山西省早白垩世下地壳地质图:基于镜质组反射率证据的修正

doi:10.13745/j.esf.sf.2024.10.20

地学前缘 ›› 2025, Vol. 32 ›› Issue (1): 418-431.DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.10.20

山西省早白垩世下地壳地质图:基于镜质组反射率证据的修正

焦守涛¹^,²(), 刘东娜³, 张旗⁴^,^*(), 靳职斌⁵, 张玉生⁶, 原杰⁷, 周李岗⁴, 刘铁翊⁸, 解团结⁵, 范宗胜⁵, 闫彤彤⁵, 周新鹏⁵, 张双奎⁵, 卫倩倩⁵, 闫涛⁶, 张坤⁹, 尹碧菡¹⁰

1.中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心, 北京 100055
2.自然资源部地质信息工程技术创新中心, 北京 100055
3.太原理工大学, 山西太原 030024
4.中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029
5.山西省地球物理化学勘察院有限公司, 山西运城 044004
6.山西省地质调查院有限公司, 山西太原 030006
7.邢台学院资源与环境学院, 河北邢台 054001
8.中国地质科学院地球深部探测中心, 北京 100037
9.中铁第一勘察设计院集团有限公司, 陕西西安 710043
10.武汉智图云起科技有限公司, 湖北武汉 430070

收稿日期:2023-01-28 修回日期:2024-09-18 出版日期:2025-01-25 发布日期:2025-01-15
通信作者: *张旗(1937—),男,研究员,从事岩石学和地球化学相关的科研工作。E-mail: zq1937@126.com
作者简介:焦守涛(1988—),男,高级工程师,从事地质大数据相关的科研工作。E-mail: jiaoshoutao88@163.com
基金资助:
中国地质调查局项目“地球科学大数据‘一张图’体系建设与知识服务”(DD20230761);自然资源部深地科学与探测技术实验室开放课题(202211);国家重点研发计划项目“基于地质云的地质灾害基础信息提取与大数据分析挖掘”(2018YFC1505501);邢台学院“邢台天梯山溶洞碳酸盐同位素记录的第四纪季风信息研究”(XTXYYB202210);中国铁建股份有限公司重大科技研发项目“地质信息数字化平台研发与应用示范”(2021-A02)

Geological map of the lower crust in the Early Cretaceous of Shanxi Province: Based on vitrinite reflectance evidence

JIAO Shoutao¹^,²(), LIU Dongna³, ZHANG Qi⁴^,^*(), JIN Zhibin⁵, ZHANG Yusheng⁶, YUAN Jie⁷, ZHOU Ligang⁴, LIU Tieyi⁸, XIE Tuanjie⁵, FAN Zongsheng⁵, YAN Tongtong⁵, ZHOU Xinpeng⁵, ZHANG Shuangkui⁵, WEI Qianqian⁵, YAN Tao⁶, ZHANG Kun⁹, YIN Bihan¹⁰

1. Natural Resources Survey of China Geological Survey, Beijing 100055, China
2. Technology Innovation Center for Geological Information, Ministry of Natural Rerources, Beijing 100055, China
3. Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China
4. Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
5. Shanxi Institute of Geophysical and Chemical Survey CO., LTD, Yuncheng 044004, China
6. Shanxi Institute of Geological Survey CO., LTD, Taiyuan 030006, China
7. School of Resources and Environment, Xingtai University, Xingtai 054001, China
8. Sinoprobe Center, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
9. China Railway First Survey and Design Institute Group CO.,LTD., Xi’an 710043, China
10. 10. Wuhan ZTYQ Technology CO. LTD, Wuhan 430070, China

Received:2023-01-28 Revised:2024-09-18 Online:2025-01-25 Published:2025-01-15

摘要/Abstract

摘要：

我们已经根据花岗岩的资料编制了一份山西省早白垩世下地壳地质图,本文增加了镜质组反射率资料,重新编制了一份山西省早白垩世下地壳地质图。经过对比,得出了许多新认识。对比说明,在下地壳填图中,镜质组反射率是一个非常有用的资料。镜质组反射率可以记录它形成以后所能够达到的最高温度,是煤田和石油地质部门成熟度测量中广泛应用且可靠的方法之一。镜质组反射率方法对岩石学和矿床学也非常有用,因此可以根据镜质组反射率资料推测深部是否有隐伏岩体以及隐伏岩体的分布和规模,推测下地壳底部是否有地幔上涌以及地幔上涌的分布。利用镜质组反射率分布寻找隐伏岩体,再根据隐伏岩体找矿,是一个找矿的新方法。文中根据山西省镜质组反射率的分布,推测在若干R_o>3.0%的地区的深部有可能发现隐伏岩体,其中,祁县隐伏岩体已经被钻探验证所证实。山西省煤矿很多,凡是无烟煤分布区均是寻找隐伏岩体的有利地区。文中还根据镜质组反射率资料对山西省早白垩世下地壳地质图进行了修改,指出山西省中部和南部的深部为大片中生代(主要是早白垩世)花岗岩分布区,也是早白垩世时地幔上涌的区域。根据地层资料和花岗岩资料推测山西省北部(大同以北)为地壳厚度正常区,南部为地壳加厚区(为中国东部高原的一部分)。南部为地幔上涌区,北部无地幔上涌迹象;故南部下地壳为高温榴辉岩相区,北部下地壳为低温榴辉岩相区。地表有矿产分布的区域,下地壳为含流体榴辉岩相区。山西省中部和西部的下地壳可能为榴辉岩相-麻粒岩相过渡区,暗示中国东部高原在山西省可能呈现为向西缓慢下降的趋势。

