Войти
Происхождение в геологии, реконструкция происхождения отложений. Земля - динамичная планета, и все породы подвержены переходу между тремя основными типами горных пород: осадочными, метаморфическими и магматическими породами (рок цикл ). Открытые породы рано или поздно разлагаются на отложения. Ожидается, что отложения смогут предоставить доказательства эрозионной истории их материнских материнских пород. Цель изучения происхождения - восстановить тектоническую, палеогеографическую и палеоклиматическую историю.
В современном геологическом лексиконе термин «происхождение отложений» конкретно относится к применению анализа состава для определения происхождения отложений. Это часто используется в сочетании с изучением историй эксгумации, интерпретацией дренажных сетей и их эволюции, а также перспективным моделированием палеоземных систем. В совокупности они помогают охарактеризовать движение обломочных отложений от внутренних районов до осадочного бассейна.
Происхождение (от французского «провенир», «происходить из»), место происхождения или наиболее ранняя известная история чего-либо. В геологии (в частности, в осадочной петрологии ) термин «источник происхождения» относится к вопросу о происхождении отложений. Целью исследований происхождения осадочных пород является реконструкция и интерпретация истории отложений от материнских пород в источнике до детрита на месте захоронения. Конечная цель исследований происхождения - изучить характеристики области источника путем анализа состава и текстуры отложений. Исследования источников происхождения включают следующие аспекты: «(1) источник (и) частиц, из которых состоят породы, (2) механизмы эрозии и переноса, которые перемещали частицы из источников в места осаждения, (3) обстановка осадконакопления и процессы осадконакопления, ответственные за осаждение частиц (среда осадконакопления), и (4) физические и химические условия среды захоронения и диагенетические изменения, которые происходят в кремнисто-обломочных отложениях во время захоронения и подъема ». Исследования происхождения проводятся для изучения многих научных вопросов, например, истории роста континентальной коры, времени столкновения индийских и азиатских плит, интенсивности азиатских муссонов и эксгумации в Гималаях. Между тем, методы происхождения широко используются в нефтегазовой промышленности. «Связь между источником и бассейном важна для разведки углеводородов, потому что песчаные каркасы контрастного обломочного составов по-разному реагируют на диагенез и, таким образом, демонстрируют разные тенденции уменьшения пористости с глубина захоронения. "
Вся порода, обнаженная на поверхности Земли, подвергается физическому или химическому выветриванию и распадается на более мелкозернистые отложения. Источником детрита могут быть все три типа пород (магматические, осадочные и метаморфические).
Распространение детрита Камни транспортируются вниз по течению с более высокой отметки на более низкую. Материнские породы и детрит переносятся под действием силы тяжести, воды, ветра или ледников. В процессе транспортировки камни разбиваются на более мелкие частицы путем физического истирания, от больших валунов до песка или даже глины. В то же время минералы в отложениях также могут быть изменены химически. Выживут только минералы, более устойчивые к химическому выветриванию (например, ультрастабильные минералы циркон, турмалин и рутил ). Во время транспортировки минералы можно отсортировать по их плотности, и в результате легкие минералы, такие как кварц и слюда, могут перемещаться быстрее и дальше, чем тяжелые минералы (например, циркон и турмалин).
Пройдя определенное расстояние транспортировки, детрит достигает осадочного бассейна и накапливается в одном месте. По мере накопления осадков отложения погружаются на более глубокий уровень и проходят через диагенез, который превращает отдельные отложения в осадочные породы (т.е. конгломерат, песчаник, аргиллиты, известняк и т. Д.) И некоторые метаморфические породы (такие как кварцит ), которые образовались из осадочных пород. После того, как отложения выветриваются и вымываются из горных поясов, они могут переноситься ручьем и откладываться вдоль рек в виде речных песков. Детрит также может транспортироваться и откладываться в форланд-бассейнах и на морских воронках. Записи об обломках могут быть собраны во всех этих местах и могут быть использованы при изучении источников происхождения.
