在中国北方、西部主要沉积盆地的边缘地区常见煤层自燃形成的烧变岩,从而形成特殊的烧变岩地貌,其分布广泛,常色彩艳丽,具矿产价值和科研价值,但前人研究涉及较少,对其旅游价值的开发也极为忽视。在多个露头剖面实地调查的基础上,本次研究依据煤层自燃过程、烧变岩空间分布及颜色、地貌成因,将烧变岩地貌划分为烧变丘陵地貌(包括红色烧变丘陵、彩色烧变丘陵地貌和烧变岩披覆山顶地貌)、烧变侵蚀地貌(包括烧变岩沟谷地貌、烧变岩陡崖地貌)、塌陷地貌和黄土覆盖(烧变岩)地貌。其中烧变丘陵地貌和烧变侵蚀地貌是常见的烧变岩地貌,而塌陷地貌主要存在于地腹煤层正在燃烧的地域,黄土覆盖烧变岩地貌是第四纪黄土覆盖烧变岩(烧变岩零星出露或被完全覆盖)形成的特殊地貌。各类烧变岩地貌的形成主要受控于煤层厚度、产状、构造变动、河流溯源侵蚀、古气候等多种条件。烧变岩地貌具有明显的科学价值和旅游开发价值,应予关注。

始新世是理解地球碳循环演变的关键时期,中国东北地区在该时期经历了显著的大气CO₂浓度波动(454~1861 μmol/mol)。尽管这一现象凸显了该区域在碳循环研究中的重要价值,但目前对陆相湖泊系统碳循环行为的认识仍较为有限,相关研究多集中于更新世以来的现代湖泊,对始新世等深时湖泊碳循环过程的系统性探讨仍显不足。本研究综合运用多项地球化学指标,结合碳源-汇通量定量模型,恢复了始新世依兰湖盆在早始新世气候最适宜期(EECO)与中始新世气候最适宜期(MECO)2次热事件期间的有机碳埋藏量与碳排放量,系统揭示了该湖盆的碳源-汇动态及其在区域碳循环中的作用。研究结果表明,依兰湖盆在EECO时期表现出最高的生产力、有机碳埋藏速率以及化石碳氧化释放CO₂通量。尽管热事件期间存在大量碳排放,湖泊通过光合作用固定的净碳量(EECO期间达241 650 Mt)及最终埋藏的有机碳量(EECO期间约4028 Mt)显著高于化石碳氧化所产生的CO₂排放量(EECO期间约1448 Mt)。因此,依兰湖盆在东北地区始新世热事件期间的碳循环中整体表现为“净碳汇”,成为该时期区域气候调节的重要自然载体。

石岛是南海海拔最高的海岛,也是南海现代海洋海岛弱固结高位海滩岩型岩溶重灾区,同时也是生态环境保护和修复工程技术的难点地区。文中报道了逾十年实地调查的发现,指出老龙头、根管石和楔形前积层理大剖面是西沙群岛三大顶级生态景观和珍贵地质遗迹资源。老龙头是全球唯一自然成因龙形石,也是西沙军民的龙图腾。但是,浪蚀、涛蚀、风蚀、高温、高湿、高盐和淡水淋滤溶蚀7种自然力与人类活动导致岩溶毁灭性快速演进,令人触目惊心!虽为不可抗拒之自然进程,却是顶级生态景观之殇。简要阐述了7种岩溶自然力特征,利用铁铝酸盐水泥基材料及其低碱度(pH值为10~11)、抗海水腐蚀、强度越泡越高(抗蚀系数>1)等性能特征,加上独特工程工艺技术实施修复,或可实现老龙头外部增韧、岩体内部原位增强,达到永续传承的修复目标。

古生代植物登陆是地球生命演化史上的重大事件,不仅重塑了地球表层的地貌景观,还对其他门类生物演化产生显著影响。截至目前,不同沉积环境中底栖动物如何响应植物登陆过程,以及对底栖生态系统构建方面的研究仍显薄弱。本研究在搜集和整理全球古生代底栖动物遗迹化石数据的基础上,建立以时间-沉积环境为核心的研究框架,系统对比在植物登陆演化过程中,海陆过渡环境、河流环境和湖泊环境中的遗迹多样性、遗迹歧异度、遗迹阶层和底栖生态系统工程的演化方式,评估底栖动物的行为演化对于植物登陆的响应。结果表明,古生代底栖动物向陆地环境的殖居具有显著的阶段性和差异性, 奥陶纪海陆过渡环境中的底栖动物已开始对植物登陆做出初步反馈,但在河流和湖泊环境中该响应却存在明显滞后,这一差异与植物根系的发育和森林化过程密切相关。总体来看,随着陆地植物对沉积环境中的底质稳定性和有机质等条件的改善,底栖动物逐渐扩展其生态位,生态空间利用和生态系统工程明显增强; 同时,底栖动物通过改造沉积物底质和物质能量流动,对植物陆地化过程产生正反馈作用。除陆地植物这一影响因素外,气候变化、构造运动和海平面波动等环境因素也对底栖动物行为习性演化产生深刻影响。研究成果对理解古生代地球生态系统演化和生物-沉积物相互作用提供了新的遗迹学视角。

