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陆相页岩有机质的富集 - 浅水、陆源、湖湾

已有 1346 次阅读 2023-9-8 08:29 |系统分类:科研笔记

 陆相湖盆真的是面积越大、水体越深就越好吗?主流观点在对陆相生油层评价时,认为水体越深越好,因为水体越深会具有更强的还原环境,则深湖-半深湖为I类好生油层;浅湖-半深湖为II类较好生油层。

本文进行了大量陆相湖盆的研究之后,提出:浅、陆、封才是有机质富集的充分+必要条件,浅:浅水环境;陆:离陆越近越好;封:封闭或半封闭的湖湾环境。详见:毛小平,陈修蓉,陈永进,李岁岁,李振,朱启轩.以初级生产力与固碳规律为线索探讨陆相页岩中有机质的富集规律[J/OL].地球科学https://link.cnki.net/urlid/42.1874.P.20230906.1412.004

 主要看法如下:

 (1) 浅:即浅水环境,陆相富有机质页岩普遍含有一种指相性化石,叶肢介,生活在极浅的水体,最佳为20cm,越小、越封闭的臭水塘中,会钓到龙虾,越大、越深的湖是钓不到的。下面有大量例子,说明我国绝大多数湖盆页岩含叶肢化,图1

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图1 在松南地区梨树断陷沙河子组叶肢介化石照片

     目前能查到的,陆相页岩气田几乎都能发现叶肢介化石:梨树断陷(王力五,1988; 倪冬梅,2021) ;银额盆地北部苏红图坳陷;鄂尔多斯南延长组长7油页岩;四川侏罗大安寨段为厚层页岩(黄东等,2018),广泛发育淡水双壳类生物(介壳、叶肢介及介形虫);松辽青一段为I型,发育大量介形虫、叶肢介及植物碎屑化石(林铁锋,2021,丁聪,2021) ;十屋断陷(裘松余,1993) ;松辽盆地嫩江组油页岩,页理发育,富含介形虫和叶肢介化石(刘万洙,1997);重庆酉阳、巴南三叠系上统须家河组内植物、叶肢介和煤层(柳青青,2018 ;吐鲁番塔尔朗组烃源岩中含有叶肢介、双壳类及腹足类化石(苗建宇,2004);准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组,湖相,含有鱼、叶肢介、双壳类等(高岗,2017);库车坳陷中侏罗统克孜勒努尔组(肖飞,2014);松辽盆地西缘、大兴安岭中南部地区林西组为陆相沉积建造,含双壳类、叶肢介、植物(张健,2013) 

陆相碳酸盐岩烃源岩也类似,含有叶肢介化石,酒西盆地下白垩统下沟组, 赤金堡组湖相含有叶肢介(彭楠等,2011);吐鲁番塔尔朗组泥质碳酸盐类烃源层中鱼化石、双壳类(苗建宇,2004);洪泽凹陷赵集次凹阜宁组四段含叶肢介,陆相介石类(王伟锋,2015)

与浅环境的煤、蒸发盐岩、火山灰共生,如图2,说明页岩油气的发育也并非深水环境。 煤中靠近油页岩富氢,油页岩层靠近煤层富高等植物。

图6 页岩层与煤、蒸发岩共生现象.jpg

图2 陆相盆地油页岩与煤、蒸发盐岩共生

2. 陆,即离陆越近,越好。高总有机碳含量的中心并不在湖盆中心,而在盆地边缘,离陆越近越高,和煤一模一样。

3是吐哈盆地南缘沙尔湖煤田东部侏罗系煤层剖面特征(据黄铁栋等,2011),为我国最厚的煤层,单层厚度超过200米,由陆向湖泊中心呈马尾状,称马尾模式,图4为岐口凹陷古近系渐新统烃源岩对比剖面(据姜文亚等,2015),优质烃源岩近陆远水,和煤异曲同工。