| Тип детрита | Среда отложения | Местоположение | Координаты | Ссылка |
|---|---|---|---|---|
| Лёссовый песок | Лёсс | Лёссовое плато | 38 ° 24'N 108 ° 24'E / 38,4 ° N 108,4 ° E / 38,4; 108,4 | |
| Детритовый апатит | Континентальная окраина | Восточная Гренландия окраина | 63 ° 30'N 39 ° 42'W / 63,5 ° N 39,7 ° W / 63,5; -39,7 | |
| Детритный циркон | Современная река | Ред-Ривер | 22 ° 34'N 103 ° 53'E / 22,56 ° N 103,88 ° E / 22,56; 103,88 | |
| Тяжелый минерал | Аккреционный комплекс | Южно-центральная Аляска | 61 ° 00'N 149 ° 42'W / 61,00 ° N 149,70 ° W / 61,00; -149,70 | |
| Детритный циркон | Древняя пассивная окраина континента | террейн Южный Лхаса | 29 ° 15'N 85 ° 15'E / 29,25 ° N 85,25 ° E / 29,25; 85,25 | |
| Детритный циркон | бассейн Форленд | Непал Гималайский форленд бассейн | 27 ° 52'N 83 ° 34'E / 27,86 ° N 83,56 ° E / 27,86; 83.56 |
После того, как детрит вымывается из области источника, он переносится и откладывается в реке, прибрежном бассейне или пойме. Затем детрит может быть подвергнут эрозии и снова транспортироваться при наводнении или других явлениях эрозии. Этот процесс называется переработкой детрита. И этот процесс может быть проблематичным для изучения происхождения. Например, U-Pb возраст циркона обычно считается отражающим время кристаллизации циркона при температуре около 750 ° C, а циркон устойчив к физическому истиранию и химическому атмосферному воздействию. Таким образом, зерна циркона могут выжить после нескольких циклов переделки. Это означает, что если зерно циркона подвергается переработке (повторной эрозии) из форландского бассейна (не из исходной области источника горного пояса), оно теряет информацию о переработке (детритовая запись не будет указывать на форланд-бассейн в качестве области источника, но укажет более ранний горный пояс как очаговая зона). Чтобы избежать этой проблемы, образцы могут быть собраны близко к горному склону, выше по течению от которого нет значительного скопления наносов.
Изучение происхождения осадочных пород включает несколько геологических дисциплин., в том числе минералогия, геохимия, геохронология, седиментология, магматическая и метаморфическая петрология. Развитие методов происхождения во многом зависит от развития этих основных геологических дисциплин. Самые ранние исследования происхождения были в основном основаны на анализе палеотока и петрографическом анализе (состав и текстура песчаника и конгломерата). С 1970-х годов исследования происхождения сместились в сторону интерпретации тектонических обстановок (т. Е. Магматических дуг, коллизионных орогенов и континентальных блоков) с использованием состава песчаника. Точно так же методы геохимии валовых пород применяются для интерпретации источников происхождения, связывая геохимические признаки с материнскими породами и тектоническими условиями. Позже, с развитием методов химического и изотопного микроанализа, а также геохронологических методов (например, ICP-MS, SHRIMP ), исследования происхождения переместились на анализ отдельных зерен минералов. В следующей таблице приведены примеры сбора образцов для изучения происхождения.
Как правило, методы происхождения можно разделить на две категории: петрологические методы и геохимические методы. Примеры петрологических методов включают тройную диаграмму QFL, ассоциации тяжелых минералов (апатит - индекс турмалина, гранат циркон index), ассоциации глинистых минералов и иллит кристалличность, переработанные окаменелости и палиноморфы, а также магнитные свойства запаса. Примеры геохимических методов включают датирование циркона U-Pb (плюс изотоп Hf ), трек деления циркона , трек деления апатита, изотопы Nd и Sr в осадках, химический состав граната, пироксен химия, амфибол, химия и т. Д. Ниже приводится более подробный список со ссылками на различные типы методов происхождения.
