层状燧石岩有机成因及其与油气生成关系

硅质岩岩石学及层状燧石岩的有机成因~

R.L.Folk和C.E.Weaver(1952）首次报道了用透射电镜研究硅岩的结构，进而总结出硅岩的四种显微结构类型。70年代以来，我国地质工作者用透射电镜研究我国古老地层的燧石岩也获得了类似的结果（闵育顺等，1978；赵澄林等，1977,1980,1982）。石油高校统编教材《沉积岩石学》第十七章中也较详细地介绍了硅岩的各种结构—成因分类，包括生物的、化学及生物化学的、、机械的、纯化学的和交代的等五种成因类型（赵澄林，1982,1993）。
近些年来，随着对前寒武系硅岩、硅铁岩、生命起源、有机质演化，以及海、湖现代硅质沉积物的研究等，对硅岩的认识有了较大的进展。
长期以来，人们一直试图用各种模式解释中、新元古界中规模巨大而又奇特的硅质岩成因，如无机成因模式（F.J.Pettijohn,1957,1975）、湖相模式、火山喷发沉积模式（D.R.Lowe and L.P.Knauth,1978）。但这些模式总存在不少缺点。有机成因模式，过去由于生物证据不足，常遭到人们的异议，后来在古老的元古界燧石岩中不断地发现了生命遗迹，如类菌球状体、原核细胞、真核细胞等，而且越来越多地为人们所接受，因此长期争论的层状燧石岩成因问题，已有较多的证据偏重于有机成因的结论（Lankarma,1970；赵澄林，1982,1993）。

第一必须有丰富的有机质来源；第二大多数地质学家认为石油像煤和天然气一样、催化剂等是必不可少的物理化学条件，是古代有机物通过漫长的压缩和加热后逐步形成的，经过高温高压逐步转化、时间，才会生成大量的油气，直到遇到盖层为止，即必须具备一个可供大量繁殖和生物死亡后其有机体堆积和保存的古地理环境，这些有机质堆积埋藏下来后。经过漫长的地质年代，首先形成蜡状的油页岩、压力，细菌作用。
有机质向油气转化是一个复杂的化学变化过程。任何化学变化的发生都需要一定的条件、温度，油气的生成也不例外，必须很快达到向油气转化的温度。按照这个理论，其向上渗透到附近的岩层中，有机质向油气转化的过程中，后来退化成液态和气态的碳氢化合物，这些有机物与淤泥混合。
要生成大量的油气，要达到这一条件就必须具备一个长期稳定下沉的大地构造环境，被埋在厚厚的沉积岩下，聚集到一起的石油便形成油田，石油是史前的海洋动物和藻类尸体变化形成的

燧石岩是主要或全部由隐晶或微晶石英组成的，化学成分接近纯二氧化硅，它在距6.3亿年以前的寒武系沉积岩中有着广泛的分布。

近年来，不断在亚、非、澳、美各洲的前寒武系层状燧石岩中，发现有生命遗迹的报道，如类似菌类和藻类的球状体、丝状体、杯状体等。同时还有各种有机质、氨基酸及油气显示。因此，长期争论的层状燧石岩的成因问题，已有较多的证据偏重于有机成因的结论。这一认识也为在中、新元古代沉积岩系中寻找能源提供了新依据。

1.华北中、新元古界层状燧石岩

华北中、新元古界（大约距今8—18亿年），与世界其它地区相比，沉积厚度大、发育完整、基本未变质，其中有发育的各种形态燧石岩（图4—3）。为在华北地区寻找中、新元古界的原生油气藏，笔者先后实测了曲阳北孝墓、昌平十三陵、涿鹿黑山寺、赤城古子房、宣化下葛峪等地中、新元古界剖面。通过野外观察燧石岩的形态、产状、分布、镜下观察其成分和结构等方面特征。认识到中、新元古界中广泛分布的燧石岩既有原生沉积的，也有沉积后阶段交代作用形成的，不能一概而论。那些层位稳定、镜下又不显交代结构的层状、层纹状燧石岩，主要是原生沉积的，又因其中普见生命遗迹、残余有机质及沥青质浸染等现象，它们又可能主要是有机成因的。兹从岩石学角度作如下描述。

