断裂带方解石脉ESR定年研究及其对龙蟠-乔后断裂剑川段活动性的指示

龙蟠-乔后断裂带作为川滇菱形块体的一条大型边界断裂,构造运动强烈,地震活动频繁,发生多次5级以上地震,造成了重大的财产损失和人员伤亡,因此十分有必要加强对该断裂带的活动性研究,并评估其地震危险性。龙蟠-乔后断裂剑川段河南村断层剖面发育厚层方解石脉,为断层定年提供了十分宝贵的材料。文中利用ESR法对该剖面的方解石脉开展了测年研究,得到4件方解石脉样品(HNC-ESR01、HNC-ESR02、HNC-ESR03、HNC-ESR04)的年龄分别为(7.1±0.8)ka、(7.1±0.9)ka、(7.3±1.7)ka、(6.9±1.5)ka,年龄数据集中,平均年龄为(7.1±1.3)ka,指示该断层在不晚于距今(7.1±1.3)ka的时间段内发生过活动。年龄结果与该地区探槽工作揭示的古地震事件发生时间((6130±30)~(6320±40)a BP)在误差范围内吻合,表明断裂带方解石脉ESR定年是活动断裂和古地震研究的一种有效的年代学方法。但需要注意的是,ESR年龄仍存在误差较大的问题,在后续工作中需要进一步完善。另外,文中采用了5种拟合函数(LIN、SSE、DSE、EXP+LIN、D_(gamma))计算方解石脉样品的等效剂量值,结果表明,SSE函数提供了最佳的拟合效果。

陆相湖盆富有机质泥页岩中方解石脉成因及油气地质意义——以松辽盆地白垩系青山口组为例

基于岩心、岩石薄片观察分析,结合阴极发光、激光拉曼、流体包裹体、LA-ICP-MS原位U-Pb测年等技术手段对松辽盆地白垩系青山口组页岩储层中的方解石脉成因机制及油气地质意义进行研究。结果表明:①在宏观上方解石脉以顺层为主,呈透镜状、“S”形、叠锥状、羽状,在微观上分为向生式块状或柱状晶体结构和背生式纤维状晶体结构脉体。②块状方解石脉中的盐水包裹体均一温度为132.5~145.1℃,原位U-Pb测年绝对年龄为(69.9±5.2)Ma,表明青山口组烃源岩中成熟期和常规油的形成时期为晚白垩世明水组沉积期。纤维状方解石脉中的盐水包裹体均一温度为141.2~157.4℃,对应于烃源岩晚成熟期,U-Pb测年绝对年龄为(44.7±6.9)Ma,指示青山口组烃源岩的中高成熟期和古龙油页岩的形成时间为古近纪依安组沉积期。③向生式块状或柱状晶体结构方解石脉的形成与成岩成烃作用有关,脉体的形成经过了裂缝的开启、成脉流体充填和脉体生长3个阶段,构造挤压活动和流体超压是裂缝形成的诱导因素,成脉流体以短距离的扩散流为主,是一种有竞争的结晶生长模式。背生式纤维状方解石脉主要是在一种无竞争生长环境下由结晶力驱动形成的。研究认为,研究区青山口组富有机质泥页岩中的方解石脉对于松辽盆地构造活动、流体超压、泥页岩生排烃及成岩-成藏年龄具有一定指示意义。

