新疆独山子泥火山沉积物及孔隙水的地球化学特征与流体来源.pdf

收稿日期 2013-11-19; 改回日期 2015-02-07 项目资助 中国科学院西部行动计划项目编号 KZCX2-XB3-03和国家自然科学基金批准号 41273112 和 41273041联合资助。 第一作者简介 黄华谷1981–, 男, 工程师, 从事沉积地球化学和矿产地质研究。Email huanghg0203 通信作者 陈多福1962–, 男, 研究员, 从事沉积地球化学和海洋地质研究。Email cdf 卷Volume39, 期Number2, 总SUM145 页Pages325333, 2015, 4April, 2015 大 地 构 造 与 成 矿 学 Geotectonica et Metallogenia 新疆独山子泥火山沉积物及孔隙水的 地球化学特征与流体来源 黄华谷 1, 2, 李 牛2, 王钦贤2, 陈多福2 1.广东省地质调查院, 广东 广州 510080; 2.中国科学院 广州地球化学研究所 边缘海地质重点实验室, 广东 广州 510640 摘 要 对陆地泥火山流体来源及其向地表渗漏过程中的改造作用开展研究, 有利于加深理解泥火山释放甲烷的碳排放 过程。新疆准噶尔盆地南缘独山子泥火山柱状沉积物和地表沉积物的矿物和元素组成, 以及沉积物孔隙水离子组成等的 分析结果显示, 泥火山沉积物孔隙水 Na和 Cl–间具有很好的正相关性, 具有比海水高的 Na/Cl–和 Li/Cl–值、低的 K/Cl– 和 Mg2/Cl–。泥火山沉积物与围岩相比, 富集伊利石、绿泥石和方解石, 缺少蒙脱石, 富集 Ca、亏损 Si, 这些变化主要与 黏土矿物的脱水转变有关。表明泥火山流体主要来源于深部低盐度沉积物孔隙水, 但经历了地表的蒸发作用, 并混合了 大气降水。 关键词 泥火山; 孔隙水; 沉积物; 地球化学; 改造作用; 流体来源; 新疆 中图分类号 P588.2; P595 文献标志码 A 文章编号 1001-1552201502-0325-009 0 引 言 泥火山是地下深部高压泥浆和气体为主的流体, 通过断层等高渗透性通道向地表运移, 并喷出地表, 在 地 表 形 成 的 锥 状 沉 积 体 Milkov, 2000; Kopf, 2002。泥火山活动过程中往往喷出大量气体, 绝大 部分喷出的气体以 CH4为主, 小部分以 CO2或 N2 为主Dimitrov, 2002。估计每年泥火山向大气排放 CH4的总量可达 1020 TgEtiope et al., 2011。CH4 是重要的温室气体, 其温室效应是 CO2的 20 倍以上 Shindell et al., 2009。 因此, 泥火山释放 CH4在全球 大气 CH4估算和气候变化中是一个不可忽略的重要 因素Milkov, 2005; Milkov and Etiope, 2005。 泥火山在全球分布比较广泛, 但主要发育在阿 尔卑斯山–特提斯带阿尔卑斯山–黑海–里海–喜马 拉雅山和环太平洋带Kopf, 2002; Sun, 2010。泥火 山与油气藏有着空间上和成因上的联系, 很多大型 含油气盆地如准噶尔盆地、 阿塞拜疆和墨西哥湾等 都发育有泥火山Neurauter and Bryant, 1990; Fu et al., 2007; Etiope et al., 2009; Mazzini, 2009; Zheng et al., 2010a, 2010b。 我国新疆准噶尔盆地南缘发育了一些与油气田 相关联的泥火山, 喷溢气体组分主要为 CH4, 来源 深度大约为 3600 m, 同时也可能存在浅部 CO2还原 反应所生成的次生 CH4 Nakada et al., 2011; 高苑等, 2012。泥火山渗漏气体组分、碳同位素和氦同位素 具有典型的热成因和壳源特征戴金星等, 2012; 高 苑等, 2012; Wan et al., 2013。这些泥火山的形成和 326 第 39 卷 泥浆喷溢可能与地震活动有关王道, 2000; 高小其 等, 2008, 是压力差导致地下水沿断裂带上升, 与 通道周围泥质岩的细颗粒物质混合形成泥浆, 上涌 喷出地表而形成李梦等, 2013。最为典型的独山子 泥火山已经活动了几十年李锰等, 1996; 王道等, 1997, 至今仍不断向外喷出泥浆和气体, 而且泥火 山喷出流体中可见油花, 显示了可能来源于深部的 油气储层。对油花的生物标志化合物的研究表明, 油源可能是侏罗系与古近系烃源岩的混合产物李 梦等, 2013。 