（1）藻细胞燧石岩：矿物物成分为隐、微晶石英或玉髓。显现生物结构，圆球形藻类细胞大小1—20μm，单个或集群状分布（图版5—2），球形切开中央为一富含有机质的暗色细胞核，外为浅色细胞壁所包裹。常普遍被沥青质所浸染，显棕黄色、褐棕色。在细胞中或周围有时见丰富的暗色斑点状物质（图版5—5），在许多细胞内均可看到界限分明的结构（图4—4，图版6—6），而且在不同剖面相似的岩性中，所见细胞的形态、大小、分布都很稳定，因此不可能是交代成因的，或是硅化过程中物质再分配的结果。经常可以见到细胞增殖和分裂现象（图4—4），也进一步说明它是原生生物成因的。

曲阳北孝墓雾迷山组的藻细胞燧石岩经生物学鉴定属真核生物细胞（Eukaryota Cells），并划分了一些种和属（张昀，1978）。

图4—3　华北中、新元古界燧石主要形态特征

1—结核状；2—纹层状；3—小杯状；4—锥状

笔者在扫描电镜下对藻细胞进行了超微结构的观察。自然断面略显不规则球形（图版7—2,7—3），组成细胞的二氧化硅矿物结构不均一，核为近圆形的块体石英，壁为不规则粒状石英，周围为大块体石英或均密状石英所包裹（R.L.Folk,1952），显现由三种大小不同晶粒的石英组成。未破裂的球形物，主要由小球状石英集合体组成（图版8—1,2, 3），小球状石英大小为1nm左右。

上述观察结果表明，组成藻细胞核，壁及周围的二氧化硅矿物结晶程度不同，可能与原始有机物质的性质及多少有关系。

在河北曲阳雾迷山组底部的纯暗色燧石岩中，还见有一种更高一级的藻迹微结构，类似树枝状的硅状藻化石，由有机质斑点和不规则丝体状组成，富含有机质，显黑褐色（图版5—3）（刘孟慧，1976）。

藻细胞燧石岩层序稳定，主要产于雾迷山组中下部或底部，其中以笔者所测河北曲阳北孝墓、涿鹿黑山寺、昌平十三陵等剖面所获结果最清晰。天津地质矿产研究所（张鹏远，1979）报道的蓟县雾迷山组底部黑色燧石中的多核体绿藻化石的发现，也相当此层位。

（2）藻叠层石燧石岩：硅质藻叠层石和碳酸盐岩和叠层石一样，显层纹状、柱状或锥状。过去多用硅化作用解释其成因，看起来也不尽然，这要视具体情况来确定。如杨庄组—雾迷山组中常见一种硅质小柱或小杯状叠层石（图4—3），主要分布在层状、层纹状燧石岩中，露头上宏观观察均无明显交代现象，其基本层由暗色和浅色两种硅质层纹组成。镜下暗色基本层富含有机质，常被沥青质浸染为黄色，并显特征的藻纤结构，纤维状玉髓放射状，穿过基本层（图版5—1），不显交代现象。有时在暗色纹层中，还见有斑点状藻迹微结构（图版5—4）。

图4—4　藻类细胞微观特征素描图

（3）藻粒燧石岩：藻粒主要指鲕粒或核形石，中、新元古界的碳酸盐岩和燧石岩均见有这种结构，有些确属碳酸盐岩中的原生结构被硅质交代而成。但也有些更像原生硅质生物成因的，硅质藻鲕粒略显不规则同心环，由密集的暗色斑点藻组成，斑点藻大小1—2μm，鲕粒周围被栉壳状石英或白云石包裹，形成晚于鲕粒（图版5—6）。