方解石脉体形成时间与流体来源及其地质意义:以苏北盆地黄桥地区三叠系青龙组碳酸盐岩储层为例

裂缝方解石脉是构造成岩作用的产物,记录了裂缝开启和流体活动的信息。基于岩石薄片观察、阴极发光和U-Pb同位素定年在厘清苏北盆地黄桥地区三叠系青龙组碳酸盐岩中方解石脉发育期次和形成时间,通过稀土元素特征,C、O、Sr同位素特征综合分析了方解石脉体成脉流体来源。结果表明:黄桥地区青龙组发育4期方解石脉体,4期方解石脉体形成时间分别为(115.30±0.42),(97.03±0.43),(85.29±0.25),(45.5±19.0)Ma。第1和第2期方解石成脉流体分别来源于深部热液流体和大气淡水以及海水的混合流体。第3期方解石成脉流体来源于同层地层水和深部壳源热液流体的混合流体。第4期成脉流体来源于同层地层水和深部幔源热液流体的混合流体。苏北盆地黄桥地区三叠系青龙组碳酸盐岩储层中4期脉体的形成时间与不同期次构造活动具有对应关系,表明构造活动对流体活动的控制作用。储层中3期深部热液流体的注入是因为构造活动导致深大断裂沟通深部流体而注入到储层中的结果,多期的深部热液流体活动可能指示了黄桥地区三叠系青龙组储层具有多期油气成藏的特征。

石英含量及方解石脉倾角对页岩破坏特征影响数值模拟

应用数值分析软件RFPA2D-DIP对不同石英含量及方解石脉倾角页岩试样在单轴压缩下的力学特征及裂缝扩展规律进行研究,分析了石英含量与方解石脉倾角α对试样抗压强度、应力-应变曲线、破裂模式和分形维数的影响。结果表明,在石英含量相同的情况下,α=0°、α=15°和α=90°时,抗压强度较高;α从15°至30°时,试样的抗压强度大幅降低;当α在30°~75°时,受到的滑移作用较明显,试样的抗压强度较低。α=0°时,试样的抗压强度随着石英含量的增加而增加;但将α增加到30°后,相同倾角下试样的抗压强度随石英含量增加而减小。α=0°、α=15°、α=30°和α=90°的试样破坏模式较为复杂,对应的分形维数较大,便于裂缝在试样中扩展,促进复杂缝网的形成。

方解石脉影响岩石力学性能的数值模拟分析

论文通过三轴实验得到峰值应力和杨氏模量随方解石充填缝倾角的变化关系,并基于数字图像处理技术需考虑的岩石材料参数非均质性、基元划分精度等条件,采用岩石真实破裂分析系统RFPA2D进行数值模拟分析,构建了含方解石脉填充的砂岩模型,探究了方解石脉不同生长角度、宽度和岩样非均质度对岩体破裂模式的影响。研究结果表明:方解石脉生长角度越趋于施加载荷方向、宽度越大、非均质度越高,岩石稳定性越低,破裂更快更彻底;由于库车坳陷克拉苏构造带的巴什基奇克组储层密度大、埋深差异大、非均质性强,在构造应力作用下生成的裂隙为其提供了良好的油气储运条件,数值模拟得出破裂模式合理解释了该区油气藏资源丰富的原因。

塔里木盆地顺北地区克拉通内走滑断裂带中-下奥陶统储集体方解石脉形成及其与油气充注耦合关系

塔里木盆地顺北油气田为克拉通内走滑断裂多期活动控制下形成的碳酸盐岩超深层油气田,不同断裂带及同一走滑断裂带不同分段的油气性质和油气丰度等均存在显著差异。基于岩心和岩石薄片观察以及阴极发光、微区原位微量元素-稀土元素、流体包裹体的系统分析,对塔里木盆地顺北1号和顺北5号走滑断裂带中-下奥陶统储集体中的裂缝脉体序次、成脉流体来源及其与油气充注耦合关系进行研究,并结合走滑断裂演化过程和油气分布特征,探讨了顺北地区油气差异聚集的控制因素。结果表明:顺北1号和顺北5号走滑断裂带中-下奥陶统至少发育4期方解石脉体(Cal-1,Cal-2,Cal-3,Cal-4)。Cal-1成脉流体主要为海源性流体,Cal-2,Cal-3和Cal-4成脉流体来源于同地层成岩流体。Cal-2,Cal-3和Cal-4脉体的形成分别与加里东晚期—海西早期、海西晚期—印支期、燕山期—喜马拉雅期构造活动和油气充注相伴生。不同断裂带油气充注过程存在差异,顺北5号断裂带主充注期为海西晚期—印支期,顺北1号断裂带主充注期为海西晚期—印支期及燕山期—喜马拉雅期。走滑断裂构造样式及演化历史控制下的油气差异充注过程是顺北地区油气差异聚集的关键。

