胥旺等- Applied Geochemistry：新疆白杨沟泥火山蚀变围岩地球化学特征

　　泥火山是地下深处以气体、水和泥砂等混合地质流体泄漏出地表后所形成的外貌形似火山构造的地质体，其中，与油气藏相关的泥火山是特定地质构造和水文环境下的油气水泥逸散系统，具有资源、环境、灾害等多重科学研究意义和实际应用价值。这类泥火山不仅喷溢原油和天然气，其周边一定范围内还广泛存在烃类物质的渗漏现象，从而构成极为复杂的油气逸散体系，并且与固体围岩之间发生极为复杂的油-气-水-岩相互作用。其结果是，一方面，油气烃类物质本身会发生氧化而改变其化学组成和同位素特征；另一方面，固体岩石也会发生还原性蚀变，导致矿物组成和岩石孔隙度与渗透率等物性特征的变化。然而，这些相互作用机理与过程极为复杂，至今还缺乏系统研究和全面解释。 

　　为了进一步刻画泥火山油气逸散体系近地表岩石的蚀变作用及其过程，油气资源研究中心新毕业的博士研究生胥旺与其导师郑国东研究员等对准噶尔盆地南缘白杨沟泥火山群进行了专门调查研究。他们选取该泥火山群东侧的泥浆喷流斜坡为调查对象，采集了系列地表岩石样品并进行了精细的地球化学测试。结果显示，这些岩石样品的矿物组成、元素含量，尤其是铁元素化学种都发生了系统性变化，而且与泥火山溢出地质流体对固体围岩的蚀变作用相对应（如图1）。在距离泥火山喷口较近的范围内，围岩呈灰绿色，其铁元素化学种以绿泥石、黄铁矿和菱铁矿中的二价铁为主，表现为较强的还原特征；随着离喷口距离的增加，固体围岩中低价铁的相对含量逐渐降低，而三价铁的相对含量明显升高，表明受泥火山喷溢地质流体的还原作用逐渐减弱；在很少遭受泥火山活动影响的棕红色泥质岩中，铁元素化学种以赤铁矿和粘土矿物中的三价铁为主，代表了原始沉积红层的铁元素化学种特征。 

　　由于烃类流体运移经过的岩石为陆相沉积岩，并且遭受过强烈的挤压抬升作用，岩石孔洞和裂隙发育很不均匀，导致泥火山体系的围岩蚀变作用具有显著的非均质性特征，砂泥岩石中的砂岩条带与紧邻的泥岩相比较，所遭受烃类蚀变的程度更为强烈，表现在还原性铁元素化学种占比更高。也就是说，与泥岩相比，砂岩所遭受的还原性流体的蚀变作用更强。这一蚀变现象的差异性也很好地反映出泥火山系统中还原性流体的运移具有选择性，还原性流体主要是在相对粗粒的砂岩中运移和扩散，而更为细粒的泥质岩可能起到阻挡作用。这些变化特征可以为深刻理解地下深处地层内油气运移和聚集过程提供重要的借鉴意义，尤其是铁元素化学种的变化特征可以用作还原性流体（油气）运移的良好示踪剂。 

图1 新疆白杨沟泥火山群围岩蚀变过程示意图 

　　研究成果已经在线发表在Applied Geochemistry (Xu et al., 2020. Mineralogical and geochemical characteristics of hydrocarbon-bleached rocks in Baiyanggou mud volcanoes, Xinjiang, NW China). 原文链接: https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2020.104572  

　　此外，郑国东研究员与国内外多位合作者对新疆准噶尔盆地南缘的泥火山，尤其是独山子泥火山持续开展了十多年的调查工作，在国家自然科学基金和中国科学院国际访问学者专项的支持下，对泥火山系统的油-气-水-岩-微生物相互作用取得了一些系统性新认识，相继发表了十多篇学术论文（附后），受到国际气体地球化学界的关注和称赞。 

　　郑国东课题组有关新疆泥火山发表的部分论文： 

　　1. Xu, W., Zheng, G.D.*, Martinelli, G., Ma, X.X., Fan, Q.H., Sajjad, W. & Chen, Z. 2019: Mineralogical and geochemical characteristics of hydrocarbon-bleached rocks in Baiyanggou mud volcano, Xinjiang, NW China. Applied Geochemistry (online) 

　　2. Chen, Z., Li, Y., Lei, Z.F., Xu, W., Yan, W. and Zheng, G.D. 2019: CH₄ and CO₂ emission from mud volcanoes in the southern margin of Junggar Basin, NW China: Origin, output and relation with regional tectonics. Journal of Geophysical Research Solid Earth 1-14 . 

