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黑色巖系有機質與釩地球化學特征及伴生機制 版權信息
- ISBN：9787030687821
- 條形碼：9787030687821 ; 978-7-03-068782-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
黑色巖系有機質與釩地球化學特征及伴生機制 內容簡介
本書系統總結了國內外黑色巖系與釩礦分布及地質特征，以柴達木盆地北緣上奧陶統灘間山群、湘西下寒武統牛蹄塘組為研究對象，分析了黑色巖系有機與無機地球化學特征、有機質與釩礦物質來源及沉積環境、釩對烴源巖生烴的影響機理、有機質與釩伴生機制、釩成礦模式，反映黑色巖系油氣成藏與釩礦富集機制研究的近期新進展，是開展油氣與釩礦地質研究的重要參考。
黑色巖系有機質與釩地球化學特征及伴生機制 目錄
目錄
叢書序
本書序一
本書序二
前言
第1章 黑色巖系地質特征與資源形成機制 1
1.1 黑色巖系概念及巖類組合 1
1.2 黑色巖系分布與資源賦存特征 3
1.2.1 全球黑色巖系分布與資源賦存特征 3
1.2.2 國內黑色巖系分布與資源賦存特征 4
1.3 黑色巖系礦床形成機理 9
1.3.1 同生沉積初始富集與沉積成礦機理 9
1.3.2 沉積成巖與后生地質作用輕微改造成礦機理 9
1.3.3 構造-熱液強烈改造成礦機理 10
1.3.4 變質與構造-熱液改造成礦機理 10
1.4 釩礦分布及有機質與釩伴生機制 11
1.4.1 釩礦類型及分布 11
1.4.2 有機質與釩伴生機制 12
1.5 小結 15
第2章 區域地質背景 16
2.1 區域地質概況 16
2.1.1 柴北緣 16
2.1.2 湘西地區 19
2.2 構造演化特征 21
2.2.1 柴北緣 21
2.2.2 湘西地區 23
2.3 地層發育特征 27
2.3.1 柴北緣 27
2.3.2 湘西地區 30
2.4 小結 34
第3章 黑色巖系與釩分布特征 36
3.1 實測地層剖面 36
3.1.1 柴北緣 36
3.1.2 湘西地區 39
3.2 黑色巖系宏觀分布特征 43
3.2.1 柴北緣 43
3.2.2 湘西地區 45
3.3 黑色巖系與釩微觀分布特征 50
3.3.1 柴北緣 50
3.3.2 湘西地區 55
3.4 小結 63
第4章 黑色巖系有機地球化學特征 64
4.1 有機元素分析 64
4.1.1 柴北緣 65
4.1.2 湘西地區 66
4.2 有機質豐度 67
4.2.1 總有機碳含量 68
4.2.2 氯仿瀝青含量 73
4.2.3 生烴潛量 76
4.3 有機質類型 80
4.3.1 氯仿瀝青及其族組分 81
4.3.2 有機質顯微組分 83
4.4 有機質成熟度 84
4.4.1 柴北緣 85
4.4.2 湘西地區 86
4.5 生物標志化合物 87
4.5.1 飽和烴生物標志化合物 88
4.5.2 芳香烴生物標志化合物 107
4.6 小結 115
第5章 黑色巖系無機地球化學特征 117
5.1 礦物組成特征 117
5.1.1 柴北緣 117
5.1.2 湘西地區 121
5.2 主量元素特征 123
5.2.1 柴北緣 123
5.2.2 湘西地區 127
5.3 微量元素特征 130
5.3.1 柴北緣 130
5.3.2 湘西地區 135
5.4 稀土元素特征 141
5.4.1 柴北緣 142
5.4.2 湘西地區 147
5.5 小結 150
第6章 有機質與釩礦物質來源及沉積環境 152