Tubiphytes是一类分布范围广、延续时间长的争议性生物类群,被广泛记录于晚古生代至中生代的礁相地层中,具有重要的古生态学价值。贵州省晚宾夕法尼亚世地层中Tubiphytes产出丰富,黔南猴场地区格舍尔期地层中发育有Tubiphytes主导建造的生物礁,为开展Tubiphytes的古生态研究提供了良好的研究对象。古生物学分析表明,晚石炭世Tubiphytes obscurus obscurus Maslov为研究区生物的主要属种,是粘结有孔虫和微生物的集合体。定量分析表明,在研究区的Tubiphytes礁中,单体状的Tubiphytes与Archaeolithoporella和群体珊瑚Ivanovia cf. manchurica存在共生关系,团块状的Tubiphytes与群体珊瑚Ivanovia cf. manchurica及叶状藻类等生物存在竞争关系。Tubiphytes与Archaeolithoporella组成微结壳群落,而微结壳群落及其多期次胶结物共同构成了生物礁的微格架单元,主导了研究区Tubiphytes礁体的建造,而这种以Tubiphytes为主导的微结壳群落建造的礁体在缺乏后生动物的环境中反复出现,是晚石炭世古特提斯洋生物礁系统的重要组成部分。

晚三叠世卡尼期洪泛事件(Carnian Pluvial Episode,CPE,~234—232 Ma)以全球温度和湿度的急剧上升为特征,伴随着海洋和陆地生态系统的显著变化,并与兰格利亚大火成岩省的喷发有关。目前大量有关CPE的研究主要集中在地层约束良好的海相地层中,而陆地生态系统对CPE事件响应过程的研究有限。本研究回顾了CPE期间陆地环境-气候和植物变化的研究现状,并对其潜在驱动机制进行了探讨。几乎同步出现的多次碳同位素负偏移(CIEs)与Hg富集异常(Hg/TOC峰值)和Hg同位素证据,提供了兰格利亚大火成岩省是CPE期间陆地环境、气候和生物显著变化驱动因素的直接证据。兰格利亚大火成岩省喷发释放的大量CO₂引发全球变暖,导致大气环流与水文循环增强,促使全球降雨量增加和气候由暖干转向暖湿。这些变化造成陆地上三角洲和沼泽广泛发育、湖平面上升、化学风化作用加剧、湿生植物和淡水藻类增多、全球聚煤作用再现,以及针叶类植物、恐龙、昆虫、鳄鱼、海龟、哺乳类动物等的起源和辐射。同时,陆地风化作用增强、地表水系扩张及湿生植物与淡水藻类增加,推动了陆地有机碳埋藏量显著上升,这有助于全球聚煤作用重现。而有机碳埋藏量增加和全球聚煤作用再现可对改善全球大气条件形成负反馈,部分抵消兰格利亚大火成岩省释放温室气体引发的温室效应,促使CPE期间环境和气候渐趋稳定,最终致使CPE事件终止。这些结果表明大火成岩省可以以多个脉冲形式发生,并改变碳循环、引起环境和气候变化、驱动生物宏观进化,而全球性聚煤作用则在气候稳定性方面发挥着至关重要的作用。

华南粤北地区泥盆系分布广泛,化石资料丰富,地层发育齐全。通过对该区域岩石地层、生物地层、层序地层和事件地层的综合地层对比,结合粤北连南实测剖面4个沉积相带、3个生物带和8个三级层序的控制,恢复了粤北地区中泥盆世吉维特期、晚泥盆世弗拉期和法门期3个阶段的沉积古地理演化。结果表明,伴随着钦防海槽的打开和扩张,从中泥盆世吉维特期开始粤北地区逐步海侵,形成台盆-台沟交互的洋盆格局,至弗拉期晚期海侵达到最大,自法门期开始逐步海退。该古地理面貌影响了生物礁的分布和时空迁移,在粤北连南地区表现为珊瑚-层孔虫生物礁(吉维特期)→层孔虫生物礁(弗拉期)→菌藻类生物礁(法门期)的变迁。综合分析粤北地区泥盆纪的沉积古地理演化、生物(礁)群落、构造和气候背景,认为构造因素是该地区泥盆纪生物事件与地质环境变化的主控因素,尤其是晚泥盆世F-F事件。

