黑龙江依兰盆地古近系煤与油页岩共生特点及层序地层格架

黑龙江依兰盆地是我国典型的煤与油页岩共生盆地,通过对盆地古近系达连河组层序地层格架下煤与油页岩共生特征进行研究,识别出四种煤与油页岩共生组合,即煤层／油页岩／煤层组合、油页岩／煤层／油页岩组合、油页岩／其它沉积腺层组合及油页岩／煤层组合。将达连河组划分为一个三级层序,其内部可以识别出4个体系域：低水位体系域（LST）沉积期,在地势低洼处发育厚度不大、分布局限的油页岩,向隆起区尖灭;湖扩张体系域（EST）沉积期,4种煤与油页岩共生组合均有发育;湖扩张体系域从早期到晚期、从滨湖到湖中心,共生组合中煤层厚度逐渐减小,油页岩厚度逐渐增大;早期高水位体系域（EHST）沉积期,主要发育厚度巨大、分布稳定的油页岩;晚期高水位体系域（LHST）不发育煤层和油页岩。可容空间增加速率与沉积物堆积速率的相关关系控制了煤、油页岩的发育和相互转换。     

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。     

桦甸盆地桦甸组油页岩段地球化学特征及地质意义

桦甸盆地位于敦密断裂带之上,是我国著名的古近纪含油页岩断陷盆地。其中桦甸组油页岩段发育厚层的泥岩沉积。长期以来对该段油页岩特征研究较多,但对其物源区特征和构造背景研究甚少。对油页岩段厚层泥岩进行系统的地球化学分析结果表明：泥岩中w(SiO₂)整体较低,K₂O/Na₂O值较高(大于1),w（MgO+Fe₂O^T₃）为3.91%~11.66%,Al₂O₃/（Na₂O+K₂O）为3.77~6.29,表明泥岩中含有一定的铁镁质组分和较多的稳定组分。微量元素PAAS标准化分配曲线显示不同样品之间元素富集、亏损趋势不一致,同时稀土元素标准化曲线呈现出稀土含量变化较大、轻稀土富集和明显Eu负异常,表明油页岩段沉积时期存在多个物源。泥岩风化蚀变指数为74~82,Th/U值多集中在4.65~6.07,表明泥岩源区经历了相对中等的风化作用。Th/Sc和Zr/Sc值表明泥岩基本受源岩成分控制。由源岩和构造背景判别图解,并结合前人研究资料得知:桦甸盆地油页岩段母岩主要来自于海西期和燕山期花岗岩以及少量的燕山期中酸性喷发岩;源岩形成于大陆边缘造山带,为大陆岛弧火山岩系。     

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。     

桦甸盆地桦甸组与美国犹他盆地绿河组油页岩生物标志化合物特征对比

在野外地质考察、岩心观察和大量测试数据分析的基础上,对我国东北地区桦甸盆地始新统桦甸组和美国犹他盆地始新统绿河组油页岩中类异戊二烯烷烃、甾类和萜类等生物标志化合物特征进行了详细的对比研究,并探讨其对两地油页岩在有机质来源及古沉积环境上的差异指示意义。结果表明:在GC谱图上,桦甸油页岩Pr/Ph为1.47～2.03,具姥鲛烷优势;而绿河油页岩Pr/Ph为0.34～0.44,具植烷优势。GC-MS分析表明:桦甸油页岩规则甾烷C27-C28-C29呈反"L"型分布,∑(C27+C28)/∑C29为0.63～2.52;绿河油页岩规则甾烷C27-C28-C29呈钝角不对称"V"型分布,∑(C27+C28)/∑C29为0.96～1.20。桦甸油页岩萜类化合物中萜烯>ββ构型霍烷>αβ构型霍烷,以C29萜烯占优势;绿河油页岩中五环三萜烷>三环萜烷>四环萜烷,并检出丰富的γ-蜡烷和β-胡萝卜烷。两地油页岩生物标志化合物特征参数的对比分析揭示:桦甸油页岩为水生生物和高等植物双重生源,但细菌及藻类等水生生物的贡献较大,主要形成于弱还原淡水沉积环境;绿河油页岩有机质来源主要为细菌和藻类等水生生物,主要形成于强还原咸水沉积环境。     

