CN115825381A - 一种陆相红层成因判别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于地质研究技术领域，具体公开了一种陆相红层成因判别方法，该方法包括：步骤(1)宏观观察区域上红层的沉积特点；步骤(2)微观观察：是否存在有机质；步骤(3)地球化学分析：对泥岩样品进行微量元素含量测定，并对砂岩样品进行X射线衍射分析；步骤(4)微量元素分析结果评定：计算微量元素的比值，判别沉积环境、古气候及氧化还原条件；步骤(5)砂岩X‑射线衍射全岩分析结果评定：分析粘土矿物的成份和含量，判断风化淋虑作用的强弱和环境介质的性质；步骤(6)综合评定：综合步骤(4)和步骤(5)判别结果，最终确定红层成因。本发明能够克服单因素评价红层成因的缺陷，更客观的判别陆相红层是原生沉积还是后生氧化。
Description
技术领域
本发明属于地质研究技术领域，具体涉及一种陆相红层成因判别方法。
背景技术
红色地层在我国和世界范围内均广泛分布，并且蕴藏着丰富的矿产，地层的颜色受气候、环境、成岩作用等多种因素控制，本研究所指红层概指沉积盆地中发育的陆相红层(以下简称红层)，而大洋红层和风成沙红层不在本研究范围以内。红层的成因即红层是沉积成因(原生沉积)还是成岩成因(后生氧化)一直是地质学界的研究热点和焦点。研究红层的成因及特征，不仅有着切实的科研理论意义，还具有非常重要的经济意义。
目前现有的红层判识方法较为单一，多单纯的采用宏观地质现象或地球化学特征来判定红层成因，易造成多解性。本发明从沉积学、岩石学、地球化学、矿物学等多学科出发，采用多指标、多因素、多参数控制进行综合分析，能达到快速、高效、准确判别陆相红层的成因。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陆相红层成因判别方法，该方法集宏观、微观和地球化学等多参数综合判别陆相红层成因，能够克服单因素评价红层成因的缺陷，更客观的判别陆相红层是原生沉积还是后生氧化。
实现本发明目的的技术方案：
一种陆相红层成因判别方法，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)宏观观察区域上红层的沉积特点；
步骤(2)微观观察是否存在有机质；
步骤(3)地球化学分析：对泥岩样品进行微量元素含量测定，并对砂岩样品进行X射线衍射分析；
步骤(4)微量元素分析结果评定：计算微量元素的比值，判别沉积环境、古气候及氧化还原条件；
步骤(5)砂岩X-射线衍射全岩分析结果评定：分析粘土矿物的成份和含量，判断风化淋虑作用的强弱和环境介质的性质；
步骤(6)综合评定：综合步骤(4)和步骤(5)判别结果，最终确定红层成因。
所述步骤(3)具体为：采用硅酸盐岩石化学分析方法，使用等离子体质谱仪测定泥岩样品中微量元素的含量；采用X射线衍射分析方法，使用X射线衍射仪计算出造岩矿物的含量。
所述步骤(3)中的微量元素包括：锶、铜、锌、钒、镍、铬、铀、钍。
所述步骤(3)中的造岩矿物包括：蒙皂石、伊利石/蒙皂石不规则层间矿物、伊利石、高岭石、绿泥石和绿泥石/蒙皂石。
所述步骤(4)中的微量元素比值包括：Sr/Cu比值、V/(V+Ni)比值、Cu/Zn比值、V/Cr比值。
所述步骤(4)中，Sr/Cu比值介于1～5，指示温湿气候，大于5，指示干热气候；V/(V+Ni)比值大于0.84，指示一种水体分层的厌氧环境，介于0.6～0.84，指示水体分层中等的厌氧环境，小于0.6，指示水体分层较弱的贫氧环境；Cu/Zn比值小于0.21，指示强还原环境，介于0.21～0.35，指示弱还原环境，介于0.35～0.5，指示弱还原-强氧化环境；V/Cr比值小于2，指示富氧环境，介于2～4.25，指示贫氧环境。