| Метод | Примеры | Прочность |
|---|---|---|
| Циркон U-Pb датирование | Определить возраст детритового циркона кристаллизации | |
| Циркон изотопы U – Pb плюс Hf | εHf (t)>0, Гранитные расплавы, образованные плавлением молодой коры, недавно образовавшейся из обедненной мантии, порождают цирконы с радиогенным исходным изотопным составом, аналогичным составу их мантийного источника; εHf (t) < 0, Felsic melts derived from melting of reworked, old continental crust generates zircons with unradiogenic initial Hf isotope ratios. | |
| Трек деления апатита | Термохронологический возраст (когда минеральный проход температура закрытия ). | |
| Дорожка деления циркона | Термохронологический возраст, возраст кристаллизации, время запаздывания (термохронологический возраст за вычетом возраста осаждения) | |
| Двойное датирование циркона He и U-Pb | «Этот метод дает высокую температуру (~ 900C) U – Pb кристаллизация и низкотемпературная (~ 180 C) (U – Th) / He эксгумация возраста для одного и того же циркона. " | |
| Объемный осадок Nd и Sr | Модельный возраст Nd [1], окончательный протолит или область источника | |
| Объемные отложения Изотопы Pb | Сложная систематика изотопов Pb делает его мощным инструментом для изучения геологической истории материнской породы, особенно в древнем наследии. | |
| Тяжелые минералы ассоциации (апатит-турмалиновый индекс, индекс гранат-циркон) | Тяжелая минеральная ассоциация осадочных пород является функцией типа материнской породы. Например, богатая ассоциациями кианита и силлиманита указывает на высокопродуктивные метаморфические материнские породы | |
| Гранат геохимия | Н / Д | |
| Ar – Ar датировка слюды | Указывает время остывания слюды через Температура закрытия Ar-Ar из-за эксгумации. | |
| Изотопы неодима в апатите | модельный возраст неодима (справочный), окончательный протолит или область источника. | |
| Пироксен химический состав | Переменный химический состав Ca-Mg-Fe, указывающий на исходную магму и материнскую породу. | |
| Амфибол химический состав | Анализ основных и микроэлементов в зернах амфибола используется для изучения происхождения. | |
| Изотопы Pb в калиевом полевом шпате | N / A | |
| Минералогия глины (ассоциации и кристалличность иллита) | Исходное содержание глинистых минералов в источнике определяет распределение сборок в детритной записи. Выветривание и изменение химического состава также влияют на распространение. | |
| Монацит U-Pb датирование | Определить возраст кристаллизации обломочного моноцита. | |
| Стабильность тяжелых минералов во время диагенеза | N/A | N / A |
| Химический состав микроэлементов объемных отложений | Более чувствительные индикаторы геологических процессов, чем основные элементы | |
| Рутил U-Pb | N/A | Определить детритный рутил минеральный возраст кристаллизации |
| U-Pb детритовый титанит | Определить детритный титанитовый возраст кристаллизация | |
| Циркон РЗЭ и Th / U | Зерно циркона, полученное из разных типов гранита, можно различить по их отношениям REE. | |
| Переработанные окаменелости и палиноморфы | Используйте переработанные окаменелости (вызванные сжатием, нагреванием, окислением, микробной атакой) и палиноморфы (структура растений или животных, устойчивость к гниению, спорополленин хитин, чтобы определить, откуда образовался осадок. | |
| Объемный осадок Ar – Ar | возраст минерала или целой породы, охлажденных ниже температуры закрытия. | |
| Кварц эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) | Используйте интенсивность ESR для корреляции записи обломков с материнской породой. | |
| Rock магнитные свойства | Замените или дополните данные геохимического происхождения, используя магнитную восприимчивость, гистерезис петли, магнитные кривые и минерал из оксида железа петрография для корреляции отложений с областью источника. |
Этот метод широко используется при изучении источников происхождения и позволяет связать состав песчаника с тектоническими условиями. Этот метод описан в статье Дикинсона и Сучека 1979 г. Режимы детритного каркаса свит песчаников из различных типов бассейнов являются функцией типов источников происхождения, определяемых тектоникой плит. (1) Кварцевые пески из континентальных кратонов широко распространены во внутренних бассейнах, платформенных сукцессиях, миогеоклинальных клиньях и открывающихся океанических бассейнах. (2) Аркозовые пески из поднятых блоков фундамента присутствуют локально в рифтовых желобах и в бассейнах под ключ, связанных с трансформными разрывами. (3) Вулканокластические каменные пески и более сложные вулкано- плутонические пески, образованные магматическими дугами, присутствуют в траншеях, преддуговых бассейнах и окраинные моря. (4) Переработанные орогенные пески, богатые кварцем или кремнем плюс другие каменные фрагменты и происходящие из комплексов субдукции, коллизионных орогенов и форландовых поднятий, присутствуют в закрытие океанских бассейнов. Треугольные диаграммы, показывающие пропорции каркаса кварца, двух полевых шпатов, поликристаллических кварцевых литов и нестабильных пород вулканического и осадочного происхождения, позволяют успешно различать основные типы источников происхождения ».
