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博文

对黑色页岩有机质富集的全新的思考

已有 1041 次阅读 2024-9-12 10:36 |系统分类:科研笔记

   近年来,随着页岩油气的大规模开发,对烃源岩的研究越来越受到重视。研究发现,传统的主流观点存在很大的问题,如陆相页岩非均质性强,其原因很复杂;另外,深湖、深水缺氧环境富集有机质、温暖气候初级生产力高则更富有机质,这些和环境科学是完全矛盾的。勘探发现,页岩油气主要富集于较封闭,靠近陆地的浅水环境,且黑色页岩和煤发育于寒冷气候,且与大冰期为伴。因此,本研究具有重大的科学意义。

   为此,以此为主要研究内容,今年申报国家自然科学基金项目“古气候及水体封闭性对五峰-龙马溪组页岩有机质富集的控制机理”,但遗憾的是,又被否了,但总觉得有点冤。

   关于详细的气候与有机质富集的关系请参见博文《黑色页岩富集的古气候条件

   虽然申报失败了,但发现其中4个评审专家还是给予了较高的评价,说明我的观点还是得到大多数认可,他们的评价是:“创新性十足,预期研究成果有望改变人们对非常规油气富集机理的认知,有较高的理论价值”。不过被评审2给否了。这样的一票否决制是否完善值得商榷,应该有必要更加完善。因如果遇到一个有偏见的专家、或因其跨专业导致专业度不够时,就会被否掉。即使其他评审评得再好也无济于事。这显然不利于鼓励创新。

   评审2提出的理由是“从来没有主流观点认为五峰组至龙马溪组代表了暖湿气候下,伴随海平面快速上升的深水、强还原环境。Trotter et al. (2008, Science)、Finnegan et al. (2011)或Scotese et al. (2021) 都显示了该时期存在了显著的气候变化,并且主要是出于单极有冰盖的情况,因此属于icehouse的范围。并且,在这两套黑色页岩之间的1-2个百万年里,均属于相对浅水、氧化并发育浅水底栖生物的环境。因此,本申请书的立论基础存在明显的错误认识”。

    1. 从来没有主流观点认为五峰组至龙马溪组代表了暖湿气候下,伴随海平面快速上升的深水、强还原环境”。

    显然,这个专家的反驳是错误的,可能非油气专业,因而显得专业度不够。凡是搞过沉积学或石油地质的,都知道。主流仍然是暖湿气候,海平面上升。评审专家2的否决只有两种可能,一是对新思路有偏见;一种可能我的本子所属专业对他而言是跨专业,因而显得专业度不够,可能没有搞过油气或沉积学。推测专家2可能是一个搞古气候的。下面列举了目前大量院士及专家、教授的观点,他们应该代表主流观点。在石油地质学中,暖湿气候,生产力高已成为口头禅,大量的院士、专家在核心期刊、教材、专著中在论述五峰-龙马溪组黑色页岩发育环境时,均引用,或直接论证此时为海侵、大规模海侵、高海平面、最大海泛期、暖湿气候环境,为深水陆棚滞留还原环境、缺氧环境,观点完全一致。例如:

   金之钧院士(2016)的文章中原话是“受构造运动及海侵影响,晚奥陶世五峰组沉积时期沉积了一套稳定的笔石相薄层黑色页岩”,他未做论述,直接引用了Chen et al(2000)的观点。这说明国内外均以基本一致的观点。

   郭彤楼和张汉荣(2014)认为,奥陶纪末和志留纪初,发生了两次全球性海侵,形成了焦石坝地区五峰组—龙马溪组页岩,引用牟传龙等(2011)的成果。

   胡宗全等(2022)提出五峰组龙马溪组,优质页岩主要分布于3个层序的海侵体系域(TST)。SQ2下部存在一个厚约35 m的高有机质段,整体代表海侵期到最大海泛期的优质页岩沉积。