所述步骤(5)中的粘土矿物的成份包括：伊利石、绿泥石、高岭石。
所述步骤(5)中，粘土矿物以伊利石和绿泥石为主，指示干旱、强氧化环境；粘土矿物以高岭石为主，指示潮湿、强还原环境。
本发明的有益技术效果在于：
本发明提供的一种陆相红层成因判别方法，基于多角度、多参数、多手段，建立一种快速、高效、准确判别陆相红层成因的综合方法体系，更全面、客观的判别、恢复和重建沉积环境和古气候条件，能够克服单因素评价红层成因的缺陷，为砂岩型铀成矿过程和条件分析提供依据。
附图说明
图1为本发明所提供的一种陆相红层成因判别方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种陆相红层成因判别方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤(1)宏观观察区域上红层的沉积特点：通过判断红层的形状、颜色、岩层或砂岩中的条带现象，判断红层是否受岩性-岩相、颜色、形态等控制；
原生红层不受岩性、岩相、颜色及形态等的控制，是在干旱-半干旱、强氧化气候条件下形成的原生沉积。与原生红层相对的且较为典型的属后生(层间)氧化，该红层在剖面上呈舌状、板状、似板状或卷状，并有向渗透性差的岩石方向变薄或尖灭的趋势，即具有一定成层性。并且颜色极为丰富，除红色、紫红色外，还可常见黄色、黄褐色、浅黄色、棕色、玫瑰红色等渐变过渡色。另外，在岩层或砂岩中常见褐色斑点、泥砾的褐色环带镶边、沿纹层或裂隙发育的褐色条带等现象。
步骤(2)微观观察：通过微观镜观察是否存在草莓状、结核状等不定形状的黄铁矿残留或炭屑等有机质；
黄铁矿、炭化植物茎秆化石及炭屑等有机质的存在是佐证原生强还原环境的有利指标，而原生红层由于沉积时的强氧化环境，炭屑很难在砂岩中保存下来。区域上宏观观察，较难发现矿物晶形完好的黄铁矿或炭屑的存在，可在微观镜下观察是否有草莓状、结核状等不定形状的黄铁矿残留或炭屑。因此微观鉴定也作为判断原生和后生红层的有利手段之一。
步骤(3)地球化学分析：对泥岩样品进行微量元素含量测定，并对砂岩样品进行X射线衍射分析
采用GB/T14506.30-2010硅酸盐岩石化学分析方法，取泥岩块样50g，用氢氟酸和硝酸在封闭溶样器中溶解，电热板上蒸发赶尽氢氟酸，再用硝酸密封溶解，稀释后用等离子体质谱仪(ICP-MS)直接测定对沉积介质环境反映比较敏感的锶(Sr)、铜(Cu)、锌(Zn)、钒(V)、镍(Ni)、铬(Cr)、铀(U)、钍(Th)等8种微量元素的含量；采用SY/T5163-2018沉积岩中黏土矿物和常见非黏土矿物X射线衍射分析方法，取砂岩样品50g，粉碎至200目，粉末样品使用背压法压片，之后上机测试，测试结果用X’Pert PRO粉晶X射线衍射仪计算出蒙皂石(S)、伊利石/蒙皂石不规则层间矿物(I/S)、伊利石(It)、高岭石(Kao)、绿泥石(C)和绿泥石/蒙皂石(C/S)等6中常见造岩矿物的含量，每种物质成份都有各自特征的衍射图谱。
步骤(4)微量元素分析结果评定：分别计算微量元素Sr/Cu比值、V/(V+Ni)比值、Cu/Zn比值及V/Cr比值，通过计算比值判别沉积环境、古气候及氧化还原条件；
沉积盆地具有最基本的地球化学环境，对元素的分布起控制作用，且表现出元素分布的规律性。因此可通过研究对沉积介质环境反映比较敏感且具普遍性的锶(Sr)、铜(Cu)、锌(Zn)、钒(V)、镍(Ni)、铬(Cr)、铀(U)、钍(Th)的含量及其比值来推断元素的迁移和富集规律，进而判别沉积环境、古气候及氧化还原条件。
