中元古代硫循环异常环境的地球微生物学过程研究

华北中元古界发现大量生物成因凝块石,超微组构与有机矿物研究表明有机矿化是微生物岩形成的普遍过程。微生物岩受微生物类群与环境条件控制,能够提供早期海洋环境与微生物群落的特征及其相互作用信息。研究发现了中元古代太阳黑子周期性活动的地质记录,证明黑子活动对微生物活性和沉积具有重要影响;为揭示早期日—地—生物相互作用机理提供了重要信息,拓展了地球生物学研究的方向。在燕山盆地中元古代发现了两个重要的生物群更替事件,分别与海洋化学变化以及火山活动导致的营养盐输入相关。发现了多种真核生物化石,包括具刺疑源类、多细胞丝体、瓶状化石、梭型化石以及具复杂纹饰类型。表明这个时期真核生物已经出现明显的多样性分化,为进一步认识早期真核生物生物进化提供了重要参考。中元古代海洋DIC库经历了逐渐减小的演变;海洋硫酸盐浓度较低,氧化还原界面较浅。在浅水环境自养微生物控制了碳的代谢过程;而深水环境中,厌氧微生物代谢对海水化学组成有很大影响。氧化还原敏感元素研究表明中元代海水以Mo亏损的缺氧水体为主,但局部层段Mo等元素富集,反映海洋在1.64 Ga~1.56 Ga有重要变化,以硫化为主。在高于庄组底和上部分别获得锆石SHRIMP U-Pb年龄(1626±21)Ma、(1564±39)Ma,为中元古代年代地层学提供了重要约束。中元古代不同层段黑页岩的活性铁组分研究表明,多数贫铁氧化物,但含黄铁矿很少;Fe HR/Fe T和Fe T/Al的比值平均值分别为0.28和0.57,表明多数层段形成于缺氧但非硫化环境,证明深海以广泛的铁化条件为主,但间夹有间歇性分布的硫化时段。华南晚埃迪卡拉纪-早寒武世的N、C同位素研究发现δ13Corg在浅水区和深水区存在显著差异,证明海洋仍具有缺氧分层的高梯度状态。N同位素在早寒武世早期有明显正异常,可能与缺乏固氮作用相关;随后趋于正常,氧化明显并伴生多细胞生物发育。硫化水体控制营养元素以及N、C、S循环,并影响生物演化。     

松辽盆地北部青山口组黑色页岩的地质特征与海水侵入的成因模式

以松辽盆地青山口组黑色页岩为研究对象，对页岩的岩石学特征、岩相组合、平面分布和有机碳分布规律进行研究，并结合古气候、古盐度、氧化还原环境探讨海侵事件对富有机质页岩的影响。研究认为，盆地东西两大凹陷页岩的地质地化特征存在较大差异：西部齐家—古龙凹陷页岩厚度大，有机碳丰度中—高，粉砂岩、介壳灰岩夹层发育；东部三肇—朝长地区页岩厚度相对薄，有机碳丰度极高，灰岩、白云岩薄夹层发育。白垩纪全球海侵造成青山口组湖海沟通，海水从盆地东南方向侵入造成东西水体盐度不均一、不对称格局。古生物、微量元素和分子标志化合物等证据证明，海侵提升了水体古盐度和古生产力，促进水岩界面的还原环境，为有机质的生产、聚集和保存提供了有利条件。青山口组页岩成因模式为海侵背景下的水体分层模式，可与白垩纪Cenomanian-Turonian期大洋缺氧事件层对标，是白垩纪全球缺氧事件在陆相湖盆的地质响应。     

咸化湖盆优质烃源岩的形成与分布

应用沉积学、地球化学理论和油源对比等方法,对我国咸化湖盆优质烃源岩的形成与分布进行了研究。结果表明,断陷湖盆和前陆湖盆优质烃源岩（有机质含量特别高的烃源岩）是与碳酸盐、硫酸盐和氯化盐等蒸发盐类矿物相伴生的,有机质沉积的有利环境是半咸水、咸水和盐水湖泊。湖水在重力作用下易形成盐度分层,表层水盐度小,适于广盐和嗜盐性浮游生物的生存;深水部位的底层水盐度大、缺乏游离氧,适于有机质的保存;表层水生物高产率区与底层水缺氧区的叠合部位就是优质烃源岩的发育区。由气候变化引起的突发性洪水会破坏分层水体,使得湖水淡化,形成有机质含量较低的烃源岩,因此咸化优质烃源岩与淡化普通烃源岩常呈互层分布,咸化沉积物数量越多,生烃潜力越大。     

