文摘
在本文中,我们关注paleocirculation海西基底/沉积盖层接口的莱茵河上游地堑构造环境。目标是增加我们的理解的行为fracture-fault网络和热液流体的起源。我们研究方向、矿物填料和流体的起源骨折横切海西的花岗石的地下室和Permo-Triassic形成的主要构造事件。因为中生代地层和海西的地下室的地堑侧翼和地堑内没有相同的进化提升后,我们的研究包括20个露头的地堑侧翼和核心Soultz-sous-Forets地热井坐落在地堑。海西期花岗岩的地下室和Permo-Triassic的形成是受几个脆性阶段与流体循环脉冲与地堑形成三级。我们尊敬的至少四个阶段:(1)活化海西的结构与pre-rift构造在始新世早期和下行陨石水域,由剪切/骨折纹理特征和降水的伊利石和微石英;(2)起始对流循环的深部热卤水与下行大气水混合在海西的地下室/沉积盖层界面在始新世裂谷的第一阶段,特点是白云石和重晶石馅料在重新激活海西的骨折;(3)计算张力骨折与前裂谷构造隆起的地堑的肩膀在渐新世的扩展和下行陨石水域,以碎裂石英材质和降水,伊利石、赤铁矿、重晶石;和(4)目前的深对流循环热卤水与下行大气水混合在海西的地下室/沉积盖层界面,方解石、重晶石地堑内馅料。今天的对流循环出现在深地热井莱茵河地堑的西部。
1。介绍
在研究地热系统,流体通路的知识深度对改进探索未来的资源,同时减少至关重要的地质风险。
通过地壳流体迁移在很大程度上取决于岩石的渗透率和孔隙度被横切(1]。这两个参数代表了摇滚传输流体的能力。渗透率和孔隙度取决于最初的岩石类型(沉积物、岩浆岩、变质岩)(2)和地质过程,岩石在历史上经历了。这些包括流体/岩石相互作用(低/高流体/岩石比),变形(塑性/脆性)、和压力/温度的变化(例如,成岩作用、变质作用、热液蚀变和风化作用)。在地质构造上和/或热稳定的环境中,磁导率可以降低大大在深度和流体/岩石相互作用同样减少。在更积极的环境中,地质证据从几项研究表明,水文系统操作在不同的尺度和所有的大陆地壳深处(1]。
行业和地质学家想了解大自然,起源、和作用等基本地质过程的液体热液系统(3),深层地热系统(4,5),矿沉积(6,7),碳氢化合物成熟、迁移和陷阱8),地震活动(9),和变质作用10- - - - - -12]。在沉积岩中,流体通路包括连接岩石孔隙度和岩性变化。埋藏成岩作用可能大幅修改岩石矿物学和孔隙度。在大规模的岩浆和变质岩流体循环深度通常发生通过裂缝和断层网络在不同尺度13,14),孔隙度主要是裂缝孔隙度取决于断层裂缝网络的几何和运动学(15,16]。强烈的流体/岩石显著交互修改矿物学(主岩的热液蚀变矿化沉淀在骨折)和基质孔隙度(主要)的裂缝孔隙度(二级)17]。
在活跃的环境中,裂缝系统,如莱茵河地堑作为主要渠道为岩浆和热液流体(18,19]。莱茵河地堑是欧洲北美的一部分20.)(图1(a)),几十年来一直是一个目标发展的深层地热开发的花岗石的地下室(21]。下面的地壳莱茵河地堑相对薄,地壳和地幔可能是在近端深度的基础上3他异常22),因此,热流高(23]。相比之下,在当地规模成熟的裂缝网络支持热液细胞的发展和促进水分的垂直平流和热16,24]。深层地热项目寻求利用热水在伟大的深度(大约4至6公里),托管在quasi-impermeable花岗岩和深层沉积物和热流主要在断层裂缝网络。由于这些原因,深层地热项目是有风险的,需要良好的断层裂缝网络的几何特征及其渗透性和区域流体优化选址和定位地热流体深度。
结构、矿物和岩石物性特征的地堑内的花岗质地下室仍只能通过钻探。其中一些信息也可以通过研究岩石类似物的地堑侧翼的剥露地热区域受到循环地热流体(即。,(25])。隆起两翼影响当今区域流体(26),更高的地形创建一个水力梯度驱动水向下到sediment-hosted含水层(22,27,28]。理解的热历史地堑侧翼也帮助我们理解地堑内的热状况(23,29日- - - - - -31日]。
在本文中,我们专注于矿物填充之间的关系,流体循环,在莱茵河上游地堑构造历史描述的液压行为fracture-fault网络和热液流体的起源在Permo-Triassic沉积盖层/海西基底界面。
海西的地下室和中生代地层的地堑侧翼pre-rift相同历史与地堑内但预计不会有相同的三级历史隆起后后续自渐新世以来发生的地堑崩溃。此外,这些露头地下室和中生代地层经历了最近的风化,而深层砂岩和花岗岩没有受到影响。区分海西和graben-opening脆性构造,我们重新审视骨折在EPS1位于Soultz-sous-Forets EGS在莱茵河地堑(增强型地热系统)网站并与断裂分析表面古生代Permo-Triassic露头和采石场在孚日山脉的20个不同的网站和黑森林渣土。在这个领域,我们描述了矿化骨折,测量他们的方向,收集样本在矿物学和显微组织(图提供细节2)。
2。地质背景
2.1。莱茵地堑设置
莱茵河上游地堑是新生代地堑属于西欧裂谷系(图1(一))20.),这是众所周知的许多研究的结果对石油和矿业勘探(井、地球物理调查,等等)。地堑,面向约N20°E(图1(b)),充满了第三纪和第四纪沉积物小火山活动。第三盖(500到1000米厚)覆盖侏罗纪厚(约150米)和三叠纪厚(约700米)沉积物和古生代结晶基底(数字1(c)和1(d))。
在本文中,我们关注的结构继承海西的地下室和断裂的演化网络通过最近的新生代阶段。结晶基底的特征是三大缘:Rheno-Hercynian, Saxo-Thuringian, Moldanubian区,展览主要岩性差异(32,33]。累积在这些缘石炭系的主要构造阶段(Sudete阶段)和二叠纪(Saalian阶段)NE-SW缝合线(图1(b))34- - - - - -36]。在孚日山脉37和地堑西部边境38),这些构造阶段导致脆性构造与主要面向骨折组N45°E, N135°E,和n石炭纪阶段和N60°E N90°E和N120°E二叠纪阶段(图3)。
在海西的缘被石炭纪侵入的花岗岩类岩石在维宪期(-340毫安)和二叠纪(-270毫安)。这些花岗岩类岩石表现出广泛的岩石学和地球化学多样性相关的各种深层活跃岩浆来源和各种岩石成因的机制(39,40]。花岗岩类岩石被侵沿NE向方向相关的主要弱点区域如碰撞或剪切区(图1(b))。
在海西造山运动结束,崩溃的连锁导致当地extension-related盆地沉降和流纹岩火山活动期间Carboniferous-Early二叠纪末(41]。这些断层控制盆地的西北方向的孚日山脉和黑森林山丘(图1(b))。
经过一段长时间的沉积在三叠纪和侏罗纪沉积的碎屑岩和碳酸盐岩沉积物特征,该地区是上升的侏罗纪末开始,一直持续到早始新世(图3)。断裂发生在第三,始新世末至中新世开始(42]。继承的海西NE-SW——NNE-SSW-striking地壳弱点被激活在莱茵河的形成地堑Africa-Europe碰撞的结果(43,44]。第一阶段的构造活动开始在始新世晚期计算压缩,影响了整个欧洲大陆的平台(图3)[45]。莱茵河的主要阶段的开放地堑发生在渐新世南扩展(图的结果3)。应力轴的方向没有改变,但是和轴扭转(45]。在这个阶段,正常故障出现倾斜(图块1(d))。地堑的北部的沉降率不同于南部,Erstein高接壤。它构成Moldanubian之间的连续性和Saxo-Thuringian区(43,46]。第二个构造阶段发生在中新世继任的两个按压:NE-SW压缩观测到的地堑和特点是上地幔隆起47)和-压缩,一直延续到今天,导致在地堑(图左旋剪切运动3)[48]。
在南部的地堑,孚日山脉和黑森林渣土Mio-Pliocene期间上升,可能在高山阶段(49]。今天,三叠纪的高度差和孚日山脉的古生代基底边界之间的峰会地块中央地堑和更深层次的部分大约是3000 - 4000米(图1(d))。这是大量的垂直运动的证据。
