利用团簇同位素恢复沉积盆地热历史的探索

海相碳酸盐岩层系由于缺乏有效的古温标,其热历史的恢复一直是困扰地球科学界的难题.碳酸盐团簇同位素(clumped isotope)作为一种新兴的古温标,在碳酸盐岩地层热历史研究中展现出了巨大的潜力.本文选取了塔里木盆地与四川盆地多口钻井受后期成岩作用影响较弱的碳酸盐岩样品进行团簇同位素古温标(Δ47)测试与分析,探讨了不同岩性的深层自然演化碳酸盐岩样品Δ47温度的意义、方解石团簇同位素~(13)C-~(18)O键固态重排规律以及沉积盆地热历史对不同岩性的团簇同位素的影响.塔里木盆地顺托果勒-卡塔克地区碳酸盐Δ47为0.443‰～0.634‰,计算团簇同位素温度为49.9～201.7℃,川中古隆起碳酸盐Δ47为0.423‰～0.537‰,计算团簇同位素温度为105.7～233.5℃.测得的团簇同位素温度远高于可能的成岩温度,表明上述研究区自然样品的碳酸盐团簇同位素受到了后期埋藏升温作用的影响,可能发生了~(13)C-~(18)O键的固态重排.根据塔里木盆地顺托果勒-卡塔克地区团簇同位素温度与钻孔温度关系推测自然样品方解石团簇同位素~(13)C-~(18)O键固态重排的"封闭温度"不高于120℃,热力学"平衡温度"不低于160℃,与国外实验室条件下得到的结果相一致.综合分析认为一阶近似模型能够较为准确地描述盆地热历史对方解石~(13)C-~(18)O键固态重排的影响;而盆地热历史对白云石团簇同位素影响的热演化模型还需要进一步研究.     

塔里木盆地地质热事件研究

塔里木盆地是我国最大的沉积盆地,也是我国石油工业的重要战略接替地区,因此塔里木盆地油气形成与演化研究具有十分重要的意义.塔里木盆地发育了多期地质热事件,这些盆地地质热事件直接影响了盆地油气形成和演化.作者采用~(40)Ar-~(39)Ar快中子活化技术对盆地火山岩进行~(40)Ar/~(39)Ar坪谱年龄研究,获得了塔里木盆地火山岩的~(40)Ar/~(39)Ar年龄,查明了本区构造热事件的地质年代,并通过Ar在热事件中的逸散程度恢复样品遭受热历史过程,在此基础上探讨了盆地的构造演化及与油气生成、演化的关系.1 盆地火山岩~(40)Ar/~(39)Ar年龄谱特征~(40)Ar/~(39)Ar坪年龄谱不仅能够很好地反映岩石形成的年龄,而且能很好地记录岩石形成以后所经历的各种地质热事件.因此,塔里木盆地火山岩的~(40)Ar/~(39)Ar坪年龄谱的研究能很好地确定盆地地质热事件的历史.     

雅鲁藏布江逆冲带活动的裂变径迹定年证据

从拉萨至浪卡子南北向约70km长的剖面中选择9个磷灰石样和4个锆石样进行裂变径迹年龄测定，其中磷灰石裂变径迹年龄约37-14Ma，与主要构造-热事件有关，即沿雅藏布江带发生陆-陆磁撞的时代。裂变径迹年龄-样品高程关系图表明该区存在两个构造演化期，约37-20Ma的构造-热事件没有造成差异抬升；约20-14Ma期间出现快速差异抬升的逆冲活动，伴随有快速冷却，其垂直位移量约1020m，总计约2.9km的垂直厚度被剥蚀。约14Ma以来的冷却速率和剥蚀速率分别约为7℃/Ma和约207m/Ma。锆石的裂变径迹分析证实约90Ma以来的构造-热事件温度没有超过310℃。     

基于磷灰石裂变径迹数据的热史反演

磷灰石裂变径迹在地质时期对20—150℃范围内温度变化的特殊敏感性,使其成为研究各种影响上地壳热结构过程的理想地质温度计.基于磷灰石裂变径迹年龄(FTA)和长度分布(FTLD)的热史反演可以获得温度随时间变化的信息,从而提高了热史分析的定量化程度.近年来热史反演方法的研究进展迅速,但在方法及应用方面都需作深入研究.本文介绍作者在热史反演方法研究以及在鄂尔多斯盆地钻井样品应用的结果.     

