鄂尔多斯盆地构造与多种矿产的耦合成矿特征

多种能源矿产共存富集的盆地动力学问题正在成为地质学家期待解决的前缘科学问题。鄂尔多斯盆地是在古生代华北克拉通盆地基础上发育形成的中新生代多旋回沉积盆地,盆地构造与多种能源矿产时空配置关系的研究表明,油-气-煤-铀等多种沉积能源矿产虽然赋存于盆地的不同构造单元和古生界至中生界的不同地质层位,但它们在空间分布和成矿时间上却表现出相互关联,共存富集的统一性,促使它们统一成矿、共存定位的峰值时代主要发生在盆地重大变革的燕山中晚期(140~120Ma±)和后期改造过程的早喜山期(60Ma±),明显受控于盆地中新生代的构造演化关键时期的构造转换及其耦合成矿作用。因此,探索研究鄂尔多斯盆地不同演化阶段的古构造面貌、关键变革时期的构造应力场环境及其叠加转换关系,有助于客观认识多种能源矿产共存富集可能受控的统一构造动力学环境及其耦合成矿效应。     

多种能源矿产同盆共存富集成矿(藏)体系与协同勘探-以鄂尔多斯盆地为例

以鄂尔多斯盆地为例,在盆地构造演化、各种能源矿产的时空分布以及相互联系等方面分析的基础上,探讨了盆地演化进程中多种能源矿产同盆共存富集的成藏（矿）体系及其分布规律,试图建立多种能源矿产协同勘探模式。研究表明,鄂尔多斯盆地砂岩型铀矿的形成与油、气、煤具有成生关系,典型矿床为东胜铀矿床。可以把同盆共存富集的各种等能源矿产概括为无机矿产（铀矿）和有机矿产（油、天然气、煤及煤层气）两类,在整个盆地演化过程中,共存系统中有机和无机矿产的形成过程相互关联,就位空间按照一定的规律分布,通常有机矿产分布于盆地内部,无机矿产则分布于盆地边缘或盆－山转换部位,但它们同属一个盆地的自然成矿（藏）系统。对于鄂尔多斯盆地,晚侏罗世-早白垩世的构造作用和后期改造,对多种能源矿产的共存成矿（藏）体系的形成及定位产生了重要影响。主要成藏（矿）演化过程可划分为成矿（藏）准备、主要成矿（藏）和后期保存等三个演化阶段。根据盆地油、气、煤、铀多种能源矿产的配置组合特征,将鄂尔多斯盆地划分为七个协同勘探区,可以分别采用不同的协同综合勘探方式。     

煤、油、气共存富集的地球化学判识模式

油、气、煤都是由生物先质经有机质的成岩和变质作用转变而成的,生物先质的转化方向取决于沉积有机相.沉积有机相由于集沉积学、有机岩石学和有机地球化学于一体,所以是综合评价盆地煤、油、气等能源矿产成矿潜力的最有效方法.本文通过对油、气、煤生成的地球化学条件综合分析,提出以显微组分分析为基础的四端元划分法则划分沉积有机相和综合判识油、气、煤成矿潜力,将鄂尔多斯盆地中生界和中国东南部吴家坪期沉积划分为高位木本有机相(A)、低位木本有机相(B)、低位木本-残殖壳屑有机相(C)、覆水木本-藻质有机相(D)、深覆水草本-藻质有机相(E)和开阔水体藻质有机相(F),典型的油源岩和典型的腐殖煤是两种极端的有机相,也是鄂尔多斯和其它煤、油、气共存盆地的共同特征和主要的有机相类型,但鄂尔多斯盆地中生界和萍乐盆地龙潭组存在一系列的由煤到油转化的过渡类型的有机相,对油、气、煤成因理论及多种能源共同勘探有着重要的意义.利用多元统计分析将沉积有机相进行了数值化,将各种不同类型的沉积有机相按其对成油、成气和成煤的贡献大小进行赋值,提出了沉积有机相类型指数的数学模型,为可燃有机矿产共存富集的地球化学定量判识提供了基础.     