陆地泥火山喷发的流体地球化学研究表明, 泥 火山释放的流体具有多种来源, 而且在地下具有复 杂的运移过程, 并经历了多种改造作用, 流体原有 的化学成分和同位素信息均会发生改变Dia et al., 1999; You et al., 2004; Mazzini, 2009。 陆地泥火山流 体可能来自于沉积物岩孔隙水、 深层卤水, 并有大 气降水的混入, 从而导致原有的化学成分和同位素 信息会受到水–岩作用、有机质降解、流体中甲烷的 有氧和厌氧氧化作用或流体与围岩之间的化学交换 作用等的改造Martin et al., 1996; Planke et al., 2003; Nath et al., 2008; Liu et al., 2009; Cheng et al., 2012。 本文拟通过研究准噶尔盆地南缘独山子泥火山柱状 沉积物和地表沉积物的矿物、元素和孔隙水离子组 成特征, 探讨泥火山流体的来源及可能经历的改造 作用。 1 样品与分析方法 独山子泥火山位于我国新疆准噶尔盆地南缘 Fu et al., 2007, 距离独山子城区约 1 km, 海拨 896 m 坐标为 N4418′19.34″, E8450′46.45″图 1。该泥 火山曾经历过多次活动, 最近的一次强烈活动发生 在 1995 年王道等, 1997。 目前仅存 2 个活动的泥浆 喷口, 其中一个堆积泥火山锥, 不断有泥浆和甲烷 气体溢出。独山子山顶分布一个较大的积水潭, 水 潭底部沉积物可见有大量的气泡冒出。我们在泥火 山喷发形成的面积约为 6.8 m23.8 m 的水池中采集 了 3 个沉积柱样DSZ6, DSZ3, DSZ2及孔隙水样品 图 1, 在水池周围地表采集了 6 个沉积物样。泥火 山柱状沉积物孔隙水用 Rhizon 采样器依 310 cm 间 距采集, 获得的孔隙水 315 ml 加入氯化银稳定剂 保存, 沉积物样依 2 cm 间隔采集。 a 独山子泥火山位置; b 柱状沉积物孔隙水采集位置; c 独山子泥火山顶积水潭; d 独山子泥火山积水潭中的喷气孔及气泡。 图 1 新疆准噶尔盆地南缘独山子泥火山地理位置图和样品采集 Fig.1 Map showing the location of the Dushanzi DSZ mud volcano and sampling sites 第 2 期 黄华谷等 新疆独山子泥火山沉积物及孔隙水的地球化学特征与流体来源 327 孔隙水离子组成用超纯水稀释 1000 倍后, 孔 隙水的 Cl–、 2 4 SO 、Na、K、Li、Mg2、Ca2、 NH4等离子的含量分析在中国科学院广州地球化 学研究所同位素地球化学国家重点实验室完成, 采 用美国戴安公司 Dionex-ICS-900 型离子色谱仪测 试, 检出最低值大约为 0.1 μg/g, 精度及准确度都 小于 5。 孔隙水的总有机碳TOC在中国科学院广州地 球化学研究所有机地球化学国家重点实验室 TOC-V CPH 型总有机碳分析仪器上完成, 可测定范围为 0 25000 μg/L, 检测下限为 4 μg/L, 测定精度≤1.5。 全岩粉末样品的物相分析XRD由中国科学院 广州地球化学研究所的 Bruker X-射线衍射仪D8 Advance完成, 工作参数为 Cu 靶 Kα 射线, 石墨单 色器, 测试电压为 40 kV, 电流为 40 mA, 扫描角度 为 5702θ , 步进扫描, 步宽为 0.02, 发散狭缝 为 0.5, 接收狭缝为 0.15 mm, 防散射狭缝为 0.5, 矿 物 含 量 依 面 积 法 进 行 半 定 量 分 析 , 结 果 由 SIROQUANT 程序完成Tayor, 1991。 全岩主量元素采用中国科学院广州地球化学研 究所同位素地球化学国家重点实验室 ZSX100e 的 Rigak X-射线荧光光谱仪测试, 由 36 种涵盖硅酸盐 样品范围的参考标准物质双变量拟合工作曲线确定, 基体校正依经验 Traill-Lachance 程序进行, 分析精 度优于 15Li et al., 2005。 2 分析结果 2.1 孔隙水离子成分 独山子泥火山沉积物孔隙水离子成分分析结果 见表 1。除了 DSZ2 的 TOC 外, 所有离子成分变化 规律基本类似, 总体呈现出随深度变化先增大后减 小, 在中部达到最大值的分布特征图 2。 