白垩纪发生了许多具有全球性影响的构造和气候事件,这些事件在六盘山盆地也有很好的响应。六盘山盆地白垩系为河流—湖泊相沉积,地层连续性好,分布范围广,尤其重要的是,地层中还保存了完美的狼鳍鱼化石,是研究白垩纪古气候、古环境变化的理想场所。依据沉积学、地层学、古生物学、地球化学等理论,以六盘山盆地白垩系李洼峡组为研究对象,通过有机碳同位素(${\mathrm{\delta }}^{13}{\mathrm{C}}_{\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{g}}$)、主量元素、微量元素、XRF(X射线荧光光谱分析)等分析测试,对狼鳍鱼化石赋存层位的古气候、古环境进行研究,以揭示其与全球性事件的响应关系。地球化学分析结果显示,李洼峡组岩石样品的${\mathrm{\delta }}^{13}{\mathrm{C}}_{\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{g}}$结果呈现出3个明显的演化阶段: B3-B7层位急剧负偏(-30.21‰~-27.19‰,幅度3.02‰),B11-B15层位显著正偏(-28.05‰~-24.13‰,幅度3.92‰),B17-B25层位转为振荡式正偏移。化石赋存层位中主量元素Ca、Mg和微量元素Sr、Th相较于其上、下层位呈现显著差异。鱼化石骨骼微区XRF分析显示,Mn、Cr、As、S等重金属和有毒元素显著异常。李洼峡组狼鳍鱼化石层位记录了OAE1a(Oceanic Anoxic Event 1a,大洋缺氧事件)的C3阶段(OAE1a的起始阶段,${\mathrm{\delta }}^{13}{\mathrm{C}}_{\mathrm{o}\mathrm{r}\mathrm{g}}$呈显著负偏),该阶段六盘山盆地表现为炎热干旱、高盐缺氧的沉积环境。狼鳍鱼大规模死亡主要是由于早白垩世火山活动诱发的温室效应导致底层水体形成持续性缺氧环境,同时叠加火山灰中富集的重金属和有毒元素的毒害作用。该研究不仅揭示了六盘山盆地古气候、古环境对全球事件的响应机制,也为理解白垩纪陆相生态系统的气候环境演变和生物灭绝事件提供了关键的地球化学证据和古生物记录。

在二叠纪与三叠纪之交的生物大灭绝事件中,不同水深环境中的生态系演变过程亦存在差异。浅水碳酸盐台地环境水体深度小,聚集了绝大部分的底栖生物,对于环境的变化更为敏感,是了解灾难环境下海洋生态系演化的重要窗口。文中以下扬子浙江长兴地区新发现的潘家庄剖面浅水碳酸盐台地相为研究对象,综合开展沉积学、古生物学与同位素地球化学研究,探讨二叠纪与三叠纪之交浅水环境生态系的演变。结果显示,潘家庄剖面上二叠统长兴组生物碎屑灰岩的顶部发生大规模生物灭绝,伴随着沉积微相从富含有孔虫、藻类的生物碎屑灰岩到凝块石微生物岩的转变,反映出在后生生物大规模灭绝后蓝细菌呈爆发式增长; 同时,无机碳同位素发生了1次显著的负偏。依据上述结果认为,浙江长兴潘家庄剖面二叠纪与三叠纪之交由生物碎屑灰岩相突变为微生物岩相的生态系演变,可能代表了二叠纪末生物大灭绝事件中的单幕式生物灭绝过程。

古元古代叠层石保存的微生物与环境相互作用的构造特征,为解析微生物群落演化与早期环境协同转变提供了关键的生物沉积学证据。本研究以华北五台地区滹沱群北大兴组底部(~2.0 Ga)的分枝柱状叠层石为研究对象,通过宏观—微观多尺度构造特征分析,揭示了其形态特征、控制因素及演化意义。研究结果表明,五台地区北大兴组底部叠层石发育典型的分枝柱状构造,柱体内部保存有周期性交替的明暗纹层及微凝块等微观构造,其中明暗纹层中的明层由微晶或亮晶白云石组成,暗层主要为泥晶白云石,两者交替可能反映了微生物群落对环境波动的周期性响应,而微凝块构造则可能受微生物席降解和微生物钙化的影响。综合宏观形态特征(柱体的倾斜生长、直径变化及空间分布密度的差异)和沉积学特征(频繁的冲刷-侵蚀面、生长间断面及丰富的似球粒)分析,北大兴组分枝柱状叠层石形成主要受控于水动力条件、生长空间、光照条件及沉积物输入通量等关键环境因素的动态平衡,其主要沉积于潮间带下部至浅潮下带,发育环境以中—高能水动力条件为特征,沉积输入通量较低且沉积速率适中,且频繁受到风暴或潮汐作用的影响。