四川省牦牛坪矿床外围氟碳铈矿-萤石-重晶石-方解石脉型稀土矿石的发现及其意义

四川省牦牛坪矿床是全球第三大稀土矿床(仅次于我国白云鄂博和美国芒廷帕斯),近期在其外围取得了找矿新突破——在龙家沟一带第四系(厚达50 m以上)之下探获了隐伏的两类厚大稀土矿体,第一类为氟碳铈矿-霓辉石-莹石-重晶石型,第二类为氟碳铈矿-萤石-重晶石-方解石型。其中,氟碳铈矿-萤石-重晶石-方解石型矿脉整体厚度(视厚度)超过100 m,稀土平均品位4.6%。经多晶X射线衍射分析,此类矿石主要由方解石(40%~75%)、萤石(25%~58%)、重晶石(5%~25%)和氟碳铈矿(1%~16%)组成。根据矿石的结构、构造及矿物组成,可将其形成分为早、晚两个阶段:早阶段矿石主要呈中粗粒结构,块状构造、斑杂状构造;晚阶段矿石呈中细粒角砾状构造、流动构造。此类品位高、易采选的新型矿体的发现,是新一轮找矿突破战略行动实施以来在稀土矿产勘查方面取得的重要突破。建议在牦牛坪矿床及其外围进一步开展寻找氟碳铈矿-萤石-重晶石-方解石脉型稀土矿体的地质找矿工作。

含方解石脉石炭系灰岩单轴压缩的变形破裂特点

沉积岩形成后由于构造运动和热液运移而导致节理裂隙中晶体生长形成岩脉充填,方解石脉充填节理裂隙后与母岩形成整体,公路隧道及边坡工程中会经常遇到岩体中充填有大量的方解石脉。方解石脉与围岩之间的边界由于形成地质结构,所以对于岩体在应力作用下的力学响应具有重要作用,另外方解石脉的充填厚度也会显著影响到岩体的整体力学行为。本次研究从贵州省惠水至兴仁高速公路工程野外露头采集了含有不同厚度方解石脉的石炭纪石灰岩,考虑到不同厚度方解石脉充填以及区域长期降雨过程中水对岩石力学行为影响这两个重要因素,首先对天然以及饱和后的岩石切片开展了矿物组构的统计分析,然后在实验室制备了标准圆柱形岩石试样并开展了天然以及饱和后的单轴压缩力学实验。通过单轴压缩实验获得了试验过程的全应力-应变曲线,针对破裂后试样采用工业CT扫描及三维重构获得了岩石试样中的裂缝形态特点。经过对饱和以及天然状态下含不同厚度方解石岩脉灰岩的力学行为和裂缝分布的分析发现,由于方解石岩脉厚度和含水饱和度的增加,其单轴受压状态下整体塑性显著增加且强度明显降低,岩石饱和后矿物组构的变化以及方解石脉厚度的增加对其力学行为以及破裂模式有明显影响。另外随着方解石脉厚度变化而导致的力学行为变化表明,方解石岩脉充填在岩石中不仅形成地质结构面而影响其力学行为,另外由于与母岩形成整体抵抗变形而导致其力学行为产生显著变化。

