塔里木盆地柯坪巴楚地区寒武—奥陶系碳酸盐岩热释.doc
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1、精品论文塔里木盆地柯坪巴楚地区寒武奥陶系碳酸盐岩热释光特征及其地质意义1由雪莲,于炳松 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京(100083) E-mail:摘要:本文从热释光的基本原理出发,试图从塔里木盆地柯坪巴楚地区寒武奥陶系碳酸 盐岩的热释光特征入手,结合其他先进的测试分析和前人工作进行综合分析,探讨海平面升 降旋回。将采集典型的样品,经 FJ427A 1 型微机热释光计量仪分析测试,得出如下结论:1.塔里木盆地坷坪巴楚露头区寒武奥陶系碳酸盐岩天然热释光曲线较为复杂,有单蜂,有双蜂,但都有一强烈发光峰。其高温峰在 278-353,峰面积积分强度为 105R 数量 级。不同时代的样品
2、有各自的特点,呈现有旋回性。2.碳酸盐岩热释光特征与早寒武世中寒武世中晚期的海平面升降旋回有较好的对应 关系,早寒武世的海平面位置较高,中寒武下降,并于中寒武世中晚期下降至最低点。 关键词:碳酸盐岩,热释光特征,地质意义,寒武奥陶系,塔里木盆地中图分类号:F51. 引言热释光现象是一种早巳发现的普遍现象,最早是由中世纪一些炼金术士们发现的。对热 释光现象第一次科学的观察记录是 1663 年,Robert Boyle 在其著作中写道:“贴身用体温将 钻石捂热,会发出微弱的光”1。1904 年,Marie Curie 在她的博士论文中写道:“某些物体, 如萤石,当加热的时候会发光,它们是由热引起的
3、发光”2。自然界中 3000 余种天然矿物 中大约有四分之三具有这种特性3。关于天然矿物、氟化物及碳酸盐的热释光研究,在 1925 年就有报道。Brunlich(1979) 45说每年都有 500 多篇与热释光现象有关的文章发表(通常称 做“热激弛豫”)。热释光研究的应用范围很广:材料学方面用于物质缺陷和长余辉发光性物质材料的研究67、辐射计量学用于人体、环境痕量辐射检测89,考古学用于真假陶瓷器的鉴别10。将矿物热释光特征用于地质体成因分析、构造作用识别等方面已有许多成功实例 111213 14还有用于陨石的研究 Sears 和 Mills15(1974 年)对陨石热释光特征做工作,他们考
4、察了 A11endeC3 球粒状陨石中含不同矿物所产生的发光曲线。他们获得的发光曲线有 3 种 不同类型。Geake 和 Walker1617等人推断,Mn2+ 取代 Ca2+作为月球和地球长石发光中心发 出的光在约 550 一 560nm(绿色)波段内。Anderle.H 等(1998)18分析了海洋双壳类生物碳酸 钙质外壳的热释光特征。80 年代中期至 90 年代,曾应用热释光间接的探测陆地油气藏1920, 在矿床学、成因矿物学和找矿矿物学领域中获得了广泛而成功的应用21222324,近年又发 展到直接应用高灵敏度的热释光测量装置来测量沉积物中天然矿物的热释光强度,寻找环境 辐射异常区进行
5、油气勘探,国内己有十余个油田获得成功2526 。本文试图首次分析寒武奥陶系碳酸盐岩热释光特征,探讨热释光特征的地质意义:研 究海平面变化等沉积环境发生重大改变的不整合界面。2. 样品分析测试1本课题得到中石化西部新区勘探项目(XBKT2002KY08041)的资助。- 9 -21 样品的采集本次采样位于阿克苏地区肖尔布拉克、柯坪县羊吉坎、巴楚县一间房三个剖面,共 5 个地区。采集的办法依据常规,选取选区内有代表性的、新鲜的岩石标木,取样的目的层为 寒武奥陶系如图(图 1)图 1 塔里木盆地坷坪巴楚地区采样位置图1、巴楚一间房礁滩相剖面 2、T74 界面 3、柯坪羊吉坎大峡谷剖面 4、蓬莱坝剖面
6、 5、阿克苏肖尔布拉克 磷矿沟剖面图研究的地层包括了由寒武至奥陶系的各个统的地层,其中上寒武统(PLE)样品采自蓬 莱坝剖面,下寒武统(XRE)的样品采自阿克苏肖尔布拉克磷矿沟剖面,中上奥陶统(BYO) 的采于巴楚县一间房礁滩相剖,下奥陶统(KYO)的样品采于柯坪县羊吉坎剖面。2.2测试条件将与后面做氧、碳同位素的采样位置完全吻合的样品,在干燥通风处放置三个月,来消 除可能出现的异常衰退造成的影响。选取具有代表性的标木用钳子小心夹碎,玛瑙研钵轻轻 研磨的办法避免造成后期的热干扰。经 80 目100 目(150180 微米)筛筛析,用整个过程避 免日光照射,以防晒退效应对结果的影响。采用的仪器为