6.1 有機質來源 152
6.1.1 正構烷烴 152
6.1.2 類異戊二烯烷烴 153
6.1.3 萜類化合物 154
6.1.4 甾類化合物 156
6.1.5 原始有機質 157
6.2 釩礦物質來源 160
6.2.1 Ba及Sb判別 161
6.2.2 U/Th、Co/Zn判別 161
6.2.3 其他判別指標 164
6.3 沉積環境 166
6.3.1 物源區構造屬性 167
6.3.2 古氣候 169
6.3.3 古氧化還原環境 173
6.3.4 古鹽度 179
6.3.5 古海盆水體滯留程度 183
6.4 小結 185
第7章 釩對有機質生烴過程影響的物理模擬與數值模擬 187
7.1 物理模擬實驗 187
7.1.1 實驗樣品及裝置 187
7.1.2 熱解烴量特征 188
7.1.3 生烴率特征 188
7.1.4 活化能分布特征 192
7.2 數值模擬實驗 194
7.2.1 C—C鍵的研究 195
7.2.2 C—H鍵的研究 199
7.2.3 C—O鍵的研究 204
7.3 小結 216
第8章 黑色巖系有機質與釩伴生機制 218
8.1 有機質與釩相互作用機理 218
8.1.1 黑色巖系沉積模式 218
8.1.2 有機質與釩富集機理 220
8.1.3 釩對有機質生烴演化的作用機理 224
8.2 釩成礦模式與多礦產協同勘探 227
8.2.1 母質來源階段 228
8.2.2 沉積富集階段 229
8.2.3 埋藏成礦階段 232
8.2.4 出露剝蝕階段 240
8.2.5 動態成礦模式 241
8.2.6 油-氣-煤-釩礦協同勘探 242
8.3 小結 244
結論 246
參考文獻 248
叢書序
本書序一
本書序二
前言
第1章 黑色巖系地質特征與資源形成機制 1
1.1 黑色巖系概念及巖類組合 1
1.2 黑色巖系分布與資源賦存特征 3
1.2.1 全球黑色巖系分布與資源賦存特征 3
1.2.2 國內黑色巖系分布與資源賦存特征 4
1.3 黑色巖系礦床形成機理 9
1.3.1 同生沉積初始富集與沉積成礦機理 9
1.3.2 沉積成巖與后生地質作用輕微改造成礦機理 9
1.3.3 構造-熱液強烈改造成礦機理 10
1.3.4 變質與構造-熱液改造成礦機理 10
1.4 釩礦分布及有機質與釩伴生機制 11
1.4.1 釩礦類型及分布 11
1.4.2 有機質與釩伴生機制 12
1.5 小結 15
第2章 區域地質背景 16
2.1 區域地質概況 16
2.1.1 柴北緣 16
2.1.2 湘西地區 19
2.2 構造演化特征 21
2.2.1 柴北緣 21
2.2.2 湘西地區 23
2.3 地層發育特征 27
2.3.1 柴北緣 27
2.3.2 湘西地區 30
2.4 小結 34
第3章 黑色巖系與釩分布特征 36
3.1 實測地層剖面 36
3.1.1 柴北緣 36
3.1.2 湘西地區 39
3.2 黑色巖系宏觀分布特征 43
3.2.1 柴北緣 43
3.2.2 湘西地區 45
3.3 黑色巖系與釩微觀分布特征 50
3.3.1 柴北緣 50
3.3.2 湘西地區 55
3.4 小結 63
第4章 黑色巖系有機地球化學特征 64
4.1 有機元素分析 64
4.1.1 柴北緣 65
4.1.2 湘西地區 66
4.2 有機質豐度 67
4.2.1 總有機碳含量 68
4.2.2 氯仿瀝青含量 73
4.2.3 生烴潛量 76
4.3 有機質類型 80
4.3.1 氯仿瀝青及其族組分 81
4.3.2 有機質顯微組分 83
4.4 有機質成熟度 84