四川盆地中侏罗统沙溪庙组下段顶部“叶肢介页岩”层的形成标志着古湖泊沉积环境与古地理格局的重大转变。该层位对应蜀龙-峨眉龙动物群向马门溪龙动物群的演替节点,重塑该时期沉积环境与古地理条件转变过程,对认识四川盆地恐龙动物群演化具有重要意义。本研究对沙溪庙组下段“叶肢介页岩”进行了叶肢介化石埋藏特征分析,并对“叶肢介页岩”以及沙溪庙组上、下段泥岩和粉砂岩样品进行了全岩地球化学分析。结果显示,沙溪庙组沉积时期相继发生前三角洲→浅湖→河流—三角洲沉积环境的转变,叶肢介大量生长繁殖于温暖湿润的浅湖环境中; CIA与CIW等古气候指标显示沙溪庙组古气候出现半湿润—半干旱→温暖湿润→半湿润—半干旱的转变,δCe、V/Cr、U/Th、V/(V+Ni)与V/Sc等氧化还原指标表明古水体经历了氧化—弱还原→还原→氧化—弱还原的过渡,B/Ga与Sr/Ba等指示古盐度整体以淡水为主,仅在上段局部发生微咸化。推测四川盆地中侏罗世晚期古气候温暖湿润,形成大量降水,湖盆水体转变为还原环境,从而促进了叶肢介的大量生长繁殖,而随后气候整体向干旱转变,驱动了植食性恐龙类群从蜀龙-峨眉龙向马门溪龙的适应性演替。

陆相断陷湖盆构造-沉积协同演化控制了盆内源-储发育与油气成藏富集过程。本研究基于岩心、钻测井分析和高分辨率三维地震资料精细解释,明确了银额盆地查干凹陷断陷期多因素控制下的沉积体系与沉积相展布特征,揭示了断陷期构造活动与沉积物充填的协同演化机制。研究表明,银额盆地发育初始断陷期(SQ1)和强烈断陷期(SQ2)2个三级层序: (1)初始断陷期北东向毛西断层与北西向图拉格断层通过分段活化向放射状联结演化,形成高分隔性断陷格局,控制近端短轴向冲积扇—扇三角洲沉积体系发育,高位移量断裂活化与温暖湿润气候促进半深湖—深湖相沉积体系形成。(2)强烈断陷期北东向控陷断裂系主导沉积格局: 苏一段火山活动占据可容空间,浅湖相发育,断陷内火山地形限制辫状河三角洲砂体分裂扩散; 苏二段火山堆积速率超越沉降速率,导致毛西断层北段、虎勒断层南段物源衰退,虎勒断层北段物源由西向转为北西向,改变了砂体充填过程。初始断陷期高位移断裂与湿润气候耦合控制了查干凹陷主力烃源岩的发育与分布,强烈断陷期火山—构造协同作用改造沉积古地貌进而调控储集砂体分布,如火山地形阻碍砂体分裂扩散,快速火山堆积引发物源体系迁移/衰退等,此外多期次火山岩顶界面层状气孔带亦可形成有效的火山岩储集体,通过断裂活动沟通深部油源即可形成油气藏。本研究所建立的构造-沉积协同演化模式可为研究区储集层预测与勘探部署提供指导,也可为相似地质背景的断陷盆地分析提供类比模型。

为了深入理解潮坪环境风暴沉积特征及其古纬度与古气候指示意义,本研究以华北南部下奥陶统冶里组风暴沉积层为研究对象,通过详尽的野外沉积学观察与室内碳酸盐岩微相分析,识别出砾屑白云岩、含石英砂屑白云岩、砂屑白云岩、中晶白云岩和细晶白云岩等5类碳酸盐岩微相,并结合宏观沉积特征,推测沉积环境经历了潮下带→潮间带→潮上带的演变过程。其中风暴沉积构造主要由侵蚀、破坏与沉积作用形成,包括风暴冲刷面、风暴砾屑层、粒序层理、块状层理、丘状交错层理、撕裂构造、负载和火焰状构造等。依据这些沉积构造组合与沉积环境的对应关系,按照风暴水动力类型,划分出6类风暴沉积序列: 潮下带风暴涡流沉积序列; 潮下带风暴涡流+风暴浪沉积序列; 潮间带风暴重力流+风暴浪沉积序列; 潮间带风暴碎屑流沉积序列; 潮间带风暴涡流沉积序列; 潮上带风暴潮流沉积序列。建立华北南部下奥陶统冶里组潮坪环境碳酸盐岩风暴沉积模式,并认为风暴沉积序列结构主要受控于风暴流作用方式。冶里组风暴沉积记录显示出早奥陶世风暴活动频率与强度的增加,是对气候变暖的响应,说明奥陶纪气候在总体变冷的初期存在波动。结合前人在华北板块报道的同期风暴沉积,推断华北板块东缘应面向广海,其古纬度位置为南纬15°~24°。研究成果不仅深化了对风暴沉积序列的认识,亦为华北南部早奥陶世古气候与古地理重建提供了关键的沉积学数据。