7、北京核仪器厂 2001 年所生产的 FJ427A 1 型微机热释光计量仪,记数率22-21C/S,校正系数:1,光源记数K/S:7.4(自动启动),使用第五套解谱方法。其测量 范围 0.01mGy1000GY。将要用的空试管测量本底值,消除它的影响后再进行测量。用电 子分析天平 AB204-E,其称量范围 0- 210g,精度 0.1mg,重复性 0.01-0.03g,线性 0.5mg。每次准确称取 2.86mg 的样品,均匀地平铺在直径约 2mm 小试管内。设定初始温度为 25,最高加热温度 400 0C,升温速率 1.0C /s。由测试系统自动拟合并记录了白云岩和灰岩样品的热释光特征参数:
8、峰点温度(T)、发光强度(I)、半高宽(W)、峰面积积分强度(S)。对 于热释光发光曲线不稳定的样品,选择同源的样品再测量一次,以保证测试的精度并尽量减 少偶然误差。2.3. 测试结果表 1 塔里木盆地坷坪巴楚露头区寒武奥陶系样品热释光曲线特征数据面积积样品名称岩性描述绝对温度(K)半高宽(K)面积积分强度(R)绝对温度(K)半高宽(K)分强度(R)Cam1Cam3O1+2XRE-C1XRE-C2XRE-C3XRE-C4XRE-C5XRE-C6XRE-D1XRE-D2XRE-D3XRE-D4XRE-F1XRE-F2XRE-F3XRE-F4XRE-F5XRE-F6PLE-B1PLE-B2PLE-
9、B3PLE-B4PLE-B5PLE-B6PLE-B7KYO-D6KYO-D5KYO-D4两厚层夹 一薄层,颗 粒粗,蜂窝 状,C4 薄 层处,C5 溶孔发育 C6 厚层顶 部D1、D2 块 状白云岩, D3、D4 蜂 窝状白云岩 F14 厚层 中下部处, 颗粒较大, 蜂窝状孔 洞,块状厚 层颗粒白 云岩;F56 厚层状 灰黑色白 云岩,厚层中上部处B12 灰白 色泥质白 云岩;B3 厚层白云 岩;B4 块 状白云岩; B6 叠层石 白云岩 底部为薄 层石灰岩,540.5351855619596.5324125799543.5351302066597.5322743589544.53211362
10、36593.5302692416533.5361333621591.5534115653538.535517740605.5481626219538.540811129598.5451739484552.5381154860609.5352414849552.5451426977601.5331901495555.5381026737604.5331695607548.5391628106605.5343471083536.5481336078591.5432512344541.5401081887593.5381926339551.5371277428591.5281674865541.54
11、31408132590.5302077837553.5401203800614.5422590046538.5391101033594.5382159663538.540103825626.563388719609.5801617238625.5901871074611.5731685392602.5732700039607.5913852009543.532862488611.5482601594528.540392452608.561405455538.540291784612.557303564554.548118568KYO-D3中部为厚619.576666307KYO-D2层块状石5
12、51.53296572KYO-D1灰岩,上部为薄层石523.546398832589.545233456灰岩3. 分析讨论3.1 热释光曲线塔里木盆地寒武奥陶系的天然热释光曲线较为复杂(图 2、图 3、图 4、图 5) 坷坪巴楚的野外露头区的所有的热释光曲线均有一个强烈的发光峰(见图 2、图 3、图 4、 图 5)。60000发光强度 I50000400003000020000100000200250300350 400 35000发光强度I300002500020000150001000050000200 250 300 350 400 图 2 XRE-F6 的天然热释光曲线图图 3 PLE
13、-B5 的天然热释光曲线图4500发光强度I3500300025002000150010005000200250 300 350 400 14000 发光强度I120001000080006000400020000200250300350400 图 4 KYO-D4 的天然热释光曲线图图 5 KYO-D6 的天然热释光曲线图4000肖尔布拉克磷矿沟下寒武剖面的样品(XRE)有二个发光峰(图 2),低峰温为 260282,半峰宽为 3248K,平均值为 38.78K,峰面积积分强度 5.1818.56105R,平均为 12.25105R。高峰温为 317341 ,半峰宽 为 2853K ,平均值
