CN114720235A - 基于碳酸盐组构与地球化学分析对古海水性质重建的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于碳酸盐组构与地球化学分析对古海水性质重建的方法，包括：以早成岩期碳酸盐岩组构为载体，基于岩石学理论研究，运用显微技术、阴极发光、组构粉末酸溶法微量元素分析(ICP‑MS)、微区原位激光剥蚀分析(LA‑ICP‑MS)等技术手段，对古海水性质进行恢复重建，建立其稀土配分模式。本发明的优点是：有效提升地化数据的有效性和精度，结合对特征组构的原位微区分析技术，通过相互佐证和补充，进而交互分析并获取古海水信息。
Description
技术领域
本发明涉及碳酸盐岩地层勘探技术领域，特别涉及一种基于碳酸盐岩组构与元素地球化学的交互分析对古海水性质重建的方法。
背景技术
古海水是古环境信息的重要内容，其化学性质变化能够反映不同时期环境的演化及变迁，由此，对古海水化学性质重建对解译古海洋演化及其与环境气候间的协同作用有重要意义。目前普遍利用全岩粉末酸溶法微量元素的分析手段，但鉴于全岩中含有多种组构，而不同组构的成因和流体性质差异巨大，因此基于全岩粉末方法得到的是多种信息(沉积和成岩作用)的混合，而与真正的沉积期古海水信息有所偏离，存在较为明显的缺陷。近年来，特征组构的原位测试技术和化学分步溶解方法等技术方法得到了飞速发展，所获取的实验数据愈加精确，显著提高了地质认识的可靠性，倍受地质工作者的青睐。但在原位分析测试的过程中，也发现存在诸多问题，譬如在微生物岩的研究中，由于微生物岩的形成过程包含了机械作用(捕获、粘结碎屑物质)和生物化学作用(生化矿物和新陈代谢)，使得微区原位信号中的有效信息存在被覆盖的可能性。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种基于碳酸盐组构与地球化学分析对古海水性质重建的方法。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于碳酸盐组构与地球化学分析对古海水性质重建的方法，包括以下步骤：
第一步：基于野外剖面实测，结合岩石组构发育特征，明确沉积序列组合类型，优选出典型沉积序列，进行系统样品采集，并进行位置标定和编号；以岩石新鲜断面为观察面，依据岩石组构宏观发育特征，初步遴选出具代表性的纤维桩等厚环边状胶结物的岩石样品。
第二步：将选出岩石样品，制成薄片，利用显微组构分析技术，结合矿物晶体光学性质，对不同岩石组构进行鉴定，明确矿物微观发育特征及矿物间的接触关系；依据胶结物，优选出呈纤维状且排列紧密的胶结物薄片。
第三步：将胶结物薄片，利用阴极发光技术，结合单偏光镜下矿物组构特征，对胶结物的阴极发光性进行分析，总结不同矿物的阴极发光特征，明确胶结物的发光特征及期次；按照原生组构的阴极发光特征，对原生胶结物的进行鉴别及筛选，遴选出晶形明显且环带清晰特征的胶结物样品，进一步将其作为地球化学分析的岩石样品。
第四步：将选定晶形明显且环带清晰特征的胶结物样品，依据原位微区分析的制片要求，进行特殊处理，制成不盖片的激光剥蚀片；使用光学显微镜，利用显微组构分析技术，对晶形明显且环带清晰特征的胶结物进行拍照和标定，并运用微区原位激光剥蚀分析技术(LA-ICP-MS)对样品标定的位置进行测试。
第五步：将晶形明显且环带清晰特征的胶结物样品，使用酒精对样品表面进行清洗，利用牙钻钻取胶结物组构粉末，进一步使用玛瑙研钵将钻取的胶结物组构研磨制成岩石粉末，并对样品烘干，使粉末样品完全干燥；将烘干的样品，选用不同类型、浓度的酸液，分次进行溶解，得到反应清液，并进行加热蒸发处理，以获得固相物质，进而运用组构粉末酸溶法微量元素分析(ICP-MS)对清液进行分析测试。
第六步：分别对微区原位激光剥蚀分析技术和全岩粉末酸溶法微量元素分析技术两种测试方法所得出的数据进行筛选，得出有效数据，结合岩石宏微观特征，进行数据交互分析，确定能够反映古海水性质的指标，进而建立古海水性质识别模型，与现代海水稀土元素的配分模式作对比分析，明确古海水性质特征。
进一步地，所述第一步具体为：