川南深层奥陶系五峰组-志留系龙马溪组页岩裂缝方解石脉对页岩气运移富集的启示

基于岩心、岩石薄片观察,结合阴极发光、同位素地球化学、流体包裹体测试和盆地模拟等技术手段,对四川盆地南部(简称川南)深层奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩裂缝中的方解石脉与页岩气富集关系进行分析。研究表明:构造裂缝方解石脉主要发育在构造起伏较大部位,非构造裂缝方解石脉主要发育在构造平缓部位,前者主要在印支期泸州古隆起形成阶段发育,后者受生烃增压影响主要在生油—生气高峰阶段发育;裂缝受生烃增压影响多次开启—闭合,油气幕式活动被脉体记录,在最大古埋深处地层压力系数可超过2.0,燕山晚期后的地层抬升阶段是页岩气运移活动的关键时期;页岩气顺层理向构造高部位运移,构造起伏越大,页岩气运移活动越剧烈,散失量越大;地层越平缓,页岩气运移活动越弱,散失量越小,因此宽缓向斜核部和宽缓背斜页岩气富集程度最高。该结果可为页岩气生烃、运移与富集的时空匹配关系认识提供重要依据。

大庆油田古龙凹陷青山口组页岩油储层方解石脉中发现藻生物层

顺层方解石脉是页岩油储层中比较常见的一种构造,虽然它的体量不大,但是携带的地质信息很多,近年来颇受重视,取得了很多成果(何文渊等,2022,2023;杨勇等,2023)。近期大庆油田在古龙凹陷青山口组获得了页岩油的资源量可达15.1 Gt,已引起广泛关注,但还有一些地质问题没有解决,严重地影响了页岩油的勘探开发。

济阳坳陷古近系黑色页岩中纹层状方解石脉的成因探讨

在济阳坳陷3000m以下的古近系中,可见含纹层状方解石脉的黑色页岩,往往与钙质纹层页岩、油页岩、钙质页岩相伴生或薄互层出现。镜下研究表明,这些纹层状方解石脉干净、明亮,晶粒垂直纹层生长,具有明显的近距离经溶解再重结晶的特征,而且与有机质的含量密切相关,页岩中并无石膏的发育和残留。在岩石地球化学上,较相邻的其他页岩,Mg/Ca、Mn/Ca值明显降低,而Sr/Ca值则明显升高,同时碳酸盐的δ18O明显降低,δ13C小幅上升或波动。这些证据表明黑色页岩中的纹层状方解石脉是钙质纹层页岩或富碳酸盐油页岩在晚成岩期随有机质的热演化经溶解和再沉淀作用的产物,并随孔隙水的排出伴有碳酸盐的流失。

准噶尔盆地石炭—二叠系方解石脉的碳、氧、锶同位素组成与含油气流体运移

在准噶尔盆地当前油气勘探的重点目标区西北缘和腹部地区,油气主要源于深部石炭系—二叠系。通过对其中的典型水岩反应产物,即裂隙方解石脉进行碳、氧、锶同位素组成分析,尝试讨论了油源流体运移的基本特征。实验结果表明,25件方解石脉样品的δ13CPDB位于-21.5‰～5.2‰之间,δ18OPDB(δ18OSMOW)在-8.1‰～-22.3‰(22.6‰～6.9‰)之间;20个87Sr/86Sr比值分布在0.703896～0.706423之间。据此,结合样品地质产状和区域地质背景,提出本区含油气流体在运移过程中伴随着深部热流体的影响,它们在流经石炭—二叠系时,对火山岩层的溶蚀使得流体岩石相互作用产物,即方解石脉的同位素组成反映出火山岩地层的地球化学标记。该认识表明,在今后的区域储层成岩演化和油气运移研究工作中,应充分考虑这类深部热流体作用的影响。