鄂尔多斯盆地多种能源矿产分布特征与协同勘探

鄂尔多斯盆地富含油、气、煤、铀等多种能源矿产。多种能源矿产在空间上具有一定的分布规律和组合形式,在时序上具有较为一致的矿产富集和后期保存、改造时期,在成因上具有一定的成生关系。结合多能源矿产的成矿背景、成藏(矿)机理、赋存规律、勘探理论与实践等,基于经济效益最大化和勘探方法最优化原则,建立了鄂尔多斯盆地多种能源矿产的协同勘探模式,将盆地划分为7个协同勘探区,每一个勘探区以某一种或两种矿产为主探,兼探其他矿产。在协同勘探模式的基础上,针对不同协同勘探区,制定了相应的协同勘探方法,为多种能源矿产协同勘探的实施奠定了理论基础。     

黄县盆地古近系煤与油页岩共生组合类型及发育特征

黄县盆地是我国东部重要的煤与油页岩资源赋存区。采用沉积学、层序地层学及构造地质学等多种学科研究方法,对黄县盆地煤与油页岩组合类型进行研究,并在层序地层格架下分析不同组合类型的沉积环境演化,这对于该区煤与油页岩资源勘查具有重要意义。研究结果表明:(1)该区煤与油页岩组合类型有四种型式:油页岩/其它沉积/煤层共生组合(煤4-泥岩-油4组合)、煤层/油页岩共生组合(煤3和油3,煤1和油2)、油页岩/煤层/油页岩共生组合(油2-煤1-油1)和油页岩/煤层共生组合(油上1和煤上1)。(2)在黄县断陷盆地古近系地层沉积充填序列中识别出两类三个性质不同的层序界面(SB1、SB2、SB3),其中李家崖组可划分出2个三级层序,各层序具有四元结构特点,即由低水位体系域、湖扩张体系域和早期高水位体系域、晚期高水位体系域组成。(3)黄县盆地古近系煤与油页岩共生组合主要在层序的低位体系域与湖侵体系域中发育,特别是在湖侵体系域中煤与油页岩组合类型丰富,主要与湖侵体系域复杂的沉积环境演化有关。     

鄂尔多斯盆地演化与多种能源矿产分布

鄂尔多斯盆地是中国有机—无机多种能源矿产共存的盆地之一。有机矿产包括煤、油气、煤层气等,分布于盆地内部,无机矿产以铀矿为主,处于盆—山转换部位。盆地边缘的造山活动控制了内部基底变形,基底变形又制约了盖层构造格局的演化,而后者决定了盆内有机矿产的源、运、储过程,如烃源岩展布、煤级分布等。造山活动和盆地演化共同制约着砂岩型铀矿的产出,油气在水平挤压和上覆地层压实作用下自内而外、自下而上输运,而于周缘造山带形成的含铀中低温无机成矿热液,在重力作用下,沿渗透率较大的透水层自上而下向盆地内部输运,还原性油气与氧化性含铀热液在盆—山过渡处相遇,导致无机流体的关键性物理化学参数的转变,使铀元素沉淀富集。鄂尔多斯盆地多种能源矿产共存系统存在的必要条件是成矿(藏)作用的发生具备各自成矿要素,且无机成矿和有机成藏两种性质完全不同的地质过程之间存在耦合作用。     

鄂尔多斯盆地铀富集分布的影响因素分析

前人研究成果分析表明,鄂尔多斯盆地石油主要富集于三叠系延长组和侏罗系地层,天然气主要为下古生界气藏,煤主要赋存于石炭系至侏罗系诸多地层。收集到的地质、测井资料和岩芯分析资料表明铀赋存于盆地奥陶系、石炭二叠系、三叠系、侏罗系及白垩系地层,铀在盆地深部和浅部地层赋存特征不同,深部地层的高自然伽马异常与铀丰度相关性显著。断裂构造存在证据和分布特征研究表明,鄂尔多斯盆地断裂构造发育,且对铀元素分布具有重要作用。本研究表明,盆地历经的构造运动和沉积环境变迁决定了多种矿产的赋存特征,盆地中油、气、煤对铀富集分布具有积极的促进作用。盆地内有机质丰度与铀异常关系密切。     