陆相盆地油页岩成矿规律:以东北地区中、新生代典型盆地为例

油页岩作为常规油气的重要替代或补充能源,在全球资源战略中的地位日益彰显。为了更好地揭示我国陆相油页岩的特征与分布规律,在总结多年油页岩勘查成果的基础上,分析了东北地区松辽和桦甸典型含油页岩盆地矿床特征及成矿特点,揭示了陆相坳陷与断陷盆地油页岩成矿规律。油页岩主要发育于三级层序的高水位体系域和水进体系域;古气候和沉积环境对大型坳陷盆地油页岩的形成有重要的控制作用,温暖湿润的气候条件使湖泊自身生产力大大提高,为油页岩形成提供丰富的物质基础;油页岩的平面分布受控于沉积环境的变化,主要分布于深湖—半深湖相,盐度较高使水体处于盐度分层,有利于有机质保存。构造条件对小型断陷盆地油页岩成矿起着至关重要的控制作用,通过控制可容纳空间而影响了油页岩的厚度分布及品质特征,油页岩主要富集相带为靠近控盆同生断裂一侧的半深湖—深湖环境,且靠近控盆同生断裂一侧油页岩厚度明显加厚和含油率增大;同时,干湿交替的气候控制了油页岩的层数和保存条件。对比分析表明:坳陷含油页岩盆地规模多为大型,油页岩矿单独存在、分布面积大,以中薄层中低含油率为典型特点;断陷含油页岩盆地规模多为小型,油页岩矿单独存在或与煤相伴生,以薄层高含油率或巨厚层中等含油率为典型特点。在三级层序的水进和高水位体系域中,有机质丰度和湖泊生产力较高,层状藻和结构藻较为繁盛,外源输入较低、水体盐度较大、还原性较强,且呈碱性环境,是油页岩形成的有利时期。因此,古构造、古气候和沉积环境综合控制下的丰富有机质来源和良好的湖水盐度分层是油页岩有机质富集的有利因素。     

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。     

依兰盆地达连河油页岩成矿控制因素研究

达连河油页岩含矿区位于黑龙江省依兰地区,该区是一个半地堑式断陷盆地。油页岩形成受到多重因素制约,构造上在靠近断裂F₂的煤和油页岩厚度较厚,随着湖盆沉积范围的扩大,表现了一种从湖平面逐渐向岸上上超的过程;高水位体系域浅湖-半深湖相和水进体系域湖泊-沼泽相形成不同成因类型油页岩;孢粉分析结果可知油页岩形成的气候总体呈现出气候温和、 温度下降的发展趋势;而气候的波动影响了古生物的发育,降低了有机质生产能力,进而造成油页岩含油率低。     

陆相断陷盆地煤与油页岩共生组合及其层序地层特征

为了研究陆相断陷盆地煤层与油页岩共生发育的地质现象,采用沉积学、构造地质学、能源地质学和层序地层学的相关理论和方法对煤与油页岩共生发育特征进行了研究.研究发现:陆相断陷盆地煤层与油页岩主要存在5种共生组合类型;煤和油页岩的发育均需要稳定的构造和较少的陆源碎屑物质供应,共生发育的煤和油页岩中均含有高等植物和藻类;盆地基底的幕式构造活动对煤和油页岩发育的沉积环境及其转化起到主要控制作用,气候条件、陆源碎屑物质注入、有机质供应等起到次要控制作用;在层序地层格架下,各种煤与油页岩共生组合均可发育在湖扩张体系域,从体系域早期到晚期、从滨湖到湖中心,共生组合中煤层厚度逐渐减小,油页岩厚度逐渐增大;而早期高水位体系域,则主要发育厚度大、分布稳定的油页岩-煤层组合.可见,盆地基底幕式构造活动、沉积环境演化、气候条件、陆源碎屑物质注入、有机质供应等因素共同控制了陆相断陷盆地煤与油页岩的共生发育,且共生组合主要发育在湖扩张体系域和早期高水位体系域.      