中扬子京山地区方解石脉成因及其对油气保存的指示意义

野外观察中扬子京山地区逆冲推覆带和冲断褶皱带内奥陶系、二叠系和三叠系发育多期沿裂缝分布的方解石脉。通过稀土元素（ REE），电子探针，氧同位素，流体包裹体分析及盆地模拟对方解石脉成因进行了研究。奥陶系和三叠系方解石脉REE呈现轻稀土元素（LREE）富集，重稀土元素（HREE）亏损，明显的正铕（Eu）异常，说明成脉流体受到了热液流体的影响；二叠系方解石脉REE总量低，LREE低度富集，HREE配分曲线平坦，中等程度负铈（ Ce）异常，显示成脉流体为大气淡水成因。根据电子探针Fe，Mn元素分析，部分奥陶系方解石脉成因与其围岩碳酸盐溶解有关；二叠系方解石脉成因主要与大气淡水淋滤碳酸盐成分有关，三叠系方解石脉成因与其他层位海相碳酸盐成分有关。利用氧同位素温度和流体包裹体均一温度，结合研究区虚拟井的埋藏史和热史模拟结果，推测3套地层裂缝方解石脉体形成深度约在2000～2500 m，形成时间约为距今150～60 Ma。综合方解石脉地球化学特征分析认为，燕山期构造挤压抬升作用伴随的热液流体、成岩流体及地表水下渗作用使京山地区油气保存条件遭受了一定程度的破坏。

大港滩海区沙一段下部方解石脉的地球化学与包裹体特征——以港深 67井为例

大港滩海区港深67井第三系沙河街组一段下部处于超压带的顶部,其泥晶灰岩和钙质细砂岩中以方解石脉发育为特征。方解石脉以块状结构为主,少量为纤维状结构,部分方解石脉中分布有原地微角砾。方解石脉中石油包裹体的均一温度为120～140℃,其中,液烃包裹体显蓝色荧光;盐水包裹体的均一温度为80～170℃。方解石脉的δ13C为2.30‰～5.92‰(PDB),δ18O为-14.16‰～-7.89‰(PDB)。方解石脉宿主裂缝的形成与超压破裂有关,方解石脉的成脉流体和成脉物质来自下伏泥岩层中封存的同生水和围岩。

京山地区方解石脉包裹体、同位素特征及古流体指示意义

通过流体包裹体,碳、氧、锶同位素资料分析及盆地模拟,对中扬子北缘京山地区古流体活动期次和流体来源进行研究。结果表明:包裹体均一温度指示京山地区存在4～5幕流体活动,确定地层裂缝中大规模流体活动时间为距今150～60 Ma;方解石脉体中捕获地层水盐度为12%～18%,具高盐度特征;奥陶系和三叠系灰岩围岩与方解石脉体的碳同位素δ13C值相当,方解石脉体沉淀时地层水的氧同位素δ18OSMOW值(5‰～12.5‰)高于海水,成岩流体为源于同层深部地层水;二叠系方解石脉体的δ13C、δ18O值较围岩偏负,锶同位素Sr87/Sr86值(0.707292～0.707735)与同期海水相当,成岩流体源于受有机质影响的本层地层水;中扬子北缘在距今150～60 Ma的构造挤压抬升作用中伴随的流体活动以同层内流动为主,穿层流动和地表水下渗影响微弱,古油气保存条件未遭受严重破坏。

方解石脉ESR定年信号和测量条件的研究

方解石脉是与断裂构造相关并在基岩区断裂带中常见的物质。方解石脉的定年有时对研究基岩区断裂活动时代具有重要的意义。方解石脉ESR测年是目前采用的测年方法之一,但是对于方解石脉的ESR信号特征及其测量条件目前尚没有定论。文中研究样品采自云南洱海海东断裂带中。根据对样品的初步研究认为,方解石脉人工辐照时易产生不稳定的短寿命信号,在测量之前至少将其在室温条件下存放5d。天然方解石脉中一般具有多个ESR信号,其中g=2.0040和g=2.0023信号对吸收剂量具有良好的响应关系,可以用于测年。这两个信号的增长曲线表明至少在1500Gy剂量范围内呈线性增长。人工给定已知剂量方法表明,要获得可靠的古剂量,g=2.0040和g=2.0023的信号所选择的微波功率是不同的。对于g=2.0040信号,测量的微波功率应在0.8或2mW;而g=2.0023信号,微波功率应选择2或5mW。