内蒙古二连盆地铀与油、煤的时空分布及铀的成矿作用

二连盆地是我国铀、石油和煤3种能源矿产共存的大型盆地之一,研究它们之间的时空和成因关系,对于盆地的综合找矿有着重要现实意义。研究结果表明,铀矿产于侏罗纪、白垩纪和古近纪的粗碎屑岩中,油气田主要产于侏罗纪、白垩纪的细碎屑岩中。产煤的小凹陷就是有利的产铀凹陷,产煤层位就是找铀的目的层位。石油、煤产生的还原性流体对砂岩型铀矿的成矿作用为:(1)还原性流体沿着断裂向上迁移扩散,对上部岩石产生了强烈的还原作用,大大增强了岩石的还原能力,铀在还原性的岩石中富集;(2)来自地表的含铀含氧水与来自下部上升的还原性流体相遇混合,使溶液中的U6+还原为U4+而沉淀;(3)深部还原性流体可携带一部分成矿物质进入容矿砂体而卸载,从而造成铀的初步富集或叠加富集。由于它们有空间上和成因上的联系,建议对于产有铀、石油和煤3种能源矿产的沉积盆地,需采用综合找矿的工作思路,充分挖掘石油、煤炭和铀矿3个部门已有的钻探资料和成果,进行二次开发,有利于快速开展盆地铀矿勘查和矿产资源评价。     

能源盆地沉积学及其前沿科学问题

赋存油、气、煤和（或）铀能源矿产的沉积盆地,称为能源盆地。沉积作用及建造是影响油气煤铀同盆共存、成藏及分布的重要因素和物质基础。能源等沉积矿产及其形成,是沉积学的重要组成部分。通过讨论能源盆地沉积建造与油气煤铀赋存成藏及分布的内在联系,提出成煤建造在盆地演化和空间分布上,总体处于成油气建造和成铀建造的过渡、衔接部位和承前启后的演化阶段。并探讨了厚煤层的初始成煤物质来源与成因,蚀源区物源对盆地沉积建造、油气储层和铀成矿的重要影响。分析认为当前存在重先进技术观测测试,轻露头区精细剖析的倾向;对后期改造的影响程度和原盆古沉积面貌恢复的水平尚需重视和提高。能源盆地沉积学内涵的自然外延领域广阔,与之相关的前沿科学问题颇多。应将沉积学置于盆地形成演化和改造的时空过程中,兼顾地球环境和生物演变进程,进行整体、动态、综合研究。重点讨论了其中部分相关前沿科学问题,如:沉积盆地动力学、地球环境及生命演变对沉积和成矿作用的影响、有机与无机相互作用对能源矿产形成的影响、事件沉积学及深部作用与成矿作用的关联、能源矿产空间分区性及偏富极形成的沉积学环境、沉积建造和沉积矿产年代学等。     

鄂尔多斯盆地东北部侏罗纪煤系烃源岩的分布特征

鄂尔多斯盆地东北部是煤炭、石油、天然气、砂岩型铀矿等有机矿产共存的代表性地区之一,煤系烃源岩作为原始物质,在多种能源矿产成藏(矿)过程中起着重要作用。从煤系层序地层格架及沉积体系分析入手,分析了鄂尔多斯盆地东北部侏罗纪煤系烃源岩的种类、岩性、聚积环境、发育程度、时空分布等。结果表明,煤系烃源岩随时间在纵向上的变化与盆地的演化阶段相一致,盆地相对稳定期,烃源岩发育程度最好,初始和退覆充填期次之;空间上总体分布为由北向南,自西向东,层数增多,厚度增大。该区广泛发育的煤系烃源岩为多种能源矿产形成奠定了物质基础,其时空分布对多种能源共存成藏格局具有初始控制作用。     