若干重大地质环境突变的地球生物学过程

MCG古菌代表了一类自然界较古老的古菌,提议将MCG古菌归类于一个全新的门类——深古菌门(Bathyarchaeota)。高浓度CO2造成的海水酸化对西太平洋海区浮游细菌的丰度、高DNA含量细菌、生产力等有促进作用,但对细菌的多样性有一定程度的抑制作用。火山灰造成海洋异养细菌和真核自养生物的丰度均显著升高,降低浮游病毒的丰度,导致微生物群落多样性降低,使整个群落朝着不同方向演替。发现AOM细胞团在其表面形成粘土矿物,而在周围环境中形成碳酸盐,这可能与AOM反应产生的HS-增加环境碱度有关。西南印度洋深海微生物群落结构与钙、磷、硫等元素具有相关性。提出了两类示踪古水文条件的微生物脂类指标、三类灵敏响应古温度的微生物脂类指标。有机质-粘土矿物复合体能有效保护有机质遭受微生物的作用,对碳循环产生重要影响。不同微生物功能群的共存能促进粘土矿物结构铁的还原,微生物成因的白云石主要与细胞表面的羧基官能团有关。发现古、中生代之交海洋环境具有高温、缺氧、低硫酸盐浓度、氮素匮乏的特征,生态系统不同营养层次的生物对海洋环境具有不同的响应能力,微生物对海洋水化学和全球变暖起重要作用。提出了两幕生物危机与两幕环境变化,温度变化和缺氧环境可能导致了二叠纪-三叠纪之交的幕式生物危机。大灭绝后,在Griesbachian早期、Dienerian-Smithian之交、Smithian-Spathian之交出现严重的海洋缺氧、硫化事件,出现了微生物岩、鲕粒灰岩等异常沉积。在雪球地球之前的拉伸纪古气候已经开始不稳定。埃迪卡拉纪海洋的化学分层造成不同的生境及其不同的地球微生物学过程,造成DOC碳库与DIC碳库的分离,也造成不同于显生宙的海洋碳循环。陡山沱组II和IV段在缺氧或硫化的水体中存在一个大DOC碳库;陡山沱早期(II段)以光合自养微生物体系为主,到晚期(IV段)随着透光带硫化水体的发育,有大量化能异养微生物加入。晚埃迪卡拉纪-早寒武世海洋仍具有缺氧分层的高梯度状态。早寒武世早期可能缺乏固氮作用相关,随后趋于正常,氧化明显并伴生多细胞生物发育。华北中元古界发现大量微生物成因的凝块石,在燕山盆地中元古代发现了两个重要的生物群更替事件,分别与海洋化学变化以及火山活动导致的营养盐输入相关。发现了多种真核生物化石,表明这个时期真核生物已经出现明显的多样性分化。中元古代海洋DIC库经历了逐渐减小的演变,海洋硫酸盐浓度较低,氧化还原界面较浅。在浅水环境自养微生物控制了碳的代谢过程,而深水环境厌氧微生物代谢对海水化学组成有很大影响。     

珠江口夏季底层缺氧现象的数值模拟

底层水体缺氧现象已经引起了人们的广泛关注.水体底层缺氧易造成水生生物的死亡,影响了水体的生态环境,造成水质严重下降,因此找出造成水体缺氧的原因有着非常重要的意义.通过一个三维的水动力生态模型模拟并研究了夏季珠江口底层的缺氧现象.分析结果表明,盐度锋面对珠江口水体表底层氧气交换的抑制作用及底层有机耗氧物质对溶解氧的大量消耗是造成底层缺氧现象的主要原因,但潮汐所导致的强混合可以破坏这种缺氧机制的形成;底层缺氧主要与河流输送的耗氧物质有关;作为主要营养盐参与生态系统循环的磷对底层溶解氧无明显影响.     

