深源物质参与湖相烃源岩生烃作用的初步研究——以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系黑色岩系为例

新疆北部地区二叠系芦草沟组的黑色岩系是重要的生烃岩系。在准噶尔盆地吉木萨尔凹陷,该套岩系主要分布于3000～3500 m,并可分出3100～3170 m和3250～3370 m这2个致密油层段。两层段黑色岩系的岩性以凝灰岩、沉凝灰岩、凝灰质泥晶白云岩为主,夹丰富的纹层状、透镜状沥青质和藻类。黑色岩系中不仅发育火山喷发的深源碳酸质凝灰物质,而且夹有丰富的热液喷流的深源物质,它们多与泥晶微生物白云岩呈互层状,共同组成了具良好生烃能力的特殊烃源岩系。黑色岩系样品的热解分析表明,其中的游离烃S1含量较高(最高8. 17 mg/g,平均1. 56 mg/g),裂解烃S2含量也高(3. 3～76. 2 mg/g);总有机碳TOC为1. 4%～7. 9%,生烃潜量PI也为高值(0. 02～0. 51,平均为0. 16),总体指示有机质丰度高、生烃潜能好。生物标志物C28和C29甾烷的含量大于C27,呈反"L"型,表明有机质类型以藻类和高等植物为主;高成熟度甾烷参数C2920S/(20S+20R)和C29ββ/(αα+ββ)在深源物质丰富的致密油层中较高(平均0. 48和0. 31),而在深源物质少的层位中较低(平均为0. 37和0. 26)。上述2个层段的地化参数在纵向上的分布特征与镜质组反射率RO的分布规律(2个致密油层段中深源物质多时RO呈现异常高值)相吻合。综合分析认为,频繁的火山喷发物质和热液喷流的深源物质参与了该区湖相沉积烃源岩的生烃作用过程。     

三塘湖盆地二叠系芦草沟组喷爆岩岩石学、矿物学特征及相关问题探讨

在对新疆北东部三塘湖盆地二叠系芦草沟组黑色细粒岩系进行研究时发现,这套长期被当作由黑色泥岩、凝灰岩和碳酸盐岩组成的岩系里还发育一套既不同于陆源碎屑、内碎屑沉积岩,也不同于热水沉积岩(喷流岩)的岩石,认为是一套以夹层形式发育在纹层状泥/页岩中,由气、液、固三相共存的深源岩浆—热液物质流体上涌进入湖(海)底喷流通道,由喷口喷出后与热液流体或与湖(海)水混合沉积形成的沉积岩—喷爆岩。喷爆岩呈薄层—纹层状展布,矿物组成种类单一,以不稳定、次稳定矿物为主。晶质颗粒碎屑或团块均呈大小混杂、形态各异的棱角状,分选差,分布无规律。基于大量岩芯、岩石薄片观察,结合电子探针及相关数据,以构成岩石碎屑颗粒的主要组成矿物为依据,将喷爆岩分为方解石喷爆岩、白云石喷爆岩、透辉石喷爆岩及长英质喷爆岩四类,并详细论述了各类岩石学、矿物学特征。研究结果显示构成喷爆岩的碎屑颗粒不再是传统认识的来自周缘母岩风化搬运或热液沉淀,而是在陆内裂谷欠补偿湖盆背景下、源自地球内部不同深度、不同性质的岩浆—热液物质流体。在此基础上,对喷爆岩与碎屑沉积岩、火山碎屑岩及喷流岩区别进行讨论,认为喷爆岩分别在矿物组成、物质来源、分布规模、形成方式等方面有别于上述三者。     

热液衍生石油及其有机质研究

石油与天然气的成因长期存在有机成因和无机成因的争议。近年来, 全球不同大洋洋底热液衍生石油的发现, 为更进一步探索油气成因提供了新的思考。在回顾有机生油假说和无机生油假说基本理论和二者争论的基础上，重点介绍了热液衍生石油及其有机质的特点和研究进展。然后结合三塘湖盆地、鄂尔多斯盆地烃源岩中热液喷流沉积的研究取得了以下重要认识:①热液衍生石油的有机质来源于陆源高等植物和洋底低等生物，该生物是围绕热液喷口生活的嗜热、嗜毒、耐高温生物；②热液衍生石油不需要埋藏来持续提供热量，海底热液活动为其提供了物质和热量；③在有机质与深源热物质流体发生物理化学作用的过程中，有机质“瞬时”(时间很短)热解成油，部分转化为类似于石油的产品。热液衍生石油及其有机质的研究不仅能进一步深化人们对油气成因的认识，而且对非常规石油的勘探开发具有重要意义。      