中国典型盆地油页岩特征及赋存规律

我国陆相盆地油页岩矿床特征多样,尚未形成统一的分类体系,本文以典型盆地松辽盆地、抚顺盆地和桦甸盆地、准噶尔盆地以及鄂尔多斯盆地为例,分别开展了离散型大陆裂谷盆地、转换型走滑盆地、汇聚型前陆盆地及板内型克拉通盆地4种类型解剖,总结了各类型盆地油页岩特征及矿床赋存规律。其中：离散型大陆裂谷后热沉降坳陷演化阶段沉积的油页岩具有有机质类型Ⅰ型、含油率中等、厚度中等、分布面积广的特征,易形成特大型油页岩矿床;离散型大陆裂谷同裂谷沉降断陷阶段沉积的油页岩具有有机质类型Ⅱ₁-Ⅱ₂型、含油率中等、厚度中等、分布面积小的特征,易形成中型油页岩矿床;转换型走滑盆地油页岩具有有机质类型Ⅱ₁-Ⅱ₂型、矿床赋存特征差异较大的特征,这主要取决于走滑运动断陷的构造沉降量,该类型盆地既发育中等含油率、巨厚的油页岩矿床,也发育高含油率、厚度薄的油页岩矿床,但总体分布范围较小,易形成中小型油页岩矿床;汇聚型前陆盆地陆相磨拉石阶段沉积的油页岩具有有机质类型主要为Ⅰ和Ⅱ₁型、含油率较高、厚度大、分布局限、地层产状变化大的特征,易形成大型油页岩矿床;克拉通型盆地陆内坳陷阶段沉积的油页岩具有有机质类型主要为Ⅰ和Ⅱ₁型、含油率中等、厚度稳定、分布面积广的特征,易形成特大型油页岩矿床。在所有盆地类型中,半深湖-深湖环境、高水位体系域和水进体系域是油页岩形成的有利场所。     

桦甸油页岩基础物化特性研究

对油页岩进行了扫描电镜分析,测定了油页岩的密度、可磨性、灰分特性、比热、含油率等物性参数,并采用热重分析仪详细研究了油页岩样品在典型工况下的热解及燃烧特性。结果表明,桦甸油页岩是一种高灰分、高挥发分、低热值和具有中等结渣倾向的劣质燃料;不同矿区的油页岩的品质有区别,其中大城子四层的油页岩品质较好,公郎头十一层较差。利用热解和燃烧的实验数据建立的油页岩热解及燃烧的动力学模型表明,油页岩的热解反应属于一级反应,其燃烧反应在不同的温度范围内可用不同的反应级数来描述。     

桦甸市公郎头区丰泰油页岩矿周边老窿积水调查

吉林省桦甸市公郎头区丰泰油页岩矿区赋存有13个油页岩层,地质条件简单,采空区位于桦甸市公郎头煤矿(桦甸油页岩二矿)矿区范围内第2、4、6、7层采空区与丰泰矿4、5、6层采空区,与部分巷道相连通,从未发生过涌水现象,说明目前不存在老窿积水问题。     

桦甸盆地始新世孢粉特征及其古气候指示意义

系统研究了桦甸盆地始新世植物孢粉的特征,并采用共存因子分析法定量重建该区始新世气候变化。通过详细鉴定和统计,桦甸盆地始新世桦甸组共鉴定出孢粉85属100种,以被子植物花粉占绝对优势,其中栎粉、椴粉、桤木粉和榆粉含量较高,裸子植物花粉和蕨类植物孢子含量较低,孢粉组合中热带-亚热带分子较多,但含量低于温带及亚热带,属北亚热带温暖湿润气候。通过共存分析获得的桦甸盆地始新世气候参数:年均温为13.6℃~18.4℃、最热月均温23.6℃~27.9℃、最冷月均温5.5℃~7.8℃、年降雨量887~1 206 mm、最湿月降雨量187~236 mm、最干月降雨量16~41mm、最温暖月降雨量45~143 mm。相比较于吉林东部珲春盆地始新世的孢粉植物群和古气候,差异不大,均属典型的温暖湿润的气候环境。     

