古湖泊学研究——以桦甸断陷盆地为例

古湖泊学是研究湖泊系统历史演变的科学,是一门综合性很强的地球科学。本文综述了古湖泊学的定义、研究现状及常用的研究方法,并以吉林桦甸古近纪断陷含油页岩湖盆为例进行了应用。桦甸盆地为小型半地堑盆地,盆地南缘F1断裂控制了古近系湖泊演化特征。桦甸盆地富含油页岩资源,具有开展古湖泊学研究的优势条件。桦甸油页岩具明显的黑白相间的双层结构特征,有机质条带和陆源碎屑颗粒呈现良好的韵律互层,有机质呈现褐色或黑色条带,夹杂石英、长石颗粒的粘土矿物呈白色条带。根据泥岩和油页岩的有机碳含量垂向变化特征,桦甸组古湖泊生产力演化趋势为:中部含油页岩段＞上部含煤段＞下部含黄铁矿段,反映油页岩沉积时,湖盆古湖泊生产力最高。根据油页岩岩石学特征、V/(V＋Ni)、Sr/Ba和B/Ga等元素比值分析,中部含油页岩段时期,表现出一种淡水与半咸水—咸水交替变化的沉积演变过程,可以形成一定程度的盐度分层,使底层水处于缺氧环境,有利于有机质的保存。随着古湖泊学的不断发展,它已经在油气资源勘探开发及全球环境与气候变化等领域发挥了重要作用,但仍存在一些理论及方法问题需要湖泊地质工作者的不断努力与探索。     

桦甸盆地始新统油页岩稀土元素地球化学特征及其地质意义

稀土元素因其稳定的地球化学性质已经成为研究油页岩等细粒湖泊沉积物的物源、古环境、古气候等变化的良好指示剂,具有重要的研究意义。笔者测试并重点分析了桦甸盆地始新统桦甸组油页岩REE地球化学特征。分析结果表明：桦甸含油页岩段稀土元素含量要低于上下段泥岩和炭质页岩样品,油页岩稀土元素总量（∑REE）为（91.51～355.98）×10^-6,平均值为162.56×10^-6,高于全球平均大陆上地壳成分（UCC）,略低于北美页岩;∑LREE/∑HREE及(La/Yb)_N等化学参数表明轻、重稀土元素分异明显,REE分布模式为明显的轻稀土元素富集、重稀土元素亏损呈平坦状、具中等程度的负Eu异常和弱负Ce异常。以Ce异常值反映水介质的氧化还原性,桦甸油页岩形成于缺氧的还原环境;以REE的分异程度来表征油页岩的沉积速率,桦甸组自下而上(La/Yb)_N值呈逐渐由增大→降低→增大的变化趋势,含油页岩段的沉积速率普遍比下段和上段低,与根据恢复压实后的桦甸组地层厚度和孢粉年龄估算得出的沉积速率结果相吻合,说明较低的沉积速率更有利于有机质的聚集和保存;以∑REE的纵向变化作为古气候波动的代用指标,高∑REE值指示暖湿的气候环境,低∑REE值指示冷干的气候环境。桦甸油页岩形成于干旱与温湿交替的气候环境,气候通过影响湖泊水体蒸发量与补给量的平衡而控制着湖平面的变化,从而控制了油页岩的层数和厚度。     

油页岩低温干馏不同阶段的产物特征

对东北地区典型盆地油页岩样品进行分阶段低温干馏加温实验,分析油页岩的最佳产油区间和最佳加温方式。低温干馏产物(页岩油、半焦、水分、气体损失物)的变化规律表明低品质油页岩在整个低温干馏过程中出油率缓慢递增,因此可以采用传统的低温干馏加温方式。中等、优等品质油页岩在Ⅰ-Ⅱ阶段出油率变化不明显,Ⅲ-Ⅳ阶段出油率增加最快,绝大多数油页岩在Ⅵ阶段出油率几乎不再发生变化,因此中等、优等品质油页岩的低温干馏可以采用Ⅴ阶段加温方式,该加温方式的提出既可获得较高含量的页岩油,又可提高半焦的附加利用值。     