东营凹陷沙河街组泥页岩中正丙基胆甾烷与异海绵烷的研究:硫循环对有机质富集的影响

中国东部陆相渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组油页岩中有机质的富集机制一直是研究热点,但关于异养生物及硫循环对有机质富集过程影响的研究较少.通过有机地球化方法对东营凹陷沙河街组第三、四段富有机质烃源岩进行精细研究,认为伴随着明显的水体分层,藻类勃发进一步加剧了底水缺氧的条件,海水带来了丰富的硫酸盐促进了强烈的细菌硫还原(Bacterial Sulfur Reduction,BSR)作用,将这种缺氧条件进一步扩展到水柱上部形成透光层缺氧(Photic Zone Euxinia,PZE),而PZE有利于光合自养绿硫菌的剧烈活动.强烈的BSR作用及间歇性的PZE控制东营凹陷古湖盆中藻类等水生生物的组成,原核细菌及海相金藻类对有机质富集有一定贡献.通过分析海相藻类生物标志物C_(30)24-正丙基胆甾烷和透光层缺氧生物标志物异海绵烷与有机碳丰度的关系,研究认为在相对丰富的外源硫酸盐输入、厌氧异养细菌作用、光能自养细菌作用和透光层缺氧条件下形成的硫循环,对东营古湖盆沙河街组烃源岩有机质的富集起主要控制作用.     

广西泥盆系弗拉阶-法门阶之交分子地层研究

运用GC-MS分析仪对23件样品的检测结果显示:广西泥盆系弗拉阶-法门阶(F/F)之交分子化石主要由正构烷烃、类异戊二烯烃、萜类、甾类构成,其先体主要为海源浮游植物、浮游动物、底栖非光合作用的菌类和陆源高等植物,其中浮游植物和浮游动物是构成F/F事件期台盆碳酸盐相生物量的主体;n Pr /n Ph <1(Ph为植烷,Pr为姥鲛烷)或♂1、n ph /n C 18 值较高、C 16 ～C24 具有明显的偶碳优势表明,F/F之交广西为蒸发量、盐度和缺氧程度较高的海相碳酸盐环境.F/F之交生物集群绝灭是中泥盆世晚期以来环境不断恶化的结果,多次天体撞击对晚泥盆世不断恶化的生态系无异于雪上加霜;高温导致的高蒸发量、较高盐度和水柱底层缺氧是低纬度礁生态系、浅水海相生物集群绝灭的最直接杀手.     

显生宙碳循环异常环境的地球生物学过程研究

该研究以显生宙碳循环异常环境的地球生物学过程为研究主体,重点研究二叠纪-三叠纪之交和晚泥盆世两大重大地质突变期的地球生物学过程特点和规律,查明碳循环异常的起因及其对生态系统的影响,探索生物与环境的相互作用。二叠纪—三叠纪之交是古生代海洋生态系破坏和中生代型海洋生态系开始重建的转折点,古海洋缺氧对该转折影响深远。通过对华南多条剖面高精度碳同位素、碳-硫形态、碳酸盐晶格硫(CAS)、DOP和Δδ13C等分析测试,该年度研究在认识该时期古海洋缺氧的时限、程度、演化和成因机制等方面取得明显进展。大灭绝前的二叠纪浅水碳酸盐岩台地以氧化环境为主。由于火山活动释放大量的CO2、SO2等气体,导致气温上升、陆地生态系统开始瓦解、陆源输入增加、海洋贫氧层(OMZ)扩张,大灭绝后海洋环境向缺氧环境转变。早三叠世早期δ34SCAS明显比晚二叠世偏重,波动剧烈,且与δ13Ccarb明显正相关(3次同步正漂),意味着严重的海洋缺氧、硫化事件,海水硫酸盐浓度很低(3 m M)。早三叠世早期δ13Ccarb频繁和幅度较大的波动,指示了动荡不稳定的海洋碳循环;之后δ13Ccarb和δ34SCAS变化率同步减小,两者呈现负相关关系,可能是由于海水温度下降、海水循环增强,海洋碳循环趋于稳定。中三叠世δ34SCAS下降,变化率进一步降低,碳-硫同位素的正相关关系逐渐消失,反映该时期海洋硫酸盐浓度进一步升高,以正常的氧化状态为主。大灭绝后动荡的海洋碳-硫循环及缺氧环境导致了生物复苏迟缓。晚泥盆世弗拉斯-法门(F-F)生物大灭绝事件是显生宙又一重大地质转折时期,集中体现在生物礁生态系中,菌藻类取代后生动物(珊瑚-层孔虫)造礁。对华南地区多个剖面细致的观察和统计分析表明,菌藻类可侵入"活着"的后生动物并抑制后生动物的发育。后生动物骨骼虽然具有自我修复功能,并对菌藻类有反抑制作用,但在环境恶化时,这种平衡会被打破,导致后生动物个体无法生长而死亡,直至后生动物生物礁被菌藻类生物礁取代。中-晚泥盆世植物登陆,陆生植物粗大根系的发育,导致陆地生物-化学风化急剧增加,近岸海域海水营养水平激增,可能是晚泥盆世菌藻类"大举入侵"珊瑚-层孔虫礁生态系最终取而代之的直接推手。     