的莱茵河地堑略有弯曲的结构形式:北部趋势n,中部趋势N30°E,和南部N10°E(图1(b))。地堑边界控制的两种主要合成正常缺点:内部(Rhenane)和外部(Vosgian和Schwartzwaldian)的缺点。这些缺陷轮廓的月牙形骨折等领域Saverne骨折(图1(b))。
在地质历史,地堑了构造热演化相关设置(6]。pre-rift时期对应于一个隆起的区域没有任何热事件有关,和热梯度被认为是正常的38]。在始新世,地幔底辟形成,与第一个重要的热通量,诱导异常热梯度达到80°C /公里在上流社会6]。渐新世期间,火山活动发生和大量断层活化引起地热活动相关的流体循环(50]。恢复阶段的热衰减后,沉降在中新世和上新世时期;更活跃在北方,与第三个热阶段今天仍然活跃。用罗伯特提出的地温梯度(6),第一个最高温度达到至少100°C的断裂(始新世)和可能与地幔底辟。第二个最高温度> 100°C的后期阶段达成莱茵地堑形成在中新世和今天仍然活跃。今天的温度测量底部的沉积物堆积130°C的深度1400米(51]。最高的梯度测量在更发达的西方侧面和地堑的北部由于现今构造活动52]。
2.2。在莱茵地堑EPS1作为参考好了
深EPS1好,钻在1991年欧洲Soultz-sous-Forets EGS项目的一部分(法国阿尔萨斯)是一个地质参考在莱茵河地堑,因为它是唯一好空心的深度2222米(所有深度测量深度低于地面)。这完全空心从830米到2222米,包括200年的壳灰岩越低,400年Buntsandstein和二叠系砂岩和花岗岩基底(80053]。Buntsandstein砂岩是达到1008米的深度下壳灰岩石灰岩、二叠纪砂岩在深度1363米,和结晶基底的深度1417米(图1(c))。因为欧洲EGS项目旨在利用深层地热能,详细研究了花岗岩基底比上覆新生代和中生代地层,井。
的Buntsandstein Vosgian砂岩在EPS1被归类为中等至分选好的圆形岩屑长石砂岩。他们由占主导地位的单晶和多晶石英砂和钾长石颗粒小岩屑颗粒和粘土。二叠系砂岩是大部分heterogranular包含大量的岩屑长石砂岩,小斜长石,更丰富的粘土矿物。超过300个测量骨折近400米的空心砂岩,并没有观察到slickenlines。周围的裂缝网络显示有限的散射N170°E,和下降同样西部和东部(图之间的平衡4)。在井中,一些间隔灰色更强烈的断裂区与quartz-barite充填存在关联。第一变形区在1012分离Buntsandstein的壳灰岩地层。这个断裂带可能是面向正断层的N130°E - 80°E [54]。大型断裂带内Buntsandstein砂岩之间存在相对应的1172米和1210米之间的边界上部和下部Vosgian砂岩(图5)。该断裂带包含一个孤立的2厘米厚N20°E断裂为1173.5 m,网络mm-to-cm-thick n骨折返工1191米和1195米之间的岩石碎裂的乐队,和一个复杂的5米厚N160°E断裂带在1205 - 1210米。完整的断裂带中厚约30米(图5)[54]。假设这个断裂带附近的其他两个油井相交,GPK1和4550,总发生在钻井泥浆损失通过该区域54]。
的花岗岩EPS1井biotite-amphibole斑状monzogranite [55,56)约会 (2σ)使用锆石U-Pb年龄(57]。花岗岩是受一个密集的静脉网络和高度的改变所产生的不同的一代又一代的岩层断裂和流体/岩石相互作用。断裂填充物是异类,多相,主导性主要由石英、重晶石、纯白色云母(伊利石)、碳酸盐、铁氧化物(58]。
3000多名骨折和骨折区几件物品已经被确认在1420和2222之间的花岗岩;他们完全描述,他们的方向是用比较好的图像(59,60)(图6)。,141有条纹的错误被发现,新生代脆性构造反转法显示四个阶段遗传缺陷的证据(61年]。这些骨折存在个人骨折和骨折区,这是大规模的(10 - 20米)结构高度聚集的骨折(54,58,62年]。它们大致分为两个主要集引人注目的南北(N005°E和N170°E下降的W 70°和70°E;图6)[60]。两组接近正常故障的共轭断裂模式与莱茵河形成地堑(61年]。三组二次骨折也确认,面向南,NE-SW, -(图6)。此外,顶端的花岗岩是由许多横切subhorizontal骨折的花岗岩的特征,归因于表面应力松弛效应发生时,在二叠纪(图岩基是露天的7)[60]。因为漫长的地质历史的花岗石的地下室,大多数骨折被激活在不同构造阶段取决于骨折的关系取向和应力场方向(61年]。3000年的骨折,只有5的先前的流体循环(54]。
人们进行了无数次研究在Soultz-sous-Forets花岗岩热液蚀变(60,63年- - - - - -67年]。这是多相热液蚀变;早期普遍的改变影响大规模的花岗岩,以及后来的改变是由于流体在裂缝网络循环。骨折早期普遍的变更与罕见的由chlorite-epidote-carbonate retromorphic组合影响花岗岩即使在最不断裂区。在减少储层渗透率(它的作用可以忽略不计65年,68年]。与早期改变适度水分生理盐水(2 - 7日wt %情商。氯化钠)和被困在温度180 - 340°C的基础上流体包裹体显微温度学;他们被认为是华力西时代晚期(69年]。热液蚀变与骨折相关区域是占主导地位的70年]。结果从花岗岩和循环流体在裂缝网络之间的相互作用(71年]。热液矿物石英、粘土矿物(伊利石、伊利石/蒙皂石R3-type混合层,和tosudite)、碳酸盐、重晶石、赤铁矿、黄铁矿、方铅矿54,60,68年,69年,72年,73年]。四个主要高度破碎区可以定义显示热液矿物的含量高(图7):(1)1420 - 1530:石英与赤铁矿和碳酸盐,(2)1620 - 1725:石英与赤铁矿和粘土矿物,(3)2050 - 2080:石英方解石和粘土,和(4)2155 - 2180 m:石英[居多54]。Quartz-barite和quartz-ankerite静脉包含一代稍低的卤水(130°C - 160°C)与盐度范围是由于年轻,post-Oligocene到目前流体流动事件(67年,69年,74年]。墙上的岩石骨折也常常表现出热液蚀变和的高孔隙度高达20% [68年)由于主要蚀变矿物粘土矿物(73年,75年,76年]。这种液体循环在裂缝和断层表明,对流传热的贡献占主导地位,并解释了高温沿西部边缘的地堑77年,78年]。
3所示。岩石样本集合
区分海西和graben-opening脆性构造,我们重新审视EPS1的骨折,位于莱茵河地堑,相比他们断裂分析表面海西和Permo-Triassic露头在孚日山脉的20个不同的网站和黑森林山丘(图1(b))。
除了霍克伯格做露头,八Permo-Triassic网站西部边境,孚日山脉的山丘,和圣皮埃尔木香和Waldhambach采石场,Permo-Triassic地层和海西的地下室存在(图1(b)、表1)。12个站点在海西的地下室西部和东部边界的分布同样莱茵河地堑(图1(b))。
一般来说,这些网站是采石场,放弃或生产,但是有些网站是露头沿着道路(霍克伯格做,Windstein和Andlau)。海西的地下室的采石场利用花岗岩和填石界岩石,和采石场在二叠纪和Buntsandstein砂岩提取建筑物的石头。除了维勒和Andlau,变质岩,花岗岩(表其他地下室网站1)。
露头,我们首先测量裂缝方向确定统计故障模式和每个站点的主要组。一些网站有几个露头方向抽样(表允许良好的骨折1)。第二,我们取样断裂填充物与骨折的定位自己,如果可能的话,我们的样品与北和水平面。
在我们的研究EPS1 Soultz我们调查了超过七十个薄片可用内核的三叠纪砂岩和海西的花岗岩。基于以前的工作和在这些观察,我们选择了17个代表性样本:(1)6个样本最分裂间隔Buntsandstein砂岩,在1170年和1210之间,在一个大型剪切带(图5)(2)四个样本Buntsandstein二叠纪沉积盖层附近砂岩/花岗岩接口之间(图1382和1416米5)(3)四个样品的顶部下面的20米深成岩体特别是沉积盖层/花岗岩接口,在1417年和1435年之间(图7)(4)一个样本在断裂带(图约16507)(5)两个样品接近最深的破碎区在2158米和2161米(图7)