川西坳陷东坡三叠系须家河组二段(须二段)沉积环境的认识长期存在争议,本研究以新识别的风暴沉积为关键证据,旨在厘清该区须二段沉积环境及风暴沉积发育特征。通过岩心观察、薄片鉴定、粒度分析及地球化学测试等手段,取得了以下认识: (1)川西坳陷东坡须二段广泛发育双向交错层理、浪成交错层理和潮汐束等沉积构造,粒度及地化数据显示该区为能量周期性波动的高能环境,水体性质为半咸水—淡水,指示该区为海相滨岸沉积环境,可进一步划分为前滨、上临滨、中临滨、下临滨4种沉积亚相; (2)前滨至中临滨亚相中发育泥砾层、渠模和丘状交错层理等典型风暴沉积构造,在垂向上识别出至少9期风暴沉积,其序列以不完整的A-B-C型为主,反映了高能、高频的近源风暴沉积特征; (3)在海退背景下,风暴沉积发育带逐渐由临滨向前滨迁移,风暴层厚度表现为早期西南部较厚、晚期东部增厚,指示沉积中心向北东迁移。本研究明确了川西坳陷东坡须二段为风暴扰动的海相滨岸沉积环境,与“西深东浅”的古地理格局共同揭示了“西坳供源、东坡富砂、东部封堵”的成藏要素组合,为该区致密砂岩勘探区优选提供了地质依据。

鄂尔多斯盆地陕北吴起地区长7段重力流沉积已有发现,但长8、长9段尚未有重力流沉积的报道。本次研究旨在全面揭示吴起地区长7—长9段重力流沉积的存在及其类型和对储集层的物性与含油性的控制作用。基于吴起地区长7—长9段厘米级岩心观察分析、粒度资料及测井解释,综合解析研究区砂岩的重力流成因及其类型。吴起地区长7—长9段重力流沉积十分广泛,并以浊流沉积为主,其次为砂质碎屑流沉积,另有重力沉积物滑动—滑塌沉积。建立了长7—长9段重力流沉积的多参数识别标志: (1)岩心构造特征: 滑动—滑塌沉积以变形和包卷层理为主; 砂质碎屑流沉积发育厚层块状层理及泥岩撕裂屑; 浊流沉积呈多期不完整鲍马序列叠加; (2)粒度特征: 砂质碎屑流沉积多呈“短尾”两段式,跳跃次总体占95%以上,斜率较陡,而悬浮次总体通常小于5%,且斜率平缓; 浊流沉积多呈典型的一段式; (3)C-M图: 研究区长7—长9段C-M值平行于C=M基线,符合重力流沉积特征。对2类重力流沉积的储集层、含油性及试油结果对比表明,砂质碎屑流沉积明显优于浊流沉积。吴起地区长7—长9段重力流沉积广布,其发现具有十分重要的勘探意义,其中砂质碎屑流沉积应作为研究区延长组下组合致密油勘探的优先靶区,其次为浊流沉积。

由于受强烈构造挤压作用,库车坳陷山前带白垩系巴什基奇克组巨厚砂岩变形强烈、地震成像复杂且多解性强,导致克深天然气富集区沉积物源通道精细研究的方法少、成果更少。针对此问题,开展了克深地区巴什基奇克组40余口钻井400多块砂岩样品的重矿物组合分析,26口钻井600余块样品的砂岩碎屑组分与阴极发光等实验分析,结果表明: (1)该区各井中锆石、电气石、石榴子石、磁铁矿等重矿物稳定存在,金红石、磷灰石、榍石等稳定重矿物与绿帘石、绿泥石、云母等不稳定重矿物是否存在及含量的差异导致各井区重矿物组合不同,辅以ZTR指数大小可判断各井区物源输送通道的差异; (2)巨厚砂岩的沉积物源母岩主要来自于前石炭系高级变质岩、低级变质岩、中酸性火成岩、基性火成岩与沉积岩,自东向西可细分为9个重矿物组合区; (3)由于砂岩碎屑组分的含量受原始沉积作用控制,砂岩碎屑组分中钾长石、斜长石及变质岩岩屑平均含量平面变化特征显示存在5~7个物源输送通道; (4)综合分析重矿物组合与砂岩碎屑组分分别指示的物源通道特征,认为巴什基奇克组沉积时期自东向西至少存在7条物源输送通道,其中Ⅱ区和Ⅴ区可能是河道延伸较远的通道。以上认识为克深地区大比例尺沉积微相及有利砂体展布分析提供依据,支撑了该区气藏精细研究与评价。