首先，选取出露良好且保存完整的野外露头剖面，进行观察实测，结合岩石组构发育特征，明确沉积序列组合类型，优选出典型沉积序列，进行系统样品采集，并进行位置标定和编号；
其次，以岩石新鲜断面为观察面，依据岩石组构宏观发育特征，初步遴选出具代表性的纤维桩等厚环边状胶结物的岩石样品，并描述其颜色、岩性、发育位置及与围岩的接触关系。
进一步地，所述第二步中：将选出含代表性胶结物的岩石样品，通过切割、磨制手段，制成0.03mm厚的薄片；
进一步地，第四步中激光剥蚀片厚为0.045mm；
进一步地，第四步中将标定的激光剥蚀片，先后利用超声波清洗机清洗和通风橱内风干方法进行处理，将处理后的激光剥蚀片送入样品测试仓，调节仪器参数，将标定的位置选取为激光剥蚀点，进行分析测试，并对测试数据处理。
进一步地，第五步中岩石粉末为200目，在105℃恒温条件下，对样品烘干 12小时。
进一步地，第五步中准确称取烘干后的粉末500mg粉末样品，放入容器中，并向容器中加入50ml 5％的醋酸对其进行酸溶处理。当其岩石粉末完全反应后，经离心处理后，吸取出上清液，并对上清液进行加热蒸发处理，以获得固相物质。
将蒸发所得的固相物质再次进行酸溶50ml 50％HNO3，并用2％HNO3将反应溶液稀释至100g，运用组构粉末酸溶法微量元素分析技术(ICP-MS)对清液进行上机分析测试。
进一步地，第六步具体如下：
首先，利用各项指标对原始数据进行约束，将超出范围的原始数据视为无效数据，并将其剔除，所述各项指标为：总稀土元素和钇元素含量(∑REY)<4ppm、钪(Sc)含量<2ppm、钍(Th)含量<0.3ppm、钇钬比(Y/Ho)>36、锆(Zr)含量< 4ppm和镍(Ni)含量<20ppm；
其次，分别采用公式Ce/Ce*＝CeN/[PrN×(PrN/NdN)]、Eu/Eu*＝EuN/(SmN 2×TbN)1/3、La/La*＝LaN/[PrN×(PrN/NdN)2]来计算每组数据的Ce异常、Eu 异常和La异常，下标N表示采用澳大利亚后太古代页岩(PAAS)进行标准化处理；
再次，分别对剩下的每组数据进行∑REY与Sc元素、Ce/Ce*与Sc、Eu/Eu* 和DyN/SmN间的相关性分析，筛选出相关性较弱的原始数据，作为有效数据；
最后，将处理完善的数据绘制成相应图版，与现代海水稀土元素的配分模式作对比分析。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
有效提升地化数据的有效性和精度，结合对特征组构的原位微区分析技术，通过相互佐证和补充，进而交互分析并获取古海水信息。
附图说明
图1是本发明实施例研究区灯影组纤维状胶结物激光原位剥蚀稀土元素配分模式示意图；a至f分别表示岩石样品b1、b2、q1、q2、y1、y2中纤维状胶结物组构的全岩酸溶稀土元素配分模式。
图2是本发明实施例研究区灯影组微生物白云岩全岩酸溶稀土元素配分模式示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
第一步：基于野外剖面实测，结合岩石组构发育特征，明确沉积序列组合类型，优选出典型沉积序列，进行系统样品采集，并进行位置标定和编号；以岩石新鲜断面为观察面，依据岩石组构宏观发育特征，初步遴选出具代表性的纤维桩等厚环边状胶结物的岩石样品。
首先，选取出露良好且保存完整的野外露头剖面，进行观察实测，结合岩石组构发育特征，明确沉积序列组合类型，优选出典型沉积序列，进行系统样品采集，并进行位置标定和编号；
其次，以岩石新鲜断面为观察面，依据岩石组构宏观发育特征，初步遴选出具代表性的纤维桩等厚环边状胶结物的岩石样品，并描述其颜色、岩性、发育位置及与围岩的接触关系。
第二步：将选出含代表性胶结物的岩石样品，通过切割、磨制等手段，制成 0.03mm厚的薄片，利用显微组构分析技术，结合矿物晶体光学性质，对不同岩石组构进行鉴定，明确矿物微观发育特征及矿物间的接触关系；依据胶结物，优选出呈纤维状且排列紧密的胶结物薄片。
首先，将选出含代表性胶结物的岩石样品，通过切割、磨制等手段，制成0.03mm 厚的薄片；