六个样品收集在最骨折Buntsandstein砂岩的间隔,一个样本的深度1173.6包含一个孤立的骨折,三个1192.0米深处的样本,1192.1,和1193.8属于一个区域裂缝密度高,和两个样品在1206.8和1207属于主要断裂带。
花岗岩,七大矿化骨折有不同的研究方向和矿物填充与裂缝方向(图7)。上面的示例位于震源深度1418.43米,顶部的花岗岩,paleoweathering蚀变带内(图7)。骨折的N170°E-14°W。该区域的特点是一个高密度的subhorizontal骨折(约9 fr / m)计算平均方向,归因于表面应力松弛效应在去顶岩基的二叠纪(60]。
顶部的三个骨折的花岗岩位于深度1427.30米,1430.64米,1434.31米在同一区骨折(图7)。骨折有不同的取向:N130°e - 80°东北;N100°e - 80°S N160°e - 75°西南,分别(图7)。骨折在深度1648.15米,面向N40°E-30°NW,包含在一个开放的断裂带显示geodic石英和有厚度(图20 - 30厘米7)[79年]。这两个更深的裂缝位于2100断裂带,深度分别为2158.68米和2161.66米(图7)。第一个骨折是面向n,完全在N0°e - 80°W,而第二个是面向-,N150°e - 85°(图7)。在钻井作业过程中,部分泥浆损失和自然流出都观察到在这个深度(54]。核心显示厚石英脉沉积在这两个位置,以非常低的伽马射线值。石英脉的外围区域,热水地改变和碎裂花岗岩对应增加伽马射线值(58]。这个增加是粘土沉积的特点。该区域范围在20到30米的厚度。
在东部的地堑,海德堡(He01;图1(b))是完全从表面通过空心Buntsandstein砂岩通过海德堡146.70低于地面和花岗岩的深度153米。海德堡花岗岩是beige-pink斑状黑云母monzogranite [80年]。然而,由于这些核心不是面向,断裂方向无法确定,但骨折加密完成观测结果进行了分析。
4所示。分析技术
4.1。矿物学特征
以下4.4.1。显微镜下观察
光学观测进行了使用一个奥林巴斯BH2显微镜下传播和反射的光。互补的抛光薄片观察和分析样品进行扫描电子显微镜(SEM)加上一个能量色散谱仪(Kevex量子)调25 kV。分析之前,10 - 20 nm厚的碳层是sputter-coated抛光薄片(爱德华兹汽车306)。
阴极发光被用来区分碳酸盐沉淀从不同的液体,因为它是一个敏感的方法跟踪元素内容和他们的水晶框架。锰2 +离子和三价稀土离子似乎最重要的激活离子外在CL,而铁2 +是主要的饮料(81年,82年]。系统采用的是冷阴极Cathodyne OPEA制造的社会(Laboratoire Optique Electronique Appliquee)。电子束有可调节能量26 250 keV和洋流μa . cathodyne是安装在一个奥林巴斯显微镜允许放大到200。系统配有JVC KYF75U tri-CCD数码相机。三12 mm-sized传感器的分辨率 像素。方解石是著名的黄橙颜色;白云石的深红色橙色光红橙色,和铁白云石的深色由于抑制铁的外在发光。
4.1.2。电子探针
分析碳酸盐和硫酸盐进行抛光薄片的样本覆盖着碳涂层,使用CAMEBAX SX50电子探针的加速电压15千伏,电流束12 nA和1 - 2 lm波束宽度。峰值和背景计数乘以10 s为主要元素。标准使用包括良好的天然矿物质和合成氧化物。矩阵修正是用ZAF计算程序。
4.2。同位素分析技术
4.2.1。准备碳酸盐的碳和氧同位素
罗森鲍姆的常规方法和谢泼德(83年)被用来提取方解石和白云石,先后。我们分析了由此产生的有限公司2样品的同位素组成使用δS Finnigan垫气源质谱仪。
4.2.2。石英的氧同位素
原位测量石英的氧同位素组成抛光薄片用SIMS Cameca IMS 1280离子微探针在CRPG南希(法国)。分析之前,一个10 - 20 nm厚的金层sputter-coated抛光薄片。分析使用Cs 10 keV的主要离子束,目前0.5 nA和梁15的大小μm。二次离子加速了应用额定电压-4.5 kV,能量窗口设置为35电动车,没有抵消。石英引用分析每一天开始时在一天结束的时候,计算仪器质量分馏(货币基金组织),如下: 在哪里所引用的氧同位素组成离子微探针,是标准的氧同位素组成,的数量分析。的石英由离子微探针测量( )从工具性分馏校正( )如下:
所有的结果报告单位与国际标准,定义的 ,在哪里的同位素比值测量样品和标准:标准意味着海水(SMOW)氧气和尿迪箭石(PDB)碳。再现性是氧气和碳±0.2‰。
4.2.3。锶同位素在白云石和重晶石
锶同位素比值测定白云石和重晶石薄片分离手工挑选。提取锶通过添加10毫升的6 N HCl溶液(盐酸extra-pure-quality集中)碎矿物分离聚四氟乙烯烧杯。
渗滤液是使用离子交换树脂纯化(Sr-Spec)质量分析方法根据改编自前销和港池84年与空白< 1 ng),整个化学过程。化学分离后,老~ 150 ng装上与钽钨灯丝活化剂和分析使用Finnigan垫262 multicollector固体源质谱计(德国不来梅)。的87年Sr /86年Sr比率被规范化86年Sr /88年Sr比率为0.1194。平均内部精度10 ppm (2 sm)得到,和再现性87年Sr /86年老比的测量是通过反复的分析测试认证NBS987标准(0.710240)。
5。结果
5.1。Permo-Triassic形成
5.1.1。矩阵成岩作用
两侧翼砂岩采样在采石场莱茵河地堑类似于砂岩位于莱茵河EPS1达成的地堑。Buntsandstein砂岩一般是红色的,但其他是白色,灰色,包括那些从Cleebourg Soultz-les-Bains,镶嵌细工,和坏的迪尔凯姆采石场和霍克伯格做露头,由于缺乏赤铁矿。有些采石场位于西方Rhenane边界断层(镶嵌细工,Cleebourg;图1(b))或有裂缝密度高(坏迪尔凯姆,Soultz-les-Bains)液体流传强烈和remobilized铁铁氧化物和氢氧化物。
Buntsandstein和二叠系砂岩由单晶和多晶的石英颗粒,长石谷物、岩屑颗粒和粘土。钾长石是长石主要观察到这些砂岩(图8)。的钾长石含量Buntsandstein砂岩在每股收益1估计为15%左右。斜长石Buntsandstein砂岩中几乎是缺失的,而它存在于二叠系砂岩。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
Buntsandstein和二叠系砂岩成岩作用是不同程度的蚀变和解散的碎屑矿物和自生矿物的形成主要包括石英,illite-like粘土和轻微的碱性长石、重晶石、碳酸盐和赤铁矿(图8),除了几件样品的二叠系砂岩Waldhambach采石场,自生矿物主要是缺席。自生矿物存在时,他们都表现出相同的特征样本EPS1好,从各个露头(不含Waldhambach)。
碎屑矿物的稳定性是孔隙度演化最重要的。长石矿物包括钾长石和斜长石在二叠纪砂岩microphyllites表现出不同程度的变更,修改孔隙度。碎屑钾长石也表现出不同程度的溶解,产生次生孔隙度Buntsandstein和二叠纪砂岩位于莱茵河内外地堑。
自生illite-like粘土(Ilt)观察到少量砂岩(图8)。粘土基本上发生在早期的径向纤维上生长碎屑石英(Qz0)和钾长石颗粒(Kfs0)(数据8 (c)- - - - - -8 (e))。他们的存在通常会抑制石英晕的增长。
罕见的自生钾长石(Kfs1)是所有砂岩(图中观察到8 (h))。自生钾长石碎屑钾长石颗粒小全形的晶体生长。电子探针分析表明,与碎屑钾长石(Kfs0),自生的钾长石(Kfs1)不包含英航。展览自生和碎屑钾长石溶解的迹象,表明自生钾长石形成前解散的过程。