图 2 独山子泥火山 DSZ2, DSZ3 和 DSZ6 中 Na、、Cl 、、Mg2、、Ca2、、 2 4 SO   和 TOC 随深度变化图 Fig.2 Profiles of Na、、Cl 、、Mg2、、Ca2、、 2 4 SO   and TOC in the cores DSZ2, DSZ3 and DSZ6 of the Dushanzi mud volcano 328 第 39 卷 表 1 独山子泥火山的沉积物孔隙水离子化学成分 Table 1 Ion compositions of sediment pore fluids from the DSZ mud volcano 编号 h* Cl– 2 4 SO  Li Na NH4KMg2Ca2TOCNa/Cl–Mg2/Cl–Ca2/Cl– K/Cl– SO42/Cl–Li/Cl– DSZ2-1 5 392 41.10.03 449 0.010.040.541.11451.150.00140.0028 0.0001 0.1050.08 DSZ2-2 8.5 382 47.60.05 455 0.010.5412.615.8591.190.03310.0414 0.0014 0.1250.13 DSZ2-3 18.5 830 83.70.08 915 0.010.7836.514.41011.1 0.0440.0174 0.0009 0.1010.10 DSZ2-4 28.5 984 1150.10 1025 0.010.8944.024.0711.040.04470.0244 0.0009 0.1170.10 DSZ2-5 38.5 842 1080.11 920 0.010.8843.520.3841.090.05170.0241 0.001 0.1280.13 DSZ2-6 44.5 795 98.40.10 892 0.010.9041.720.0851.120.05250.0252 0.0011 0.1330.13 DSZ3-1 1 335 44.60.05 382 0.010.489.4116.8481.140.02810.0501 0.0014 0.1670.15 DSZ3-2 6 274 45.90.04 329 1.890.6010.919.9511.2 0.03970.0728 0.0022 0.2040.15 DSZ3-3 11 343 70.00.06 459 2.900.6515.510.3731.340.04520.03 0.0019 0.1830.17 DSZ3-4 21 524 96.00.10 592 0.011.1033.119.9871.130.06310.0379 0.0021 0.1360.19 DSZ3-5 31 610 83.00.11 657 0.011.1937.124.1681.080.06080.0394 0.002 0.1200.18 DSZ3-6 37.5 583 69.80.10 642 0.011.0933.320.5601.1 0.05710.0352 0.0019 0.1330.17 DSZ6-1 7 637 73.70.10 716 0.011.1534.822.4641.120.05460.0351 0.0018 0.1160.16 DSZ6-2 12 856 1120.10 956 0.011.1436.318.5981.120.04240.0216 0.0013 0.1320.12 DSZ6-3 22 956 1140.11 1058 0.011.4042.117.61031.110.04410.0184 0.0015 0.1200.12 DSZ6-4 32 1023 1100.12 1088 0.011.5647.817.9911.060.04670.0175 0.0015 0.1080.12 DSZ6-5 42 864 1050.12 947 0.011.2443.017.6741.1 0.04980.0203 0.0014 0.1210.14 DSZ6-6 52 715 83.20.10 780 0.010.8431.415.6711.090.04390.0219 0.0012 0.1160.14 DSZ6-7 62 608 52.30.07 676 0.010.6221.89.48651.110.03590.0156 0.001 0.0860.12 DSZ6-8 72 564 20.20.05 598 0.010.4513.30.52631.060.02360.0009 0.0008 0.0360.09 DSZ6-9 75 471 11.00.04 529 0.010.3410.30.56541.120.02180.0012 0.0007 0.0230.08 注 h*. 