松辽盆地松科1井碎屑岩埋藏过程中的成岩事件及水岩反应机理

白垩纪时期的地球代表了我们所知道的"温室气候"的典型状态，该时期的地球表层系统发生了许多重要事件，这些事件正被科学家作为研究地球表层重大地质事件与温室气候变化的重要组成部分。本项目是基于国家科技部为开展古气候重建、沉积环境重建、重大地质事件的陆相沉积响应、陆相大规模烃源岩形成、陆地生物群更替、温室气候状态下快速气候变化等五大科学问题研究而打的世界上第一口陆相白垩纪科学钻探井的资料，研究随着白垩纪的气候变化对碎屑沉积物在连续埋藏过程中所发生的成岩事件和水岩反应机理，从而建立我国陆相碎屑沉积物的成岩过程、成岩事件和成岩模式。根据前人对松科1井白垩系沉积物在沉积学和有机地化方面取得的重要新认识与新发现以及旋回地层分析的地球物理替代性指标的建立与旋回地层分析的初步成果，研究层序地层与成岩事件的关系，研究是否存在着与旋回地层发育相对应的成岩旋回，以及刻画成岩旋回的标志。

松科1井揭示了松辽盆地白垩纪中期到晚期连续的沉积记录，是国际大陆钻探计划(ICDP)的一部分，着重开展了古气候重建、沉积环境重建、重大地质事件的陆相沉积响应、陆相大规模烃源岩形成、陆地生物群更替、温室气候状态下快速气候变化等五大科学问题的研究。本课题利用松科1井明水组和四方台组砂岩样品对陆相连续沉积的浅层碎屑岩进行了研究，重建了沉积古环境，建立了层序地层格架，揭示了成岩事件与层序地层的关系，刻画了成岩事件的旋回性，并分析了主要控制因素。明水组-四方台组发育在河流、三角洲和湖泊沉积环境，ΣREE和Fe/Mn反映出该段时期以干旱、氧化环境为主。通过高分辨层序地层研究认为明水组-四方台组共划分为一个二级层序，六个三级层序。通过成岩与层序的关系研究，发现基准面的升降不仅控制了层序地层格架下沉积物的堆砌样式，也控制着近地表的早成岩作用，在层序界面上可识别出对应的成岩标志。明水组-四方台组大部分成岩变化发生在弱酸性的开放环境下，在古气候较干旱时期也发育弱碱性环境。基于以上研究建立了两类陆相碎屑岩成岩模式：潮湿炎热的陆相成岩模式和干旱炎热的陆相成岩模式。本次研究还通过水岩反应实验模拟了在近地表条件下碎屑矿物与湖泊淡水的水/岩反应，分析了在不同体系中淡水和碎屑石英和长石的水岩反应的主要影响因素。结果表明淡水开放含泥的成岩体系中不稳定的铝硅酸盐矿物的溶蚀强度大于不含泥的开放成岩体系，以及不含泥的封闭成岩体系。本课题的科学意义在于建立了陆相湖盆成岩事件与古气候、旋回地层的关系，并通过模拟实验结果揭示了陆相环境中碎屑沉积物在近地表的水岩反应机理, 能够促进适合我国陆相盆地的成岩模式和水岩反应机理的理论研究。