其次，基于磨制的岩石薄片，利用显微组构分析技术，结合矿物晶体光学性质，对不同岩石组构进行鉴定，明确矿物微观发育特征及矿物间的接触关系；
最后，依据胶结物，优选出呈纤维状且排列紧密的胶结物薄片。
第三步：将优选出呈纤维状且排列紧密的胶结物薄片，利用阴极发光技术，结合单偏光镜下矿物组构特征，对胶结物的阴极发光性进行分析，总结不同矿物的阴极发光特征，明确胶结物的发光特征及期次；按照原生组构的阴极发光特征，对原生胶结物的进行鉴别及筛选，遴选出晶形明显且环带清晰特征的胶结物样品，进一步将其作为地球化学分析的岩石样品。
首先，将优选出呈纤维状且排列紧密的胶结物薄片，利用阴极发光技术，结合单偏光镜下矿物组构特征，对胶结物的发光性进行分析，总结不同矿物的发光特征，明确胶结物的发光特征及期次。
其次，按照原生组构的阴极发光特征，对原生胶结物的进行鉴别及筛选，遴选出晶形明显且环带清晰特征的胶结物样品，进一步将其作为地球化学分析的岩石样品。
第四步：将选定晶形明显且环带清晰特征的胶结物样品，依据原位微区分析的制片要求，进行特殊处理，制成不盖片的激光剥蚀片(厚0.045mm)；使用光学显微镜，利用显微组构分析技术，对晶形明显且环带清晰特征的胶结物进行拍照和标定，并运用微区原位激光剥蚀分析技术(LA-ICP-MS)对样品标定的位置进行测试。
首先，将选定晶形明显且环带清晰特征的胶结物样品，依据原位微区分析的制片要求，进行特殊处理，制成不盖片的激光剥蚀片；
其次，将磨制的不盖片的激光剥蚀片，使用光学显微镜，利用显微组构分析技术，对晶形明显且环带清晰特征的胶结物进行拍照和标定；
最后，将标定的激光剥蚀片，先后利用超声波清洗机清洗和通风橱内风干等方法进行处理，将处理后的激光剥蚀片送入样品测试仓，调节仪器参数，将标定的位置选取为激光剥蚀点，进行分析测试，并对测试数据处理。
第五步：将晶形明显且环带清晰特征的胶结物样品，使用酒精对样品表面进行清洗，利用牙钻钻取胶结物组构粉末，进一步使用玛瑙研钵将钻取的胶结物组构研磨制成200目的岩石粉末，并在105℃恒温条件下，对样品烘干12小时，使粉末样品完全干燥；将烘干的样品，选用不同类型、浓度的酸液，分次进行溶解，得到反应清液，并进行加热蒸发处理，以获得固相物质，进而运用组构粉末酸溶法微量元素分析(ICP-MS)对清液进行分析测试。
首先，将晶形明显且环带清晰特征的胶结物样品，使用棉签蘸取酒精对样品表面进行清洗，利用牙钻钻取胶结物组构粉末，进一步使用玛瑙研钵将钻取的胶结物组构研磨制成200目的岩石粉末，并在105℃恒温条件下，对样品烘干12 小时，使样品完全干燥；
其次，准确称取烘干后的粉末500mg粉末样品，放入容器中，并向容器中加入50ml5％的醋酸对其进行酸溶处理。当其岩石粉末完全反应后，经离心处理后，吸取出上清液，并对上清液进行加热蒸发处理，以获得固相物质。
最后，将蒸发所得的固相物质再次进行酸溶(50ml 50％HNO3)，并用2％HNO3 将反应溶液稀释至100g，运用组构粉末酸溶法微量元素分析技术(ICP-MS)对清液进行上机分析测试。
第六步：分别对微区原位激光剥蚀分析技术和全岩粉末酸溶法微量元素分析技术两种测试方法所得出的数据进行筛选，得出有效数据，结合岩石宏微观特征，进行数据交互分析，确定能够反映古海水性质的指标，进而建立古海水性质识别模型，与现代海水稀土元素的配分模式作对比分析，明确古海水性质特征。
首先，利用各项指标(总稀土元素和钇元素含量(∑REY)<4ppm、钪(Sc)含量<2ppm、钍(Th)含量<0.3ppm、钇钬比(Y/Ho)>36、锆(Zr)含量<4ppm和镍(Ni)含量<20ppm)对原始数据进行约束，将超出范围的原始数据视为无效数据，并将其剔除。
其次，分别采用公式Ce/Ce*＝CeN/[PrN×(PrN/NdN)]、Eu/Eu*＝EuN/(SmN 2×TbN)1/3、La/La*＝LaN/[PrN×(PrN/NdN)2]来计算每组数据的Ce异常、Eu 异常和La异常(下标N表示采用澳大利亚后太古代页岩(PAAS)进行标准化处理)。
再次，分别对剩下的每组数据进行∑REY与Sc元素、Ce/Ce*与Sc、Eu/Eu* 和DyN/SmN间的相关性分析，筛选出相关性较弱的原始数据，作为有效数据。
