Process and Mechanisms of Deep Fluid Effects on Hydrocarbon Generation and Pore Space in Shale: A Case Study from the Mesoproterozoic Xiamaling Formation in the Zhaojiashan Section

Heat carried by deep fluid might greatly affect hydrocarbon generation and pore space in shale. Dyke intrusion carrying high levels of heat may be a means by which to explore the influence of deep fluid on shale reservoirs. This study evaluates hydrocarbon generation and analyzed the evolution of shale storage space in the third member of the Xiamaling Formation in the Zhaojiashan section, Hebei Province, based on experimental data such as TOC, SEM, VRo, low-temperature N2 adsorption and high-pressure mercury injection. The results show that the dyke intrusion reduced the shale TOC content drastically―by up to 77%―and also induced instantaneous hydrocarbon generation over a range about 1.4 times the thickness of the intrusion. Furthermore, the dyke intrusion might transform organic pores in surrounding shales into inorganic pores. There were two shale porosity peaks: one appeared when VRo = 2.0%, caused by the increase of organic pores as thermal maturity increased, the other occurred when the VRo value was between 3% and 4%, caused by the increase of inorganic mineral pores. It can be concluded that dyke intrusion can be an effective tool with which to study how deep fluid affects instantaneous hydrocarbon generation and pore space in shale.     

华北克拉通中元古代下马岭组地质特征及研究进展——下马岭组研究百年回眸

从1920年叶良辅在北京西山命名"下马岭页岩"到现在的近百年时间里,下马岭组研究取得了诸多进展。本文从岩性组成、沉积序列及环境、分布范围及区域变化、年代地层学、古生物学、含油气性、古海洋演化、基性岩床、盆地性质及演化等多个视角,对下马岭组的地质特征及相关地质、科学问题进行了总结与分析。这有利于我们对下马岭组及其内涵更为全面、细致、深刻的了解,也为探索华北乃至整个地球中元古代时期的演化提供更多信息。     

辽西坳陷牛营子地区中元古界下马岭组生物标志化合物特征——以小庄户剖面为例

正辽西坳陷地区位于燕辽裂陷带东部,在中新元古界时期沉降缓慢、地层发育齐全、厚度巨大,前人大量研究表明中-新元古界完全具备形成与富集规模性油气资源的条件。本文通过牛营子地区小庄户实测剖面的第一手数据,拟采用气相色谱、气相色谱-质谱技术,以小庄户剖面下马岭组烃源岩为研究目标,剖析其生物标志化合物分布特征,解译有机质生源、沉积环境等方面的信息。     

蓟县中元古界下马岭组地层中菱铁矿的发现及其意义

蓟县剖面中元古界下马岭组地层下部黑色岩系中发现丰富的铁质结核,经X射线粉晶衍射、显微镜下观察、能谱分析等方法鉴定,确定铁质结核主要由菱铁矿构成.这些菱铁矿可能具有经济意义.另外,野外和室内研究表明,无论是铁质结核还是黑色岩系本身,都匮乏硫化物.这一发现说明中元古代下马岭期的燕辽海盆水体贫氧、富铁、贫硫,不是硫化的海洋.     

燕辽海盆中元古界下马岭组沉积期的物源性质与古地理环境

通过对河北省张家口下花园区夏家沟-古城梁、怀来县赵家山等剖面地质测量,分析了1400 Ma前沉积的下马岭组岩性变化、沉积序列与海平面升降演化、岩石矿物组分与重矿物组合,认为下马岭组沉积时期发育温暖湿润的气候条件及多期热带风暴作用,早期的大规模风暴与浊流等事件沉积,晚期的浅海陆棚风暴岩、深水陆棚泥页岩、细粒浊积岩及安静水体的泥灰岩透镜体(灰泥饼)等是其鲜明的沉积响应。该时期发育一次长期缓慢的海平面上升-下降过程,对应一个二级层序。内幕可细分为五次海平面升降变化,对应五个三级层序;下马岭组沉积早期的物质组分主要以砂质、泥质为主,晚期转化为以泥质、灰质、云质为主,砂质减少,两种类型的物质组合系统先后影响燕辽裂陷槽;下马岭组沉积时期,具有双物源性质,除了主要来自于东部的山海关古隆起外,晚期可能也有西部山西古陆提供物源,来自北部的沉积物源不发育,推测北部的内蒙-冀北隆起(内蒙地轴)不存在,燕辽盆地具有西陡东缓的箕状断陷盆地特征,盆地古地形、物源供给变化与多级次海平面振荡变化控制了下马岭组沉积物的时空演化特征。该研究为1400 Ma前华北克拉通北部燕辽盆地岩相古地理的恢复提供了重要参考。     

华北燕山东段下马岭组黑色岩系元素地球化学组成——对其沉积作用的约束

华北地区燕山东段下马岭组地层中发育一套黑色岩系,本文测定了该岩系代表性岩石的地球化学组成。主微量元素分析结果显示,样品主量元素含量变化较大(如SiO2=53.00%~78.83%,Al2O3=1.20%~17.57%);PAAS标准化稀土配分型式为重稀土富集型,具Ce负异常,与现代海水配分型式一致。样品具有较高的Al2O3+TiO2含量(1.31%~18.48%),其U含量(平均3.95×10-6)、Th/Sc值(0.97~1.26)、Th/U值(平均3.50)、球粒陨石标准化稀土配分型式及大陆地壳标准化微量元素蛛网图表明黑色岩系沉积过程中有较多陆源碎屑物质的加入。黑色岩系Ba/Sr值(9.28~22.79)、Co/Zn值(0.01~0.29)及相关图解显示其沉积过程明显受到海底热液作用的影响,但原始溶液中热液组分含量不足0.1%。主微量元素比值、Ce/Ce*PAAS值(0.82~0.93)及构造背景判别图解表明黑色岩系可能沉积于大陆岛弧背景下的深水缺氧环境。     

