青海湖:研究地质微生物的天然实验室

青海湖位于青海省的东北部,是中国境内最大的内陆高原咸水湖泊。由于青藏高原的不均匀隆升,使这些湖泊形成了封闭的水系和地球化学物质循环特征。青海湖有限的几条供给河流的水化学受其所经过岩石的化学成分控制,而湖水的化学成分和物理化学特征则受补给水系的影响。湖泊的碳循环除受盆地周围风化搬运作用以外,主要碳源为湖泊以及周围的生物群落。青海湖水的物理化学特征本身由于受补给水源和深度的影响而具不均一性,并随季节温度的变化而发生调整。这些特征预示其独特的微生物生态系统和与之有关的碳循环和元素地球化学循环特征。丰富的铁、硫酸根、碳酸根和钙镁离子为其中嗜铁和嗜硫的微生物繁盛以及随后的矿化作用提供了有利的条件。藻类也具有很高的多样性并且不同种类具有明显的随季节或气温变化的特点。这些微生物活动会在湖泊沉积物中形成有机的和无机的生物标记化合物或矿物。进一步揭示这些生物标记化合物与局部环境的碳循环、元素循环、微生物生态以及相关环境变迁的关系将具有重要意义。     

木栓质的菌解-热模拟实验特征及木栓质体的成烃演化机制

木栓质体是我国南方树皮煤的主要显微组分,在西北地区侏罗系煤层中也具有相当高的含量,是一种早期生油的显微组分,对煤成油和未熟-低熟油气的形成具有重要贡献。本文通过对被子植物栓皮栎周皮木栓组织的细菌降解和加水热模拟实验研究,系统地探讨了显微组分木栓质体的生物先质-木栓质的成烃演化过程,结果表明：木栓质可以被细菌降解,并具有两次热解油气生成高峰,分别相当于镜质体反射率0.35%～0.5%和0.8%～1.1%左右。角质体和树皮体的自然演化系列和热模拟实验结果也具有相似的特点。我们认为：(1)木栓质体的生烃潜力并没有在传统的“油窗”之前就消耗殆尽,在较高演化阶段仍然具有一定的油气生成潜力;(2) 木栓质体的热演化特征可以由木栓质的类脂特性来解释,现代植物木栓组织的化学结构特征和宏观大分子热稳定性的差异是显微组分木栓质体热降解多阶段生烃的主要原因;(3)木栓质热演化早期生成的液态油以含氧的胶质化合物为主,晚期则生成大量的C12+的高蜡油。     

准噶尔盆地石炭-二叠系方解石脉的碳、氧、锶同位素组成与含油气流体运移

在准噶尔盆地当前油气勘探的重点目标区西北缘和腹部地区,油气主要源于深部石炭系—二叠系。通过对其中的典型水岩反应产物,即裂隙方解石脉进行碳、氧、锶同位素组成分析,尝试讨论了油源流体运移的基本特征。实验结果表明,25件方解石脉样品的δ13CPDB位于－21.5‰~ 5.2‰之间,δ18OPDB(δ18OSMOW)在－8.1‰～－22.3‰(22.6‰~ 6.9‰)之间;20个87Sr/86Sr比值分布在0.703 896～0.706 423之间。据此,结合样品地质产状和区域地质背景,提出本区含油气流体在运移过程中伴随着深部热流体的影响,它们在流经石炭—二叠系时,对火山岩层的溶蚀使得流体岩石相互作用产物,即方解石脉的同位素组成反映出火山岩地层的地球化学标记。该认识表明,在今后的区域储层成岩演化和油气运移研究工作中,应充分考虑这类深部热流体作用的影响。     

脆性变形序列构造煤纳米孔隙和粗糙度的原子力显微镜研究

煤孔隙结构是煤层气勘探开发与煤矿安全研究中的关键问题之一。构造煤相比于原生结构煤非均质性强,是煤储层研究中的热点和难点。采用原子力显微镜,结合NanoScope Analysis和Gwyddion分析软件,对脆性变形序列构造煤的孔隙结构和表面粗糙度特征进行研究。结果表明:构造作用整体上促进了脆性变形煤孔隙的发育,但不同脆性变形构造煤受构造作用影响的程度存在明显差异。根据煤受构造作用影响的程度,脆性变形煤孔隙结构演化可划分为强弱2个阶段:弱脆性变形阶段(原生结构煤—碎裂煤—片状煤—碎斑煤)构造作用对煤体的孔隙结构影响较小,平均孔数量缓慢增长,平均孔径缓慢减小,该阶段构造作用主要促进了100~200 nm大孔的发育;强脆性变形阶段(碎斑煤—碎粒煤—薄片煤)构造作用对煤体孔隙结构产生了显著影响,平均孔数量迅速增长,平均孔径迅速减小,这一阶段构造作用主要促进了10~50 nm介孔和50~100 nm大孔的发育。这表明脆性变形构造煤孔隙结构并非简单的线性演变。不同脆性变形煤的算术平均粗糙度和均方根粗糙度参数分别为3.00~6.05 nm和3.94~7.62 nm,其中,弱脆性变形阶段粗糙度整体较高且无明显变化,而强脆性变形阶段粗糙度迅速降低。通过AFM剖面分析,建立了煤表面孔隙形态的数学模型。基于该模型的算术平均粗糙度模拟结果表明,大孔是煤表面粗糙度的主要贡献者,构造作用主要通过影响煤中的孔隙结构,进而影响煤的表面粗糙度。      