   郭旭升(2017)提出,五峰组-观音桥段海侵体系域时期,海平面迅速上升,沉积环境整体为深水陆棚的静水闭塞的厌氧环境,该时期大量笔石、硅质生物发育,其死亡后沉积形成富有机质的碳质页岩。

   刘树根等(2011)认为,在龙马溪组沉积早期,大规模海侵、构造调整和局部沉降的综合作用造成局部为深水盆地沉积,在底部沉积富有机质的黑色页岩。引用了郭正吾等(1996)所写的专著的成果。

   邹才能等(2015)得出,海平面在鲁丹期早期快速上升,是下志留统富有机页岩发育的鼎盛期,也是产气页岩中“甜点段”形成的关键期。

   马永生等(2018)得出,五峰组—龙马溪组优选出的“甜点段”,是一套TOC 平均值大于3%的优质页岩,属于晚奥陶世末期、早志留世初期全球海平面快速上升的两期海侵体系域沉积,形成于局限环境下的深水陆棚滞留还原环境。

   赵文智等(2016)得出,筇竹寺组沉积期因Rodinia 超级大陆裂解,全球范围出现大规模海侵和海平面上升,海水覆盖整个古大陆区,筇竹寺组海相页岩遍布上扬子地区。

   王玉满(2017)得出,区域构造运动和缓,气候温暖湿润,海平面上升至高位,出现高生产川南坳陷主体为水深深于60 m(最大水深超过200 m)()深水陆棚,沉积硅质页岩和钙质硅质混合页岩,优质页岩厚5-14m。

        施振生等(2023)认为,川南地区五峰组—龙马溪组快速海进页岩位于龙马溪组最底部,对应于笔石带LM1。

        牟传龙等(2016)认为,川南及邻区龙马溪组下段主要发育潮坪相和浅海陆棚相。局限滞留的缺氧还原环境、快速海侵形成的分层水体、适宜的沉积速率及较高的生物产率,造成了龙马溪组下段有机质富集。

        刘雨迪等(2022)得出,在五峰组下部以及龙马溪组下部经历了两次大规模的海侵使得海平面升高,海平面较高时,水体封闭性弱,还原性强,盐度较低,古生产力较高,海平面较高时,水体封闭性弱,还原性强,盐度较低,古生产力较高。

        王同(2018)认为,五峰组下段(O3w1)为凯迪期温室效应导致海平面上升而沉积的黑色笔石页岩,厚0.25 ~ 13 m。

    还有很多,懒得列了。一句话,目前的主流就是海侵,深水陆棚,最大海泛面,暖湿气候。

    2.Trotter et al. (2008, Science)、Finnegan et al. (2011)或Scotese et al. (2021) 都显示了该时期存在了显著的气候变化,并且主要是出于单极有冰盖的情况,因此属于icehouse的范围”。我本子里并没有否定晚奥陶至早志留是冰期,其中最冷的是观音桥段,这不是反对我的理由。

    3.并且,在这两套黑色页岩之间的1-2个百万年里,均属于相对浅水、氧化并发育浅水底栖生物的环境”。这是常识,观音桥段是冰期,搞沉积环境的都知道,我在本子中没有讨论,且赞同,这不是反对我的理由。

        下面是不同专定对我本子创新性的评价,4位给予了最肯定的评价。请各位看官鉴定一下?

    专家<1>具体评价意见:本项目提出冷湿气候更易固碳,地质历史上气候波动产生的寒温带纬向滑移及封闭水体环境共同控制了有机质富集带, 这一科学假说拟从现代沉积有机质的分布特点出发,结合环境科学、生态学等,深入研究沉积物中有机质的矿化作用与温度、氧化还原条件的关系,探讨水体环境的封闭性对有机质富集的控制效应,以及气候条件和水体封闭性如何共同影响这套海相页岩沉积时期有机质的富集程度。该成果有望彻底揭示有机质富集的主控因素,并为油气勘探提供新的思路。 