Sr/Cu比值介于1～5，指示温湿气候，大于5，指示干热气候；V/(V+Ni)比值大于0.84，指示一种水体分层的厌氧环境，介于0.6～0.84，指示水体分层中等的厌氧环境，小于0.6，指示水体分层较弱的贫氧环境；Cu/Zn比值小于0.21，指示强还原环境，介于0.21～0.35，指示弱还原环境，介于0.35～0.5，指示弱还原-强氧化环境；V/Cr比值小于2，指示富氧环境，介于2～4.25，指示贫氧环境。
步骤(5)砂岩X-射线衍射全岩分析结果评定：利用X-射线衍射全岩分析测定砂岩粘土基质的各种成份及含量，从而分析粘土矿物的成份和含量，根据粘土矿物的组合特征及含量变化来判断风化淋虑作用的强弱和环境介质的性质。
例如，伊利石和绿泥石在酸性介质环境中不稳定，反而气候干燥、风化淋虑作用弱的碱性环境对伊利石和绿泥石的形成和保存有利，以伊利石占优势的粘土矿物组合反映干旱的古气候条件。而高岭石的形成和保存则需要潮湿气候下的酸性淋虑条件。因此，可以通过分析粘土矿物中伊利石、绿泥石和高岭石的含量变化，进而反演红层形成时的古气候和风化淋虑作用的变化。
红层与非红层的主要化学成份是一致的，含量也接近，均以SiO2、Al2O3和CaO为主，但是次要组份Fe2O3的含量则相差甚为悬殊。红层形成的主要原因是这种三价铁的富集，岩石中，三价铁的赋存状态一般呈两种：一种是“结合”状态，即与其他成份结合成粘土矿物(伊利石和绿泥石等)和含铁的硅酸盐矿物(角闪石等)；另一种是呈“自由”状态，即形成铁的氧化物赤铁矿(Fe2O3)，其存在及富集是砂岩染色的主要原因。
赤铁矿主要赋存于粘土基质中，干旱、强氧化条件下，风化淋虑作用弱，水介质呈碱性，粘土基质中伊利石和绿泥石的含量极高(达90％以上)，而高岭石含量几乎为零。相反，潮湿、强还原条件下植物繁盛，风化淋虑作用强，水介质呈酸性，粘土矿物以高岭石为主，因此高岭石的含量极高，而伊利石和绿泥石在酸性环境中不稳定，含量极低或接近于零。
步骤(6)综合评定：综合步骤(4)和步骤(5)判别结果，最终确定红层成因。
若步骤(4)的结果中微量元素Sr/Cu比值大于5、V/(V+Ni)比值大于0.6、Cu/Zn比值介于0.35～0.5及V/Cr比值小于2，并同时满足粘土矿物中伊利石和绿泥石的含量在90％以上，而高岭石含量几乎为零，则判定红层成因为原生沉积；
若步骤(4)的结果中微量元素Sr/Cu比值介于1～5、V/(V+Ni)比值小于0.6、Cu/Zn比值小于0.35及V/Cr比值介于2～4.25，并同时满足粘土矿物中高岭石含量偏高(远大于20％)，而伊利石和绿泥石的含量极低或接近于零，则判定红层成因为后生氧化。
实施例1以准噶尔盆地北部乌伦古坳陷为实施例研究区，本发明所提供的一种判别陆相红层成因的方法具体包括以下步骤：
步骤(1)区域上宏观观察：乌伦古坳陷古近系乌伦古河组发育大套厚层红层，从物源区山前的冲积扇沿三角洲或河流沉积体系延伸到盆地内部的湖相大面积分布，分布范围基本不受沉积相带控制，不论是大套厚层砂岩或是厚层泥岩都表现为红色，且颜色较单一，以紫红色、红色为主，局部夹少量灰色或杂色层。总体上，该类红层不受岩性、岩相控制，可能是在干旱、强氧化气候条件下形成的原生沉积红层。
步骤(2)微观鉴定：在乌伦古坳陷的古近系乌伦古河组地层中分别取红色、褐红色、灰色等不同颜色、不同粒度的砂岩样品，磨片，并在显微镜下观察，均尚未见到黄铁矿和炭屑的存在。
步骤(3)地球化学分析：在乌伦古坳陷红层范围内选取对原生沉积环境反映较稳定的泥岩样品，采用GB/T14506.30-2010硅酸盐岩石化学分析方法，利用NexION300Dd等离子体质谱仪(ICP-MS)测定锶(Sr)、铜(Cu)、锌(Zn)、钒(V)、镍(Ni)、铬(Cr)、铀(U)、钍(Th)等8种微量元素的含量(见下表1)。同时，取砂岩样品采用SY/T5163-2018沉积岩中黏土矿物和常见非黏土矿物X射线衍射分析方法，分析伊利石(It)、高岭石(Kao)和绿泥石(C)等典型常见造岩矿物的含量变化(见下表2)。