4.4.1 柴北緣 85
4.4.2 湘西地區 86
4.5 生物標志化合物 87
4.5.1 飽和烴生物標志化合物 88
4.5.2 芳香烴生物標志化合物 107
4.6 小結 115
第5章 黑色巖系無機地球化學特征 117
5.1 礦物組成特征 117
5.1.1 柴北緣 117
5.1.2 湘西地區 121
5.2 主量元素特征 123
5.2.1 柴北緣 123
5.2.2 湘西地區 127
5.3 微量元素特征 130
5.3.1 柴北緣 130
5.3.2 湘西地區 135
5.4 稀土元素特征 141
5.4.1 柴北緣 142
5.4.2 湘西地區 147
5.5 小結 150
第6章 有機質與釩礦物質來源及沉積環境 152
6.1 有機質來源 152
6.1.1 正構烷烴 152
6.1.2 類異戊二烯烷烴 153
6.1.3 萜類化合物 154
6.1.4 甾類化合物 156
6.1.5 原始有機質 157
6.2 釩礦物質來源 160
6.2.1 Ba及Sb判別 161
6.2.2 U/Th、Co/Zn判別 161
6.2.3 其他判別指標 164
6.3 沉積環境 166
6.3.1 物源區構造屬性 167
6.3.2 古氣候 169
6.3.3 古氧化還原環境 173
6.3.4 古鹽度 179
6.3.5 古海盆水體滯留程度 183
6.4 小結 185
第7章 釩對有機質生烴過程影響的物理模擬與數值模擬 187
7.1 物理模擬實驗 187
7.1.1 實驗樣品及裝置 187
7.1.2 熱解烴量特征 188
7.1.3 生烴率特征 188
7.1.4 活化能分布特征 192
7.2 數值模擬實驗 194
7.2.1 C—C鍵的研究 195
7.2.2 C—H鍵的研究 199
7.2.3 C—O鍵的研究 204
7.3 小結 216
第8章 黑色巖系有機質與釩伴生機制 218
8.1 有機質與釩相互作用機理 218
8.1.1 黑色巖系沉積模式 218
8.1.2 有機質與釩富集機理 220
8.1.3 釩對有機質生烴演化的作用機理 224
8.2 釩成礦模式與多礦產協同勘探 227
8.2.1 母質來源階段 228
8.2.2 沉積富集階段 229
8.2.3 埋藏成礦階段 232
8.2.4 出露剝蝕階段 240
8.2.5 動態成礦模式 241
8.2.6 油-氣-煤-釩礦協同勘探 242
8.3 小結 244
結論 246
參考文獻 248
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黑色巖系有機質與釩地球化學特征及伴生機制 節選
第1章 黑色巖系地質特征與資源形成機制 本章厘定了黑色巖系的定義及巖類組合，總結了國內外黑色巖系分布與資源賦存特征，對比分析了黑色巖系礦床形成機理、有機質與釩伴生機制。黑色巖系是在缺氧或貧氧水體中形成的，是具有一定的沉積學、古生態學和地球化學特征的黑色細粒沉積巖組合，主要包括硅質巖、磷塊巖、碳質泥巖、粉砂巖、石煤、重晶石巖和碳酸鹽巖等。黑色巖系型金屬、非金屬礦床與油氣具有明顯的時控性。黑色巖系礦床形成機理包括同生沉積初始富集與沉積成礦機理、沉積成巖與后生地質作用輕微改造成礦機理、構造-熱液強烈改造成礦機理、變質與構造-熱液改造成礦機理。黑色巖系中釩的生物成礦作用可分為直接成礦作用和間接成礦作用。 1.1 黑色巖系概念及巖類組合 黑色巖系長期以來廣受地學界的重視是因為其不僅是重要的低熱值燃料資源，也是多種稀有元素（如 Au、Ag、Ni、Mo、Cu、Pb、Pt、Zn、Se、U、V、 Tl、Cd等）的重要聚集巖系，其中常產出石煤、重晶石、磷、多金屬等許多大型、超大型礦床，極具經濟價值，素有“多元素富集體”之稱，也是重要的烴源巖系。