自生石英发生主要生长在碎屑石英(Qz1)(数据8 (b),8 (e),8 (h)),但也是微晶颗粒与illite-like粘土(μ求出+ Ilt)(数据8 (b)- - - - - -8 (d),8 (g),8 (h)),直到馅料在钾长石溶蚀腔(Qz2)。
重晶石(Brt)和碳酸盐胶结物在自生径向生长illite-like粘土、石英生长,钾长石过度生长,和illite-like粘土和微石英集合体;他们也填补在钾长石溶解蛀牙。这些观察表明他们沉淀比以前所有自生阶段和晚也晚于钾长石溶解过程(数据8 (g)和8 (h))。而重晶石的痕迹出现在EPS1砂岩,碳酸盐是大量出现在1382和1416之间的砂岩与海西基底界面附近。碳酸盐发生大自形的或poekilitic晶体表现出相对同质的桔红色在阴极发光(CL),与小深红色分区。
5.1.2中。裂缝描述EPS1在地堑
在油井EPS1,平均裂缝密度Buntsandstein和二叠纪砂岩小于1断裂/ m。另外两个区域被高度支离破碎;其中一个是出现在1170年和1220年之间Vosgian砂岩,另一个是在1370年和1382年之间Annweiler砂岩,分别为1.79和2骨折/ m(图5)。裂缝网络之间的散射显示有限N20°E和N170°E,和下降同样平衡东西方之间(图4)。
深度之间的1170和1210在一个大型断裂带(图5),我们区分两种裂缝类型基于纹理和描述。在第一类型的骨折,罢工n和下降,碎裂的纹理与微晶高度巩固了石英和illite-like粘土(μ求出+ Ilt)观察到1193.8米,1206.8米,1207米(图5)。粒部分溶解钾长石中观察到骨折。考虑到部分钾长石溶解的脆弱,他们的存在强烈表明,溶解过程发生骨折。围岩的骨折,illite-like粘土和微晶石英协会也观察到晶界和横切元素。
第二个骨折类型,可以观察到1173.6米,1192.0米,1192.1米,1206.8米,也不远n但下降(图5)和1207米的深度展品毫米至厘米厚骨折由全形的石英、重晶石。在断层带1206.8和1207米,自形的石英脉和重晶石横切凝聚力碎裂岩,表明这些馅料是晚于骨折和胶结相关联。骨折在1173.6同时包含石英和重晶石。在这最后的情况下,重晶石发生在断裂的中心表明比石英重晶石沉淀之后。附近的砂岩矩阵quartz-filled骨折、石英水泥指出/确认为Qz2(孔隙堵塞,石英,自形的石英)是发达在intergrain孔隙度和钾长石溶蚀孔隙度,这表明钾长石溶解过程发生之前石英填充;重晶石水泥是罕见的在接触重晶石骨折。碳酸盐中没有骨折,横切砂岩,但他们的关系与其它成岩矿物强烈建议碳酸盐沉淀晚于第一代骨折骨折和钾长石溶解的过程。
5.1.3。断裂露头在地堑的描述
而众多测量骨折,没有观察到slickenlines。Annaberg和坏Dukheim采石场展览大断裂飞机,几乎定期间隔与裂缝密度约为1 - 2骨折/ m。在Cleebourg,密度是相似的,大约1.3断裂/ m,但密度不均匀,到处都增加接近Rhenane边界断层,它跨越了采石场(图1(b);(85年])。虽然Rothbach采石场位于靠近Vosgian断层在边境/边缘Saverne骨折(图1(b)),裂缝密度较低,小于0.5断裂/ m,使其可能的探索观赏石头。像Cleebourg, Soultz-les-Bains采石场高断裂是由于大断层的存在。裂缝密度大约是3骨折/ m。在镶嵌细工,Vosgian砂岩、大型断裂飞机跨越Vosgian砂岩的密度大约1断裂/ m。
二叠系砂岩的圣皮埃尔木香和Champenay采石场,裂缝密度是相似的,大约1 - 2骨折/ m,即使他们没有相同的空间关系Rhenane断层;断层附近的圣皮埃尔·博伊斯和Champenay更遥远的(图1(b))。
断裂方向描述一组近似计算裂缝出现在所有Buntsandstein露头,对应的平均方向地堑边界断层(图4)。主要集,然而,这并不总是Annaberg和Soultz-les-Bains,一组-断裂为主导。N170°E方向,EPS1中很常见,是不太常见的表面,除了在Rothbach Soultz-les-Bains(图4)。
Waldhambach采石场,大型二叠纪火山熔岩流覆盖二叠纪砂岩和Buntsandstein砂岩构成。这些二叠纪火山岩高度热水地改变和骨折。这两个主要断裂集N110°E-N130°E和N10°E-N20°E(图4)。两组符合那些Permo-Triassic砂岩,而N110°E组不存在的二叠系砂岩Champenay(图4)。
砂岩胶结是轻微和石英的特点是生长晕(Qz1),钾长石和径向illite-like粘土。骨折在砂岩中收集的采石场似乎不填写字段:微观观察证实一些馅料在骨折和罕见的碎裂纹理。在Champenay,石英胶结砂岩(Qz2)是观察到附近N15°E骨折。断层和骨折惊人N160°E N170°E在霍克伯格做镶嵌细工由微晶与骨折相关材质和巩固了石英和illite-like粘土(μ求出+ Ilt)(数据8(一个)和8 (b))。这个填也出现在矩阵水泥附近碎裂的飞机。镶嵌细工,几个N20°E quartz-hematite(哼哼)静脉与石英胶结密切相关矩阵在碎裂的飞机(数字8 (e)和8 (f))。
5.2。古生代的地下室
5.2.1。裂缝描述EPS1里面地堑
在第一个(1418.43米,1427.30米,1430.64米,1434.31米)和第二(1648.15米)断裂区(图7),蚀变花岗岩矩阵包含(a)广泛的斜长石、绢云母化(b) illite-like粘土+钛氧化物取代早期铁镁矿物矿物(黑云母、角闪石和莫斯科)和(c)石英+碳酸盐+钛氧化物取代榍石。
在1418.43米,示例包含众多subhorizontal骨折(图7)的花岗岩的特征;他们是归因于表面应力松弛效应,在去顶岩基的二叠纪(60]。裂缝填补由均匀桔红色的碳酸盐在CL。大量的碳酸盐脉横切古老的黑云母,黑云母是完全取代illite-like粘土+碳酸盐(CL)下的红橙色+赤铁矿。在微米大小的裂缝渗透黑云,黑云是取代了淡黄色的伊利石碳酸和纤维(CL)下的深红色插入的表。
样品在1427.30包含一个NW-SE-oriented和厘米厚红断裂带的填入显然是多相(图9)。第一阶段由一个有凝聚力的碎裂岩胶结illite-like粘土和微石英和有框的面向大规模的绢云母;一些微米大小的独居石颗粒与这个早期阶段有关。第二阶段由全形的石英和第三阶段的灰色碳酸(CL)下的红橙色交替与小浅色的碳酸盐(CL)下的深红色。小重晶石(Brt)是观察在白云石的残余孔隙度。围岩由改变花岗岩,绢云母化和铁氧化物和碳酸盐沉淀溶解斜长石的次生孔隙度。碳酸盐围岩的桔红色在CL一样主要碳酸盐充填骨折(图9)。
(一)
(b)
(c)
为1430.64 m,示例包含一个E-W-oriented和5毫米厚黑红色的骨折在subeuhedral黑暗与小全形的石英碳酸盐,横切花岗岩(图7)。碳酸盐岩的颜色主要是由于大量的μm-sized氧化铁粒子。在CL碳酸盐是红色的。在显微镜下,碳酸盐充填和花岗岩矩阵横切一个独立的网络μ米的裂缝illite-like粘土±石英。这质感强烈表明,伊利石/莫斯科裂隙网络是晚于碳酸盐岩裂隙网络。
样品在1434.31包含两个近似平行的NNW-SSE < 5毫米微红的骨折,最大的一个被罚款横切白色illite-like粘土裂缝平面(图7)。矿物充填序列的样本几乎是一样的1427.30米。然而,显微组织略有不同,因为这里直接只有一个填充(绢云母+微石英或碳酸盐红色和深红色的颜色在CL)。此外,残余孔隙度是由碳酸盐(CL)下的深红色,清澈的石英。虽然伊利石似乎横切宏观上红色的碳酸盐岩裂缝骨折,显微镜下碳酸盐岩加密残余孔隙度和横切一个illite-like粘土+石英碎裂区。