表1乌伦古坳陷上白垩统红砾山组泥岩样品微量元素统计(μg/g)
表2乌伦古坳陷上白垩统红砾山组粘土矿物含量表(％)
步骤(4)微量元素分析结果评定：Sr/Cu平均值为7.32，反映古近纪古气候主要以干热为主；V/(V+Ni)比值为0.78，在0.66～0.85之间起伏波动，反映古近纪时期沉积水体为中等的厌氧环境；Cu/Zn比值为0.48，介于0.36～0.69之间，显示一种强氧化环境；V/Cr比值为1.14，普遍小于2，表明富氧环境。
步骤(5)砂岩X-射线衍射全岩分析结果评定：砂岩样品的粘土基质达10～15％，粘土矿物中伊利石和绿泥石的含量极高，而高岭石含量几乎为零。由砂岩全岩X-射线衍射图中可以观察赤铁矿的衍射峰值约4％，综合反映红层沉积时处于干旱气候，风化淋虑作用弱，水介质呈碱性。
步骤(6)综合评定：综合步骤(4)和步骤(5)判别结果，最终确定乌伦古坳陷古近系红层为原生沉积，非后生氧化。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (8)
1.一种陆相红层成因判别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)宏观观察区域上红层的沉积特点；
步骤(2)微观观察是否存在有机质；
步骤(3)地球化学分析：对泥岩样品进行微量元素含量测定，并对砂岩样品进行X射线衍射分析；
步骤(4)微量元素分析结果评定：计算微量元素的比值，判别沉积环境、古气候及氧化还原条件；
步骤(5)砂岩X-射线衍射全岩分析结果评定：分析粘土矿物的成份和含量，判断风化淋虑作用的强弱和环境介质的性质；
步骤(6)综合评定：综合步骤(4)和步骤(5)判别结果，最终确定红层成因。
2.根据权利要求1所述的一种陆相红层成因判别方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：采用硅酸盐岩石化学分析方法，使用等离子体质谱仪测定泥岩样品中微量元素的含量；采用X射线衍射分析方法，使用X射线衍射仪计算出造岩矿物的含量。
3.根据权利要求2所述的一种陆相红层成因判别方法，其特征在于，所述步骤(3)中的微量元素包括：锶、铜、锌、钒、镍、铬、铀、钍。
4.根据权利要求2所述的一种陆相红层成因判别方法，其特征在于，所述步骤(3)中的造岩矿物包括：蒙皂石、伊利石/蒙皂石不规则层间矿物、伊利石、高岭石、绿泥石和绿泥石/蒙皂石。
5.根据权利要求3所述的一种陆相红层成因判别方法，其特征在于，所述步骤(4)中的微量元素比值包括：Sr/Cu比值、V/(V+Ni)比值、Cu/Zn比值、V/Cr比值。
6.根据权利要求5所述的一种陆相红层成因判别方法，其特征在于，所述步骤(4)中，Sr/Cu比值介于1～5，指示温湿气候，大于5，指示干热气候；V/(V+Ni)比值大于0.84，指示一种水体分层的厌氧环境，介于0.6～0.84，指示水体分层中等的厌氧环境，小于0.6，指示水体分层较弱的贫氧环境；Cu/Zn比值小于0.21，指示强还原环境，介于0.21～0.35，指示弱还原环境，介于0.35～0.5，指示弱还原-强氧化环境；V/Cr比值小于2，指示富氧环境，介于2～4.25，指示贫氧环境。
7.根据权利要求4所述的一种陆相红层成因判别方法，其特征在于，所述步骤(5)中的粘土矿物的成份包括：伊利石、绿泥石、高岭石。
8.根据权利要求7所述的一种陆相红层成因判别方法，其特征在于，所述步骤(5)中，粘土矿物以伊利石和绿泥石为主，指示干旱、强氧化环境；粘土矿物以高岭石为主，指示潮湿、强还原环境。
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