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图3 新疆萨尔湖煤田含煤剖面,厚煤层离陆越近越好

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图4 岐口凹陷烃源岩分布特征,优质烃源岩具有近陆远水特征

     3. 封,即封闭性好的湖湾环境。以太湖为例,只有北部湖湾地区,初级生产力才高,如图5所示,其中红字为湖泊表层沉积物总有机碳含量,可以看出北部的湖湾内的有机碳含量远高于开阔湖泊。本文还统计了我国20多个湖泊的固碳速率,湖泊越小,固碳速率越高。很多盆地边缘现在看起来象一个大斜坡,如果将它按各时代拉平,恢复其古地理,其实在含有机质的层位应为湖湾等较封闭的环境,图6

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图5 太湖初级生产力(白色等值线)及表层沉积物总有机碳含量(红字)

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图6松南地区龙凤山气田剖面拉平前后对比,可看出当时为较封闭的环境

对齐家古龙凹陷也进行了研究,虽然其有机质类型是I型,且被一致认为是深湖相,但它仍有叶肢介发育,且主力烃源层青一段有机碳含量高值区与盆地沉积中心不一致,且越靠近陆地TOC含量越高(陆军,2017)。

据此得出以下结论:

(1)最大湖泛期的凝缩段(密集段)为贫有机质段,水体越深越不富有机质。

(2)陆相页岩层有机质最富集的层段发育于湖湾、沼泽等封闭-半封闭水体;每一套页岩油气层的发育意味着盆地此时处于浅水环境,和煤一样,是一个水体深度或环境指示标志。盆地真正的深水区多数情况下是被不含或贫有机质的细砂、泥质等陆源碎屑所充填,故不能完全以粒度大小区分沉积环境。

(3)页岩气富集的必要条件是位于较浅的水体,而充分条件是水体为封闭或半封闭的环境。

(4)梨树断陷、龙凤山断陷、齐家古龙凹陷均属于浅水湖湾发育。

另外,主流观点仍然认为越深越还原,海水或湖泊的深层水溶解氧可能较少,距离大气层远,一般认为浪基面一下,越深含氧量越少。但实际上并非如此,有的湖泊因湖面与湖底温差和水动力条件弱,湖底的确溶解氧少(仅对夏天),但多数湖泊湖底是富氧的,且春天、冬天较冷的季节,则从湖面到湖底均为富氧状态,这是因为表面水温低,密度大,而湖底温度相对高,有强烈的垂向对流。如图7所示。

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图7 典型湖泊夏秋季的溶解氧与深度的关系,向下递增,表面的富氧源于风浪、生物活动

      海洋则比较稳定,在低纬度,600-1200米的缺氧段始终存在;在高纬度地区,同样是因低温,冷水下沉,导致垂向对流强烈,海水有充足的时间饱含氧气。

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图8 大洋溶解氧分布,2000米以下为富氧段,600米以上的上层海洋受洋流影响富氧

      从这个角度上讲,大洋缺氧事件,可能是一个乌龙事件。不管大气含量多少,显生宙以来,应有充足的大气使海洋水饱和氧。在洋流波及不到的600-1200 m深度一直就是缺氧段,什么年代都是这样,都缺氧(高纬度除外);之下至海底则富氧段。即在理论上,海洋中溶解氧的浓度随深度增加而增加,因除了自然对流外,溶解氧浓度与温度成反比,随压力成正比,海底为低温高压环境。按现代海洋平均溶解氧含量0.5mg/L计算,溶解氧只占大气氧含量的0.0631%,或者大气中的氧含量是能溶解的氧的1600倍;元古代大气氧含量虽然仅为现代氧含量的1%(Lyons,2014),大气中的氧是能完解溶解的氧的16倍,能使海洋氧达到饱和状态,在气温和气压和现代相当的情况下,古大洋较难出现海洋整体缺氧的状态。


 毛小平

手机+微信:13911360200

中国地质大学(北京)能源学院

2023年9月8日于北京海淀区成府路20号





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