黑色巖系代表著全球地質歷史發展過程中重要的轉折階段的沉積記錄，具重現性的時限沉積相，是地球演化中特定地質環境缺氧環境的產物，是巖石圈、水圈、氣圈和生物圈變化和相互作用的結果，也是開放的地球復雜動力系統演化的標志和體現。 對黑色巖系的研究是從黑色頁巖（black shale）引申而來的。 Vine和 Tourtelot（1969）認為黑色頁巖是沉積于海相或鹽湖相環境中的黑色細粒沉積巖，由碎屑、化學及生物沉淀的礦物及有機物組成。 Pettijohn（1975）認為黑色頁巖是易剝裂的富含有機碳[總有機碳（TOC）含量為3%~5%]和硫化鐵的紋層狀巖石。國內學者也廣泛使用黑色頁巖來指代顏色較深、含有機質較高的細粒沉積巖。范德廉等（1987）認為黑色頁巖是泥質巖的一個小類，不能作為黑色巖系的統稱來使用，并首次使用“黑色巖系”（black rock series）的概念。高振敏等（1997）提出黑色巖系是一套富含有機質海相細粒沉積巖的總稱，包含暗色泥頁巖、粉砂巖、硅質巖和少量碳酸鹽巖等。范德廉等（2004）將黑色巖系定義為含有機碳（TOC含量接近或大于1%）及硫化物（鐵硫化物為主）較多的深灰色—黑色的硅巖、碳酸鹽巖、泥質巖(含層凝灰巖)及其變質巖的組合體系（圖1.1），其主要端元組成是黑色硅巖、黑色碳酸鹽巖、黑色泥質巖，不同的巖類組合反映不同的沉積背景。中國南方寒武系下部黑色巖系為一套富含有機質的硅質、泥質建造，主要為碳質（頁）巖、碳質硅質（頁）巖、含磷結核碳質頁巖和硅質巖、含碳泥質硅質巖及白云質碳質泥（頁）巖（呂惠進和王建，2005）。 圖1.1 黑色巖系的巖石類型及巖類組合圖解（范德廉等，2004）1.黑色硅質巖為主；2.黑色碳酸鹽巖-硅巖組合；3.黑色硅巖-碳酸鹽巖組合；4.黑色碳酸鹽巖為主；5.黑色泥 質巖-碳酸鹽巖組合；6.黑色碳酸鹽巖-泥質巖組合；7.黑色泥質巖為主；8.黑色硅巖-泥質巖組合；9.黑色泥質巖-硅巖組合；10.黑色硅巖-泥質巖-碳酸鹽巖組合 綜上所述，黑色巖系是沉積地層中廣泛存在的，普遍具有陸源、內源、深源、生物和宇宙物質等多種物質來源，在缺氧或貧氧水體中形成，具有一定的沉積學、古生態學和地球化學特征的黑色細粒沉積巖組合，主要包括硅質巖、磷塊巖、碳質泥巖、粉砂巖、石煤、重晶石巖和碳酸鹽巖等（圖1.2）。 圖1.2 遵義松林下寒武統黑色巖系野外露頭（周文喜，2017） a.下采區埃迪卡拉系與寒武系界線； b.下采區下寒武統牛蹄塘組底部磷塊巖與埃迪卡拉系燈影組白云巖呈假整合接觸； c.下采區牛蹄塘組底部磷結核； d.下采區下寒武統牛蹄塘組黑色頁巖； e.上采區下寒武統牛蹄塘組剖面； f.上采區底部凝灰巖； g.牛蹄塘組黑色頁巖中的層狀黃鐵礦； h.牛蹄塘組黑色頁巖中的結核； i.牛蹄塘組黑色頁巖中的海綿骨針 1.2 黑色巖系分布與資源賦存特征 黑色巖系在空間上廣泛分布于五大洲，時間上從元古宙到顯生宙都有產出。黑色巖系型礦床具有明顯的時控性，各時代含礦系具有各自特征的巖類組合，產出不同的金屬、非金屬礦床與油氣。 1.2.1 全球黑色巖系分布與資源賦存特征 黑色巖系在全球分布廣泛，古生代及更老地層的黑色巖系具有全球性規模。例如，分布在英格蘭南部、荷蘭、德國到中歐諸國的上二疊統 Kupferschifer組，加拿大育空地區中上泥盆統，印度小喜馬拉雅、伊朗、巴基斯坦北部、法國南部、威爾士、英格蘭、俄羅斯、阿曼北部、澳大利亞南部、加拿大、蒙古國等地的下寒武統，俄羅斯西伯利亞里菲系（Riphean）上部以及波蘭的前寒武系都發育黑色巖系。 