Пример диаграммы вероятности относительного возраста U – Pb Геохронология и термохронология все больше и больше применяются для решения проблем происхождения и тектоники. Детритовые минералы, используемые в этом методе, включают цирконы, монациты, белые слюды и апатиты. Возраст этих минералов указывает на время кристаллизации и множественных тектонотермических событий. основывается на следующих соображениях: «(1) области источников характеризуются породами с разной тектонической историей, зафиксированной по определенному возрасту кристаллизации и похолодания; (2) материнские породы содержат выбранный минерал; (3) Детритный минерал, такой как циркон, является сверхстабильным, что означает, что он способен выдерживать несколько фаз физического и химического выветривания, эрозии и отложений. Это свойство делает этот детритовый минерал идеальным для записать долгую историю кристаллизации тектонически сложной области источника.
Рисунок справа является примером диаграммы вероятности относительного возраста U – Pb. Верхний график показывает возрастное распределение детритового циркона форландского бассейна. На нижнем графике показано распределение возраста циркона в глубинных районах (исходная область). На графиках n - количество проанализированных зерен циркона. Таким образом, для форлендского бассейна формация Амиле проанализировано 74 зерна. на 3 тектонических уровня, Тетические Гималаи, Большие Гималаи и Малые Гималаи ), проанализированы 962, 409 и 666 зерен соответственно.Для сопоставления данных внутренних районов и форланд, давайте сначала посмотрим запись области источника, Тетическая последовательность имеет пики возраста около 500, 1000 и 2600 млн лет, в Больших Гималаях пики возраста составляют около 1200 и 2500 млн лет, а в толще Малых Гималаев - около 1800 и 2600 млн лет. Путем простого сравнения записи форландского бассейна с записью исходной области мы видим, что формация Амиле напоминает возрастное распределение Малых Гималаев. В нем около 20 зерен с возрастом ~ 1800 млн лет (палеопротерозой ) и около 16 зерен с возрастом ~ 2600 млн лет (архей ). Тогда мы можем интерпретировать, что отложения формации Амиле в основном происходят из Малых Гималаев, а породы, образовавшиеся ранее в палеопротерозое и архее, происходят из Индийского кратона. Итак, история такова: Индийская плита сталкивается с Тибетом, породы Индийского кратона деформировались и включались в Гималайский надвиговой пояс (например, толщу Малых Гималаев), а затем размывались и откладывались в бассейне форланда.
U – Pb геохронология цирконов была проведена с помощью масс-спектрометрии с лазерной абляцией, мультиколлекторной индуктивно связанной плазмой (LA-MC-ICPMS ).