关键词: 山西省, 镜质组反射率, 无烟煤, 下地壳地质图, 隐伏岩体, 高原, 早白垩世

Abstract:

A geological map of the Early Cretaceous lower crust in Shanxi Province has been compiled based on granite data, which has added vitrinite reflectance data and recompiled the geological map of the Early Cretaceous lower crust in Shanxi Province. Many new insights have been obtained through comparison,which indicates that vitrinite reflectance is a very useful dataset for lower crustal mapping. Vitrinite reflectance can record the maximum temperature reached after its formation and is one of the widely used and reliable methods for maturity measurement in coalfield and petroleum geology departments. The vitrinite reflectance method is also very useful in petrology and mineral deposit studies. Therefore, it is possible to infer the presence, distribution, and scale of concealed rock mass in deeper layers, as well as the presence and distribution of mantle upwelling at the base of the lower crust based on vitrinite reflectance data. A new method for mineral exploration involves using vitrinite reflectance distribution to locate concealed rock masses and subsequently prospecting for mineral deposits based on these features.

This paper infers that concealed rock mass may exist in the deeper layers of several areas where R_o>3.0% based on the distribution of vitrinite reflectance in Shanxi Province. Among these, the concealed rock mass in Qixian has already been confirmed through drilling verification. There are many coal mines in Shanxi Province, and all anthracite distribution areas are favorable regions for locating concealed rock mass. The paper also revises the geological map of the Early Cretaceous lower crust in Shanxi Province based on vitrinite reflectance data, pointing out that the deeper layers in the central and southern parts of Shanxi Province are extensive regions of Mesozoic (mainly Early Cretaceous) granite distribution, which were also areas of mantle upwelling during the Early Cretaceous.It is inferred based on stratigraphic and granite data that the northern part of Shanxi Province (north of Datong) represents a region with normal crustal thickness, while the southern part represents a region of crustal thickening (part of the eastern China plateau). The southern part is a mantle upwelling region, while the northern part shows no signs of mantle upwelling. Therefore, the lower crust in the southern part is a high-temperature eclogite facies region, while the lower crust in the northern part is a low-temperature eclogite facies region. The lower crust is a fluid-bearing eclogite facies region in areas with surface mineral deposits. The lower crust in the central and western parts of Shanxi Province may represent a transitional zone between eclogite facies and granulite facies, suggesting that the eastern China plateau in Shanxi Province may exhibit a gradual westward subsidence trend.

Key words: Shanxi Province, vitrinite reflectance, anthracite, lower crust geological map, concealed rock mass, plateau, Early Cretaceous

中图分类号:

P56
P584

焦守涛, 刘东娜, 张旗, 靳职斌, 张玉生, 原杰, 周李岗, 刘铁翊, 解团结, 范宗胜, 闫彤彤, 周新鹏, 张双奎, 卫倩倩, 闫涛, 张坤, 尹碧菡. 山西省早白垩世下地壳地质图:基于镜质组反射率证据的修正[J]. 地学前缘, 2025, 32(1): 418-431.

JIAO Shoutao, LIU Dongna, ZHANG Qi, JIN Zhibin, ZHANG Yusheng, YUAN Jie, ZHOU Ligang, LIU Tieyi, XIE Tuanjie, FAN Zongsheng, YAN Tongtong, ZHOU Xinpeng, ZHANG Shuangkui, WEI Qianqian, YAN Tao, ZHANG Kun, YIN Bihan. Geological map of the lower crust in the Early Cretaceous of Shanxi Province: Based on vitrinite reflectance evidence[J]. Earth Science Frontiers, 2025, 32(1): 418-431.

图/表 20

图1 镜质组反射率与变质级别、温度、煤阶、有机碳、有机氮等的关系(据文献[5])

Fig.1 The relationship between vitrinite reflectance and metamorphic grade, temperature, coal rank, organic carbon, and organic nitrogen. Adapted from [5].

图2 岩浆房中心垂直剖面地温等值线图(据文献[6]) 岩浆是热的,必然对围岩的温度场产生影响,因此,在有岩浆岩出现的地方,温度场往往围绕岩体分布。图中数值的单位为℃。

Fig.2 Isothermal contour map of geothermal temperature in the vertical cross-section of the magma chamber center. Adapted from [6].