最后，将处理完善的数据绘制成相应图版，与现代海水稀土元素的配分模式作对比分析。
如图1所示,纤维状胶结物大致呈现较为明显的与现代海水可对比的配分模式：(1)轻稀土相对重稀土亏损，呈左倾型配分；(2)较高的Y/Ho比(Y/Ho＝69 ±22,35～115)；(3)La大致呈正异常(La/La*＝1.47±0.55,0.64～2.75)；
如图2所示,从60件分析样品中挑选22件海水信息保存较为良好的样品数据：(1)轻稀土相对重稀土亏损,呈左倾型配分；(2)较高的Y/Ho比(Y/Ho ＝50±5,41～60)；(3)La大致呈正异常(La/La*＝1.14±0.30,0.63～1.96)；
本实施例选取上扬子北缘震旦系灯影组5条露头剖面，以特定的碳酸盐岩组构为载体，开展精细的岩石学和晶体光学工作。在厘定出早成岩时期纤维状白云石胶结物的基础上，利用全岩粉末酸溶法微量元素分析(ICP-MS)和微区原位激光剥蚀分析(LA-ICP-MS)等技术手段，分析得出(1)轻稀土相对重稀土亏损，呈左倾型配分；(2)较高的Y/Ho比；(3)La大致呈正异常。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于碳酸盐组构与地球化学分析对古海水性质重建的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：基于野外剖面实测，结合岩石组构发育特征，明确沉积序列组合类型，优选出典型沉积序列，进行系统样品采集，并进行位置标定和编号；以岩石新鲜断面为观察面，依据岩石组构宏观发育特征，初步遴选出具代表性的纤维桩等厚环边状胶结物的岩石样品；
第二步：将选出岩石样品，制成薄片，利用显微组构分析技术，结合矿物晶体光学性质，对不同岩石组构进行鉴定，明确矿物微观发育特征及矿物间的接触关系；依据胶结物，优选出呈纤维状且排列紧密的胶结物薄片；
第三步：将胶结物薄片，利用阴极发光技术，结合单偏光镜下矿物组构特征，对胶结物的阴极发光性进行分析，总结不同矿物的阴极发光特征，明确胶结物的发光特征及期次；按照原生组构的阴极发光特征，对原生胶结物的进行鉴别及筛选，遴选出晶形明显且环带清晰特征的胶结物样品，进一步将其作为地球化学分析的岩石样品；
第四步：将选定晶形明显且环带清晰特征的胶结物样品，依据原位微区分析的制片要求，进行特殊处理，制成不盖片的激光剥蚀片；使用光学显微镜，利用显微组构分析技术，对晶形明显且环带清晰特征的胶结物进行拍照和标定，并运用微区原位激光剥蚀分析技术(LA-ICP-MS)对样品标定的位置进行测试；
第五步：将晶形明显且环带清晰特征的胶结物样品，使用酒精对样品表面进行清洗，利用牙钻钻取胶结物组构粉末，进一步使用玛瑙研钵将钻取的胶结物组构研磨制成岩石粉末，并对样品烘干，使粉末样品完全干燥；将烘干的样品，选用不同类型、浓度的酸液，分次进行溶解，得到反应清液，并进行加热蒸发处理，以获得固相物质，进而运用组构粉末酸溶法微量元素分析(ICP-MS)对清液进行分析测试；
第六步：分别对微区原位激光剥蚀分析技术和全岩粉末酸溶法微量元素分析技术两种测试方法所得出的数据进行筛选，得出有效数据，结合岩石宏微观特征，进行数据交互分析，确定能够反映古海水性质的指标，进而建立古海水性质识别模型，与现代海水稀土元素的配分模式作对比分析，明确古海水性质特征。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳酸盐组构与地球化学分析对古海水性质重建的方法，其特征在于：所述第一步具体为：
首先，选取出露良好且保存完整的野外露头剖面，进行观察实测，结合岩石组构发育特征，明确沉积序列组合类型，优选出典型沉积序列，进行系统样品采集，并进行位置标定和编号；
其次，以岩石新鲜断面为观察面，依据岩石组构宏观发育特征，初步遴选出具代表性的纤维桩等厚环边状胶结物的岩石样品，并描述其颜色、岩性、发育位置及与围岩的接触关系。