Пример графиков изотопных данных Nd и Sr, которые используются в исследованиях источников происхождения В зависимости от свойств Sm – Nd система радиоактивных изотопов может обеспечить оценка возраста осадочных материнских пород. Он использовался в исследованиях происхождения. Nd образуется в результате α-распада Sm и имеет период полураспада 1,06 × 10 лет. Изменение Nd / Nd вызвано распадом Sm. Теперь отношение Sm / Nd мантии выше, чем отношение коры, и отношение Nd / Nd также выше, чем в мантии, чем в коре. Отношение Nd / Nd выражается в обозначении εNd (ДеПаоло и Вассербур, 1976). ![{\ displaystyle \ epsilon Nd = 10 ^ {4} \ left [{\ frac {^ {1} 43Nd / ^ {1} 44Nd_ {образец} (T)} {^ {1} 43Nd / ^ {1} 44Nd_ {CHUR} (T) }} - 1 \ right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c1a5e576a6a1ba57785714d9198e309edf852b27)
Чувствительный ионный микрозонд высокого разрешения (SHRIMP II) в Университете Кертина, Западная Австралия Чтобы выбрать подходящие методы сбора лабораторных данных для определения происхождения отложений, следует учитывать размер зерна. Для конгломератов и валунов, поскольку первоначальный минерал paragenesisis сохраняется, почти все аналитические методы могут быть использованы для изучения происхождения. Для более мелкозернистых отложений, поскольку они всегда теряют парагенетическую информацию, можно использовать только ограниченный набор аналитических методов.
Подходы к сбору лабораторных данных для изучения происхождения делятся на следующие три категории: (1) анализ валового состава для извлечения петрографической, минералогической и химической информации. (2) анализ конкретных групп минералов, таких как тяжелые минералы, и (3) анализ отдельных зерен минералов на предмет морфологических, химических и изотопных свойств.
Для анализа объемного состава образцы измельчаются, измельчаются и расплавляются или расплавляются. Затем проводятся измерения основных и редких и редкоземельных (РЗЭ) элементов с использованием таких инструментов, как атомно-абсорбционная спектроскопия (AAS), рентгеновская флуоресценция (XRF), нейтронно-активационный анализ (NAA) и т. д.
Отложения размером с песок могут быть проанализированы однозернистыми методами. Однозерновые методы можно разделить на следующие три группы: (1) Микроскопически-морфологические методы, которые используются для наблюдения формы, цвета и внутренней структуры минералов. Например, сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) и детектор катодолюминесценции (КЛ). (2) Однозерновые геохимические методы, которые используются для определения химического состава и изменений в минералах. Например, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой с лазерной абляцией (ICP-MS). (3) Радиометрическое датирование монозернистого минерала, которое может определить геохронологические и термохронологические свойства минералов. Например, датирование U / Pb SHRIMP и датирование с помощью лазерного зонда 40Ar / 39Ar.
Для получения дополнительной информации об инструментах см.
Основные этапы (в центре), процессы модификации (справа) и контролирующие факторы ( слева) эволюции отложений. На пути детрита, переносимого из области источника в бассейн, детрит подвергается выветриванию, транспортировке, перемешиванию, отложению, диагенезу и переработке. Сложный процесс может изменить литологию родителей как композиционно, так и текстуально. Все эти факторы накладывают определенные ограничения на нашу способность восстанавливать характеристики нефтематеринских пород по свойствам произведенной детритовой записи. В следующих параграфах кратко представлены основные проблемы и ограничения исследований источников происхождения.
Чтобы сопоставить отложения (детритовые записи) с областью источника, необходимо выбрать несколько возможных областей источника для сравнения. В этом процессе возможная зона источника, из которой происходят отложения, может быть пропущена и не выбрана в качестве потенциальной области источника. Это может привести к неправильной интерпретации корреляции отложений с источником позже.
Размер зерна может привести к неправильной интерпретации исследований происхождения. При транспортировке и осаждении детрит подвергается механическому разрушению, химическому чередованию и сортировке. Это всегда приводит к преимущественному обогащению определенных материалов в определенном диапазоне размеров зерен, а состав осадка, как правило, зависит от размера зерен. Например, отношения SiO 2 / Al 2O3уменьшаются с уменьшением размера зерна, поскольку богатый алюминием филлосиликат обогащается за счет богатой кремнием фазы в мелкозернистом детрите. Это означает, что изменение состава детритовой записи может отражать эффект сортировки по размеру зерна, а не только изменение происхождения. Чтобы свести к минимуму влияние сортировки осадочных пород на метод происхождения (например, изотопный метод Sr-Nd), в качестве проб отбираются только очень мелкозернистые и мелкозернистые песчаники, но среднезернистые песчаники могут использоваться, когда альтернативы недоступны.