为沉积物表层地表之下的深度，单位为cm; 离子浓度单位为mM，Na/Cl、Mg2/Cl、Ca2/Cl、K/Cl和 SO42/Cl单位为mM/mM, Li/Cl为μM /mM, TOC为孔隙水有机碳含量, 单位为μg/L。 DSZ2 的 Cl– 浓度为 382984 mM, 部分样品超 过了正常海水的 Cl– 浓度556 mM, 垂向上最高值 出现在深度 28.5 cm 附近, 最低值出现在沉积物表 层附近。 2 4 SO  浓度为 41.1115 mM, Na 浓度为 4491025 mM, Mg2 浓度为 0.5444.01 mM, Ca2 浓 度为 1.1124 mM, TOC 浓度为 45101 μg/L。 DSZ3 各离子浓度变化和 DSZ2 类似, 只是最低 值不是出现在地表附近, 而是在 6 cm 左右。 DSZ6 采样深度达到了 80 cm, Na、Cl–、Mg2 和 Ca2在深度 32 cm 处达到最高值以后持续下降。 2 4 SO 和 TOC 在 22 cm 处达到最高值以后持续下降, 最低值分别达到了 10.98 mM 和 54 μg/L, 特别是 Ca2 浓度在 75 cm 处降低到 0.56 mM。 2.2 沉积物的矿物和主量元素 XRD 分析结果显示, 独山子泥火山地表沉积物 与柱状沉积物的矿物成分类似, 都以伊利石、绿泥 石、石英和钠长石为主, 含少量的钾长石和方解石, 个别样品含少量其他矿物, 如 D5 为白色角砾, 石英 含量为 30, 重晶石含量为 26.1, 石膏含量为 43.9表 2。 独山子泥火山DSZ6所有柱状沉积物样品都含 有绿泥石、伊利石、石英、钾长石、钠长石和方解 石表 2, 与泥火山围岩 DSZ-00Fu et al., 2007; Zheng et al., 2010a, 2010b相比, 泥火山沉积物相对 富集方解石、伊利石和绿泥石, 没有蒙脱石。其中, 独山子泥火山沉积物中的方解石达到 6.712.5。 泥火山沉积物所有样品都具有高含量的 SiO2 50.0060.78和 Al2O314.6917.20表 3, 相对于围岩样品 DSZ-00, 泥火山沉积物的 Ca 极度 富集, 其次 Fe、Mn、Mg 和 P 为富集, K、Na、Al 和 Ti 相似, Si 稍有亏损图 3。 3 讨 论 相对于其他离子, 独山子泥火山流体主要富集 Na和 Cl–, 这和世界其他地区发育的泥火山流体成 分特征基本一致Dia et al., 1999; You et al., 2004; Hensen et al., 2007; Liu et al., 2009; Chao et al., 2011。 独山子泥火山流体在 Na-Cl图解中, 虽然部 分样品 Cl–值高于海水, 但同海水值一起均落在同一 条直线上图 4, 说明独山子泥火山流体可能具 第 2 期 黄华谷等 新疆独山子泥火山沉积物及孔隙水的地球化学特征与流体来源 329 表 2 独山子泥火山柱状沉积物、围岩和地表沉积物的矿物成分 Table 2 Mineral compositions of the DSZ6 core sediments, host rock and surface sediments 编号 钠长石 蒙脱石 石英 伊利石 绿泥石 钾长石 方解石 DSZ-00 30.86 6.18 23.61 39.76* - - - DSZ6-1-5 19.1 - 27.1 24.0 13.0 4.7 12.1 DSZ6-6-10 21.9 - 19.0 23.4 19.9 7.5 8.3 DSZ6-11-15 15.7 - 24.1 37.6 15.8 6.9 DSZ6-16-20 14.2 - 20.7 32.8 13.8 8.3 10.2 DSZ6-20-21 19.1 - 18.5 25.3 23.4 3.9 9.7 DSZ6-21-22 17.3 - 18.8 32.5 20.6 2.0 8.9 DSZ6-22-23 14.5 - 21.0 41.5 12.1 2.8 8.2 DSZ6-23-24 12.5 - 21.8 41.3 14.2 2.4 7.9 DSZ6-24-25 19.3 - 18.3 36.3 17.1 2.3 6.7 DSZ6-25-26 18.1 - 21.4 30.2 21.1 - 9.2 DSZ6-26-27 20.8 - 22.3 27.0 17.4 - 12.5 DSZ6-27-28 16.3 - 22.7 31.4 15.6 2.2 11.8 DSZ6-28-29 17.1 - 19.6 34.8 15.9 2.4 10.1 DSZ6-29-30 17.3 - 19.3 