雅鲁藏布大峡谷气候因素引起地壳剥蚀冷却的证据

雅鲁藏布大峡谷处于东喜马拉雅构造结, 是全球气候和构造作用最为强烈的地区, 也 是地貌演化最为迅速的区域, 因此成为了研究气候构造两者相互作用的良好野外实验室. 在这一地区利用磷灰石裂变径迹的方法, 对多雄拉-背崩剖面上海拔高程分布在4210~710 m 之间11 个基岩样品进行测试. 该剖面是一个综合的气候、构造因素的多元梯度带, 具有降雨量、地形高程、变质程度、热史年龄等方面的梯度变化, 为进行气候-构造因素相互作用的研究提供了途径. 测试的结果显示, 样品的磷灰石裂变径迹年龄分布在(4.6±0.6)~(1.7±0.3) Ma 之间,裂变径迹长度分布在11.0~12.4 μm(标准偏差为2.0~2.7 μm). 在这一剖面上, 磷灰石裂变径迹年龄与高程大致呈正相关, 随着海拔高度的降低, 样品冷却速率呈增加的趋势, 这与同一剖面上用黑云母⁴⁰Ar/³⁹Ar 年代学方法获得的冷却速率随高程的变化趋势不同. 东喜马拉雅构造地区磷灰石裂变径迹年龄的分布, 与区域降水量的分布存在着明显的空间耦合, 指示剖面内岩体的剥蚀冷却速率与降水量之间具有密切的联系. 热史模拟结果一致显示了多雄拉-背崩剖面开始加速剥蚀冷却的转折时间为1.0~0.5 Ma, 与前人获得的大峡谷水汽通道开始发挥作用的时间相一致. 这些证据都显示了以降水为主的气候因素在雅鲁藏布大峡谷最新的快速地壳剥蚀冷却过程中占据了主导的地位.     

沁水盆地构造-热演化史的裂变径迹证据

根据沁水盆地锆石裂变径迹、磷灰石裂变径迹分析结果，结合构造变动、岩浆活动及其它古地温温标等分析资料的综合研究，认为沁水盆地在古生代-中生代中期，沁水盆地地温梯度较低．中生代晚期地温梯度高，在盆地中部可达5.56℃/100 m，在盆地南北两端地温梯度可达8.00℃/100 m以上，表明沁水盆地存在异常地温场，发生过一期强烈的构造热事件．构造热事件发生在110～140 Ma之间，主峰值在120～140Ma之间．构造热事件发生受岩石圈深部热活动性增强及岩浆侵入的控制．沁水盆地石炭-二叠系煤层热演化程度主要受中生代晚期异常地温场控制．磷灰石裂变径迹资料记录了26.2～11.5 Ma前的一次快速抬升冷却事件，盆地抬升冷却具有南、北部抬升冷却早，中部抬升冷却晚的特点．石炭-二叠纪地层在50 Ma以前处于完全退火带，古地温大于125℃，50 Ma以来尤其是渐新世—中新世以来才大规模快速抬升冷却，石炭-二叠纪地层抬升退出了退火带(70～125℃)，处于低温环境．中生代晚期构造热事件控制了沁水盆地石炭-二叠系煤层的生烃高峰期，生烃高峰期在晚侏罗世～早白垩世，新生代渐新世—中新世以来发生大规模抬升冷却，地层温度降低，石炭-二叠系煤层生烃过程停止．     