在1648.15 m,样本是横切的网络直接相关NE-SW ~ 5毫米厚骨折(图7)。断裂对应于网络近似平行的伊利石±石英裂隙。碳酸(深红色在CL)发生不连续填写这个网络和穿透花岗岩矩阵和形成一个200 - 300μ米静脉。
在第三断裂区间,EPS1花岗岩与粉色红色硅化区交替less-altered区。裂缝密度仍然很高(图7)。高度改变的矿物学花岗岩在2158.68类似于矩阵,在第一和第二次断裂的间隔。在不改变样品在2161.66 m,残余绿泥石和榍石幻影出现在主要的地方黑云母。这个组合是早期变质热液EPS1花岗岩中标识。在2158.68 m,样本是横切的网络碳酸盐(橘黄颜色在CL)裂缝(图7)。碳酸几纤维透镜(深红色在CL)中观察到的改变黑云母。为2161.43 m,样品由-横切断裂和裂缝网络主要由碳酸盐(CL)下的黑红色小石英(图7)。我们观察到的样本为1418.43 m,黑暗的碳酸盐在CL发生纤维透镜间的床单改变黑云母。黄色红色改变斜长石和碳酸盐存在下CL也在几个好小静脉横切黑云母花岗岩和张改变。
5.2.2。断裂露头在地堑的描述
大多数花岗岩,出现在这一研究领域是高度支离破碎,但很少有条纹的缺点,观察还不够来执行一个重要的反转法研究。之间的裂缝密度范围超过十骨折/ m,在EPS1(图7)。大多数网站,主要在孚日山脉北部的黑森林,以及Wald-Michelbach Waldhambach,魏因海姆Windstein,维勒,圣皮埃尔•博伊斯Metzeral Wintzenheim,而均匀破碎,裂缝密度小于5骨折/ m。露头在南部黑森林,Wolfbrunnen Ottenhoffen, Steinach采石场的裂缝密度超过5骨折/ m大断裂区,可以测量几十米的垂直方向(Steinach)。最断裂露头Andlau附近,裂缝密度超过10骨折/ m。其他作者观察到更高的裂缝密度(86年),最有可能与此相关网站的Lalaye-Lubine构造带内的位置。这个区域代表Saxo-Thurigian之间的边界和Moldanubian域(87年),延伸在巴登巴登附近的地堑,进入黑森林(图1(b))。
组主要断裂在露头和采石场-。出席所有网站除了Wolfbrunnen采石场墙几乎相同的取向,在Wald-Michelbach,只有五个测量(图6)。共轭设置面向NE-SW存在随着-设置在同一网站,除了在Metzeral Steinach,但在这些情况下不是有许多测量(分别为5和8)(图6)。尽管不是一组主要断裂,计算断裂集出席所有网站除了Andlau(图6)。
第四个骨折组是面向西,但这组出席只有两个站点,在圣皮埃尔木香和Wolfbrunnen,占主导地位的设置(图6)。
骨折在花岗岩、石英是占主导地位的填补矿物识别领域。而宏观馅是罕见的,微观的观察薄片提供证据的两个主要类型的纹理和馅料:(1)碎裂结构与一些石英和illite-like粘土馅料(数字10 (b),10 (c),11)和(2)骨折与石英的馅料,illite-like粘土、碳酸盐(数字10 (d)和11)。
(一)
(b)
(c)
(d)
馅料的石英、illite-like粘土、碳酸盐中观察到骨折影响从Waldhambach花岗岩采石场,海德堡,Windstein露头。在这三个网站,地下室由biotite-amphibole monzogranite。fracture-free花岗岩的蚀变矩阵是次要的,斜长石的部分绢云母化和部分完成更换由chlorite-illite-epidote ferro-magnesian矿物组合。破碎花岗岩样品由NE-SW横切,-薄多相骨折。
维勒,Andlau Wintzenheim、Metzeral Weinheim露头和圣皮埃尔•博伊斯Steinach, Ottenhoffen, Wolfbrunnen采石场主要是黑云花岗岩。蚀变花岗岩的矩阵,无论断裂方向,标志着由斜长石的绢云母化和莫斯科,也在一定程度上完全崩溃的黑云母、绿泥石illite-like粘土和赤铁矿。我们区分两种类型的骨折:(1)骨折与碎裂纹理(数字10 ()和10 (b))和(2)骨折没有位移和骨折(图10 (d))。凝聚力的碎裂岩中观察到NE-SW / -,南临,和n结构(数据10 ()- - - - - -10 (d)分别)。凝聚力碎裂岩部分完全巩固了微石英和illite-like粘土(图的组合10)。在Ottenhoffen NE-SW和-结构,小静脉的全形的石英的碎裂岩。骨折没有移位,充满了径向illite-like粘土±石英或碳酸盐+石英到处都是观察到的部分地区已经从直接保存风化的花岗岩大气水(图10 (d))。他们中的大多数是< 200μ在露头m骨折不可见;在薄片,他们存在的网络裂缝而不是作为孤立的骨折。出于这个原因,它往往是很难衡量他们的方向。只保存完好的裂缝充满径向illite-like粘土是面向在N170°E Metzeral花岗岩(图10 (d))。
在Waldhambach厘米厚断裂带(图的细节11)提供的证据中描述多相填充非常相似,EPS1样品在1427.30米。共生序列被定义为(1)凝聚力碎裂岩胶结illite-like粘土和微石英和有框的面向大规模的绢云母(图11(一)),(2)增长的自形的石英碎裂岩的孔隙度(数字11(b)和11(c)),(3)碳酸盐最后重晶石(数字11(d) -11(f))。CL对碳酸盐的观察结果表明两种类型的碳酸盐:第一次填充,它表现为桔红色,第二个不发光。改变裂缝的墙斜长石的岩石被强烈的绢云母化,部分再结晶的莫斯科片绢云母,并完成替换ferro-magnesian矿物质的绢云母钛氧化物和铁氧化物(赤铁矿)。
5.3。水泥的化学成分的矿物质
采用电子探针分析长石花岗岩和砂岩跟踪源的英航沉淀从热液流体(补充材料(可用在这里))。主要在花岗岩和钾长石碎屑钾长石砂岩中含有Ba(1361 - 9538年mg.kg1)。罕见的自生钾长石不包含英航。
几个红外光谱获得在批量改变花岗岩和砂岩的岩石样本。进行电子探针分析粘土矿物研究中观察到骨折,横切EPS1和Waldhambach花岗岩和研究EPS1 Buntsandstein砂岩和二叠纪长石砂岩的圣皮埃尔木香,识别主要粘土矿物(补充材料)。红外提供证据的伊利石从Ottenhoffen花岗岩的主要变更产品,Wolfbrunnen Wald-Michelbach和霍克伯格做砂岩的主要粘土矿物。大多数illite-like粘土在薄片观察到伊利石或illite-muscovite,根据三角4 Si - (Na + K + 2 ca) (Mg +铁2 +)图·莫尼耶和88年)(图12(一个))。
(一)
(b)
(c)
电子探针分析进行了不同类型的碳酸盐被CL(补充材料;图12 (b))。碳酸盐,填补裂缝在花岗岩EPS1 (EPS1 - 1427)和Waldhambach和碳酸盐水泥砂岩在EPS1 (EPS1 - 1983.9)有一个本质上均匀在CL桔红色。这个碳酸盐人口是一个很纯粹的白云石(痛单位)。深红色nonluminescent碳酸盐由dolomite-ankerite-kutnahorite固溶体的变量数量的铁(24.70 wt % FeO说)和Mn (8.3 wt % MnO)取代了Mg(图12 (c))。这些碳酸盐的发光随晶格中增加铁和锰。纤维碳酸盐存在于黑云母负债表花岗岩本质上是菱铁矿包含3.5 wt %的曹和7.7 wt %的分别。方解石,黄橙在CL,观察到在斜长石蚀变产品和在某些小静脉eps1 - 1648 m, eps1 - 2158 m, eps1 - 2161 m。
5.4。稳定同位素
确定热液流体的起源,我们分析了稳定同位素主要矿物质(碳酸盐、石英、重晶石)填补裂缝和孔隙度砂岩样品,花岗岩,二叠纪火山岩EPS1好和采石场露头(圣皮埃尔木香,Waldhambach)。骨折与多相填充和相对厚骨折被选为这个分析任务,但是所选样本的数量是有限的由于罕见这种类型的样品。(C、O和Sr)稳定同位素测定的主要碳酸盐(方解石和白云石);在石英氧同位素测定,锶同位素在重晶石(补充材料)。