31.7 18.5 2.8 10.4 DSZ6-30-31 16.8 - 20.8 38.0 12.6 2.3 9.5 DSZ6-31-32 19.6 - 19.7 31.2 14.2 2.8 12.4 DSZ6-32-33 16.1 - 17.1 36.9 18.6 - 11.1 DSZ6-33-34 12.7 - 20.3 36.6 17.7 3.1 9.6 DSZ6-34-35 17.2 - 17.1 30.1 17.0 7.9 10.1 DSZ6-35-36 16.7 - 17.5 38.9 17.2 - 10.8 DSZ6-36-37 14.1 - 18.5 36.1 14.6 5.0 11.6 DSZ6-37-38 18.1 - 22.1 24.0 19.3 4.8 11.6 DSZ6-38-39 15.0 - 26.5 25.4 20.5 4.6 8.0 D1 18.0 - 29.1 21.4 14.5 5.2 11.8 D2 19.9 - 23.5 23.1 17.4 6.3 9.8 D3* 7.2 - 21.0 23.2 18.0 8.1 9.5 D4* 17.0 - 20.4 19.3 19.3 6.3 10.7 D6 23.9 - 36.2 17.2 18.0 - 4.7 D5 26.1* 43.9* 30.0 - - - - 注 DSZ-00为泥火山末受蚀变的围岩, 其39.76*为云母含量; DSZ6-1-5编号中1-5为所采样品深度区间单位 cm, 下同。D1-D6 是泥火山表 层沉积物, 其中D5中的26.1*和43.9*分别为重晶石和石膏含量, D3*和D4*中还含有3和7的其他矿物。- 代表低于检测限。 图3 独山子泥火山DSZ6柱状沉积物的主量元素围岩标准化图 Fig.3 Major elements distribution of the DSZ6 core sediments of the DSZ mud volcano normalized by the host rock 图 4 独山子泥火山孔隙水中 Na和 Cl 关系图 Fig.4 Plot of Na vs Cl of the pore water of the DSZ core sediments 330 第 39 卷 表 3 泥火山柱状沉积物和围岩 XRF 测定的主量元素含量 Table 3 Major element compositions of the DSZ6 core sediments and host rock 编号 深度 cm SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3*MnOMgO CaONa2O K2O P2O5 LOI Total DSZ-00 0 72.77 0.622 13.92 3.39 0.061.75 1.262.18 2.74 0.10 3.24 102.03 DSZ6-1-5 5 55.79 0.62 14.69 5.51 0.102.79 5.192.67 2.9 0.18 9.01 99.46 DSZ6-6-10 15 54.28 0.67 15.45 5.92 0.103.09 4.992.51 2.99 0.18 9.37 99.55 DSZ6-11-15 25 51.55 0.70 16.25 6.34 0.093.40 4.233.39 3.13 0.17 10.24 99.49 DSZ6-16-20 35 52.36 0.72 16.36 6.38 0.103.46 4.342.90 3.13 0.16 9.73 99.65 DSZ6-20-21 41 52.51 0.71 16.48 6.37 0.103.48 4.312.79 3.05 0.17 9.71 99.68 DSZ6-21-22 43 52.34 0.72 16.5 6.41 0.103.50 4.282.42 3.13 0.17 10.08 99.64 DSZ6-22-23 45 52.12 0.71 16.34 6.3 0.093.46 4.233.41 3.17 0.16 9.62 99.64 DSZ6-23-24 47 52.23 0.73 16.62 6.49 0.093.52 4.232.56 3.15 0.16 9.83 99.62 DSZ6-24-25 49 51.64 0.73 16.72 6.55 0.093.59 4.172.57 3.16 0.16 10.29 99.67 DSZ6-25-26 51 50.00 0.71 16.39 