固体有机质拉曼光谱参数计算样品热演化程度的方法与地质应用

固体有机质的拉曼峰的形态和位移充分揭示了芳香碳环结构中原子和分子的振动信息与样品热演化程度的关系.根据煤热演化系列中拉曼光谱中D峰和G峰的间距(G-D)和峰高比(Dh/Gh)参数与标准煤样镜质组反射率(vRo%)之间的对应关系,分别建立了与镜质组反射率等效的两个拉曼参数计算反射率(RmcRo%)的数学公式:其中以拉曼位移的峰间距参数计算样品热演化程度的方程为RmcRo%=0.0537d(G-D)-11.21,主要适用于成熟至高成熟阶段的碳化固体有机质样品;以拉曼峰高比参数计算样品热演化的方程为RmcRo%=1.1659h(Dh/Gh)+2.7588,主要适用于过成熟至粒状石墨化以前的碳化固体有机质样品.初步应用结果表明固体有机质的拉曼光谱分析参数计算的反射率"RmcRo%",可以作为表征样品热演化程度的分子级指标,在地质学中有广泛应用前景.     

临清坳陷钻井磷灰石样品的裂变径迹长度分布及在热史和构造上的意义

在裂变径迹定年技术基础上发展的磷灰石裂变径迹分析是研究温度范围在100℃附近热事件的强有力的手段,已成功地应用到沉积盆地热史及构造史研究中,并显示出广阔的应用前景。 裂变径迹分析利用年龄和长度两个参数作为温度指标。裂变径迹自磷灰石晶体形成后就以恒定速度不断地产生,它们经历了热史的不同阶段,因而长度分布包含比年龄更丰富的信     

闽西南里田推覆构造带锆石和磷灰石的裂变径迹分析

闽西南若干鲜明的地质证据表明,里田地区存在较深层次的韧性推覆构造并产生了剪切重熔的花岗岩.推覆造山作用结束以后,必然伴随岩石圈的热松弛(thermal relaxation),造成推覆带的冷却与抬升.由于不同矿物的裂变径迹具有不同的封闭温度,锆石和磷灰石的裂变径迹封     

沉积盆地盐构造热效应及其油气地质意义

海相沉积盆地广为发育盐岩,盆内油气藏多与盐岩有关.塔里木盆地是中国最大的海相沉积盆地,该区以往的盐构造研究主要集中于其作为良好盖层的封堵性能和作为构造圈闭的盐相关构造.实测表明,盐岩热导率远大于普通沉积岩(约2~3倍),盐岩这一强烈的热物性差异必然会对盆地地层温度分布及烃源岩热演化产生显著影响,但该问题尚未引起重视.本文基于系列理论模型和库车前陆盆地盐构造地震解释剖面,采用二维有限元数值模拟实验,定量探讨了盐构造的热效应及其对烃源岩热演化的影响.研究表明,盐体会造成盐上地层显著增温(3%~13%)和盐下地层降温(11%~35%),进而分别加速盐上烃源岩和抑制盐下烃源岩的热演化过程.盐体的热导率、几何形态、厚度和埋深是控制地热异常幅度的主要因素.异常范围与盐体尺寸有关,横向上可达盐体宽度的2倍、垂向上为盐体厚度的2~3倍.盐构造使得库车前陆盆地盐下地层温度显著降低,造成盐下侏罗系烃源岩镜质体反射率(Ro)降低约18%,从而有利于盐下深层油气的保存.库车前陆盆地东、西部的盐构造在埋深、厚度、成分和构造变形样式等方面均存差异,这可能是造成该区中生界烃源岩有机质成熟度时空差异分布的原因.上述盐构造的热效应对中国海相沉积盆地深层油气资源潜力评价与勘探具有重要意义.     