准噶尔盆地东部中二叠统幔源热液沉积白云岩*

准噶尔盆地东部吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组,沉积于陆内裂谷背景下岩浆—热液活动强烈的咸化湖盆中。在芦草沟组中发现一类与湖底热液活动有关的幔源热液沉积白云岩,包括方沸钠长白云岩、硅质白云岩与含水铵长石钠长白云岩。作者对该类白云岩开展微米级尺度的岩相学研究,结合同位素地球化学研究,探讨成矿流体性质与详细成因机理。岩矿特征和同沉积变形构造指示白云岩形成于沉积期。白云石为有序性较差的原白云石,呈微米级球状、葡萄状晶体,与方沸石、水铵长石、钠长石及玉髓等热液矿物彼此镶嵌结晶,高温下发生了白云石对钠长石碎屑的交代作用;白云岩锶同位素(平均为0.705 687)显示成矿流体中幔源组分较多;白云岩具有重δ¹³ C_PDB (平均为6.94‰)和轻δ¹⁸ O_PDB (平均为-8.12‰)。基于成矿流体由幔源热液与湖水混合的假设,利用δ¹⁸ O_PDB计算估计,研究区白云岩的形成温度较普通云质岩高25~50 ℃。研究表明白云石为幔源热液喷出湖底后直接沉淀形成,并提出可能的成因模式。热液沉积白云岩是一种不可或缺的白云岩成因类型,研究成果对促进人们理解白云石的形成规律、推动完善成因岩石学理论具有重要意义。     

东昆仑清水泉辉绿岩脉地球化学及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年

结合地质、地球化学及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年研究表明,东昆仑清水泉地区辉绿岩脉的主元素以低TiO₂(0.68%~1.24%)和较低的MgO(4.96%~7.25%)及K₂O(0.51%~1.03%),贫P₂O₅(0.09%~0.16%), Na₂O＞K₂O为特征,∑REE总量较高, LREE明显富集。与原始地幔相比,明显富集Rb、Ba、Th、U和Sr,高场强元素分异明显,出现Nb、Ta亏损和Th富集特征,结合Nb/La、Hf/Ta、La/Ta、Ti/Y、Zr/Y和Th/Nb等比值综合分析认为岩浆来源于富集地幔,源区曾受不同程度的俯冲带流体交代作用的影响,应形成于活动大陆边缘环境;岩脉的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果为436.4±1.2Ma（MSWD=0.37）,代表清水泉辉绿岩脉的结晶年龄,为早古生代晚期东昆仑洋消减俯冲的弧后拉张裂解的形成时限提供了约束。     

湖相烃源岩中的火山—热液深源物质与油气生成耦合关系研究进展*

陆内湖相烃源岩系是中国含油气盆地广泛发育的一类组分复杂且富含有机质的细粒沉积岩。随着非常规油气资源需求量日益增加,该岩系被作为致密油或页岩油层系受到广泛关注。然而,其极细的粒度增加了精细岩石学、矿物学研究难度,使它长期被简单视为陆源沉积岩。研究发现,该岩系中发育丰富的火山喷发及热液喷流产生的深源物质,并与油气的生成和富集表现出了极强的耦合关系。因此,探索深源物质如何参与烃源岩形成并影响油气生成亟待深入研究。作者详细总结并探讨了国内外近年来关于湖相烃源岩成因以及火山—热液活动带来的深源物质与油气形成关系的现阶段新发现与认识。并结合笔者研究团队基于新疆三塘湖盆地二叠系芦草沟组烃源岩的新发现,采用精细的岩石学、矿物学方法,结合无机和有机地球化学等方法,初步开展了该耦合关系的机理研究。认为火山—热液深源物质参与了烃源岩的沉积与成岩作用,并与正常湖相沉积物共同影响着油气的形成。建议重新认识湖相烃源岩的物质组成,从而拓展陆相生油理论,同时为同类型非常规油气资源勘探开发提供理论指导。     