桦甸盆地始新世古湖泊生产力与有机质富集机制

通过对桦甸盆地桦甸组泥岩和油页岩样品的地球化学分析并利用有机碳法定性和定量恢复始新世古湖泊生产力,探讨湖泊演化过程中生产力变化、水体环境及其有机质富集机制。结果表明:桦甸组古湖泊生产力的演化由大到小为中部含油页岩段、上部含煤段、下部含黄铁矿段;中部油页岩段沉积时期湖泊生产力最高,最大值达1 033.09 g/(m2.a),为富营养湖,该时期有机质来源以藻类和细菌为主,湖泊水体环境为稳定缺氧的淡水—半咸水还原环境,反映了高的湖泊生产力与藻类勃发有关,直接影响有机质来源和丰度,湖水盐度的交替变化使底层水处于稳定的缺氧条件,是有机质保存的良好环境;上部含煤段和下部黄铁矿段沉积时期为明显的贫营养湖,水体均为缺氧的淡水环境,生产力平均值分别为153.26和143.82 g/(m2.a);高湖泊生产力是油页岩中有机质富集的首要条件,高的湖泊生产力和稳定的底层水缺氧是有机质富集的最理想环境。     

宁镇地区五峰组-高家边组页岩U-Mo协变模式与古海盆水体滞留程度

通过对下扬子的宁镇地区SY1井五峰组-高家边组页岩U、Mo元素和有机质含量的地球化学分析,探讨在还原环境下痕量元素富集特征与水体滞留情况的对应关系。通过MoTOC和U-Mo协变模式研究表明:五峰组沉积时期尽管海平面降低,但强烈的滞留海盆环境使得水体交换速率缓慢,降低有机质的消耗,形成了利于有机质保存的缺氧环境;高家边组沉积时期海盆的滞留程度明显弱于五峰组沉积时期,但由于志留纪早期受全球性海侵事件影响,海平面快速上升触发上升流,促进了生物复苏、提高了海洋表层生产力,进而加强和维持了底部水体的还原环境,导致海底进一步缺氧是高家边组第一段有机质富集和保存的关键因素。高家边组底部是下扬子地区页岩气的有利目标层。     

东营凹陷细粒沉积岩岩相组合特征

综合应用岩芯、薄片、全岩X射线衍射等资料,根据岩石组分、沉积构造、TOC和碳酸盐晶体结构等指标划分东营凹陷沙四上-沙三下亚段细粒沉积岩岩相,该段主要发育富有机质纹层状隐晶泥质灰岩、富有机质纹层状微晶泥质灰岩、富有机质纹层状灰质泥岩、富有机质层状泥质灰岩、富有机质层状灰质泥岩、富有机质块状灰质泥岩、含有机质层状灰质泥岩和含有机质层状膏质泥岩相等8种岩相。结合地球化学元素资料恢复的古气候、古盐度、古水深及古水体的氧化还原性和古物源等指标恢复细粒沉积岩的沉积环境,进而明确不同沉积环境细粒沉积岩岩相组合特征及成因。在此基础上,建立了东营凹陷沙四上-沙三下亚段细粒沉积岩的沉积模式。该成果对陆相页岩油勘探有重要指导作用。     