的δ18O值的白云石在砂岩EPS1几乎是同质的,介于+ 19.2 + 20.3‰SMOW。方解石相关联,当出现在相同的样本,显示了两个的数量δ18O值:(1)值为+ 13.9,(2)+ 18.0 + 18.6‰之间的值SsMOW。氧同位素分馏白云石和方解石计算每个样本之间5.3白云石和方解石的第一人口之间,-2.3和2.0之间的白云石和方解石的第二人。基于氧同位素分馏的谢泼德,施瓦兹(89年),值为5.3时并不对应于一个一致的温度,表明第一人口的方解石和白云石沉淀不相同的流体。相反,2.0 - -2.3的值对应的温度135 - 160°C,表明白云石和方解石沉淀的第二人口相同的流体的温度在135 - 160°C。这个温度范围是一致的与那些通过流体包裹体显微温度学在石英和碳酸盐脉EPS1花岗岩(67年]。
Fracture-fill白云石在第一断裂区间上方的花岗岩在EPS1均匀δ18O值19.0 - -23.3‰SMOW。从这个区间也有类似的方解石δ18O + 18.6‰的价值SMOW从第三断裂,而方解石间隔较低δ18O值为13.9‰SMOW。
的δ18O的全形的石英与多相填充以骨折,横切花岗岩在EPS1在1427.30米和花岗岩Waldhambach几乎是类似的:+ 10.9 + 14.7‰的平均值+ 13.0±2.1‰,和+ 11.6 + 14.8‰的平均价值 ,分别。
的δ18O流体计算的平衡与骨折的各种矿物质,横切Buntsandstein花岗岩或填充孔隙度,考虑它们的形成温度和fluid-mineral同位素分馏(氧气:quartz-H2O (90年];dolomite-H2O (91年];calcite-H2O (92年];碳:dolomite-CO2(93年];calcite-CO2(94年])。我们使用温度135 - 160°C calcite-dolomite获得的氧气温度测量从EPS1砂岩中碳酸盐胶结物。石英和碳酸盐充填裂隙花岗岩的EPS1哦,我们使用温度140 - 150°C (67年)和补充流体包裹体显微温度学进行全形的石英的多相静脉EPS1好,样品在-1427.3 m(补充材料)。考虑多相断裂的相似之处填写EPS1花岗岩在1427.3米和Waldhambach花岗岩(相同的序列胶结的静脉,相同的范围δ18石英的O,相同的范围87年Sr /86年白云石Sr),我们假设温度140 - 150°C的石英和碳酸盐充填Waldhambach花岗岩的断裂。
的δ18O和δ13液体(指出C值δ18O流体和δ13C流体)在平衡与方解石和白云石的上部花岗岩和砂岩EPS1报道在图13。的范围δ18O流体在平衡EPS1白云石在砂岩(4.4 - -6.1‰SMOW)和花岗岩(4.1和8.5‰SMOW在砂岩)和人口的方解石(5.0 - -5.2‰SMOW)几乎是相同的;这个范围内的δ18O流体值表明热液流体的主要盐水组件。的δ18O的水分平衡值与第二人口方解石(0.8‰SMOW),自形的quartz-filled断裂,横切的上部花岗岩在EPS1(-6.3和-0.9‰SMOW在Walhambach)和(- 5.7到-2.5‰SMOW)显著降低,并提供证据的卤水与可变数量的大气成分。
的δ13C流体在平衡EPS1方解石(-4.1到-3.8‰PDB)和白云石(-5.7到-5.3‰PDB在砂岩)非常相似δ13C流体在平衡EPS1方解石(-5.2‰PDB)和白云石(-6.5‰PDB在花岗岩)接口。的δ13C流体在花岗岩与EPS1碳酸盐平衡减少到-10‰PDB与深度。这种广泛的δ13C流体表明混合不同碳源:(1)碳来自碳酸盐沉积盖层中(砂岩:δ13C流体~ 4‰PDB)(2)和碳的根深蒂固的起源(δ13C流体~ -10‰PDB)。
87年Sr /86年Sr比率以碳酸盐和重晶石,骨折是流体的代表签名的时候矿物沉淀。白云石和重晶石,填补裂缝横切二叠纪砂岩和火山岩Waldhambach采石场87年Sr /86年Sr比率分别为0.709817和0.709753。白云石,填补了裂缝横切花岗岩在Walhambach花岗岩的硬度87年Sr /86年Sr比率为0.708993。的87年Sr /86年Sr白云石的比率,花岗岩在EPS1横切性骨折是0.708685。的密切的相似之处87年Sr /86年Sr比率白云石和重晶石的二叠纪,Waldhambach花岗岩,在EPS1表明白云石和重晶石沉淀从相同的循环在封面/花岗岩热液流体界面。重晶石在横切骨折在花岗岩在圣皮埃尔木香87年Sr /86年Sr的比率0.716273,提供证据表明重晶石沉淀从不同的流体循环比EPS1 Waldhambach和。
6。讨论
6.1。主要骨折组和他们的年龄
莱茵河地堑历史悠久构造从海西造山运动开始,其次是扩展二叠纪n的准平原作用和沉积构造的一个漫长的时期从三叠纪与侏罗纪静止。该地区在白垩纪上升;在Eo-Oligocene莱茵河地堑开始开放,继续在不同阶段三级(43,48]。
确定了三个主要断裂集沉积盖层和海西的莱茵河的地下室地堑:n, NE-SW / -,南临。尽管历史悠久的莱茵河地堑和众多裂隙和断层的活化,尤其是在地下室,我们可以把这些主要断裂集与莱茵河的构造阶段地堑地区(图3)。
n组与始新世的主要地堑阶段计算压缩和渐新世南扩展(48]。然而,在海西的地下室,这组被激活在石炭纪Sudete阶段(44]。这组断裂主导在海西的地下室在地堑(EPS1好),但小露头的海西的地下室莱茵河地堑的侧翼。Andlau是个例外,NE-SW Lalaye-Lubine-Baden-Baden构造带对周边地区产生重大影响,计算断裂组可能被这个构造结构。Permo-Triassic砂岩,主断裂组方向介于N160°E和N40°E类似于大型映射结构基因的定位与地堑。方向变化取决于观测站点的距离主要的缺点。一些计算骨折大型断裂带Permo-Triassic砂岩两外莱茵河地堑(Buhl砂岩)和内部莱茵河地堑(1172和1210之间的断层带EPS1)。
NE-SW和骨折-集在花岗岩露头莱茵河两岸的地堑和少所以在海西的花岗岩EPS1在莱茵河地堑。这些-和NE-SW集在海西的地下室都与石炭纪计算压缩可能重新激活的三级。-骨折组也出现在Permo-Triassic砂岩和可能与最近Plio-Quaternary -压缩。
南临骨折组主要是观察在海西的地下室圣皮埃尔木香和Wolfbrunnen(本研究)和海德堡附近Schauenburg东部侧面莱茵河地堑(73年在地堑)和更多的很少。骨折属于这个集合不如骨折的频繁集。圣皮埃尔木香采石场位于二叠纪城镇盆地。这盆地倒塌由于弱点区造成的交集Lalaye-Lubine-Baden-Baden构造结构和圣玛丽辅助煤矿断层带,这是面向N30°E和横切整个孚日山脉南部地块(图1(b))。在这个复杂的区域,地下室是高度由n南断层和断裂N130°E断层组(86年,95年]。另一个南断层也影响在Schauenburg二叠纪流纹岩(73年]。南组与最近在二叠纪(海西的阶段的构造阶段46],它对应于扩展之前崩溃的范围和准平原作用。这些骨折也被重新激活的脆性变形三级(43]。
6.2。裂缝方向和断裂填充物之间的关系
结构测量的组合和矿物的断裂填充物序列提供了证据表明,一些类型的填充相关优先与特定的断裂方向(图14)。
6.2.1。计算断裂组
在地堑,n骨折通常在二叠纪-三叠纪砂岩和更少的在海西的地下室(数字4和6)。骨折通常表现出剪切和碎裂材质和空缺填写不当砂岩和海西的地下室。只有少数骨折充满径向伊利石横切海西的花岗岩Metzeral露头。砂岩暴露在采石场附近主要计算特性是高度支离破碎和漂白(Cleebourg,坏迪尔凯姆)和馅料的缺席,这表明这些计算结构代表了当今流体补给区。当馅料,水泥是主导性微石英和伊利石(图14(a))。罕见的石英和/或重晶石脉重新出现在老碎裂结构(图14(a))。Microthermometric和氧同位素数据计算这种类型的石英的断层面影响三叠纪砂岩Buhl (130°C,δ18O流体-1.5‰)(96年]表明,石英沉淀于热卤水与大气混合液体组成的液体。发现这样的温度以外的地堑表明这些馅料形成深度地堑之前崩溃。