依兰盆地达连河组油页岩沉积特征及分布规律

依兰盆地为伸展作用下形成的半地堑式断陷盆地,油页岩发育于古近系达连河组中。油页岩与煤层伴生,分布在煤层顶部,是最主要的含矿层位。它形成于湖泊体系与沼泽体系,主要发育在水进体系域与高水位体系域中。其中,高水位体系域即上煤层顶板存在油页岩密集段,使得盆地油页岩资源潜力大幅度提高。达连河矿区是油页岩富集成矿的中心区带,东西向断裂控制着达连河组油页岩矿层的埋深以及展布成矿过程。     

再论陆相三级层序内四分方案及其在油气勘探中的应用

结合在陆相盆地中的实例研究,将一个发育完整的陆相三级层序细分为4个体系域：低水位体系域（LST）、水进体系域（TST）、高水位体系域（HST）和水退体系域（RST）,称为I型层序。或者一个层序可以不发育低水位体系域,而由水进体系域、高水位体系域和水退体系域组成,称为II型层序。低水位体系域发生在湖平面（基准面）快速下降时期;水进体系域出现在首次湖泛面到最大湖泛面之间;高水位体系域形成在高水位时期的湖平面相对静止期;水退体系域形成在湖平面缓慢下降期,在沉积物供给速率大于可容空间增加速率时形成。一般低水位体系域发育小型进积式准层序组,纵向沉积环境变浅,在盆地边缘形成河流下切作用;水进体系域发育退积式准层序组,沉积环境自下而上明显变深;高水位体系域发育加积型准层序组,纵向沉积环境变化不大,且多为静水沉积;水退体系域发育大型进积式准层序组,沉积环境自下而上明显变浅,沉积体系向盆地中心推进。结合对松辽盆地的实例研究,分别阐述了断陷盆地和坳陷盆地中各不同体系域的油气藏分布规律：低水位体系域主要在断陷盆地的陡坡侧和坳陷盆地的深水区发育透镜状岩性油气藏;水进体系域主要在断陷盆地的陡坡带发育上倾尖灭型岩性油气藏,在缓坡带和坳陷盆地的斜坡带发育地层超覆油气藏;高水位体系域主要以深水区的透镜状岩性油气藏为主;水退体系域在断陷盆地中主要发育地层不整合遮挡油气藏,在坳陷盆地中主要发育断块油气藏以及断层遮挡油气藏。从而,以理论与实践相结合的方式,阐明了陆相层序四分体系域的实用性。     

桦甸盆地始新统桦甸组扇三角洲和水下扇粒度分析与对比

桦甸盆地始新统桦甸组扇三角洲主要划分出泥石流、水上分流河道、水下分流河道、河口坝、席状砂等沉积微相; 水下扇主要划分出辫状沟道和远源浊积岩等沉积微相。扇三角洲沉积物以颗粒支撑为主,自下而上按席状砂、河口坝、水下分流河道、水上分流河道、泥石流的顺序,沉积物粒度和标准偏差递增; 频率曲线尖度递减; 概率累计曲线由高--较高斜度两段式逐渐过渡为中--低斜度两段式、微向上凸的弧线式。反映出上述各微相向上粒度由细变粗的反粒序沉积特征,分选由好变差,杂基含量和水介质能量均逐渐增加。水下扇沉积普遍为杂基支撑,自下而上从远源浊积岩到辫状沟道沉积,粒径和标准偏差增大; 频率曲线尖度减小; 概率累计曲线主要由斜度较高的一段式过渡为斜度不大的一段式或微向上凸的弧线式,说明从远源浊积岩到辫状沟道微相粒度逐渐变粗,分选逐渐变差,杂基含量和水介质能量也逐渐增强。本区扇三角洲CM 图像呈“S”形,主要表现为牵引流沉积特征; 水下扇CM 图像表现为与C = M 线平行的长条带状重力流沉积特征。