藏西南札达盆地磁性地层学特征及其构造意义

札达盆地是喜马拉雅山北坡一个重要的晚新生代盆地, 对盆地地层的年代学研究将为反演喜马拉雅造山带隆升与构造演化提供许多重要的信息. 盆地新生代地层厚近750 m, 共采集古地磁定向样品268块. 系统古地磁测量表明岩石经热退磁显示大多数样品在500~690℃之间可以获得稳定的特征剩磁, 实测极性柱与标准极性柱对比表明该套地层的古地磁年龄为9.5~2.6 Ma. 盆地的沉积地层年龄不支持藏南拆离系作为控盆构造的假说, 结合盆地内沉积构造特征及盆地北缘活动构造特征, 认为盆地形成受喀喇昆仑断裂活动控制.     

塔里木盆地和四川盆地海相烃源岩成烃演化模式探讨

通过系统分析源岩沉积样式并结合区域地温场，综合研究了塔里木盆地下古生界和四川盆地古生界海相烃源岩的热演化特征，建立了相应的成烃模式，探讨了各自的生烃潜力．海相烃源岩可划分为4种成烃演化模式：早期快速演化型、中期快速演化型、持续演化型和多期演化型．其中，早期快速演化型对形成工业性油气藏直接贡献不大，以寻找古油藏或原油裂解气为主：中期快速演化型虽然已发现较多气藏，但总体规模有限；后两种类型都取决于前期的演化程度，若较低后期仍可生成液态原油，否则以生气为主．四川盆地古油藏得以较好地保存，源岩普遍经历了干酪根-油-气的演化过程，这对于塔里木盆地天然气勘探具有一定的借鉴意义．     

藏南床得剖面古地磁结果对印度-亚洲碰撞方式的约束

特提斯喜马拉雅位于大印度最北端,其构造演化是理解印度-亚洲大陆碰撞过程的关键之一.为了更好地限定特提斯喜马拉雅中生代以来的古地理位置及其漂移历史,本文对藏南江孜床得剖面侏罗系下热组、维美组和白垩系床得组开展了古地磁研究.古地磁样品取自39个采样点,其中下热组5个,岩性为青灰色安山岩;维美组25个,岩性为粉砂岩和砂岩;床得组9个,岩性为灰岩.对118个古地磁柱状样品进行的逐步热退磁和交变退磁结果显示,下热组和维美组样品未能分离出稳定的特征剩磁;床得组样品分离出了稳定的特征剩磁(Ch RM),且具有正反极性,并通过了倒转检验.结合沉积学和岩石磁学结果,床得组样品的特征剩磁很可能为原生剩磁,其年龄为86.3~74.0 Ma.床得组样品特征剩磁的平均方向为Ds=152.0°,Is=?52.9°,?=18.0,?95=5.9°.该数据表明,特提斯喜马拉雅江孜地区在晚白垩世(80.1±6.2 Ma)所处的古纬度为南纬33.1°±5.6°,与印度板块北缘同时代所处的古纬度一致(参考点28.0°N,88.5°E),说明二者至少在晚白垩世之前从运动学意义上仍然是一个块体,缺乏大洋分隔的证据.这为理解印度-亚洲大陆碰撞方式提供了新的古地磁约束.     

草本沼泽泥炭不同演化阶段气体碳氢同位素组成及其演化特征

煤层气聚集存在着“累积聚气”和“阶段聚气”两种形式. 目前缺乏“阶段聚气”煤层气的地 球化学特征和指标的研究. 通过草本沼泽泥炭在不同温度下制备的样品进行热模拟实验, 获得 了不同演化阶段甲烷和乙烷的碳、氢同位素组成和演化规律. 发现甲烷和乙烷碳同位素组成明 显地受原始样品演化程度的影响, 而氢同位素组成主要与成熟度密切相关. 确定了成煤有机质 从Ro 为1.2%, 1.7%, 2.4%, 3.2%, 3.7%分别演化至Ro 5.7% (4.8%)之间生成的气体碳、氢同位素 组成. 建立了成煤有机质在不同演化阶段热解气体碳、氢同位素组成与Ro 之间的关系和甲烷 与乙烷的碳、氢同位素之间的关系式. 这些为研究不同成熟度区间生成的煤层气的成因和“阶 段聚气”的煤层气地球化学特征认识及其成因判识提供了科学依据. 并且, 将这些研究结果应 用到我国沁水盆地南部煤层气研究, 认为该地区煤层气是在中侏罗世以后聚集而成, 具有“阶 段聚气”的特征, 这与地质研究结果相一致, 从而证明了热模拟研究成果对自然界煤层气成因 的判识具有重要的科学意义.     