新疆哈尔里克山石城子地区钠铁闪石花岗斑岩岩墙的发现及构造背景示踪

在新疆哈尔里克山石城子地区新发现了一套侵位于晚古生代后碰撞二长花岗岩中的钠铁闪石花岗斑岩岩墙群。该类岩墙具斑状,斑晶以条纹长石和反条纹长石为主,基质矿物组成为正长石、钠长石、石英、钠铁闪石和霓石,为钠铁闪石花岗斑岩。主量元素特征显示为高硅、高碱,低铝、低镁和低钙;稀土元素总量较高,轻重稀土分馏明显,显著富集轻稀土元素;稀土元素配分模式曲线呈明显右倾的"V"型,Eu亏损强烈;微量元素特征显示为高10~4 Ga/Al、Zr和Zr+Nb+Ce+Y,强烈亏损Ba、Sr、P、Ti,富集Th、U、Zr和Hf;岩石学、地球化学特征显示其为碱性A型花岗岩。正ε_(Nd)(t)(4.13~4.75)和年轻的Nd模式年龄(t_(DM2)),指示其源区为亏损地幔来源的新生陆壳物质。LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄结果显示岩墙的结晶年龄为晚二叠世(259.7±4.5Ma),围岩中捕获的老锆石年龄集中在2168~2635Ma和1677~1973Ma两个峰期,说明哈尔里克山地区可能存在前寒武纪古老基底,但已被新生陆壳物质改造。结合区域地质背景认为,哈尔里克山地区晚石炭世-早二叠世,为后碰撞伸展阶段;晚二叠世,进入陆内伸展阶段。     

凝灰岩型含油层系特征与成因分析--以准噶尔盆地火烧山油田二叠系平地泉组为例

新疆准噶尔盆地火烧山油田的中二叠统平地泉组（对应芦草沟组）是一套典型的黑色含油层系,长期被认为是裂谷盆地（或岛弧盆地）中富含生烃母质的深湖相泥岩。通过矿物学、岩石学等方面的综合分析认为:平地泉组的岩石碎屑主要来源于地幔碱性-过碱性的超基性岩浆岩（以碳酸岩为主）和中酸性岩浆岩（以安山岩和流纹岩为主）的喷爆物和溢流物,以出现碱性-过碱性的碱性长石、富铝石英、岩浆方解石、霓石、锂云母、硅钡钛石、蛇纹石等超基性岩浆矿物和以碱性-过碱性的碱性长石、石英等中酸性岩浆矿物为特征。上述喷爆的矿物碎屑与基质在富含地幔流体的滨湖-沼泽-热泉环境中发生热液蚀变,最终形成富含幔源岩浆矿物及热液矿物的凝灰质沉积系列,并参与生烃过程。凝灰物质提供的热及丰富的营养物质促进了滨湖-沼泽-热泉中藻类、微生物等生烃母质勃发,并导致液态烃早生成;凝灰岩类中丰富的原生粒间孔和方沸石溶蚀孔是烃类的主要储集空间。凝灰岩层厚度差异较大,多与正常沉积岩互层或夹于厚层沉积岩中。     

新疆三塘湖盆地走滑构造特征与油气勘探

通过对钻井岩心资料系统观察以及地震资料的全面检查,证实新疆三塘湖盆地内存在走滑构造,表现为简单走滑(逆—平移)断层和正花状走滑断层两种基本形式。在中央拗陷带内走滑断层与边界主断层斜交并呈“雁列式”排列,表明走滑构造可能在边界断层发生大规模逆冲兼右行走滑时形成,其形成时期可能为喜山期。同时走滑构造对油气的生成、运移与聚集起着重要的控制作用。     

中天山北缘冰达坂蛇绿混杂岩的厘定及其构造意义

中天山北缘断裂构造带的性质、构造意义是确定天山造山带形成演化的关键, 地质、地球化学综合研究证明, 在冰达坂北侧出露蛇绿混杂岩残块, 是中天山北缘蛇绿混杂岩带的重要组成部分. 该蛇绿岩残块主要包括, 浅变质的玄武岩、辉长岩和辉绿岩. 玄武岩(绿片岩)主元素以高TiO₂(1.50%~2.25%)和MgO(6.64%~9.35%), 贫K₂O(0.06%~0.41%), P₂O₅(0.1%~0.2%), Na₂O> K₂O为特征; ΣREE低, 轻度亏损LREE, 显示岩浆源于亏损地幔. 与原始地幔相比, 变玄武岩显示明显亏损Th, U, Nb, La, Ce和Pr, 其他高场强元素不分异的特征, 且Zr/Nb, Nb/La, Hf/Ta, Th/Yb和Hf/Th等比值均类似于N-MORB的地球化学特征, 应形成于亏损的洋中脊环境. 与上述玄武岩相比, 辉绿岩具有高Al₂O₃, SREE和高场强元素丰度. 与原始地幔岩相比, 冰达坂辉绿岩除个别大离子亲石元素外, 其余不相容元素均不分异, 且约是原始地幔标准值的10倍, 显示其为E-MORB型岩石. 与MORB相比, 具有轻微的Nb亏损特征, 但Th富集并不明显. 综合分析推测冰达坂的辉绿岩可能形成于初始洋盆扩张阶段, 而玄武岩则形成于成熟洋盆扩张阶段. 冰达坂蛇绿混杂岩的确定为中天山北缘构造带的性质、延伸提供了直接的证据.