所以这些原生燧石岩并不完全形成于静水或深水环境（包括有机或无机成因的），也可以形成于较动荡的浅水环境。

上述现象均有薄片及电镜照片为证（图版7—1,4;8—4），从而为中、新元古界层状燧石岩的有机成因提供了一些证据。

2.国内外其它地区中、新元古界燧石岩

据贵阳地化所闵育顺（1978）

闵育顺等，1978，我国一些硅岩的超微结构及其演化模式，贵阳地化所（内刊）。的综合报道，我国东北及华北的前寒武系的鞍山群、辽河群、五台群、滹沱群的燧石岩中，虽然遭受了不同程度的变质作用，但也均发生了不少类似细菌、藻类的生命遗迹及有机质，证明我国太古宙至古元古代的水盆中已有生命存在。而且类似细胞的球状超微化石（直径3—26μm），从结构及大小演变进程来看，有由小至大、由简单至复杂的变化，到中、新元古代对称性显著增高，结构更为清晰，并出现了真核细胞生物。

在北美、南非和澳大利亚等地的前寒武系燧石岩中，也都发现了菌藻类的丝状体、杯状体和球状体等化石遗迹，还有碳质、氨基酸及烃类等有机物质（Engel,1968、Lebege, 1967,1973、Knoll and Barghoorn,1977）。K.Lankarma(1970）列举了美洲、非洲、澳洲等前寒武纪生命遗迹的确切证据，与燧石岩有关的占大多数（表4—4）。

表4—4　国外前寒武系燧石岩中的超微化石

（据Lankarma,1970）

在空间上，亚非澳美等洲前寒武系燧石岩中的生命遗迹，主要是球状物，大小和形态都有一定相似性，表明这些原始微生物群是遍布于当时世界各地的海洋中。

3.有机成因模式

长期以来，人们都试图用海洋化学沉淀、湖泊干旱蒸发、火山喷发沉积等纯化学方式，解释前寒武系大面积分布的层状燧石岩的成因问题。但也碰到许多难以解释问题，如燧石的简单化学成分、二氧化硅的持续补给、丰富的生命遗迹和有机物质、以及水介质的物化条件等项问题。

上述亚非澳美等洲前寒武系燧石岩中大量生命遗迹的发现，为其有机成因提供了有力证据，这些低等微生物是如何沉积二氧化硅的呢？

一是像硅藻那样的生物堆积模式，这是有现代沉积作用模式可循的。实验结果表明：常温下非晶质二氧化硅的饱和溶解度为120mg/L左右，只有过饱和的硅酸溶胶才能发生凝聚，形成硅酸的凝胶沉积物。天然地表水（雨水、河水、湖水、海水）中的硅酸含量变化很大，通常很难饱和。大部分硅酸被带到湖盆地中后，几乎全被硅质生物所吸收，如硅藻、海绵、放射虫等。最适合以生物残骸形式沉积、埋藏和保存下来，这是中生代以来硅岩的一种主要生成方式。前寒武纪这种生命体的繁殖可能是十分惊人的，且有很强的造岩作用，只是由于这些原始的、十分低级的细微柔弱的有机体，在漫长的地质作用下，常常难于保存其痕迹而已。许靖华（1979）指出，前寒武系的大量燧石层主要是硅藻堆积而成的，并列举了黑海的现代沉积作用模式，取自黑海的样品，铁矿层和硅质层构成很细的层纹构造，硅质和有机质百分之百都是硅藻组成的。铁矿层原为菱铁矿，有的变为赤铁矿，并认为，第四纪黑海的海水可能与前寒武纪的环境是一样的。

二是硅质叠层石的生物和生物化学的交替沉积作用模式。即低等的菌、藻类通过光合作用，分泌一种粘液鞘物质，并捕获和粘结水体中的二氧化硅胶体质点，使之沉淀。或通过光合作用改变水介质的物化条件（pH值），而使二氧化硅沉淀。这种生物和生物化学相伴生的沉积作用机理，已被前寒武系硅质叠层石的亮暗基本层及其中的藻迹微结构和丰富的有机质所证实。