　　3. Xu, W., Zheng, G.D.*, Ma, X.X., Fortin, D., Hilton, D., Liang, S.Y., Chen, Z. & Hu, G.Y. 2018: Iron speciation of mud breccia from the Dushanzi mud volcano in the Xinjiang Uygur Autonomous Region, NW China. Acta Geologica Sinica (English Edition) 92(6), 2201-2213. 

　　4. Chen, Z., Li, Y., Du, J.G., Zheng, G.D., Li, Y.Y., Gao, X.Q., Cui, Y.J., Zhou, X.C., Liu, L., Liu, H., Xie, C., Yan, L. & Wang, C.G. 2018: Carbon isotope variations in inorganic carbon materials: Implications for mud volcanic carbon cycling in the northern Tianshan fold zone, Xinjiang, China. Applied Geochemistry 97, 32-39. 

　　5. Ren, G., Ma, A.Z*, Zhang, Y.F., Deng, Y., Zheng, G.D., Zhuang, X.L., Zhuang, G.Q. & Fortin, D. 2018: Electron acceptors for anaerobic oxidation of methane drive microbial community structure and diversity in mud volcanoes. Environmental Microbiology 20(7), 2370-2385. 

　　6. Zheng, G.D., Xu, W.*, Etiope, G., Ma, X.X., Liang, S.Y., Fan, Q.H., Sajjad, W., & Li, Y. 2018: Hydrocarbon seeps in petroliferous basins in China: a first inventory. Journal of Asia Earth Sciences 151, 269-284. 

　　7. Ji, L.M., Zhang, M.Z.*, Ma, X.X., Xu, W. & Zheng, G.D.* 2018: Characteristics of mixed sporopollen assemblage from sediments of Dushanzi mud volcano in southern Junggar Basin and indication to the source of mud and debris ejecta. Marine and Petroleum Geology 89(1), 194-201. 

　　8. Zheng, G.D., Ma, X.X., Guo, Z.F., Hilton, D.R., Xu, W., Liang, S.Y., Fan, Q.H. & Chen, W.X. 2017: Gas geochemistry and methane emission from Dushanzi mud volcanoes in the southern Junggar Basin, NW China. Journal of Asia Earth Sciences 149(1), 184-190. 

　　9. Xu, S., Zheng, G.D.*, Zheng, J.J., Zhou, S.X. & Shi, P.L. 2017: Mantle-derived helium in foreland basins in Xinjiang, Northwest China. Tectonophysics 694, 319-331. 

　　10. Nakada, R., Takahashi, Y.*, Tsunogai, U., Zheng, G.D., Shimizu, H. & Hattori, K.H. 2011: A geochemical study on mud volcanoes in the Junggar Basin, China. Applied Geochemistry 26(7), 1065-1076. 

　　11. Nakada, R., Takahashi, Y.*, Zheng, G.D. & Shimizu, H. 2010: Abundances of rare earth elements in crude oils and their partitions in water. Geochemical Journal 44 (5), 411-418. 

　　12. Zheng, G.D., Fu, B.H., Takahashi, Y., Kuno, A., Matsuo, M. & Zhang, J.D. 2010: Chemical speciation of redox sensitive elements during hydrocarbon leaching in the Junggar Basin, Northwest China. Journal of Asia Earth Sciences 39(6), 713-723. 

　　13. Fu, B.H., Zheng, G.D., Ninomiya, Y., Wang, C.Y. and Sun, G. 2007: Mapping hydrocarbon-induced mineralogical alterations in the northern Tian Shan using ASTER multispectral data. Terra Nova 19(4), 225-231. 

　　14. 马向贤, 郑国东*, 郭正府, Etiope, G., Fortin, D., 佐野有司。2014：准噶尔盆地南缘独山子泥火山温室气体排放通量。科学通报 59(32), 3190-3196. 

　　15. 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 33(6)，989-994. 

　　16. 马向贤，郑国东*，梁收运，樊成意,王自翔，梁明亮。2012: 地质甲烷对大气甲烷源与汇的贡献。矿物岩石地球化学通报 31(2)，141-147.