松辽盆地NGN1井上白垩统青山口组一段有机质演化

以NGN1井全取芯井为标杆,通过岩芯观察、地球化学分析和显微组分镜下鉴定,揭示青山口组一段的有机质演化规律。NGN1钻井位于松辽盆地东南缘,青一段由底至顶分别为灰绿色泥质粉砂岩-深灰色泥岩、油页岩-灰色泥岩-灰绿色粉砂质泥岩沉积,揭示了由滨浅湖-半深湖-滨浅湖的沉积环境演化。TOC、S2、含油率以及HI呈现增大-高值-减小的趋势,而半焦含量和块状密度则呈相反的变化趋势。青一段泥岩中主要的有机质显微组分为层状藻、孢子体和骨屑等,有机质含量与单位面积显微组分、藻类相对含量均呈明显的正相关,并结合有机质判别图解,说明有机质类型主要为I型和II1型,来源以湖泊藻类为主。泥岩中的陆源有机质含量较少,说明湖泊生物控制着有机质的来源,浅湖由于水体较浅、水底含氧,保存条件较差,导致泥岩中的有机质丰度较低,半深湖-深湖水体较深,保存条件良好,促进有机质的富集,因此垂向上沉积环境演化是导致有机质变化的主要因素。     

鄂尔多斯盆地南缘铜川地区三叠系延长组长9段浊积岩特征及对有机质富集的影响

通过岩芯观察、岩石薄片粒度分析,在鄂尔多斯盆地南缘铜川地区三叠系延长组9段识别出了浊积岩,并揭示了其垂向上典型鲍马序列组合及沉积特征。同时,对鄂尔多斯盆地延长组长9段的油页岩、富有机质泥岩等样本进行TOC、热解测试,分析了该段浊积岩特征及对有机质富集的特征及影响。结果表明:半深湖--深湖区油页岩、泥岩干酪根类型以Ⅱ1型为主,浊积岩上下层位的泥岩、泥页岩、粉砂质泥岩等干酪根类型主要为Ⅲ型和Ⅱ2型。长9段浊积岩对含油页岩段的有机质富集具有一定影响,浊积岩AB及ABC序列对底部沉积的泥岩、泥页岩有机质含量影响最大,其有机碳含量相对较低;浊积岩DE序列对底部沉积的泥岩、泥页岩有机质含量影响相对较小,有机质含量相对较高。     

敦密断裂带能源矿产成矿规律研究

敦密断裂带中抚顺盆地、梅河盆地和桦甸盆地等富含煤、油页岩等能源矿产,这些能源矿产在3个盆地中展布存在一定规律,在抚顺盆地中含煤沉积主要位于盆地底部,油页岩位于盆地中部,梅河盆地上下分布两层含煤沉积,中部发育油页岩沉积,而桦甸盆地油页岩位于盆地中部,而含煤层系位于盆地上部。以油页岩层系为3个盆地的等时层位,根据岩石组合特征和能源矿产分布位置,表明敦密断裂带西南段(抚顺盆地)为持续稳定深水沉积,向东北方向,水体逐渐变浅,且在构造反转时期,东北段湖泊最先消失。     

桦甸油页岩半焦基础理化特性

油页岩半焦是油页岩干馏的主要副产物,半焦的合理利用是油页岩综合利用的基础。利用自建的实验台制备了吉林省桦甸3个矿区油页岩半焦样品,采用X射线衍射仪分析半焦样品的矿物组分,采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)测定了半焦样品中部分痕量元素的含量并分析其富集特性,采用热重分析仪详细研究了各半焦样品的燃烧特性,测定了油页岩半焦的灰分特性、比热、密度、导热系数、可磨性等物性参数。研究表明:桦甸油页岩半焦属于高灰分、低热值和具有中等程度结渣倾向的劣质燃料;半焦中含有较多的石英、方解石、伊蒙混层等矿物质;半焦中痕量元素含量相对较高,并且表现出强富砷特性。利用燃烧实验数据建立的半焦燃烧动力学模型表明,半焦燃烧反应在不同的温度范围内具有不同的反应级数。     