干旱—半干旱地区的冲积扇与风成沉积相伴发育是一种普遍现象,冲积扇扇体表面时常受到风的改造作用而发生再沉积,但目前两者的交互作用及其沉积构型研究尚显不足。为深入理解干旱—半干旱地区冲积扇中风成—水成交互沉积过程,本研究基于现代遥感影像和野外露头资料,对现代敦煌冲积扇扇中亚相开展岩相、岩相组合和平面展布的详细观察与解剖。结果表明: 研究区主要发育9种岩相、5种岩相组合,识别出辫状水道沉积和风成沉积2种沉积类型; 其中,大型交错层理砂岩岩相(St)和平行层理砂岩岩相(Sp),代表了典型的风成沉积; 5种岩相组合包括交错层理砾岩—小型交错层理砂岩岩相(Gt-Scs)、多级颗粒支撑砾岩—小型交错层理砂岩岩相(Gcm-Scs)、多级颗粒支撑砾岩—团块砂岩岩相(Gcm-Sm)、侧积薄层砾岩—平行层理砂岩岩相(Gla-Sp)、多级颗粒支撑砾岩—砂质砾岩/含砾砂岩岩相(Gcm-Gs/Sg),代表了辫状水道沉积。平面上,冲积扇辫状水道与风成沉积毗邻发育; 垂向上,风成沉积砂岩和辫状水道砂砾岩呈互层发育,表明2种地质营力在不同时期分别占主导地位。基于此,建立了干旱—半干旱气候背景下,冲积扇扇中侧缘主次营力旋回控制的“风进水退、水进风退”的沉积模式,在季候风盛行的干旱时期,风为主导地质营力,发育厚层大型交错层理砂岩和平行层理砂岩; 转为降雨量和冰川融水充沛的丰水期,扇面流水作用主导时,表现为辫状水道砂岩发育。本研究丰富了冲积扇的沉积构型模式,对冲积扇砂砾储集层的成因识别和油气勘探开发提供了重要理论依据。

川西北地区(四川盆地西北部简称)是中国泥盆系研究的重要区域之一,但该地区的年代地层对比与古环境研究仍存在争议。本研究针对川西北地区中泥盆统观雾山组与下石炭统总长沟组系统开展野外露头剖面实测和薄片鉴定,并对其中210个碳酸盐岩样品开展碳、氧同位素分析。结果显示: 川西北地区观雾山组中部古盐度较高,水体较浅,是白云岩发育的有利层段,与上覆沙窝子组、下伏金宝石组呈整合接触; 泥盆系与石炭系之间为区域性不整合,表现为观雾山组上部与总长沟组下部缺失; 观雾山组δ¹³C分布在-3.72‰~3.19‰之间,平均为0.61‰,δ¹⁸O分布在-7.30‰~-1.11‰之间,平均为-4.49‰;总长沟组δ¹³C分布在-4.47‰~2.08‰之间,平均为-0.92‰,δ¹⁸O分布在-5.83‰~-0.64‰之间,平均为-3.52‰。古环境恢复表明,观雾山组与总长沟组均属于典型的海相沉积,观雾山组沉积期海水温度主要分布在15~40 ℃之间,平均25.32 ℃,属于亚热带—热带气候,而总长沟组海水温度主要介于15~34 ℃之间,平均23.71 ℃,属于温带—亚热带气候,也揭示了从泥盆纪到石炭纪存在降温事件。此外,δ¹³C的多期正—负漂移变化趋势受控于高频海平面波动及陆架周期性暴露,反映了古海洋的碳循环扰动。实测的研究区3个露头的碳同位素整体变化趋势基本一致,且与中国广西、法国和德国露头剖面的碳同位素变化趋势基本相同,故其可有效应用于泥盆系与石炭系的年代地层对比与划分。本研究揭示的川西北地区泥盆系—石炭系碳氧同位素地球化学特征,不仅为区域地层等时对比提供关键证据,而且重建的古水温演变及碳循环波动机制,有助于明确白云岩的有利发育时期,对认识特提斯东缘古环境演化及油气储层预测有重要意义。

以济阳坳陷东营凹陷民丰洼陷沙河街组四段上亚段(简称“沙四上亚段”)页岩为研究对象,利用岩心观察、薄片观察和元素分析等方法恢复沉积古环境,创新融合SEM-CL、FIB-SEM、LA-ICP-MS、同位素、包裹体及U-Pb定年等方法,明确页岩典型成岩矿物演化特征和成储机制。结果表明: 民丰洼陷沙四上亚段页岩沉积期属于干旱—半湿润气候,总体为咸水、深湖、强还原的细粒沉积环境,纵向高频旋回性特征显著,呈现由碳酸盐质混合页岩占主导到三端元矿物均匀混合页岩、再到长英质混合页岩占比增加的变化特点; TOC集中在1.8%~6%,高沉积速率、强物源供给使有机质大量富集而不完全依赖长期缺氧保存环境; 颗粒状方解石的稀土元素分配特征、碳氧同位素值以及U-Pb年龄等与纤维状方解石存在较明显差异,总体上,近水平方向柱纤状方解石纹层表现出较宽幅的年龄跨度(31.2±4.3~25.1±4.2 Ma),对应早成岩—中成岩的完整演化阶段; 自生石英在泥质纹层和方解石纹层中普遍发育,蒙脱石向伊利石转化(伊利石含量集中在80%~100%)、长石等硅酸盐矿物溶解释放的硅质是页岩自生石英主要的硅质来源; 在超压背景下,自生石英与重结晶方解石协同维持孔隙空间,缓解了因过度胶结对孔隙保存的破坏作用,为成岩体系偏酸性流体的溶蚀增孔提供了有利成储条件。