中扬子海相碳酸盐岩中方解石脉成岩环境研究

通过对中扬子京山县城周边露头碳酸盐岩中方解石脉的普通薄片、阴极发光以及碳氧同位素等资料分析,认为该区露头三叠系裂隙中充填放射状和等轴粒状的方解石且阴极发光强度有差异,二叠系和奥陶系裂隙中主要为等轴粒状方解石,阴极发光与围岩相似。方解石脉的δ13CPDB位于-6.76‰～4.01‰之间,δ18 OPDB在-17.95‰～-5.67‰之间,基本为海水潜流带—混合水潜流带沉积环境。三叠系方解石脉基本上为沉积碳酸盐岩,二叠系和奥陶系部分方解石脉受后期成岩流体的影响,其中二叠系有机质成熟产生的流体对该层系方解石脉的形成有一定影响。

构造驱动大巴山前陆烃类流体排泄:含烃包裹体纤维状方解石脉证据

含烃包裹体纤维状方解石脉被认为是超高压下油气流体形成和排泄的标志。大巴山前陆构造带一些断裂和下古生界黑色泥岩和泥灰岩烃源岩微裂隙中分布有含烃包裹体纤维状方解石脉,成分分析表明其为低镁方解石。纤维状方解石脉δ13CVPDB和δ18OVPDB比围岩碳酸盐岩的明显变轻,前者δ13CVPDB和δ18OVPDB变化范围分别为-1.9%～-4.8‰和-8.4%～-12.8‰,后者分别为-1.7%～+3.1‰和-8.7%～-4.5‰,且δ13C与δ18O具有明显的线性关系,反映出纤维状方解石脉具有成岩有机流体与浅部流体混合的流体特征。纤维状方解石脉含有共生的固体沥青包裹体、含甲烷液相包裹体和气液二相盐水包裹体等多相态包裹体,其中沥青包裹体为油气运移的残余沥青。气液二相盐水包裹体均一温度主要位于140℃和196℃之间(峰值为179℃),盐度较高(平均为9.7wt%NaCl)。分别应用盐水包裹体和甲烷包裹体等溶线P—T相图确定出含烃包裹体纤维状方解石脉形成的流体压力为150～200 MPa,属于异常超高压流体。地质和地球化学特征分析认为,大巴山含烃包裹体纤维状方解石脉不具有泥岩因压实成岩作用而形成的超高压流体特征。结合沉积和构造演化历史分析认为,印支碰撞造山运动和燕山前陆构造作用导致大巴山褶皱隆起并伴随天然气藏破坏和改造,挤压环境下的超高压构造应力驱动天然气流体排泄,大巴山前陆构造带含烃包裹体纤维状方解石脉就是超高压构造应力驱动天然气排泄的产物。

方解石脉双晶纹方法在工程勘察中的应用

在工程区基岩被第四纪土、江水等覆盖的情况下,如何充分利用好获得的钻孔岩芯来分析断层的发育和活动性情况就显得非常重要。为此,地基勘察中引入了一种显微构造分析方法,即方解石脉双晶纹分析方法。方解石脉双晶纹能解决断层的活动期次、每一期次的强度、断层应力场、断层性质、断层活动时的环境条件和最后一次活动的时代等问题。由于方解石脉双晶纹发育的广泛性,使之具有推广价值。

大港探区早古生代碳酸盐岩中方解石脉特征

碳酸盐岩是一种硬度低、抗剪切能力差、易溶解的岩石，内部易存在大量的各种类型的裂隙。利用岩石学和地球化学手段，对大港探区的寒武─奥陶纪碳酸盐岩中的裂隙进行了研究：碳酸盐岩中存在三种类型的脉体，脉体的充填方式和脉体的地球化学特征、充填时间都有明显的差异。脉体的形成一方面受大地构造活动的影响，同时也受大气水及火山热液的控制，并与地球动力学演化有密切的关系。Ⅰ型脉体形成与裂谷作用之前，与海水有关；Ⅱ型脉体也形成与裂谷作用之前，但与淡水作用有关；Ⅲ型脉体形成于同裂谷或裂谷作用后，与火山热液作用有关。