柴达木盆地油泉子油田中孔低渗型藻灰岩储层测井评价

油泉子油田油砂山组地层岩性复杂,呈薄层状分布,属中孔隙低渗透储层,油水分异差,油水关系复杂.在测井响应中,相对低电阻率油层和相对高电阻率水层普遍存在,影响了对油、水层的识别.对测井响应特征与岩性、粒度、孔隙特征和地层水矿化度之间关系的分析表明,岩性、粒度、孔隙结构、地层水矿化度等多因素共同作用,造成了储层测井响应特征的复杂性.在常规分析基础上,应用反映储层物性特征的声波时差与电阻率比值编制交会图,可以快速有效地识别油、水层.     

水淹层混合地层水宏观俘获截面逐层计算方法

 清污水交替注入型水淹层混合地层水矿化度变化较大.在进行脉冲中子类过套管剩余油饱和度测井解释时,地层水矿化度的多变性将导致地层水宏观俘获截面这一重要参数不易确定.对研究区块水淹层混合地层水的水型和矿化度进行了分析,分析结果表明不同小层间混合地层水矿化度变化较大,因而逐层计算混合地层水宏观俘获截面十分必要.本文以脉冲中子-中子测井评价为例,构建原始含油饱和度解释模型,对地层流体宏观俘获截面进行信息提取,提出了利用动静态测井资料确定混合地层水宏观俘获截面的方法.植入解释程序后,该方法可对同一解释层内水淹程度不一致的地方,分别计算出混合地层水宏观俘获截面.计算过程较好地考虑了层间差异性,提高了计算结果准确性,为利用动静态测井资料联合法对清污混注水淹层进行定量评价提供了思路.     

地下水侵入对三间房组油藏油水界面的影响

鄯善油田经过10多年开发,地层水的分布状况变得比较复杂。近期新钻加密井发现三间房组油藏油水界面分布特征与开发初期所认为的情况有明显差别,整体呈北高南低、西高东低特点。对油水界面变化情况及地层水矿化度、化学成分、水型等资料分析表明：自北向南地层水矿化度逐渐升高,水型也由NaHCO₃型逐渐过渡到CaCl₂型。通过对地层水中不同类型离子的组合特征及含量变化分析,结合邻区地层水分布特征,认为造成目前油水界面分布状态的主要原因是地下存在一个水动力系统,自西北部侵入鄯善油田,使西区、北区油水界面严重抬升,地层水矿化度及化学成分也发生了相应变化。为油田确定今后新钻加密井的井深及提高水淹层解释的符合率提供了有力的依据;同时也为分析油水界面变化的影响因素提供了一个新思路。     

塔河底水砂岩油藏氮气泡沫驱技术研究

塔河三叠系砂岩油藏为块状底水油藏,与中国其他砂岩油藏相比,其埋藏深、底水能量强,具有油藏温度高、矿化度高和钙镁离子含量高的特点,进入开发中后期以后油井水淹现象严重,低产低效井多,由于高温高盐的特征,一般的化学驱提高采收率方法很难适用。在调研砂岩油藏提高采收率技术的基础上,结合塔河底水砂岩油藏实际特点,开展了氮气泡沫驱室内实验研究,确定了氮气泡沫驱的可行性,并在现场进行了先导试验。实践表明,氮气泡沫驱技术是底水砂岩油藏有效的提高采收率手段。     