梅河盆地油页岩特征及成因

梅河盆地为古近纪富含油页岩的小型断陷盆地。岩芯观察、薄片鉴定、有机碳、热解和工业分析等测试分析表明,梅河盆地发育高灰分中含油率型油页岩,油页岩中有机质处于未熟状态;黏土矿物以高岭石和伊利石为主,富含石英等稳定组分,U、Mo等元素较为富集,轻重稀土分异程度高。油页岩突变沉积于煤层之上,且上覆深灰色泥岩,表明其形成于半深湖-深湖环境;Sr/Ba比值和伽马蜡烷含量较低、V/(V+Ni)0.5,表明油页岩形成于缺氧的淡水中。油页岩中有机质来源较为复杂,黑色油页岩有机质丰度含量较高,以高等植物来源为主,油页岩产油率(含油率/TOC)较低;褐色油页岩TOC相对较低,有机质以湖泊生物为主,具有较高的产油率。     

页岩能源共生矿产成矿（藏）地质条件研究--以松辽盆地上白垩统青山口组为例

页岩能源矿产已成为国内外研究热点,并掀起一场“页岩革命”,其主要包括油页岩、页岩油、页岩气等非常规页岩能源资源。这套页岩能源矿产与富有机质泥岩密切相关,其在成因上存在一定的联系和共生规律,但成矿（藏）条件又存在明显的不同。松辽盆地上白垩统青山口组发育厚层的暗色泥岩,由于其面积巨大,泥岩中有机质丰度高,埋藏深度差异明显,具备形成页岩能源共生矿产成矿（藏）的地质条件。初步分析认为,松辽盆地青山口组下部暗色泥岩有机质丰度较高,有机质类型主要为I~II₁型,为油页岩成矿,页岩油、页岩气成藏提供足够的有机质来源,其中在松辽盆地东南隆起区,青山口组埋藏较浅（深度＜1 000 m）,有机质热演化程度较低（Ro＜0.7%）,为良好的油页岩成矿场所。埋藏浅的富有机质泥岩可能因微生物活动而形成生物成因页岩气,较弱的成岩压实作用和极为丰富的有机质为页岩气成藏提供足够的空间（孔隙度4%~14%）。从盆地东部的隆起带到中央凹陷区,随着埋深加大（深度＞1 000 m）,热演化程度逐渐增强（Ro:0.7%~1.2%）,基本处于成熟-过熟阶段,有机质大量排烃,为页岩油、页岩气成藏提供足够的来源。异常高压和排烃造孔形成良好的储层,使泥页岩具备页岩油、气成藏的良好条件。因此,松辽盆地可能存在呈环形的页岩能源矿产成矿（藏）规律,其中在东南隆起区和中央凹陷隆起地区为油页岩成矿和生物型页岩气有利成藏带;中央凹陷大部分地区可能为页岩油、热解型页岩气有利成藏带;中央凹陷埋藏最深部位可能发育热裂解型页岩气有利成藏带。     

海相优质烃源岩发育的主要影响因素及沉积环境

对海洋生物、现代海洋沉积和古代海相地层中有机质含量分布特征和实验室模拟实验的结果表明,水体中高生物生产率是海相环境形成富有机质沉积的关键因素;沉积和早期成岩作用期间水体的相对还原环境是有机质富集保存的有利条件;海底深部流体的活动是造成富有机质沉积的不可忽视的因素;沉积速率是影响海相沉积有机质富集的主要因素。现有研究表明,在海相盆地中最有利形成优质烃源岩的沉积环境主要有欠补偿浅水—深水盆地、台缘斜坡、半闭塞—闭塞欠补偿海湾和蒸发潟湖。     