用裂变径迹法研究沉积盆地的地质热历史

沉积盆地中石油生成与盆地的地质热历史即古地温史密切相关,裂变径迹分析为研究古地温变化规律提供了一种有效的新方法。磷灰石是沉积盆地中常见的重矿物,对于1—100Ma的地质时间,磷灰石中在地质年代里积累的~(238)U自发裂变径迹(可称为古径迹)的退火带是60—140℃,这与石油生成的时间-温度条件即所谓油窗十分吻合,几年前Gleadow等人已把磷灰石裂变径迹分析法用于沉积盆地的地质热历史研究并获得令人鼓舞的结果,在本文中,我们采用磷灰石裂变径迹表观年龄和不完整径迹投影长度随井深的变化给出我国临清坳陷地区丘3石油探井的退火带位置,分析了地质热历史。     

纳米聚苯乙烯胶乳颗粒的特殊成膜性质

应用多种实验手段对平均粒径29 nm的聚苯乙烯纳米胶乳颗粒成膜过程进行了研究. 样品经不同温度热处理1 h后, 原子力显微镜扫描发现聚苯乙烯颗粒的变形温度约为90℃, 平坦化温度约为 100℃. 90℃以下处理时, DSC扫描在Tg附近有一放热峰, 100℃以上热处理后消失. 固体核磁共振结果也发现在90- 100℃热处理后, 芳香碳和脂肪碳的自旋-晶格弛豫时间发生明显转变. 其密度也在该区间发生突变. 说明纳米尺寸的聚苯乙烯颗粒的凝聚态特征与大粒径(＞1 (m)胶乳或本体聚苯乙烯不同, 从而导致聚合物颗粒在较低温度下即可发生变形和相邻颗粒间的融合.     

鄂尔多斯盆地构造热事件研究

近年来,裂变径迹分析被广泛用于解决古地温演化历史重塑的难题,同时,热释光也被用于构造热演化研究. 本文采用裂变径迹结合热释光的综合实验方法,探讨了鄂尔多斯盆地构造热事件与油气生成.1 裂变径迹分析表1是29个有关样品的铀含量、自发裂变径迹的数量N_s与面密度ρ_s,诱发裂变径迹数量N_i与面密度ρ_i;,表观年龄AFTA数据表.     

冰核细菌Pseudomonas syringae是否可以影响大气的冰核核化过程

近年来,大量的研究表明:生物气溶胶作为有效云凝结核与冰核在大气物理和化学过程中发挥着重要的作用.环境大气和云水样品中,冰核活性细菌Pseudomonas syringae的可培养菌株已经成功地被分离筛选出来.其在大气云物理过程尤其是降水过程中的重要作用也已经成为当前国际大气生物气溶胶气候效应研究的热点.本研究采用液滴冻结实验技术,测试了当前已被确定含有冰核活性菌的3种菌属即假单胞菌属(Pseudomonas)、欧文氏菌属(Erwinia)和黄单胞菌属(Xanthomonas)的代表性标准菌株(P.fluorescen,E.uredovora,X.campestris和P.syringaepv.panici),和被证实具有冰核活性的细菌菌株(P.syringaepv.lachrymans)的菌悬液液滴的冻结温度.结果显示:所测试的目前国际公认的冰核活性细菌属的标准菌株P.syringaepv.panici,P.fluorescen,E.uredovora,和X.campestris并不具备冰核活性,被测细菌菌悬液(OD600=0.25,数浓度108cells/mL)的液滴冻结温度分别是:20.3±2.3℃,21.8±2.3℃,20.8±3.4℃和19.9±3.3℃,与超纯水液滴的冻结温度(20.8±2.7℃)差异不大;而相同浓度下,P.syringaepv.lachrymans(ps1-10)菌株的冻结温度是5.0±0.8℃,具有显著的冰核活性.ps1-10菌株液滴平均冻结温度随着菌悬液浓度梯度降低的变化特征表明,当菌液浓度低于105cells/mL时,菌液液滴冻结温度明显降低,当菌液浓度低于104cells/mL时,菌液液滴与无冰核活性的液滴冻结温度接近.由此本文提出疑问:冰核细菌P.syringae是否能以浸润核化活性在大气真实环境中的冰核异质核化过程中起到重要作用,还是存在其他的作用机制?     