准噶尔盆地油气运移基本方式与机理探讨

在准噶尔盆地,以断裂为主,联合输导层(储层和不整合)的“断控体系”是油气运移的基本固体格架。文中从油气形成和演化过程中的有机-无机相互作用入手,分析了准噶尔盆地油气运移的基本方式和机理。结果表明,油气在输导层运移过程中,随有机质热演化、成岩演化,以及距油源断裂的远近不同,伴随着的水量有着显著变化。流体性质的差异导致了不同的储层水岩反应和油气成藏机制,据此,可将油气在输导层中的运移方式划分出两种基本类型:机械-侵蚀型和机械型。而在断裂带地区,断裂对储层中高压流体系统的沟通,触发了“减压沸腾”作用,伴随着流体沸腾,油气呈幕式运移聚集。     

准噶尔盆地油气沿不整合运移的主控因素分析

准噶尔盆地不整合上下发现了众多油气藏,表明不整合是油气运聚的有利通道。通过对不整合上下地层中含油气流体活动特点的分析,提出了不整合的垂向结构是控制油气沿不整合运移的主导要素。不整合从垂向上可划分为上(底砾岩)下(风化壳)两层结构,有时下层风化壳顶部也会发育一层厚度不均的粘土层,使得不整合表现为三层结构。其中,风化壳又包括风化破碎型(火山岩)和风化淋滤型(碎屑岩)两类。基于底砾岩的沉积特征和风化壳的类型,从垂向结构入手,进一步将不整合划分为基岩披覆、砂砾岩和砂泥岩对接等三大类型:基岩披覆型不整合在本区对油气运移最为有利,砂砾岩型不整合次之,而砂泥岩对接型不整合一般不能成为油气运移通道。     

准噶尔盆地侏罗系生烃特征有机岩石学研究

通过显微镜反射光及荧光分析研究,认为准噶尔盆地侏罗纪煤系中存在大量的生烃组分。煤系的生烃性与主要生烃组分的多少密切相关。本区存在相当数量的煤有机质类型Ⅱ2型,部分达到了Ⅱ1型,而暗色泥岩多为Ⅲ型和Ⅱ2型。成熟度研究表明,本区煤系已达到或超过生烃门限并产出大量的液态烃。      

准噶尔盆地侏罗纪含煤地层沉积有机相研究

准噶尔盆地侏罗纪煤系是一套良好的生油源岩，其生油潜力取决于沉积有机相。笔者依据有机岩石学研究方法，利用显微组分的多种特性，将侏罗纪沉积期划分成高位沼泽、森林沼泽、流水沼泽和开阔水体４种沉积有机相类型，其中森林沼泽有机相和流水沼泽有机相是主要的生烃有机相，森林沼泽有机相是煤成气的主要源区，流水沼泽有机相则是煤成油的主要源区。     

渤海湾盆地东濮凹陷古近系古湖盆氧化还原条件及其优质烃源岩的发育模式

通过分析东濮凹陷古近系沙河街组烃源岩样品的主微量元素含量，研究了东濮凹陷沙河街组优质烃源岩形成时的古氧化还原条件、古生产力水平及古水体的局限性，探讨了沙河街组沙三段优质烃源岩的发育模式。研究结果表明，东濮凹陷的北部沙三段优质烃源岩发育属于“深水窄盆水体分层沉积”模式。水体主要是咸水—超咸水，水体局限性较强，深度较深形成了稳定的盐度分层，从而造成底层水处于稳定的缺氧条件，有利于有机质的保存。根据主微量元素分析及古生产力的还原，沙三段沉积时水体表层富氧，发育大量有机质，生物死亡后有机质发生絮凝，在氧化还原界面吸附于铁锰氧化物的表面，沉降到底部，底部水体缺氧到还原的性质，适合保存有机质。东濮凹陷南部沙三段优质烃源岩发育属于“浅水广盆凹盆缺氧沉积”模式。湖泊水体为淡水，湖水局限性很弱，属于开阔水域，由于地表河流及洪水带来大量营养物质，表层水体古生产力较高，缺乏缺氧的保存条件，有机质生化阶段消耗较多，但是局部也可以发育弱还原水体，进而形成优 质烃源岩。     

准噶尔盆地示踪石油运移的无机地球化学新指标研究

以准噶尔盆地为例, 探索了石油运移示踪研究的新思路和新方法. 基于对储层中典型流体—岩石反应产物(方解石胶结物)的元素地球化学分析, 结合样品的地质产状, 提出方解石胶结物的MnO含量是示踪含油气流体活动的良好指标. Mn是典型与火山物质相关的元素, 胶结物中富集的Mn主要来自于油源流体对本区烃源层系中火山岩物质的溶蚀. 同一世代方解石胶结物中MnO含量降低的方向指示石油运移方向. 据此, 结合石油运移过程中的有机地球化学分析, 研究了多源充注地区的石油运移通道和方向, 取得良好效果.