6.47 0.093.51 4.012.71 3.05 0.16 13.34 100.43 DSZ6-26-27 53 51.38 0.73 16.81 6.66 0.103.67 4.192.63 3.19 0.16 10.16 99.68 DSZ6-27-28 55 51.21 0.72 16.54 6.49 0.103.54 4.243.08 3.07 0.17 10.55 99.69 DSZ6-28-29 57 51.86 0.73 16.85 6.69 0.103.62 4.172.39 3.21 0.16 9.83 99.61 DSZ6-29-30 59 51.78 0.72 16.98 6.66 0.093.60 4.112.31 3.21 0.17 9.94 99.57 DSZ6-30-31 61 51.74 0.72 16.83 6.64 0.103.65 4.362.37 3.15 0.17 10.07 99.79 DSZ6-31-32 63 51.55 0.72 16.30 6.37 0.103.52 4.503.40 3.13 0.17 9.91 99.66 DSZ6-32-33 65 51.24 0.73 17.16 6.84 0.103.77 4.052.58 3.25 0.17 9.81 99.70 DSZ6-33-34 67 50.84 0.73 17.11 6.83 0.103.78 4.282.34 3.26 0.17 10.13 99.57 DSZ6-34-35 69 51.39 0.73 17.20 6.75 0.103.78 4.392.05 3.26 0.16 9.88 99.69 DSZ6-35-36 71 51.7 0.72 17.06 6.69 0.103.76 4.462.13 3.14 0.17 9.89 99.82 DSZ6-36-37 73 51.97 0.73 16.92 6.66 0.103.71 4.182.15 3.11 0.17 10.11 99.80 DSZ6-37-38 75 51.52 0.73 17.06 6.78 0.103.78 4.122.21 3.24 0.16 10.09 99.78 DSZ6-38-39 78 51.5 0.72 16.92 6.64 0.103.73 4.112.19 3.20 0.17 10.62 99.89 注 Fe2O3*为全铁氧化物含量。 有同一来源, 即来自于沉积物孔隙水。 独山子泥火山3个柱状沉积物孔隙水Cl浓度为 2741023 mM, 远高于代表源区地表喷口池水中的 Cl含量72.4180 mM, Nakada et al., 2011, 其最高 值也远大于正常海水值556 mM。考虑到准噶尔盆 地高蒸发率和研究区内不发育石盐, 沉积物孔隙水 中如此高的 Cl浓度可能是由地表强烈蒸发作用所 引起。 孔隙水 Na-Cl显著正相关也显示了地表蒸发 作用。这一现象与相似地理与气候条件下的阿塞拜 疆Dashgil泥火山相一致, 其沉积物孔隙水的高盐度 也是由地表蒸发作用引起的Mazzini et al., 2009。 由于泥浆和流体快速喷出地表, 遭受生物和非 生物作用相对较弱, 而且 Cl 是孔隙水中化学性质最 为保守的元素, 因此地表喷口池水离子组成可能代 表泥火山源区离子性质。独山子泥火山喷口池水中 Cl含量为 72.4180 mMNakada et al., 2011, 约为 海水值的 1/3。 而且独山子泥火山孔隙水相对于海水 具有更高的 Na/Cl和 Li/Cl值, 更低的 K/Cl和 Mg2/Cl值表 1。 世界上大多数泥火山相对于海水都亏损Cl, 通 常被解释为黏土矿物脱水Kastner et al., 1991; Dia et al., 1999; Brown et al., 2001; Dhlmann and de Lange, 2003; You et al., 2004, 或者大气降水注入的结果 Aquilina et al., 1997; Dia et al., 1999。在地温大于 60 ℃的深度以下, 黏土矿物脱水被认为是产生流 体低盐度的主要原因Vrolijk et al., 1991; Kastner et al., 1991, 1993。此外, 蒙脱石向伊利石转化不仅降 低孔隙水盐度, 而且释放蒙脱石层间 Na和移走流 体中的 K。模拟实验证明约 50 ℃时海相沉积物将 释放 Li和 BChan et al., 1994; You et al., 1996; James et al., 2003。