全球目前已于多處發現了與黑色巖系建造相關的工業礦床或金屬元素堆積。與黑色巖系有關的礦床在時空上分布廣泛，比較典型的如縱貫西歐到中歐賦存于上二疊統 Kupferschifer組的 Cu-Ag礦床，羅馬尼亞東 Carpathian地區寒武系至奧陶系的 Mn礦床，俄羅斯西伯利亞干谷地區里菲系上段的 Au礦床，摩洛哥北部小阿特拉斯山（Anti-Atlas）造山帶新元古界的 Ag礦床，加拿大 Sullivan地區元古宇的 Pb-Zn-Ag金屬礦床，芬蘭 Kainuu-Outo-kumpu地區元古宇的 Cu-Zn-Ni-Co礦床等。 這些黑色巖系多富含有機質，既是常規油氣的烴源巖，也是頁巖油氣與煤層氣等非常規油氣資源的儲集體。 1.2.2 國內黑色巖系分布與資源賦存特征 黑色巖系廣布于多個地質時代，與之有關的大、中、小型礦床及礦點廣泛產出于我國元古宇至新近系的許多層位內。大-超大型礦床的黑色巖系分布于中元古界下昆陽群、新元古界歪頭山組、震旦系、下寒武統、下中志留統、上泥盆統、下二疊統、中三疊統、中新統，礦床*為集中的時代是早寒武世、晚泥盆世、早震旦世、晚震旦世和中新元古代（表1.1）（范德廉等，2004）。黑色巖系中非常規油氣資源豐富，我國油氣勘探開發結果顯示：頁巖氣資源主要賦存在下古生界海相暗色泥頁巖中，煤層氣資源主要賦存在上古生界海陸過渡相煤系中，頁巖油主要賦存在中新生界湖相暗色泥頁巖中。 1.古元古界—中元古界 古元古界礦種有 Fe、Au、Cu、Co、V、Mo、Zn、石墨、 U等，賦礦巖類主要是變泥質-砂泥質-變含碳泥質巖型。中元古代是一個重要的成礦時代，不僅成礦元素種類多，而且許多礦床往往是多組分的，不少具大型、超大型規模。中元古界的礦種有 Pb、Zn、Cu、REE、Au、Ag、B、K、石墨等。其中， REE和 Cu、Pb、Zn 尤為重要，形成地史上**次超大規模聚集。賦礦巖類主要是黑色板巖或片巖、黑色板巖-白云巖-硅巖等以及相應的變質巖。 薊縣剖面含有三套烴源巖層：一是距今1.7Ga的串嶺溝組頁巖， TOC平均值為1.47%，但 Tmax相當高，氫指數相當低，屬于過成熟烴源巖；二是距今1.42Ga的洪水莊組頁巖， TOC平均值為2.84%，氫指數可達134mg/g TOC，是高成熟烴源巖；三是距今1.37Ga的下馬嶺組頁巖， TOC平均值為1.67%，Tmax為447℃，氫指數*高可達500mg/g TOC，是成熟度較高的烴源巖（孫樞和王鐵冠，2016）。 2.新元古界—早古生界 新元古代也是一個重要成礦期，尤其是震旦紀—寒武紀過渡期是地史上一個重要 Mn、P、V和重晶石-毒重石-鋇解石成礦期，而且有一系列大—超大型礦床，
黑色巖系有機質與釩地球化學特征及伴生機制 作者簡介
劉成林，四川省資陽市人。教授，博士生導師，現任中國石油大學（北京）地球科學學院油氣勘探與開發地質系主任，資源勘查工程專業負責人。研究方向為油氣成藏與資源評價、很好規油氣地質。1994年畢業于中國石油大學（北京）綜合勘探專業，2004年獲得中國石油大學（北京）礦物學、巖石學與礦床學專業博士學位。入選新疆“自治區天山英才計劃”及“中國地質調查局高層次地質人才培養計劃”；中國地質學會地質力學專業委員會委員。負責國家自然科學基金、國家科技重大專項、中國地質調查局地質調查等科研項目。獲國家科學技術進步獎二等獎1項，省部級獎5項。在國內外學術期刊上發表論文100余篇，其中SCI收錄40余篇；作為作者撰寫專著6部。
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