基于格子Boltzmann方法的复杂多孔介质内双扩散效应的对流传热传质机理研究

基于TD2G9不可压格子Boltzmnann模型, 通过引入第3个分布函数表征浓度场的演化, 并在标准演化方程后附加源项, 构造了用于模拟多孔介质内在多物理场(浓度场, 温度场)下交叉耦合效应的自然对流传热传质格子Boltzmann模型. 基于非平衡态不可逆热力学的基本原理, 引入Boussinesq假设, 在考虑了耦合扩散效应的基础上建立了可用于描述多物理场耦合效应下的自然对流传热传质的控制方程. 采用提出的格子Boltzmann模型结合多孔介质构造算法从孔隙尺度对规则以及随机多孔介质内双扩散效应的自然对流传热传质过程进行了模拟, 研究了不同瑞利数Ra, 不同孔隙率下的多孔介质内传热传质特征, 考察了温度梯度等因素对多孔介质内传质过程的影响, 创新地从孔隙尺度对多孔介质内的耦合对流扩散过程的传热传质机理进行了研究.     

安徽北部郯庐断裂两侧基底岩石年龄及对郯庐断裂初始开启时间的限定

华北克拉通东南缘的蚌埠隆起结晶基底的初始陆壳形成时限及其演化过程的标定,以及郯庐断裂的初始启动时间一直为人们所关注,存在较多的争议.为此,本文对安徽北部郯庐断裂两侧的蚌埠隆起和池河魏岗山的花岗片麻岩、斜长角闪岩展开了细致的锆石U-Pb定年分析,估算了变质作用的温度与压力条件.分析样品总计4个,其中样品WS055-1(钠长花岗片麻岩)、WS055-3(斜长角闪岩)和WS021-1(花岗片麻岩)来自蚌埠隆起区,普遍经历了中-高级变质作用;样品FD019-1(花岗片麻岩)来自张八岭群西侧的池河地区.锆石U-Pb定年显示,样品WS021-1中17颗岩浆锆石的加权平均年龄为2886±28 Ma,代表了初始陆壳的形成时限;样品WS055-1中锆石均为变质锆石,记录了3组变质年龄2440±28 Ma(21颗),2163±55 Ma(1颗)和1944±89 Ma(1颗);样品WS055-3仅具有1组变质锆石年龄2481±18 Ma(23颗).样品FD019-1中的锆石具有明显的核、幔和边结构,分别显示了3组年龄:271~667 Ma(10个点)、228±3 Ma(17个点)和211±2 Ma(23个点).结合前人的研究资料分析,可以确定前3个样品明显归属于华北克拉通,样品FD019-1源于扬子板块上的大别造山带,据此可以限定郯庐断裂(安徽段)西界的主断裂为朱顶-石门山断裂,并确证了郯庐断裂的初始启动时间应于晚侏罗世.另外,对蚌埠隆起的3个样品的锆石年龄研究,不仅揭示了蚌埠隆起目前最为古老的、中太古代晚期的初始陆壳(2.89 Ga)的存在,同时也反映了该隆起所记录的地质过程与华北克拉通的演化具有很好的统一性.