东濮凹陷地区东营组低熟原油地球化学特征及油源分析

对东濮凹陷文留地区东营组原油的族组分、饱和烃色谱特征和生物标志化合物等资料的分析,结果表明东营组含油砂岩抽提物饱和烃一般在50%左右、非烃+芳烃为50%、沥青质一般小于5%;饱和烃同位素变化范围为-27.3‰~-28.1‰,族组分之间的碳同位素分馏效应小;饱和烃色谱特征差别较大。这主要是与原油不同深度时生物降解作用的程度有关。甾萜烷系列中C27和C29重排甾烷含量低,重排甾烷/规则甾烷的比值在0.1左右,C2920S/(20S+20R)为0.2~0.4,三环萜烷、四环萜烷含量低,Ts大于Tm,奥利烷与γ蜡烷含量高,反映了高盐度沉积环境下形成的未熟-低熟油特征。油源对比结果显示文留地区西部沙河街组第三段源岩与东营组油藏具有较好的亲源关系。     

地层水总矿化度对测井响应及地层流体性质的影响作用探讨

为了探究地层水总矿化度对测井响应特征及地层流体性质的影响,本文应用测井理论及方法,通过对三肇凹陷徐家围子东部地区葡萄花油层地层水总矿化度与测井响应特征、地层流体性质及产量的相关性分析,探究地层水矿化度与二者的关系,研究结果表明：地层水总矿化度与自然电位曲线偏移幅度正相关、与地层电阻率呈反比、与油层产能负相关、反映流体性质,这为渗透性地层识别、油水层划分提供理论依据,为低阻潜力油层的发掘指明了新的方向。     

孤东油田东营组低阻油层成因分析

孤东油田东营组发育低阻油层 ,因其低阻油层是电阻增大率偏低的一类油层 ,在油层解释工作中经常被遗漏。根据孤东油田东营组油层的低阻成因机制 ,结合不同类型低阻油层的具体特征 ,对造成该区低阻油层的原因进行了分析。结果表明 ,孤东油田油层水矿化度高 ,构造平缓 ,油藏动力小 ,油层含水饱和度偏高 ,多套油水系统以及原油性质存在的差异 ,这些是造成油层低阻的主要原因。同时还认为 ,对低阻油层的解释工作要从成因角度考虑 ,重视薄层和测井曲线特征异常的层段 ,从而开发出低阻油层的潜在储量 ,以保证油区增储上产。     

东营凹陷沙三下—沙四上亚段泥页岩岩相沉积环境分析

根据岩心及其分析化验资料,从岩石的颜色、成分、结构、有机质丰度等方面划分泥页岩岩相类型;从古气候、古物源、古水深、古盐度和古水体的氧化还原性5个方面分析古环境,建立环境指标分级量化标准。研究结果表明,东营凹陷沙四上亚段—沙三下亚段沉积环境特征具有气候由干燥—半干燥—半潮湿,水体由半深水到深水、从强还原性逐渐到还原性、盐度从盐水到咸水到半咸水,物源从较少到较多的规律变化,共划分了6个环境组合;并建立了沉积环境与泥页岩岩相之间的关系,即有机质丰度主要受盐度控制,盐水区为含有机质的岩相,咸水区和半咸水区为富有机质的岩相;结构主要受气候和水深控制,气候干燥—半干燥、半深水环境发育纹层状的岩相,气候半潮湿、深水环境发育层状的岩相;岩性主要受气候和物源控制,气候干燥、物源少的环境发育泥质灰(云)岩和灰(云)岩的岩相,气候半潮湿、物源较多的环境发育灰质泥岩的岩相。     

古龙南地区葡萄花油层低阻成因实验研究

摘要 针对古龙南地区葡萄花油层存在低阻油层和高阻水层致使该区油水层识别难度较大的问题,选取典型的低阻油层和常规油层岩心样品,对岩样进行物性分析、粒度分析以及压汞、核磁共振、X-衍射等实验,采用对比方法,找出古龙南地区葡萄花油层低阻油层和常规油层在岩性、物性、孔隙结构、粘土矿物以及地层水矿化度等特征上差别,从而得出引起古龙南地区葡萄花油层低电阻率的因素主要有三种：○1岩性细,含泥重;○2粘土附加导电性强;○3微孔隙发育、束缚水饱和度高。这为古龙南地区葡萄花低阻油层的识别与解释提供了理论基础。