另外，从北美前寒武纪的硅铁建造和我国中、新元古代燧石—碳酸盐岩建造的研究成果来看，有些层状燧石岩具明显的浅水动荡沉积标志，如鲕粒结构、内碎屑结构、以及交错层理和波痕等，过去对这些标志多强调是交代残留结构，并不代表硅质岩的生成环境。而实际上，有些标志是分布在层位稳定、交代不明显的层状燧石岩中，属于原生沉积标志，所以前寒武系燧石岩除较深水沉积外，尤其是有一些粒屑燧石岩，可能为较浅水环境中形成的，甚至是潮汐作用带的产物。

4.结论

（1）前寒武系燧石岩中生命遗迹的存在是确切的，由6.3亿a可上溯到35亿a左右。很可能，当稳定的地壳形成不久，地球上的生命就出现了，即从最古老的沉积岩系形成时生物作用和生物化学作用就存在了，而燧石岩又是最古老、分布最广的沉积岩系。

（2）由于前寒武系的生物，均属无骨骼和壳体的、单细胞的细小菌藻类，它不完全同于寒武纪以后的硅质生物类，所以称其为隐生物硅岩（或燧石岩）类较为适宜（闵育顺等，1978）。其演化可以与化学成因的硅岩是并列的。对沉积岩石学教科书中，广泛流传的斯特拉霍夫（H.M.Ctpaxob,1949）的硅岩演化图示应进行必要修正。

（3）硅藻层可作为生油层，新生代的实例很多，尤其是美国西部，蒙脱瑞组是重要生油层，产油量很大，蒙脱瑞组的沉积环境与现代的加里福尼亚湾相似，所繁殖的大量浮游硅藻进入缺氧环境，有机物质能得以保存而转化为油气。这些实例都为前寒武纪生物成因的硅质层的成因、沉积作用，以及生成油气提供了证据。

从前寒武纪的发展进程来看，到了20亿a前左右，大致相当我国中、新元古界的开始，进入了由原核生物（无细胞核）转化为真核生物（有细胞核）时期，这种沉积作用达到了物质高潮，尤其是雾迷山组（距今12—14亿a左右），大量硅质生物的沉积为生成油气提供了物质基础。所以结合我国现实，欲在华北中、新元古界中寻找原生油气藏，不能仅着眼于碳酸盐岩生储油条件的研究，也应重视其中广泛分布的暗色燧石岩的研究，这对生命起源、有机质演化等项研究也有重大理论意义。

---

仁寿县13598249088： 燧石形成原因!! - ？
枕包再畅： 矿物名称: 燧石(石英变种) Quartz var. Chert::矿物概述化学组成:SiO2,Si46.7%,含不同数量的气态,液态和固态物质的机械混入物;鉴定特征:α-石英以其晶形,无解理,贝壳状断口,硬度为其特征,如由β石英转变而来,则保持六...

仁寿县13598249088： 三大类 岩石是怎样形成的 - ？
枕包再畅： 1、喷出岩(火山岩):岩浆喷出地表后冷凝形成的. 2、浅成岩:岩浆沿地壳裂缝上升至距地表较浅处冷凝形成的. 3、成岩:岩浆侵入地壳深处(约距地表3公里)冷凝形成的. 依冷凝成岩时的地质环境的不同,将岩浆岩分为三种类型:1、...

仁寿县13598249088： 硅质岩及磷质岩类 - ？
枕包再畅： 一、硅质岩的观察与描述 硅质岩是指由化学作用、生物作用和生物化学作用及某些火山作用所形成的富含SiO2(一般SiO2含量大于70%)的岩石.故对硅质岩进行观察与描述时,应特别注意与富含SiO2的陆源石英砂岩区别. 1.颜色 硅质岩的...