在地堑,n骨折影响三叠纪砂岩和海西的地下室(数字14(c)和14(d))。大断裂带影响三叠纪砂岩深度1170 - 1210非常相似的大断层平面镶嵌细工的矿物填料和形成条件(数据14(一)和14(c))。海西期花岗岩与在地堑,n骨折EPS1海西期花岗岩的地堑内充满了方解石(图14(d))沉淀从卤水大气水含量高(δ18O流体~ 0.8‰SMOW)下降到600米。方解石具有类似δ18O还发现在EPS1砂岩在花岗岩(本研究)和其他井(GPK1 1998.9米;GPK2、GPK3 GPK4下来~ 4900)(68年,97年]。白云石只在第一次和第二次发现裂缝间隔EPS1好对应的深度覆盖下的200 - 300米/花岗岩接口。这些数据有力地表明,盐水,流传在封面/基底界面和沉淀白云石在古代结构地堑崩溃之前继续流传在更高的深度到花岗岩通过三级计算结构。较低的δ18O流体范围似乎暗示越来越大气水供应到裂缝性储层。
6.2.2。NE-SW和骨折-集
NE-SW和骨折-集主要出现在海西的地下室内外莱茵河地堑(数字14(b)和14(d))。
无数NE-SW内骨折和骨折-集多相材料。这表明:(1)不同的一代又一代的液体使用这些骨折集和(2)的循环发生之前地堑崩溃。更复杂的多相填充由粘性碎裂岩由早期的伊利石和微石英胶结,其次是自形的石英和后期由占主导地位的白云石,小铁白云石和方解石(数字14(b)和14(d))。矿物填料的可变性是代表流体化学成分随时间的变化。流体包裹体microthermometric和氧同位素数据可以在各种矿物材料在骨折横切花岗岩和矩阵胶结砂岩在封面/地下室过渡可以确定流体的起源和形成最小温度:(我)石英在花岗岩EPS1从多个代NaCl-MgCl沉淀2/ CaCl2丰富的液体在大约140 - 150°C (67年,69年,74年]。最高温度达到200°C值(67年]。石英在花岗岩Waldhambach显示类似的特征。的δ18O流体(-6.3到-0.9‰)推导出这个石英提供证据卤水混合变量的大量陨石的水域(2)白云石在砂岩EPS1沉淀从卤水温度约135 - 160°C和δ18O流体4.4到6.1‰,δ13C流体-5.7到-5.3‰。(3)白云石在花岗岩EPS1沉淀从卤水在大约140 - 150°C (67年,69年,74年,98年]。白云石Waldhambach花岗岩中显示了类似的特征。的δ18O流体(4.4 - 8.5‰)δ13C流体(-9.0到-6.5‰)推导出从白云石显示盐水流体与小陨石水域。较低的δ13C流体由于根深蒂固的碳的贡献值(iv)重晶石的屋顶EPS1花岗岩还提供证据的卤水(高达23 wt % Eq氯化钠)和地层的温度~ 130°C (69年,99年]
作为数据表明,填充在深海矿物质沉淀在一个狭窄的温度范围(130 - 150°C)。的δ18O流体变化提供证据的热卤水混合变量的陨石的水域。这些卤水的起源可能是seawater-modified液体或液体平衡与三叠纪蒸发(提出的67年,98年]。碳酸盐和重晶石沉淀与未成年人从卤水混合eteoric水组件。的δ13C流体提供证据的两个来源:碳来自碳酸盐沉积盖层中(砂岩:δ13C流体~ 4‰PDB)和碳的根深蒂固的起源(δ13C流体~ 9‰PDB)。这些δ13C二氧化碳推导出从白云石是一致的δ13C公司的2被困在岩浆花岗岩分析在不同深度的石英EPS1好(One hundred.]。碳酸盐化学的范围(从纯白云石、铁白云石和菱铁矿)和重晶石沉积可能是代表变量水/岩相互作用卤水,Fe-Mg矿物质(铁、镁、锰释放),和长石组成(斜长石:Ca释放;从花岗岩和砂岩钾长石:Ba释放)。白云石、铁白云石的分布与小重晶石填写NE-SW和-骨折的花岗岩残积屋顶和孔隙度砂岩的EPS1帮助定义盐水循环的规模在封面/花岗岩接口从砂岩的顶部到200 - 300米的花岗岩。相同的信息推断出非常相似的低87年Sr /86年Sr比率(-0.7098 ~ 0.7089)以白云石Waldhambach花岗岩和上覆二叠纪火山岩。
与碳酸盐和重晶石,石英和相关的伊利石可能沉淀从液体高大气水组件,在协议所描述的101年]。硅源可能是长石组成的部分溶解,而伊利石是长石组成的改变产品和初级云母在130 - 200°C。
6.2.3。南临骨折组
属于南外的地堑,骨折骨折组观察到在花岗岩圣皮埃尔•博伊斯Wolfbrunnen(本研究),在Schauenburg [73年)由粘性碎裂岩胶结微石英和伊利石。自形的石英和重晶石横切这些碎裂岩在几个地点圣皮埃尔木香(图14(b))。的87年Sr /86年Sr重晶石(~ 0.716)的比例明显高于圣皮埃尔木香87年Sr /86年老比填充-骨折的重晶石,表明他们从不同的液体沉淀,可能在不同的时间。U-Th数据Schauenburg南临碎裂故障提供证据表明早期骨折区作为当前充电管道地面的液体(73年]。
地堑内,只有少数电子战骨折EPS1中遇到。一个骨折1430多相填充,包括early-filling微石英+伊利石其次是石英和白云石(图14(d))。
6.3。Paleocirculation、构造历史和现在的循环
主要断裂集的比较,矿物填料、分布在上覆岩层和海西的地下室内外地堑强调深热液循环的不同阶段在封面/基底界面,一直积极地堑形成以来,直到现在。两个主要类型的馅料沉淀先后从液体在同一温度范围(约130 - 150°C): (a)凝聚力碎裂岩由硅酸盐胶结(石英、伊利石)沉淀从卤水与高大气水混合组件和(b)碳酸盐和重晶石沉淀从卤水。值得注意的是石英、伊利石和碳酸盐/重晶石胶结存在海西NE-SW和-骨折组骨折和n。然而,他们由碳酸盐的性质不同,沉淀(白云石方解石在海西的骨折内部和外部的地堑、地堑和方解石n骨折),由碳酸盐沉淀的深度EPS1花岗岩骨折(200 - 300 m白云石和方解石超过600),而且很可能由他们的时机。从这些数据,至少四个元素似乎确定对流流体的起始细胞的地堑:(1)引入大气水,(2)温度,(3)断裂方向,和(4)流体化学。
地堑形成之前,最大埋藏温度达到Buntsandstein砂岩是Buntsandstein砂岩在巴黎盆地的东部。这些温度没有超过100°C,一个正常的热梯度发生(102年,103年从而使它不可能达到的温度大约130 - 150°C (200°C)以裂缝填补矿物质在莱茵河地堑(67年]。地堑形成三级青睐(a)温度条件异常引起的热梯度与火山活动有关(50)和(b)的迅速流入水域封面/地下室接口通过透水断层横切整个厚度的沉积盖层到海西的地下室43,44]。第一的迅速流入水域可能开始在始新世南临压缩(43,48通过计算结构(图)第一(15日))。下行寒冷水域陨石动员硅增加了蚀变岩石渗透率和解散硅酸盐如长石组成。在封面/地下室接口,下行大气水与上升气流混合热卤水通过Permo-Triassic砂岩的孔隙度和通过激活石炭二叠纪NE-SW -结构,导致第一次伊利石/石英胶结(阶段1;图(15日))。水侵量和高的热梯度可能首先对流细胞的液体循环通过sedimentary-basement接口,有利于卤水与岩石互作用,导致最早白云石/重晶石胶结(第二阶段;图(15日))。在这些阶段,盐水/摇滚比例仍然很低,碳酸盐的化学变化。
(一)
(b)
(c)
增加的大气水渗透进了地堑中主要西渐新世的扩展和地堑崩溃阶段,通过大型大约计算错误并重新激活老错误(48]。下行寒冷的水域继续动员二氧化硅和陨石岩石渗透性增加。活跃的沉降和火山活动在这一时期,主要发生在西部边境的莱茵河地堑(50地堑),保持水热温度条件。沉积过程在此期间是一样的那些参与沉积阶段1和2(阶段3和4;图15 (b))。与活跃的对流循环,液体渗透和改变深度增加到海西的地下室在莱茵河地堑,方解石矿床的分布如图所示的Soultz井(56,68年,97年]。