燕山地区京西坳陷青白口地区新元古界沉积相演化

在充分调研前人研究成果的基础上,对京西坳陷青白口地区青白口系进行了野外实测、岩石薄片鉴定等研究,结合其岩性特征及沉积结构,细致划分了青白口系沉积相,建立了符合其沉积演化的沉积相模式。青白口系自下而上包括下马岭组、龙山组及景儿峪组,下马岭组为陆源碎屑浅海沉积体系,主要为较深水的陆棚相沉积,并且发育了砂质碎屑流;龙山组为陆源碎屑滨岸沉积体系,发育了大套的临滨及前滨砂体,主要受控于波浪和沿岸流的改造;景儿峪组为典型的碎屑岩碳酸盐岩混积潮坪,由于古纬度相对变化,沉积环境相对干旱局限且低能,下部和上部主要为紫红色泥岩沉积,中部发育大套厚层的碳酸盐岩。由龙山组陆源输入的碎屑物质沉积为主过渡到景儿峪组的内生清水碳酸盐岩沉积为主的环境,代表其构造条件和古地理环境逐渐趋于稳定。     

海底热水活动与海相富有机质层形成的关系——以华北新元古界青白口系下马岭组为例

对华北新元古界青白口系下马岭组富有机质层段的常量元素、微量元素和有机质含量进行了系统分析，其基本特征是富有机质沉积层段的SiO2含量明显高于泥质岩中的含量，SiO2含量与TOC成正相关系，与TiO2含量成反比，Si／(Si Al Fe)比值与TOC成正相关关系；与海底热水流体活动有关的P、Cu、Zn、Co、Ni、V等元素含量明显富集，Ba／Sr比值远远大于1，且与TOC之间成正相关关系。在下马岭组剖面上，从Qb1x^3向上纹层～薄层状硅质岩夹层蹭多，有机质含量也开始急剧增高。地质地球化学特征表明，在下马岭组富有机质沉积层段形成时，盆地拉张沉降作用强烈，海底热水活动与之紧密相伴，而且海底热水流体活动是导致该富有机质沉积层段形成的主要原因。     

北京地区中元古界下马岭组页岩地球化学特征及其地质意义

对采自北京地区中元古界下马岭组的页岩样品,进行了地球化学研究,结果表明:主量元素Al2O3、Ca O和Na2O含量明显偏低,K2O和Mn O含量稍微偏低,Si O2、Ti O2及Fe2O3T含量同上地壳基本一致。微量元素及其比值特征显示源岩为混合源岩。稀土元素总量较高,轻稀土富集、重稀土平坦,铕明显负异常、铈弱负异常,各样品稀土元素配分模式与大陆上地壳一致,显示了沉积物具有同源性。源岩为来自于内蒙古隆起的花岗岩类、闪长岩类及基性岩的混合。微量元素比值及铈弱负异常的特征表明中元古界下马岭组页岩为覆水较深的还原环境沉积,源区构造背景为大陆岛弧。     

蓟县下马岭组菱铁矿的成因及古海洋意义

蓟县铁岭子村附近新出露的下马岭组下部黑色岩系中富含菱铁矿,对这些菱铁矿形成机制的认识直接关系到对下马岭期乃至中元古代古海洋氧化还原状态和地球化学性质的判断.文中利用碳同位素对其成因加以制约,进而反演该时期的古海洋环境.结果显示,研究区菱铁矿的δ13C的变化范围为-19.2‰～-7.8‰,平均约-15.0‰,明显富集碳的轻同位素.根据自然界中不同碳库的碳同位素组成特征,判定这些菱铁矿中的碳主要来源于有机碳.虽然海洋中大量有机质被氧化释放出富12C的CO2溶解于海水后可直接沉淀出轻同位素富集的碳酸盐岩,但这往往要求极端氧化的水体环境,而这种情况下并不能形成菱铁矿沉淀,因此认为研究区菱铁矿应是成岩过程中由有机质降解产生的CO2与孔隙水中的Fe2结合的产物.海洋中的铁首先以氧化铁或氢氧化铁的形式沉淀下来,并与有机质一起埋藏于海底缺氧带中,后在成岩过程中发生氧化还原反应,三价铁作为氧化剂氧化有机质使之生成CO2,有机质则作为还原剂将三价铁还原为二价铁,二者结合即构成菱铁矿.同时,有机质热脱羧反应提供的CO2保证了更多的二价铁以菱铁矿的形式保存在地层中.海洋中铁的沉淀形式表明,至少在燕辽海盆,下马岭期古海洋已呈现广泛氧化状态,其氧化程度足以将海洋中的铁氧化为三价铁.同时,地层中的硫含量极低,说明该时期古海洋贫硫.然而下马岭期燕辽海盆广泛氧化、贫硫的古海洋特征不同于传统的分层海洋模式,对此有必要进行更深入系统的研究.