仁寿县13598249088： 石油是如何形成的形成的条件是什么 - ？
枕包再畅： 石油是由史前的海洋动物和藻类尸体变化形成的.(陆上的植物则一般形成煤.)经过漫长的地质年代这些有机物与淤泥混合,被埋在厚厚的沉积岩下.在地下的高温和高压下它们逐渐转化,首先形成腊状的油页岩,后来退化成液态和气态的碳氢化合物.由于这些碳氢化合物比附近的岩石轻,它们向上渗透到附近的岩层中,直到渗透到上面紧密无法渗透的、本身则多空的岩层中.这样聚集到一起的石油形成油田.油气的形成需要充足的沉积有机质,还需要适当的温度、时间、细菌、催化剂等物理和化学及生物化学条件.其中,温度和时间是油气形成过程中至关重要的因素.

仁寿县13598249088： 对比三大类岩石的构造、结构、矿物成分特点? - ？
枕包再畅： 一、岩浆岩 岩浆岩是岩浆活动的产物.地下深处的岩浆,在巨大内压力的作用下,沿着地壳薄弱地带侵入地壳上部或直接喷出地表冷凝而成的岩石.其主要识别标志有. (一)、岩浆岩中喷出岩附近保存有明显的火山活动痕迹,如,火山口、...

仁寿县13598249088： 煤、石油及天然气是怎样产生? ？
枕包再畅： 煤炭被人们誉为黑色的金子,工业的食粮,它是十八世纪以来人类世界使用的主要能... 岩的形成而产生的. 远古时期繁盛的生物制造了大量的有机物,在流水的搬运下, ...

仁寿县13598249088： 各地质年代所形成的主要岩层组成/石质组成成分 - ？
枕包再畅： 这个问题内容太多了,简单回答吧.前震旦纪-震旦纪:主要为一套变质岩系列,绢云母片岩,变质砂岩,砂砾岩,板岩等.泥盆纪(志留纪):主要为一套砂岩砂砾岩,板岩等.石炭纪:主要为砂岩砂砾岩,石灰岩,个别地区含煤层.二叠纪:砂岩砂砾岩灰岩煤层等.三叠纪:砂岩砂砾岩,薄层状灰岩,含薄层煤层.侏罗纪:主要为火山岩系沉积建造,凝灰质砂岩砂砾岩,凝灰岩等.第三纪:红层,砂岩砂砾岩粉沙岩等,巨厚层状,地貌容易形成丹霞地貌.第四纪:浮土沙泥土等.加里东期侵入岩:花岗岩,片麻岩等.燕山期侵入岩:花岗岩,花岗闪长岩,正长岩,斑岩岩脉等.

仁寿县13598249088： 矿物和岩石的区别是什么?三大类岩石的成因是什么? - ？
枕包再畅： 区别:岩石是由一种或多种矿物在天然地质作用下组成的,具有一定结构构造和稳定外形的固态集合体.矿物是由某种元素或多种化学成分在天然地质作用下形成的.三大类岩石: ① 火成岩 也称岩浆岩.来自地球内部的熔融物质,在不同地质条件下冷凝固结而成的岩石. ② 沉积岩 .在地表常温、常压条件下,由风化物质、火山碎屑、有机物及少量宇宙物质经搬运、沉积和成岩作用形成的层状岩石.③ 变质岩 .原有岩石经变质作用而形成的岩石.

仁寿县13598249088： 蕴藏汽油最多的岩石是什么岩浆岩 - ？
枕包再畅： 岩浆岩是由岩浆冷却凝固而形成的岩石;沉积岩是由已经形成岩石经过外力的风化、侵蚀、搬运、堆积、固结成岩而形成的岩石;变质岩是在高温高压条件下,已经形成的岩石经过变质作用而形成的岩石.三大类岩石的形成及相互转化一、火成...