    专家<2>具体评价意见:申请书摘要一开始引述科学问题的时候提到“中上扬子地区晚奥陶世-早志留世发育了五峰组-龙马溪组海相富有机质页岩,有机质富集的成因受到广泛关注。多数学者认为,该套页岩沉积于暖湿气候下,伴随海平面快速上升的深水、强还原环境。但该认识和现代沉积碳埋藏规律存在冲突,因而有必要深入研究固碳的主控因素”。显然这一立论依据存在明显问题。五峰组-龙马溪组的研究已经持续了很长时间,尤其是最近十余年,伴随着华南页岩气勘探的不断开展,针对这一层段的研究已经成为新的热点领域,许多重要研究成果持续发表。Trotter et al. (2008, Science)、Finnegan et al. (2011)或Scotese et al. (2021) 都显示了该时期存在了显著的气候变化,并且主要是出于单极有冰盖的情况,因此属于icehouse的范围。并且,在这两套黑色页岩之间的1-2个百万年里,均属于相对浅水、氧化并发育浅水底栖生物的环境。因此,本申请书的立论基础存在明显的错误认识。 申请书中提出的科学假说存在明显问题,所认为的主流观点也并非现在的主流观点。因此,申请书需要重新修改完善才可以讨论其真正的科学价值。   

    专家<3>具体评价意见: 深水还原环境富有机质认识是页岩油气勘探主流观点,选题提出新的观点,寒温带滑移及封闭环境控制了有机质的富集,封闭性好与低温度起到核心因素,从新的视角去厘清富有机质页岩富集机制,丰富页岩油气勘探认识。

    专家<4>具体评价意见: 本项目的特色在于对石油地质、沉积学中提出的暖湿气候、大规模海侵及深水强还原环境有利于有机质保存等经典理论提出挑战。将环境学、生态学的知识与方法引入到沉积学、石油地质的研究中,可以为地质学的经典理论带来全新的视角,从而更准确地揭示有机质的生产和保存机制。  

    专家<5>具体评价意见:项目提出了与经典理论不同的“有机质形成、保存和富集”的假说,创新性十足,预期研究成果有望改变人们对非常规油气富集机理的认知,有较高的理论价值,也可以对非常规油气勘探提供重要参考。 

参考文献

金之钧胡宗全 波等,川东南地区五峰组-龙马溪组页岩气富集与高产控制因素地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)2016,23(1):001-010

Chen X,Rong J Y,Charles E M,et al.Late Ordovician to earliest Silurian graptolite and brachiopod biozonation from the Yangtze region,South China,with a global correlation [J].Geological Magazine,2000,137(6):623-650.

郭彤楼,张汉荣.四川盆地焦石坝页岩气田形成与富集高产模式[J].石油勘探与开发, 2014, 41(1):28-36.

牟传龙周恳恳梁薇中上扬子地区早古生代烃源岩沉积环境与油气勘探[J]. 地质学报, 2011, 85(4): 526-532.

胡宗全,杜伟,朱彤.四川盆地及其周缘五峰组龙马溪组细粒沉积的层序地层与岩相特征石油与天然气地质,2022, 43(5): 1024-1038.

郭旭升.上扬子地区五峰组-龙马溪组页岩层序地层及演化模式[J].地球科学:中国地质大学学报, 2017, 42(7):1069-1082.

刘树根,马文辛, LUBA Jansa. 四川盆地东部地区下志留统龙马溪组页岩储层特征[J].岩石学报, 2011, 27(8):2239-2252.

郭正吾,邓康林,韩永辉,.四川盆地形成与演化北京地质出版社, 1996138 – 150.

邹才能,董大忠,王玉满,.中国页岩气特征、挑战及前景(一)[J]. 石油勘探与开发, 2015, 42(6):689-701.

马永生,蔡勋育,赵培荣.中国页岩气勘探开发理论认识与实践[J].石油勘探与开发, 2018, 45(4):561-574.

赵文智,李建忠,杨涛,.中国南方海相页岩气成藏差异性比较与意义[J].石油勘探与开发, 2016, 43(4):499-510.



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