鄂尔多斯盆地能源矿产氯仿沥青Sm-Nd同位素研究

对鄂尔多斯盆地石油、煤、含铀砂岩及其围岩的氯仿沥青进行了Sm-Nd同位素研究。结果表明,盆地流体(包括深部流体)活动具有多期性,且后期的流体活动对铀矿床的形成具有重要作用;赋存于同一套地层中的含铀砂岩沥青、煤沥青及石油沥青,虽然均具有富集地幔特征,但并非同期活动的产物;东胜矿区侏罗系直罗组煤沥青和盆地西南部陈家山矿区侏罗系延安组的煤沥青,源区时代上存在较大差异,伴生沥青并非全部由煤的热演化形成,可能还存在外来流体的加入,且东胜直罗组煤的伴生沥青较延安组煤的伴生沥青来源深度更大;盆地内马岭油田的直罗组石油沥青、陈家山延安组煤层石油沥青及其煤沥青在源区特征上具有内在联系。     

海陆过渡相地层有机质纳米孔成因及地质意义 ——以鄂尔多斯盆地东部山西组为例

海陆过渡相煤系地层已经发现丰富的非常规天然气资源。本文以鄂尔多斯盆地东部山西组煤系地层为例，通过开展微观特征分析及物理模拟实验，查明山西组主要孔隙类型为有机质孔隙、残余原生孔隙、不稳定矿物溶蚀孔、黏土矿物层间孔，认为黏土矿物层间孔和有机质纳米孔隙是页岩储集空间与常规砂岩储层的显著区别；山西组煤系地层广泛发育的有机质纳米孔，经过模拟实验认为形成于早期液态烃裂解气，随着原油沥青化，气泡被固化在沥青条带中形成纳米孔隙；集中发生在晚侏罗世至早白垩世末的异常热事件控制了裂解气生成的强度和范围，在此过程中沥青化产生的有机质纳米孔大幅度提高煤系地层非常规气储集空间和资源丰度。这一认识对于深入了解山西组煤系地层孔隙结构特征及非常规油气地质评价选区具有重要意义。     

鄂尔多斯盆地生烃过程与流体流动及铀矿化关系

鄂尔多斯盆地是我国有机能源矿产重要产区,作为铀成矿省的重要性备受关注。鄂尔多斯盆地铀矿化与烃类的关联性不断被认知,但从盆地流体动力学角度开展的研究鲜见。先前的研究表明,铀矿化在侏罗系上部地层的优先定位机制与还原渗出流和氧化渗入流两种流体系统的混合界面密切相关,混合界面的位置受控于流体超压力与地势差的相互作用。流体超压力...     

Coexistence and inherence of diverse energy resources in the Ordos Basin, China

1 Introduction In recent years rapid economic developmentbadly needs energy resources. Exploration andexploitation of more kinds of energy resources shouldbe intensified to meet this need. According to presentliterature, oil/gas fields, coal fields as we…     

内蒙古二连盆地呼仁布其凹陷白垩系铀矿化特征与找矿远景

二连盆地是我国煤炭、油气、铀矿等资源的重要勘查基地,其中砂岩型铀矿的找矿方向和找矿突破一直是盆地铀资源勘查的重点。呼仁布其凹陷为二连盆地北部巴音宝力格隆起上的一个次级凹陷,为一相对独立的地质构造单元,在古生代基底之上沉积了厚层的中新生代地层,其中下白垩统赛汉组沉积了一套扇三角洲-湖泊相的含煤碎屑岩建造,地层埋深浅、厚度稳定,发育泥-砂-泥结构,砂体较发育,岩石具有黑色和灰色原生地球化学特征,具备铀矿成矿基本条件。本文以煤田钻孔资料"二次开发"作为铀矿勘查新思路,对凹陷中部地区收集的煤田钻孔测井成果开展了综合研究,在下白垩统赛汉组中圈定出规模较大且连续的放射性异常,显示出较好的找矿前景。通过对呼仁布其凹陷大地构造条件、铀源、地层-岩相、岩性、古气候与地貌、古水文地质特征等的系统分析,择优重点选择煤田铀异常孔进行钻孔验证,发现了具有工业意义的铀矿孔,在赛汉组中发现了两个稳定的铀矿化层,第一层铀矿化受到潜水氧化带的控制,位于潜水氧化带界面底部的泥岩中,为垂向氧化型成矿类型;第二层铀矿化受到层间氧化作用的控制,为典型的侧向氧化层间氧化型成矿类型。指出煤田钻孔伽马异常高值区可作为下一步铀矿勘查工作的方向。     

