地层中的硅岩：研究进展及展望_周思宇.pdf

书书书第 25 卷第 1 期2023 年2 月古地理学报JOUNAL OF PALAEOGEOGAPHY(Chinese Edition)Vol.25No.1Feb 2023文章编号:16711505(2023)01002320DOI:107605/gdlxb202301002地层中的硅岩:研究进展及展望*周思宇1，2钟大康1，2孙海涛1，2张本健3苏琛3尹宏41 中国石油大学(北京)地球科学学院，北京 1022492 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室，北京 1022493 中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川成都 6100414 中国石油西南油气田公司川西北气矿，四川江油 621700摘要硅岩是由自生石英形成的化学沉积岩，通常以层状或非层状(结核状、条带状)独自出现、与其他岩性互层出现及赋存于其他岩性地层中。硅岩不仅记录了大量盆地古地理、古海洋、古气候的地质信息，而且对于岩石大地构造学研究具有重要意义。前人对硅岩的研究取得了丰富的成果，近年来关于硅岩的新观点为硅岩的研究提供了新的思考途径和研究线索。通过调研近年来关于硅岩的岩石学特征、地球化学特征及沉积环境的研究，分析总结了不同地质历史时期、不同沉积环境、不同产状硅岩的形成模式、成因类型以及判别方式，认为硅岩的沉积不是单一因素控制的结果，而是地质构造活动强度、生物类型及活动性、沉积古环境的综合结果。常规地球化学元素结合岩石组构与微区分析、包裹体分析、新同位素(b-Sr 和 Sm-Nd)分析，以及新的地球化学判定标准(Ge/Si)是硅岩研究的必备手段和方法。关键词硅岩沉积环境成因类型形成模式第一作者简介周思宇，男，1992 年生，博士研究生，地质学专业。E-mail:。通讯作者简介孙海涛，男，1985 年生，副教授，博士生导师，主要从事沉积学及储层地质学领域的教学与研究工作。E-mail:。中图分类号:P588.2文献标志码:A*国家自然科学基金项目(编号:41972097)和中国石油西南油气田公司科技项目(编号:202203010305)联合资助。Co-fundedby the National Natural Science Foundation of China(No.41972097)，and the science and technology project of PetroChina Southwest Oil and Gas FieldCompany(No.202203010305)收稿日期:20220315改回日期:20221010Siliceous rock in strata:research progress and prospectZHOU Siyu1，2ZHONG Dakang1，2SUN Haitao1，2ZHANG Benjian3SU Chen3YIN Hong41 College of Geosciences，China University of Petroleum(Beijing)，Beijing 102249，China2 State Key Laboratory of Petroleum esources and Prospecting，China University of Petroleum(Beijing)，Beijing 102249，China3 Exploration and Development esearch Institute of PetroChina Southwest Oil and Gas Field Company，Chengdu 610041，China4 Northwest Sichuan Gas Field，Southwest Oil and Gasfield Company，PetroChina，Sichuan Jiangyou 621700，ChinaAbstractSiliceous rocks are a chemical sedimentary rock formed from authigenic quartz，usually inlayered or non-layered(condullary，banded)forms，either alone，interbedded，and in other lithologicFormations Silica not only records a large amount of geological information of the basins paleogeography，paleo-ocean and paleoclimate，but also plays an important role in the study of rock geotectonics The pre-古地理学报2023 年 2 月vious research on siliceous rocks has achieved rich results In recent years，new viewpoints on siliceousrocks have provided new ways of understanding and research clues for the study of siliceous rocks By in-vestigating the petrological characteristics，geochemical characteristics and sedimentary environment of si-liceous rocks in recent years，this paper analyzes and summarizes the Formation modes，genetic