松辽盆地扶余—长春岭地区上白垩统青山口组油页岩品质特征及意义

松辽盆地扶余—长春岭地区上白垩统青山口组发育多层油页岩,油页岩颜色主要为棕褐色和灰黑色,发育水平层理和块状层理,揭示其沉积于半深湖-深湖环境。通过系统取样、测试和分析表明:研究区油页岩为中等含油率、中发热量、高灰分及低硫油页岩。总有机碳(TOC)测试结果为4.87%~19.90%,平均为7.88%,表明油页岩有机质丰度较高;通过岩石热解参数分析,研究区油页岩有机质类型以Ⅰ型为主,Ⅱ型次之;结合最大热解峰顶温度T_(max)(℃)的变化范围为437℃~449℃,指示出研究区的油页岩有机质成熟度处在未熟-低熟阶段。对研究区油页岩的厚度及含油率展布特征进行分析表明:研究区2号和3号矿层油页岩厚度最大,连续性最好,ZK0809井和ZK3201井区油页岩累计厚度较大,而SY9井区油页岩含油率最高。     

松辽盆地东南隆起区增深3井上白垩统青山口组油页岩特征

为近一步了解松辽盆地东南隆起区上白垩统青山口组油页岩特征,对该地区新钻井增深3井青山口组全取芯井段进行了详细的岩芯观察、取样与测试等单井分析。结果表明:研究区增深3井青山口组共发育5层油页岩,主要形成于半深-深湖沉积环境,油页岩单层最厚达5 m;含油率为3.50%~7.34%,平均为4.73%;发热量分布范围为1 928.68~4 537.08 J/g,平均为2 691.42 J/g;灰分含量为82.65%~87.56%,平均为85.02%;全硫含量为0.59%~4.08%,平均为1.40%,为高灰分、低发热量、低硫、中--低品质油页岩。其中含油率与发热量、有机碳含量呈明显的正相关性,与灰分含量呈明显的负相关性,表明发热量、有机碳和灰分含量可作为油页岩含油率良好的替代指标。对油页岩段的测井曲线分析显示,油页岩层较泥岩具有高声波时差、高电阻率、低密度的特征,可作为识别油页岩的辅助标志。通过对样品岩石热解参数进行分析,表明油页岩中的有机质类型主要为Ⅰ型,其次为Ⅱ型,有机质成熟度处于未熟-低熟阶段。     

下辽河盆地东部凹陷古近系沙河街组页岩气成藏条件分析及资源量计算

在分析录井、钻井及地球化学等资料的基础上,对辽河盆地东部凹陷沙河街组页岩气成藏地质条件进行研究。东部凹陷沙河街组富有机质泥岩主要为沉积于半深湖-深湖的暗色泥岩及发育在沼泽环境中的炭质泥岩,分布面积为3 000 km~2,有机碳丰度为1%~16.97%,干酪根类型以Ⅱ_1和Ⅱ_2型为主,其有机质镜质体反射率(Ro)整体处于低成熟-高成熟阶段。通过类比美国五大页岩气产区成藏地质条件,笔者预测东部凹陷驾掌寺—二界沟、黄于热地区可评为有利页岩气远景区。利用气测全烃值、孔隙度及吸附气计算总含气量,求得有利远景区在沙三段与沙一、二段页岩气资源量分别为871×10~8m~3和742×10~8m~3。     

泥岩成岩作用研究进展与展望

泥岩成岩作用研究在页岩油气革命的推动下取得了一系列重要进展,已成为沉积学和石油地质学研究的一个前缘领域.泥岩成岩作用不仅控制着油气的生成和运移,同时对物质组成、微观结构、储层物性和力学性质都具有重要影响.本文围绕这一领域,阐述了国内外相关研究现状,展望了未来的发展趋势.当前泥岩成岩作用研究进展主要体现在4个方面:1)矿...     