Смешивание детрита из нескольких источников может вызвать проблемы с корреляцией окончательной записи детрита с материнскими породами, особенно когда пути распространения сложны и включают повторное использование ранее отложенных отложений. Например, в детритовой летописи есть зерна циркона с возрастом 1,0 миллиард лет, но есть две области истока вверх по течению, которые дают циркон возрастом 1,0 миллиард лет, и реки, стекающие через обе области. Тогда мы не могли определить, из какой области образовался детрит.
Диагенез может быть проблемой при анализе записей обломков, особенно когда речь идет о древних отложениях, которые всегда литифицированы. Вариации глинистых минералов в составе детрита могут отражать не изменение происхождения породы, а эффект захоронения. Например, глинистые минералы на большой глубине становятся нестабильными, каолинит и смектит становятся неустойчивыми. Если есть тенденция к снижению содержания иллитовых компонентов в буровом керне, мы не можем сделать вывод, что ранние детритовые записи указывают на более высокую нефтесодержащую материнскую породу, но, возможно, в результате захоронения и чередования минералов
Влияние структурных предположений на интерпретацию происхождения, два левых разреза представляют собой два структурных допущения в глубине страны, а правая колонка представляет собой стратиграфию форландского бассейна, которая показывает вариации записи обломков. Ma = Миллион лет Поскольку исследование происхождения пытается связать записи обломков (которые хранятся в бассейнах) с стратиграфией, а стратиграфия внутренних районов структурно контролируется системами разломов, поэтому Структурная обстановка внутренних районов имеет важное значение для интерпретации записи обломков. Структурная обстановка внутренних районов оценивается с помощью полевых картографических работ. Геологи работают по речным долинам и пересекают горные пояса (надвиговый пояс), определяют местонахождение основных разломов и описывают основную стратиграфию, ограниченную разломами в этом районе. Геологическая карта - это результат полевых картографических работ, а поперечные разрезы могут быть построены путем интерпретации геологической карты. Однако во время этого процесса делается много предположений, поэтому структурные параметры внутренних районов всегда являются предположениями. И эти предположения могут повлиять на интерпретацию записи обломков. Вот пример, на правом рисунке показана классическая система надвигового пояса и форланд-бассейна, надвиговый разлом выносит вышележащие породы на поверхность, а породы различной литологии размываются и переносятся в отложения в форланд-впадине. В структурном предположении 1 предполагается, что розовый слой существует над надвигом 2 и надвигом 3, но во втором предположении розовый слой переносится только надвигом 2. Записи обломков хранятся в стратиграфии форландского бассейна. В стратиграфии розовый слой соотносится с розовым слоем внутренних районов. Если мы используем структурное допущение 2, мы можем интерпретировать, что надвиг 2 был активен около 12 и 5 миллионов лет назад. Но при использовании другого предположения мы не могли знать, указывает ли запись розового слоя активность надвига 2 или 3.
Комбинированное использование нескольких Методы происхождения (например, петрография, анализ тяжелых минералов, геохимия полезных ископаемых, геохимия всей горной породы, геохронология и анализ дренажа) могут дать ценную информацию на всех этапах разведки углеводородов и производство. На стадии разведки изучение источников происхождения может улучшить понимание распределения и качества коллектора. Это повлияет на шанс успеха геологоразведочного проекта; На стадии разработки для оценки зональности коллектора и корреляции стратиграфии широко используются минералого-химические методы. В то же время эти методы происхождения также используются на стадии производства. Например, они используются для оценки изменений проницаемости и скорости падения скважины в результате пространственной изменчивости диагенеза и фаций осадконакопления