图3 岩浆岩侵入体带来的温度场变化示意图(据文献[3]) 图中岩浆岩侵入前的地热场是近水平分布的,岩浆侵入后,温度场在岩体边部围绕岩体分布并随与岩体距离的增加而降低,直至与地热场衔接,近岩体处温度场的局部变化称为岩浆热场。图中数值的单位为℃。

Fig.3 Diagram illustrating the temperature field changes caused by an igneous intrusion. Adapted from [3].

图4 山西南部-河南深成岩浆热变质示意图(据文献[12,16]) N-Q—新近系—第四系;T—三叠系;P—二叠系(不包括山西组);C-O—寒武系—奥陶系:AR-Pt—太古宇—元古宇。红色—推测的隐伏岩体(花岗岩);棕色—无烟煤;蓝色—贫煤;灰色—瘦煤-焦煤;黄色—肥煤-气煤。

Fig.4 Schematic diagram of deep magmatic metamorphism in southern Shanxi and Henan. Adapted from [12,16].

图5 陶枣煤田浅成岩浆热变质示意图(据文献[12]) Q—第四系;P—二叠系;C-P—石炭系—二叠系;O—奥陶系。红色—辉绿岩;紫色—天然焦-无烟煤;绿色—贫煤-焦煤;黄色—肥气煤。

Fig.5 Schematic diagram of thermal metamorphism by hypabyssal magmatism in the Taozao Coalfield. Adapted from [12].

图6 不同类型的矿床围绕岩体分布的规律

Fig.6 The distribution patterns of different types of mineral deposits around rock mass

图7 矿床围绕隐伏岩体分布图(据文献[17]) 近处为高温热液矿床,远处为低温热液矿床,显示了岩浆热场温度变化的控制;虚线表示不同矿床分布的界线。

Fig.7 Distribution map of deposits surrounding concealed rock mass. Adapted from [17].

图8 广西芒场隐伏岩体及接触变质带分布图(据文献[18])

Fig.8 Distribution map of concealed rock mass and contact metamorphic zone in Mangchang, Guangxi. Adapted from [18].

图9 南华北地区山西组二煤层镜质体反射率等值线图(据文献[19])

Fig.9 Isoline map of vitrinite reflectance for coal seam no.2 in the Shanxi Formation, southern north China region. Adapted from [19].

图10 根据图9推测的隐伏岩体情况(据文献[1])

Fig.10 Inferred concealed rock mass conditions based on fig.9. Adapted from [1].

图11 岩浆热场与成矿的关系示意图(据文献[3])

Fig.11 Schematic diagram of the relationship between magmatic thermal fields and mineralization. Adapted from [3].

图12 山西省镜质组反射率分布图图中数值的单位为%。右图为实际材料图。

Fig.12 Shanxi Province vitrinite reflectance distribution map

图13 太原西山煤田山西组2号煤层煤类分布图(据文献[2]) 1—肥煤;2—焦煤;3—瘦煤;4—贫煤;5—无烟煤;6—碱性二长岩;7—煤级分类界线;8—推测煤级分界线;9—正断层;10—推测正断层。

Fig.13 Distribution map of coal types in no.2 coal seam of Shanxi Formation, Xishan Coalfield, Taiyuan. Adapted from [2].

图14 西山煤田镜质组反射率分布图(据文献[20]) 图中数值的单位为%。

Fig.14 Reflectance distribution map of vitrinite in the Xishan Coalfield. Adapted from [20].

图15 鄂尔多斯盆地东缘煤化作用演化图(据文献[22])

Fig.15 Coalification evolution map of the eastern margin of the Ordos Basin. Adapted from [22].

图16 沁水盆地3#号煤层煤级和Ro分布图

Fig.16 Coal rank and Ro distribution map of no.3 coal seam in the Qinshui Basin

图17 山西省镜质组反射率分布图及其所展示的隐伏岩体分布图 1—地幔上涌区;2—根据镜质组反射率圈定的找矿前景区;3—幔源岩浆上涌区;4—隐伏岩体;5—根据镜质组反射率圈定的地幔上涌区;6—根据花岗岩资料推测的找矿前景区。

Fig.17 Distribution map of vitrinite reflectance in Shanxi Province and the associated concealed rock mass distribution map

图18 华北地区古生界石炭系—二叠系煤层镜质组反射率分布图(据文献[2])

Fig.18 Reflectance distribution map of vitrinite in the carboniferous-permian coal seams of the North China Paleozoic basin. Adapted from [2].

图19 山西省早白垩世下地壳地质图 1—榴辉岩相(低温/高温);2—角闪岩相;3—麻粒岩相;4—中-基性侵入岩;5—埃达克岩;6—正长岩-二长岩;7—金矿;8—幔源岩浆窗口;9—含流体榴辉岩相;10—高/低温榴辉岩相分界线。

Fig.19 Geological map of the lower crust from the Early Cretaceous period in Shanxi Province

图20 山西省中生代火成岩分布图(据文献[2])

Fig.20 Distribution map of mesozoic igneous rocks in Shanxi Province. Adapted from [2].

参考文献 26

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山西省早白垩世下地壳地质图:基于镜质组反射率证据的修正

Geological map of the lower crust in the Early Cretaceous of Shanxi Province: Based on vitrinite reflectance evidence

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