types anddiscrimination methods of siliceous rocks in different geological historical periods，different depositionalenvironments，and different occurrences The sedimentation of siliceous rocks is not the result of singlefactor control，but the comprehensive result of geological tectonic activity intensity，biological type andactivity，and sedimentary paleoenvironments Conventional geochemical elements，combined with rockfabric and micro-area analysis，inclusion analysis，new isotope(b-Sr and Sm-Nd)analysis，and newgeochemical criteria(Ge/Si)are an essential methodology for silica research and method.Key wordssiliceous rock，sedimentary environment，genetic type，formation modeAbout the first authorZHOU Siyu，born in 1992，is a doctoral candidate at China University ofPetroleum(Beijing)，and majors in geology E-mail:About the corresponding authorSUN Haitao，born in 1985，is an associate professor and Doc-toral supervisor He is mainly engaged in teaching and research in sedimentology and reservoir geologyE-mail:1概述硅岩作为富硅化学沉积岩，广泛分布于太古宙到新生代的沉积地层中，沉积类型包括从数十亿年前的硅铁建造带(BIF)到现代海洋硅藻沉积等。由于硅岩结构致密、抗风化性较强，因此不同类型硅岩可以解读和探讨不同地质时代和沉积背景下古地理、古构造、古海洋、古气候等的演化历史(Beauchamp and Boud，2002;Wang et al，2009;李延 河 等，2010;姚 旭 等，2013;Marin-Carbonneet al，2014;杨秀清等，2020;赵振洋等，2020;Jurkowska and Wierczewska-Gadysz，2020)。在过去100 多年间，前人对硅岩开展了大量研究。根据硅岩的产状及保存形式主要将硅岩分为层状硅岩和非层状硅岩 2 类，其中层状硅岩可独自产出或与泥岩互层(Murray et al，1992;Ikeda and Tada，2014;姚旭，2016;Alexandra，2020)，非层状硅岩则是以结核状、团块状或条带状出现在碳酸盐岩或膏盐岩中(Maliva and Siever，1989)。关于硅岩中硅的来源，目前主要存在 3 种观点，即陆源碎屑风化(Murray，1994)、构造活动产生的热液(Adachiet al，1986;Shen et al，2018)和硅质生物死亡后的堆积(Beauchamp and Baud，2002)。在地史中硅岩及硅质沉积物均有沉积，但在某些时代则更为富集(Hein and Parrish，1987)，其中诸如“始新世硅质沉积期”(McGowran，1989;Muttoni and Kent，2007;Moore，2008)和“联合古陆二叠纪硅质沉积事件”(Murchey and Jones，1992;Beauchamp and Boud，2002)是典型硅岩富集时代的典型事件。对于硅岩的成因，20 世纪中后期前人总结出了多种形成模型，其中层状硅岩的形成模型主要包括生物堆积模型(赵澄林，1980)、生物地球化学模型(吴庆余等，1986)、上升流模型(Hein and Parrish，1987)等，非层状硅岩的形成模型包括有机质氧化模型(Sie-ver，1962)、混合水硅化模型(Knauth，1979)和硫化氢还原模型(Clayton，1986)。但这些模型的使用往往存在一定限制即硅岩的形成往往与硅质生物的富集相关(Maliva et al，1989);20 世纪 80 年代之后，随着深海钻探计划(DSDP)和大洋钻探计划(ODP)的开展，研究人员在大洋深处发现了热水活动的证据，并且在热水活动中发现有热水成因的不定型硅。据此研究人员提出了热水成因模式，该模式较好地解释了地层中厚度较大且未含硅质生物的较纯 硅 岩 的 成 因(Adachi et al，1986;Murray，1994)。此外，多种同位素的应用、阴极发光分析、包裹体分析、常规的岩石学及元素地球化学分析方法进一步提高了硅岩研究的准确性(杨志军等，2003;杨杰东等，2004;曹秋香等，2008;董存杰等，2010)。因此，作者在前人研究的基础上，结合最新的研究成果，对硅岩的基本特征、成因和沉积环境进行梳理和总结。42第 25 卷第 1 期周思宇等:地层中的硅岩:研究进展及展望2硅岩定义及基本特征2.1硅岩定义硅岩的概念自提出到现今已经超过 100 年，这一名称首先于 19 世纪末提出，当时研究认为硅岩是由石英组成的岩石和由自生成因的二氧化硅组成的岩石的统称(鲁欣，1964);进入 20 世纪，随着研究手段和方法的进步，对于硅岩的定义也随之发生变化。对于硅岩定义的讨论主要是集中在其矿