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油气之光——黑色页岩中草莓状黄铁矿的特征

2015-12-9 9:45:45 来源:中国矿业报 作者:李 娟

草莓状黄铁矿是指由等粒度的亚微米级黄铁矿或微晶体紧密堆积而成、形似草莓的黄铁矿球形集合体。它是富有机质沉积特征的矿物,是恢复沉积环境的重要指标。

沉积黄铁矿形成于两种水体条件下:一种是含氧的底层水覆盖于缺氧的沉积物之上,细菌硫酸盐还原作用发生于沉积物/水界面之下。限制黄铁矿形成的主要因素是有机质埋藏量,所有黄铁矿为成岩组分。另一种是缺氧的底层水覆盖于缺氧沉积物之上,即静水环境。H2S可存在于水体和沉积物中,碎屑铁矿物在埋藏之前即可与之反应形成同生黄铁矿,其形成主要受铁矿物或硫化物含量的限制。但是,沉积中往往存在同生和成岩两种成因的黄铁矿组分,这让黄铁矿形成过程中各影响因素之间的关系变得复杂化,从而使得黄铁矿具有较高的研究价值。

然而,黄铁矿的研究远远落后于其它矿物。文献研究表明,黄铁矿,特别是草莓状黄铁矿的应用主要是为环境恢复提供依据。例如,青海师范大学生命与地理科学院教授常华进通过对华南桂北泗里口剖面老堡组硅质岩中草莓状黄铁矿的粒径和分布进行统计发现,样品中普遍存在着草莓状黄铁矿,而且变化范围比较窄,从而判定埃迪卡拉末期的深部海水是缺氧的。南京大学地球科学与工程学院李洪星等通过对湖北省京山县雁门口地区栖霞组上部灰黑色含泥灰岩中的黄铁矿成因研究发现,岩石中的黄铁矿主要为赋存于有孔虫壳体内的草莓状黄铁矿,并指示其形成于轻度-中度贫氧环境中。中国地质大学(北京)能源学院教授刘大锰认为,黄铁矿是煤中分布最普遍的矿物之一,煤中各种类型黄铁矿的共生是不同演化阶段的产物,一般需要满足碳酸盐的供给、有利于细菌活动的厌氧条件、有机质供给和适当铁供给等4个条件,这也是华北晚古生代煤层形成丰富黄铁矿的原因。以渝东南地区下志留统龙马溪组、下寒武统牛蹄塘组黑色页岩以及黔西北地区上二叠统龙潭组黑色页岩为主要研究对象,利用场发射扫描电镜和X射线能谱仪可以观察到草莓状黄铁矿的形态和粒径分布特征。

1.黄铁矿宏观特征:

从宏观来看,无论是露头样品,还是岩芯样品,黄铁矿都是黑色页岩中最常见、最易识别且含量较多的一类次要矿物。露头上,黄铁矿主要呈薄层状分布,顺层发育,成层性较好,一般多层连续出现;在岩芯样品中,黄铁矿主要呈现透镜状,且出现频率较高。

2.草莓状黄铁矿微观特征:

草莓状黄铁矿在显微镜下多呈圆球形,少数呈椭球形。草莓状内部由许多单颗粒黄铁矿组成,粒径一般在500纳米以内。草莓状集合体一般直径约2微米~10微米,内部由更小的黄铁矿微粒组成,微粒数量一般在百粒以上。样品中发育丰富的自生黄铁矿包括草莓状集合体和颗粒状黄铁矿两种形式,颗粒黄铁矿包括自形较好的四方体和八面体。

通过研究露头样品和井下样品发现,大量草莓状黄铁矿晶内有孔隙,且形状大小不一,孔隙丰富。有些黄铁矿晶体发生脱落形成晶间孔,黄铁矿周围或内部经常存在有机质残余粘液,与黄铁矿呈包裹与被包裹的关系。

文献研究表明,在硫化环境下形成的草莓状黄铁矿具有较小的直径,且分布范围很窄。通过对所采取的样品分析,研究人员发现草莓状黄铁矿集合体的直径一般小于10微米,且分布比较集中、变化范围不大,由此说明渝东南地区下志留统龙马溪组黑色页岩多形成于硫化环境下。□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

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