今天热的概要文件的深度5000米Soultz-sous-Forets井显示对流室Buntsandstein 1000至3500米的花岗岩(51,104年]。这种对流也出现在朗道的深层地热水井(105年]和Rittershoffen [106年),接近Soultz-sous-Forets;它到达花岗岩基底,其基底的深度是3000米和2700米,分别。然而,在莱茵河东部的地堑,地热井的Bruchsal [107年和巴塞尔108年),似乎没有对流细胞,即使井达到2500米和4680米的深度,分别。Soultz-sous-Forets,循环之间确定了井内主要NE-SW和骨折-集(54,109年]。Soultz-sous-Forets地热产生的卤水的地球化学研究,Rittershoffen,朗道,Insheim(接近兰道)地热网站显示高盐度值表明卤水蒸发形成的高度的海水和大气水含量低110年]。此外,估计地温计指示一个平衡温度接近 在Soultz-sous-Forets111年]。花岗岩的地热流体收集似乎来自三叠纪沉积地层位于深度超过4公里。深度的地层存在在莱茵河地堑的东北地区,盆地是最深的地方。在本部分中,地堑的东部边界断层是一个主要的功能(112年),它穿透深入地壳113年]。因此,这可能有利于流体渗透到更深的地堑的一部分,他们成为接触Permo-Triassic盐水形成矿化。然后,这些液体流在通过斜地堑NE-SW激活海西的骨折与新鲜的大气水混合来自西方的地堑(图15 (c))。
7所示。结论
20露头检查包括16采石场沿着莱茵河两岸的主要边界断裂地堑和分析的核心EPS1钻在莱茵河地堑表明,古生代基底和Permo-Triassic脆性构造的形成是受几个阶段与流体循环脉冲。
在地下室古生代海西的骨折的馅料,主要面向NE-SW -,是多元的。填入的第一阶段(阶段1)对应于一个碎裂阶段与伊利石和石英,其次是自形的石英填满。这种模式在海西和二叠纪骨折组,主要是观察在EPS1 Waldhambach采石场,表明流体循环,导致这些馅料发生之前地堑。第一阶段的特点是(a)激活古海西的结构在地堑的开始开始新世早期相关计算压缩影响欧洲平台和(b)第一个陨石的主要渗透液体通过沉积盖层进入海西的地下室。
第二个主要阶段(阶段2)以白云岩沉积在张力骨折的上部海西的花岗岩基底(前200 - 300)和沉积盖层的砂岩孔隙度。这个阶段可能对流循环的结果深部热卤水与大气水混合,可能开始在沉积盖层/地下室在地堑形成的早期阶段和与地幔底辟作用和火山活动(Eocene-Oligocene)。
是计算观察骨折骨折阶段影响地下室和Permo-Triassic砂岩,内外莱茵河地堑(阶段3)。在露头,这组骨折显示一些宏观矿物学的馅料,可能是因为骨折飞机遭受表面风化蚀变。然而,在微观层面,张力在花岗岩裂隙观察到充满径向伊利石,和几家大型计算剪切区影响Buntsandstein砂岩充满了石英与伊利石、赤铁矿和重晶石。在莱茵河地堑,类似石英和重晶石馅料中确定一个主要影响Buntsandstein砂岩裂缝网络,相对远离地下室/覆盖接口。第三阶段对应的主要阶段地堑开放与南延伸的第二个主要渗透在Eocene-Oligocene和大气水分深入到海西的地下室。断裂填充物的这个阶段可能记录流体循环与地堑开放阶段之前,在隆起的肩膀。
第四个主要阶段(阶段4)对流循环的延续是深部热卤水混合meteoric-derived水域在莱茵河的沉积盖层/地下室地堑期间和之后的崩溃。第四阶段,目前只在地堑,被重晶石填充n骨折Buntsandstein砂岩和方解石、重晶石也填补n骨折在花岗岩的深度4900米在莱茵河地堑。Ca起源古代白云石的斜长石溶解和再活化,而英航起源将钾长石溶解下行陨石水域。方解石、重晶石今天继续沉淀深度,并对流循环扩展深入海西的花岗岩地下室。
最后,老面向海西的结构的重新激活NE-SW和最早的始新世-相关构造的历史第三地堑形成倾向于向下流大气水和液体对流细胞沉积cover-basement接口发起的。这个活动持续计算结构在渐新世外延的阶段。今天,这些大型计算结构形式补给消耗,促进大型垂直对流循环系统在西部盆地的一部分,在海西Buntsandstein,花岗石的地下室。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作是由ADEME和BRGM TECITUR研发项目协议的框架内。1005 c0140和ANR赠款协议ANR - 15 - ce06 - 0014(项目CANTARE-Alsace)。作者感谢采石场的经理和他们的伙伴授权访问墙和设施。特别是,我们想要提到(i)弗朗辛Loegel从Loegel Rothbach采石场为访问和讨论;(2)杰雷米德Bonneval和赛库恩从LEONHART访问圣皮埃尔木香采石场;(3)威利库恩从GEBRUCHER库恩访问Waldhambach采石场;(iv)访问Cleebourg采石场RAUSCHER;(v)访问Wolfbrunnen采石场FISHERGRANIT;和(vi)卡里埃·德·格蕾丝DE CHAMPENAY访问CHAMPENAY采石场。我们还要感谢大师这么和沃尔夫冈·沃纳LGRB弗莱堡采石场和矿化信息的黑森林,和艾伯特绅士ES-G副总经理Soultz-sous-Forets站点的访问和岩石样本。 For analytics, the authors thank Laurent Bailly (BRGM) for fluid inclusion microthermometry, Christine Flehoc (BRGM) for (C, O) stable isotopes, Catherine Guerrot (BRGM) for strontium isotopes, Andrey Gurenko (CRPG Nancy) for ionic probe analyses, and Guillaume Wille (BRGM) for electron microprobe and SEM images. Finally, we are also grateful to Prof. Andrea Moscariello (Universty of Geneva) for their useful comments and recommendations, which greatly improved this manuscript.
补充材料
EPS1_Cores_Sandstones:断裂方向数据Buntsandstein EPS1核心。EPS1_Cores_Granite:古生代花岗岩断裂方向数据EPS1核心。Outcrops-Quarries_Sandstones:断裂方向数据Buntsandstein露头和采石场。Outcrops-Quarries_Basement:古生代基底断裂方向数据在露头和采石场。红外数据:在样本Ottenhoffen、Wolfbrunnen Wald-Michelbach,霍克伯格做。电子探针在长石:Buntsandstein砂岩样品从EPS1并从Waldhambach古生代花岗岩样品。电子探针在碳酸盐:Buntsandstein砂岩和古生代花岗岩EPS1样本,从Waldhambach古生代花岗岩样品。电子探针在重晶石EPS1:从EPS1 Buntsandstein砂岩样品。电子探针在粘土矿物:斯蒂芬期从圣皮埃尔木香长石砂岩样品,从Waldhambach古生代花岗岩样品,从EPS1 Buntsandstein砂岩和古生代花岗岩样品。圣皮埃尔的同位素数据:在样本木香,Steinach, Waldhambach, EPS1(本研究),和GPK1 [98年]。(补充材料)