上扬子地区筇竹寺组是目前页岩气勘探的重要层位。为重建川南地区下寒武统筇竹寺组沉积古环境,本研究以A1井筇竹寺组页岩为研究对象,通过主量、微量及稀土元素地球化学分析,探究其沉积期风化强度、古气候特征、构造环境及物源特征。结果显示: 页岩中主量元素呈现出TFe₂O₃、MgO和K₂O富集,SiO₂、Al₂O₃和Na₂O亏损; 微量元素中Mo和Cd表现出强烈富集,Sr元素强烈亏损; 稀土元素标准化配分模式与上地壳极为相似,呈现“V”型向右倾斜、轻稀土元素富集、重稀土元素平坦式分布、轻重稀土分异明显、Eu负异常明显的特征; CIA值(48.16~69.36,平均64.03)和A-CN-K图解指示物源区遭受中等强度化学风化作用,指示沉积时期气候温暖、湿润; Th/Sc-Zr/Sc二元图解指示页岩未经历多旋回沉积,不具备沉积再循环特征; K₂O-Rb、TiO₂-Zr、Co/Th-La/Sc和Th/Sc-Zr/Sc二元图解均指示其源岩为中酸性长英质火成岩; 综合特征主量元素构造判别图解及ΣREE分布特征(136.51×10^-6~297.68×10^-6,平均189.23×10^-6,高于大陆上地壳)指示其主体形成于被动大陆边缘。综合古气候条件、物源特征及构造背景,推断川南地区下寒武统筇竹寺组页岩主体形成于被动大陆边缘,沉积时期化学风化强度中等,气候温暖湿润,物源主要来自于康滇古陆的中酸性长英质火成岩,沉积时受热液影响不大。

珠江口盆地为典型新生代陆缘裂谷盆地,其油气资源主要来源于始新统文昌组湖相烃源岩。以中央隆起为界,该盆地南北2大区域分别发育断陷型凹陷与拆离型凹陷。这2类凹陷中的油气分布存在显著差异,但差异原因尚不明确。采用构造演化解析、沉积体系重建及源-断-砂配置分析等方法,揭示了盆地“先断后拆、北断南拆”的构造演化规律与“早陆晚海、北洲南扇”的沉积分布特征。2类凹陷的构造-沉积演化过程不同形成了不同的源-断-砂配置,致使它们具有迥异的油气成藏模式与富集规律。断陷型凹陷常具有“湖相优质烃源—高陡断层—近物源砂体”配置,以富油成藏模式为主; 而拆离型凹陷多形成“湖相优质烃源—断块掀斜调整断层—远物源砂体”配置,以富气成藏模式为主,也可局部富油。断陷型凹陷油气多富集于陡坡带—凹中隆—缓坡内带,而拆离型凹陷更易富集于缓坡带,这为后续勘探部署提供了方向。

陆相断陷盆地中持续发现的巨型油气藏揭示生屑云岩储集层已成为重要勘探新领域。结合岩相学、地球化学和原位微区同位素技术,聚焦渤海湾盆地石臼坨凸起东部古近系沙河街组二段(沙二段,Es2)生屑云岩储集层,揭示了生屑云岩白云石化成因及其孔隙演化规律。研究表明: (1)沙二段发育3套生屑云岩储集层,确定了4种类型的交代白云石: 泥晶包膜(ME)、泥晶—细晶基质白云石(MD)、早期纤柱状白云石(CD₁)与晚期镶嵌状白云石(CD₂);(2)提出渗透回流和埋藏作用2种白云石化成因,揭示不同类型白云石的形成机理,ME、MD和早期CD₁产状白云石发育于干热咸水、滨湖浅滩环境下的高盐卤水渗透回流作用; (3)浅埋藏期高温封闭成岩环境中,有机质热解产生的有机酸驱动MD和CD₁溶解—再沉淀形成CD₂;同时成岩压实释放的富Mg²⁺孔隙水与封存同生水协同参与CD₂胶结,充填粒间孔隙; (4)同生期大气淡水淋滤通过选择性溶蚀作用,生成铸模孔和生物体腔孔等早期次生孔隙, 中—深埋藏后期大量有机酸生成与油气充注引发非选择性溶蚀和微裂缝发育,但储集空间仍以原生粒间孔和早期次生孔为主。本研究将微区同位素温度重建与多期白云石化机理耦合,完善了以往回流渗透与混合水白云石化作用的偏颇观点,为生屑云岩储集层改造与油气藏高效开发提供了理论依据和预测思路。