3.根据权利要求1所述的一种基于碳酸盐组构与地球化学分析对古海水性质重建的方法，其特征在于：所述第二步中：将选出含代表性胶结物的岩石样品，通过切割、磨制手段，制成0.03mm厚的薄片。
4.根据权利要求1所述的一种基于碳酸盐组构与地球化学分析对古海水性质重建的方法，其特征在于：第四步中激光剥蚀片厚为0.045mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于碳酸盐组构与地球化学分析对古海水性质重建的方法，其特征在于：第四步中将标定的激光剥蚀片，先后利用超声波清洗机清洗和通风橱内风干方法进行处理，将处理后的激光剥蚀片送入样品测试仓，调节仪器参数，将标定的位置选取为激光剥蚀点，进行分析测试，并对测试数据处理。
6.根据权利要求1所述的一种基于碳酸盐组构与地球化学分析对古海水性质重建的方法，其特征在于：第五步中岩石粉末为200目，在105℃恒温条件下，对样品烘干12小时。
7.根据权利要求1所述的一种基于碳酸盐组构与地球化学分析对古海水性质重建的方法，其特征在于：第五步中准确称取烘干后的粉末500mg粉末样品，放入容器中，并向容器中加入50ml 5％的醋酸对其进行酸溶处理；当其岩石粉末完全反应后，经离心处理后，吸取出上清液，并对上清液进行加热蒸发处理，以获得固相物质；
将蒸发所得的固相物质再次进行酸溶50ml 50％HNO3，并用2％HNO3将反应溶液稀释至100g，运用组构粉末酸溶法微量元素分析技术(ICP-MS)对清液进行上机分析测试。
8.根据权利要求1所述的一种基于碳酸盐组构与地球化学分析对古海水性质重建的方法，其特征在于：第六步具体如下：
首先，利用各项指标对原始数据进行约束，将超出范围的原始数据视为无效数据，并将其剔除，所述各项指标为：总稀土元素和钇元素含量(∑REY)<4ppm、钪(Sc)含量<2ppm、钍(Th)含量<0.3ppm、钇钬比(Y/Ho)>36、锆(Zr)含量<4ppm和镍(Ni)含量<20ppm；
其次，分别采用公式Ce/Ce*＝CeN/[PrN×(PrN/NdN)]、Eu/Eu*＝EuN/(SmN 2×TbN)1/3、La/La*＝LaN/[PrN×(PrN/NdN)2]来计算每组数据的Ce异常、Eu异常和La异常，下标N表示采用澳大利亚后太古代页岩(PAAS)进行标准化处理；
再次，分别对剩下的每组数据进行∑REY与Sc元素、Ce/Ce*与Sc、Eu/Eu*和DyN/SmN间的相关性分析，筛选出相关性较弱的原始数据，作为有效数据；
最后，将处理完善的数据绘制成相应图版，与现代海水稀土元素的配分模式作对比分析。
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Cited By (1)
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| CN112859199A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-28 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种碳酸盐岩成岩环境演化史恢复方法 |
| CN114354604A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-15 | 西南石油大学 | 一种古老深层原生矿物的识别方法 |
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2022
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| CN117214279A (zh) * | 2023-10-12 | 2023-12-12 | 西南石油大学 | 不同颜色白云岩成因的综合研究方法 |
| CN117214279B (zh) * | 2023-10-12 | 2024-03-19 | 西南石油大学 | 不同颜色白云岩成因的综合研究方法 |
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