鄂尔多斯盆地油页岩的主要地质特征及资源潜力

前人及笔者最近研究结果表明:鄂尔多斯盆地除赋存有大量的石油、天然气、煤、煤层气、地下水及铀矿而外,还赋存着巨量的油页岩资源.油页岩分别赋存于早二叠世山西组、中-晚三叠世延长组、晚三叠世瓦窑堡组及中侏罗世早期延安组、中侏罗世晚期安定组地层中;在空间上,油页岩多呈层状展布于盆地内部而隐伏于地下.中、晚三叠世延长组和中侏罗世早期延安组是主要含油页岩层位.早二叠世油页岩形成于海陆交互的滨海环境,中-晚三叠世延长组中的油页岩形成于陆相深湖或半深湖环境,晚三叠世瓦窑堡组油页岩、中侏罗世早期延安组油页岩形成于陆相湖泊三角洲湖沼环境,与煤层共生,而中侏罗世晚期安定组油页岩仅局限于陆相半深湖环境.通过对陕西铜川北部和宁夏固原炭山典型油页岩矿的剖析,查明鄂尔多斯油页岩矿层厚度一般为4～36 m,含油率一般为1.5%～13.7%(下限略低于3.5%这一油页岩矿的最低工业品位,本次低于部分暂不参加资源量的计算);发热量一般为1.66～20.98 MJ/kg,视比重1.55～2.46.埋藏2000 m以上的页岩油资源量(334)达2000×108 t以上,其中探明储量(121)1×108t,显示了巨大的资源前景.盆地东南部及西部的油页岩埋藏浅,部分地段探明程度高,交通条件好,如果及时开发利用,不仅可以获得初步经济效益,同时也可为鄂尔多斯油页岩的开发利用获取开拓性的宝贵经验.     

鄂尔多斯盆地东南缘含煤区砂岩型铀矿成矿条件

为了探讨鄂尔多斯盆地东南缘含煤区砂岩型铀矿成矿地质条件,通过分析该地区地质特征、构造、水文、地层-岩相及铀源等特征,采用资料收集、镜下鉴定、煤田资料筛查、地质编图等方法进行探讨。综合分析认为:鄂尔多斯盆地东南缘中侏罗统直罗组下段放射性异常发育,为主要找矿目的层;控矿构造有利,泥-砂-泥地层结构完整,水动力条件完善,铀源丰富。结合已有钻探验证发现工业矿体,说明该地区砂岩型铀矿成矿地质条件优越,铀成矿潜力较大。      

鄂尔多斯盆地砂岩型铀成矿中两种流体系统相互作用——地球化学证据和流体动力学模拟

鄂尔多斯盆地内的铀矿床多产在盆地的边部,并主要以侏罗系直罗组砂岩为主岩,铀矿体与从红色到绿-绿灰色、从氧化向还原过渡带中的热液蚀变密切相关。与铀矿化有关的后生矿物内流体包裹体研究曾得出60～180℃指示埋藏或热液环境的均一温度。铀矿化共生方解石和高岭石的C、H、O同位素组成研究表明,热液方解石的δ13CV-PDB为-14.0‰～2.7‰、铀成矿流体的δDV-SMOW和δ18OV-SMOW分别是-130‰～-94‰和-9.1‰～4.8‰,C和H同位素组成指示出大量C和H来自烃类的氧化。盆地内流体流动的数值模拟表明,在侏罗纪-白垩纪盆地边缘相对抬升和盆地内地层轻微变倾过程中,发育出2种流体流动系统,即渗出流和渗入流。渗出流系统受盆地上覆沉积压实作用产生的超压驱动,起源于盆地下部,从盆地中心下部流向盆地边缘浅部;渗入流系统受重力驱动,从盆地边缘向下流向盆地中心。笔者认为铀矿化的定位与这2种流体系统的混合过程密切相关,从侏罗系—白垩系渗滤出来的U6+被渗入的雨水流体搬运,当与渗出的富烃盆地流体相遇时,烃类将U6+还原为U4+,并在2种流体系统的过渡带铀矿物沉淀。2种流体系统间过渡带的位置受地形起伏大小控制。在白垩纪末...