浅水三角洲前缘砂体广泛发育,是陆相盆地中极具勘探潜力的重要油气储集层类型,但受分流河道频繁迁移改道影响,砂体在垂向上多期叠置形成薄互层,平面上相互交织,构型分布较为复杂,致使在井网稀疏条件下储层预测难度大、精度低。本研究以四川盆地天府气田简阳区块侏罗系沙溪庙组一段浅水三角洲为例,提出“分频多属性自动化机器学习联合波形指示反演”的薄层砂体智能预测方法: 在平面上,优选分频地震数据,自动筛选关键属性并集成多模型学习,建立非线性映射关系,使地震属性与井上砂厚相关系数由0.64提升至0.82,实现稀井网条件下砂体的定量刻画; 在剖面上,引入波形指示反演的相控约束,并以无铀伽马为目标开展反演,稳定识别10 m以上砂体,对约4 m的薄层砂体亦有响应,建立了构型单元组合样式的地震响应模板。基于上述成果,系统识别出水下分流河道、残余河口坝、溢岸及分流间湾4类构型单元,总结形成6种垂向叠置和侧向切叠组合样式,并揭示了在沉积旋回控制下孤立窄河道与复合宽河道在平面展布与垂向差异演化特征,同时在三维上厘清了由近源网状分流河道到远源舌状-朵状坝体的空间分异规律,建立了浅水三角洲沉积构型模式。研究成果不仅实现了稀疏井网下多级次构型的精细表征,也为复杂浅水三角洲储集层的高效勘探开发提供了新思路和方法。

南华北盆地东部下古生界寒武系和奥陶系碳酸盐岩热储勘探程度低,开展寒武系和奥陶系热储特征研究对认识下古生界碳酸盐岩地热资源潜力具有重要的指导意义。本研究基于前人研究成果,利用最新的钻井、岩心、露头、分析测试等资料,系统研究了寒武系和奥陶系热储特征,分析了热储展布规律和地温场特征,并预测了有利区。结果表明: (1)南华北盆地东部下古生界碳酸盐岩热储主要分布于张夏组及其上覆地层,储集层类型为鲕粒滩储集层、白云岩储集层和风化壳岩溶储集层。鲕粒滩储集层和白云岩储集层受后期构造运动影响,易形成风化壳岩溶储集层。研究区风化壳岩溶储集层发育广泛,以Ⅱ类和Ⅲ类裂缝储集层为主。(2)研究区岩溶热储受构造影响,呈北西和北东走向,浅埋区寒武系热储顶面埋深500~2500 m,奥陶系热储顶面埋深100~2000 m;热储顶面温度30~90 ℃。(3)基于热储顶面埋深、盖层地温梯度和岩溶发育程度建立了研究区岩溶热储选区评价标准,经评价认为太康隆起商丘地区西部为岩溶热储勘探的最有利地区;研究为南华北盆地东部下一步地热勘探开发指明了方向。

聚煤作用是全球碳循环重要环节,实现了大气CO₂在陆地的大量长期埋藏,是导致大气CO₂浓度降低的主要因素之一。大气CO₂浓度降低会引起全球气温降低,进而触发冰期。石炭纪末华北盆地发生了全盆地范围的聚煤作用(#8+9煤),随后全球进入早二叠世初P1冰期,这表明P1冰期的开始和华北盆地的广泛的聚煤作用可能存在潜在成因联系。为了揭示两者之间的关系,本研究以鄂尔多斯盆地#8+9煤层为研究对象,对其自然伽马曲线进行了频谱分析,恢复了#8+9煤层聚集时间,并根据煤层厚度、碳含量和视密度数据恢复了泥炭地碳埋藏速率,并以此为依据,根据华北盆地晚石炭世泥炭地面积得出当时华北盆地每年的碳埋藏量,根据现有大气数据计算出晚石炭世末华北盆地每年碳埋藏量减少的大气CO₂浓度,最终揭示晚石炭世末华北盆地的聚煤作用和P1冰期开始的关系。结果表明,华北盆地#8+9煤中发现地轴斜率35.5 kyr和岁差21.7 kyr周期,沉积时限为98.31~277.66 kyr,平均为188.20 kyr;泥炭地碳埋藏速率为42.41~78.87 g/m²·a,平均值为59.21 g/m²·a。 据现有大气总质量和二氧化碳浓度估计,每降低大气CO₂浓度 1 μL/L,需从大气中移除约2.13 GtC(10亿吨碳)。华北盆地晚石炭世末每年碳埋藏量为3.82×10⁷~7.01×10⁷吨,平均值为5.33×10⁷吨,每年降低大气CO₂浓度为1.79×10^-2~3.33×10^-2 μL/L,平均2.51×10^-2 μL/L。晚石炭世末聚煤作用前大气CO₂浓度约为400 μL/L,P1冰期开始前大气CO₂浓度约为200 μL/L,按照华北盆地年平均碳埋藏速率,仅8000年就可以使大气CO₂浓度降低200 μL/L,达到P1冰期形成时的大气CO₂浓度,而#8+9煤平均沉积年限为188.20 kyr,远超达到冰期所需要的时间,因此华北盆地的巨量碳埋藏可以导致P1冰期开始前大气CO₂浓度快速降低。ρCO₂与大陆硅酸盐风化的解耦、与古雨林面积快速增加和热带森林反复重组耦合,表明华北盆地晚石炭世末的聚煤作用是导致P1冰期开始前大气CO₂浓度降低和P1冰期开始的主要原因。