因此, 孔隙水中 Li 的升高和 K 的丢失可能指示黏土矿物脱水的作用。 同时, 独山子泥火山沉积物中含有大量的伊利 石和绿泥石, 而未受泥火山活动影响的泥火山围岩 都含蒙脱石表 2。 Nakada et al. 2011运用自生方解 石和水之间的氧同位素分馏获得独山子平衡温度, 在深度 3670200 m 可能为 81 ℃, 达到了蒙脱石脱 水反应和蒙脱石向伊利石转化所需要的温度。在如 此高的温度下, 会导致水–岩作用的发生, 沉积物中 Ca、Si 溶解和 Mn、Fe 富集。而且泥火山流体在深 部运移或喷发出地表以后, 由于离子浓度的变化, 导致流体中方解石的沉淀, 沉积物中 Ca、Mg 和 Fe 富集。Nakada et al. 2011对独山子泥火山地表喷口 池水中离子饱和系数通过计算得出, 泥火山流体对 第 2 期 黄华谷等 新疆独山子泥火山沉积物及孔隙水的地球化学特征与流体来源 331 于方解石和白云石都是饱和。以上均说明独山子泥 火山深部可能发生蒙脱石脱水包括层间水的丢失 和温度升高引起的蒙脱石向伊利石的转化, 导致了 孔隙水盐度的降低。 此外, 独山子泥火山 3 个柱状沉积物孔隙水 Cl 浓度均从地表向下逐渐增高, 在约 30 cm 处达到最 大值, 然后向下 Cl浓度下降。 台湾雷公湖泥火山柱状 沉积物孔隙水中Cl浓度为527666 mM, 从表层往下 不断增加, 在 9 cm 处达到最高值后随着深度加深而 降低, 也存在相似的分布特征Chang et al., 2012。 因此独山子泥火山 30 cm 以下降低的 Cl浓度, 可能 说明在深部的流体具有低盐度特征, 可能与黏土矿 物脱水有关。30 cm 以下的沉积物孔隙水离子组成 可能是源区低盐度的流体与地表经过蒸发作用的流 体相混合的结果, 而在 30 cm 以上的孔隙水离子组 成可能受到降水稀释作用的影响。 4 结 论 新疆准噶尔盆地南缘独山子泥火山流体和沉积 物的地球化学特征显示, 泥火山流体成分主要为 Na和 Cl–, 且 Na与 Cl–呈显著的正相关, 表明独山 子泥火山流体来源于沉积物孔隙水。柱状沉积物孔 隙水 Cl–含量远高于代表源区的地表喷口池水中的 值, 显示了地表蒸发作用的影响。 泥火山沉积物孔隙水 Cl浓度从地表向下逐渐 增高, 在约 30 cm 处达到最大值, 然后随深度加深 而降低。并且, 泥火山沉积物中含有较多的伊利石 和绿泥石, 而未受泥火山活动影响的泥火山围岩则 富含蒙脱石。此外, 与围岩 DSZ-00 相比, 泥火山沉 积富集 Ca、Fe、Mn、Mg 和 P, 亏损 Si, 说明独山子 泥火山的深部源区沉积物发生了蒙脱石脱水作用, 形成了源区的低盐度流体, 30 cm 以下沉积物孔隙水 离子组成是源区低盐度流体与蒸发作用混合的结果, 而 30 cm 以上的孔隙水离子组成可能受到降水稀释 作用的影响。 致谢 中国科学院广州地球化学研究所陈毅凤副研 究员和曹运诚参加了野外工作, 野外工作中得到了 中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研 究中心郑国东研究员的建议和帮助。感谢两位审稿 人对本文评审提出的修改意见。 参考文献References 戴金星, 吴小奇, 倪云燕, 汪泽成, 赵长毅, 王兆云, 刘 桂侠. 2012. 准噶尔盆地南缘泥火山天然气的地球化 学特征. 中国科学D辑, 42 2 178–190. 高小其, 王海涛, 高国英, 高歌, 王中道, 陆明勇, 桑丽 荣, 杨晓芳, 郭卫英, 许秋龙. 2008. 霍尔果斯泥火 山活动与新疆地区中强以上地震活动关系的初步研 究. 地震地质, 302 464–472. 高苑, 王永莉, 郑国东, 孟培, 吴应琴, 杨辉, 张虹, 王有 孝. 2012. 新疆准噶尔盆地独山子泥火山天然气地球 化学特征. 地球学报, 336 989–994. 李锰, 王道, 李茂伟, 戴晓敏. 1996. 新疆独山子泥火山 喷发特征的研究. 内陆地震, 104 359–362. 李梦, 刘冬冬, 郭召杰. 2013. 准噶尔盆地南缘泥火山活 动及其伴生油苗的地球化学特征和意义. 高校地质 学报, 193 484–490. 王道. 2000. 新疆北天山地区泥火山与地震. 内陆地震, 124 350–353. 王道, 李茂玮, 李锰, 戴晓敏. 1997. 新疆独山子泥火山 喷发的初步研究. 地震地质, 19 14–16. 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