特征

4．2．2 特殊矿物分布特征及其意义

4．3 物质组分组合及化学组分

4．3．1 物质组分组合特征

4．3．2 典型矿物化学组分特征

4．4 本章小结

第5章 喷流岩地球化学特征

5．1 元素地球化学特征

5．1．1 样品采集及测试

5．1．2 主量元素

5．1．3 微量元素

5．1．4 稀土元素

5．2 同位素地球化学特征

5．2．1 碳、氧同位素地球化学特征

5．2．2 锶同位素地球化学特征

5．2．3 硼同位素地球化学特征

5．3 流体包裹体特征

5．3．1 样品采集与测试

5．3．2 包裹体岩相学特征

5．3．3 流体包裹体物理参数

5．4 本章小结

第6章 湖相“白烟型”喷流岩成因机理

6．1 湖相“白烟型”喷流岩成因分析

6．2 流体来源及运移

6．2．1 流体来源

6．2．2 流体运移机制

6．2．3 热水沉积模式

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果