松辽盆地东南隆起区上白垩统嫩江组泥页岩段地球化学特征与物源分析

嫩江组泥岩的地球化学分析结果表明:泥岩中含有一定量的铁镁质组分和较多的稳定组分。微量元素和稀土元素分析结果显示,嫩江组含油页岩段沉积时期存在多个物源。CIA和PIA值没有随着埋深的减少而增加,说明嫩江组泥岩受后期风化影响很小。CIA值为70.5~77.0,Th/U值为2.67~3.98,说明泥岩源区经历了中等强度风化作用。Zr/Sc—Th/Sc图解表明泥岩的化学成分受源岩成分控制。通过源岩和构造背景判别图以及前人资料可知,松辽盆地嫩江组母岩主要为海西期花岗岩,源岩的构造背景为大陆边缘造山带火山岛弧岩系。物源中输入较多的铁镁及含钙物质,促进油页岩的形成。     

湖相富有机质泥质白云岩生排烃模拟及其对页岩油勘探的启示

富有机质湖相白云质泥岩、泥质白云岩及其贫有机质粉砂岩、白云岩夹层是我国陆相盆地页岩油勘探的重要领域,但目前针对湖相富有机质白云质泥岩或泥质白云岩在近地质条件下的生排烃一体化模拟研究尚属空白.以典型低熟富有机质泥质白云岩为例,开展了近地质条件下的生排烃一体化模拟实验,揭示了其呈现四阶段生排烃演化模式.结果表明,R_o ≤ 0.74%时为缓慢生油伴生烃气、排油能力有限阶段,0.74% < R_o ≤ 0.84%时为快速生油伴生烃气、排油能力逐渐增高阶段,0.84% < R_o ≤ 1.28%≈1.30%时为生烃气伴生油与油初始裂解、高效排油阶段,1.30% < R_o ≤ 2.00%时为油裂解烃气兼干酪根生烃气阶段;同时,R_o < 0.68%时滞留油主要以有机质吸附态赋存,而0.68% ≤ R_o ≤ 2.00%时滞留油主要以游离态赋存于矿物基质微-纳米级孔缝系统内.综合分析提出湖相泥质白云岩烃源层系有利页岩油勘探的成熟度范围为0.84%~1.30%.      

松辽盆地北部白垩纪青山口组黑色页岩元素地球化学特征及沉积古环境恢复

对松辽盆地北部青山口组118块页岩样品进行有机碳和元素地球化学测试,运用一系列判别古气候、古盐度、古生产力和古氧化还原条件的地化指标,恢复青山口组黑色页岩的沉积环境,探讨富有机质页岩成因机制。青山口组沉积期为温暖半湿润亚热带气候,古气温>15℃,水体为陆相微咸水—半咸水环境,盐度5‰~10‰。青山口组底部发育厚度约30 m的富有机质页岩,TOC最高达到9.39%,自下而上有机碳含量逐渐变低。富有机质页岩Cu、Ni、Mo和Zn含量高,发育大量胶磷矿、藻席,表明青山口组早期湖盆生产力达到峰值,为有机质富集提供物质基础。U元素含量以及V/(V+Ni)、V/Sc比值较高,表明青山口组早期水体为强还原环境,为富有机质页岩保存提供有利条件。中-晚期随着湖盆收缩、水体变浅,还原环境遭到破坏,有机碳含量降低。TOC与古生产力及氧化还原指标呈正相关关系,表明有机质含量的变化主要受控于湖盆生产力和氧化还原环境。古海侵事件带来丰富营养物质,极大提高了湖盆生产力,保证有机质大量供应;同时海侵造成盐度分层,使底部水体的强还原环境不受破坏,促进了有机质的保存。松辽盆地青山口组在白垩纪全球缺氧事件影响下形成了面积约5×10^-3km;的黑色页岩,是页岩油勘探的重要目标。