14、 为 37.13K ,峰面积 积分强度 16.2641.26105R,平均值为 24.67105R。其自然热释光曲线第一个峰低第二个峰高,第二个峰为强烈发光峰。蓬莱坝中上寒武剖面的样品(PLE)的热释光曲线基本为单峰(图 3)(除与下寒武相接的(PLE-b1)和与下奥陶统相接的(PLE-b7)),峰温为 329352,半峰宽为 7391K,平均值 为 81.4K, 峰面积积分强度 16.1738.52105R 平均值为 23.45105R, PLE-b1 的热释光曲 线表现为 XRE 和 PLE 之间的过渡形状,也为双峰,且第一个峰低,第二个峰高,但受 PLE 单峰的影响使二峰的差异明显减小,
15、其低峰温为 265,半峰宽 40K,峰面积积分强度1.04105R,高峰温为 353, 半峰宽为 63K, 峰面积积分强度为 3.89105R而 PLE-b7的热释光曲线表现为与其上覆的下奥陶统的双峰形状的相同,低峰温为 270,半峰宽 32K,峰面积积分强度 8.62105R, 高峰温为 338, 半峰宽 48K,峰面积积分强度 26.02105R。柯平羊脊坎大峡谷下奥陶统剖面的样品(KYO)的热释光曲线形状比较复杂,有双峰的(图 5),但形状与 XRE 明显相反,为第一峰高第二峰低,其中也有单峰的曲线(图 4), 但其峰点值没有 PLE 的曲线的峰值大。单峰曲线的峰温为 278346, 半
16、峰宽 3276K, 平均值为 52K,峰面积积分强度 0.976.66105R, 平均值为 2.94105R。双峰曲线的低峰温 为 250265,半峰宽为 4046K,平均值为 42K, 峰面积积分强度 2.923.99105,平均为3.61105R。高峰温为 316339,半峰宽为 4561K,平均值为 54.33K,峰面积积分强度2.334.05105R,平均值为 3.14105R。野外样品按照旋回来采样,其热释光也呈现旋回性的变化(图 6)。200001600012000800040000kyod6 kyod5 kyod4 kyod3 kyod2 kyod1图 6 塔里木盆地奥陶系天然热
17、释光曲线变化旋回3.2 热释光曲线特征参数坷坪巴楚露头区寒武系奥陶系热释光曲线的变化趋势可以看出,总体来说各个样品 的参数绘制的图呈现出峰值和谷值,即表明在坷坪巴楚露头区寒武系奥陶系的样品的热 释光存在着变化。在图 7a 图中的曲线显示在寒武系的蓬莱坝剖面的上寒武统的样品 PLE-B1 以前,虽然 总的来说曲线也在不停的出现峰值谷值,不停的跳动,呈现旋回性变化的特点,但在 PLE-B1 时跌到谷值的最低点,其后又出现波峰、波谷的变化。表明在 PLE-B1 所指示的位置,即中 下寒武统和上寒武统之间存在着一个环境转化的界面。还有在 a 图中显示的在寒武系时期总体来说有明显高于奥陶系的天然热释光积
18、存,在热释光峰点发光强度图上可以看出,寒武系的热释光的峰点发光强度在很高的水平上左右摆动,而KYO-D1KYO-D5PLE-B5PLE-B1XRE-F3XRE-D3XRE-C5IXRE-C1050000100000150000200000KYO-D1KYO-D5PLE-B5PLE-B1XRE-F3XRE-D3XRE-C5SXRE-C1020000004000000 60000008000000图 7a 坷坪巴楚露头区寒武系奥陶系热释光峰点发光强度图图 7b 坷坪巴楚露头区寒武系奥陶系热释光峰面积积分强度图KYO-D2KYO-D5PLE-B6PLE-B3XRE-F6XRE-F3XRE-D4XRE
19、-D1XRE-C4XRE-C10200400600800KYO-D2KYO-D5PLE-B6PLE-B3XRE-F6XRE-F3XRE-D4XRE-D1XRE-C4XRE-C1W050100150200图 7c 坷坪巴楚露头区寒武系奥陶系热释光峰点温度图图 7d 坷坪巴楚露头区寒武系奥陶系热释光半峰宽图在奥陶系则迅速变低,虽然也有峰值和谷值的变化,但是寒武系的热释光的峰点发光强度明显高于奥陶系。在图 7b 上坷坪巴楚露头区寒武系奥陶系热释光峰面积积分强度的变化更明显,和 a 图与相同的变化趋势,即也在上寒武统的样品 PLE-B1 的位置跌到谷值的最低点。而且在 寒武系奥陶系的界面变化上也显示出
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