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深部流體作用下油氣成藏機(jī)理(精) 版權(quán)信息
- ISBN:9787030728487
- 條形碼:9787030728487 ; 978-7-03-072848-7
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數(shù):暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
深部流體作用下油氣成藏機(jī)理(精) 內(nèi)容簡介
本書從地球各圈層相互作用視角出發(fā),以深部流體為聯(lián)系各圈層的紐帶,著重探討深部地質(zhì)作用以及深部流體活動所攜帶的物質(zhì)和能量對沉積盆地中油氣成藏的影響。以深大斷裂和巖漿火山活動影響盆地中的典型油氣和深部熱液活躍區(qū)域?yàn)榻馄蕦ο螅罁?jù)自主研發(fā)實(shí)驗(yàn)?zāi)M和大量有機(jī)和無機(jī)地球化學(xué)數(shù)據(jù),闡述深部地質(zhì)作用和深部流體對烴源發(fā)育、生烴潛力、儲蓋層和運(yùn)移富集等油氣成藏全過程的影響。以四川盆地震旦系陡山沱組和燈影組三段、志留系龍馬溪組、鄂爾多斯盆地三疊系延長組7段、松遼盆地白堊系青山口組和嫩江組黑色泥頁巖為例,揭示出巖漿火山活動和深部流體活動攜帶生命營養(yǎng)元素促使了成烴生物繁育和富有機(jī)質(zhì)烴源巖的形成;通過自主研發(fā)干酪根催化加氫生烴定量實(shí)驗(yàn),明確富氫深部流體通過加氫作用提高烴源再活化生烴潛力,建立不同成因類型天然氣的判識指標(biāo);以蘇北盆地黃橋油氣藏為例,探討深部富CO2流體影響下儲層溶蝕發(fā)育和蓋層膠結(jié)封閉的協(xié)同成巖演化機(jī)理;以塔里木盆地順托地區(qū)油氣藏、蘭坪熱液鉛鋅礦伴生熱液石油和騰沖溫泉熱液石油為例,闡述深部地質(zhì)過程和深部流體對油氣運(yùn)移聚集的影響和耦合成藏機(jī)理。 本書可供從事油氣地質(zhì)和成藏研究、油氣資源評價(jià)、深層油氣勘探開發(fā),以及地球圈層物質(zhì)循環(huán)前沿交叉學(xué)科的地質(zhì)科技人員、勘探工程師和相關(guān)專業(yè)的研究生參考。
深部流體作用下油氣成藏機(jī)理(精) 目錄
序一
序二
前言
第1章概論1
1.1深部流體在富有機(jī)質(zhì)烴源巖形成中的“優(yōu)源”作用2
1.2深部流體在有機(jī)質(zhì)生烴中的“增烴”作用4
1.3深部流體在儲層發(fā)育中的“成儲”作用6
1.4深部流體在油氣成藏中的次生“促聚”改造作用9
第2章深部流體對富有機(jī)質(zhì)烴源巖形成的影響12
2.1深部流體對古老烴源巖發(fā)育的影響——以南方震旦系為例13
2.2火山活動對海相富有機(jī)質(zhì)烴源巖發(fā)育的影響——以四川盆地五峰組—龍馬溪組為例22
2.3火山活動對陸相泥頁巖發(fā)育的影響——以鄂爾多斯盆地三疊系延長組為例30
2.4海侵對陸相頁巖沉積的影響——以松遼盆地青山口和嫩江組為例49
2.5火山活動對近海湖盆優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的影響——以濟(jì)陽拗陷沙河街組為例54
2.6深部流體對富有機(jī)質(zhì)烴源巖形成影響的差異性62
2.7小結(jié)67
第3章深部富氫流體加氫生烴機(jī)制與潛力評價(jià)69
3.1地質(zhì)體中氫氣來源與成因類型鑒別69
3.2高成熟干酪根加氫生烴模擬實(shí)驗(yàn)78
3.3低成熟干酪根加氫生烴模擬實(shí)驗(yàn)95
3.4低成熟瀝青加氫生烴模擬實(shí)驗(yàn)111
3.5不同類型天然氣的特征125
3.6非生物氣資源潛力159
3.7小結(jié)168
第4章深部流體作用下儲蓋協(xié)同演化170
4.1深部流體對碳酸鹽巖儲層溶蝕改造作用170
4.2深部流體對碎屑巖儲層和泥巖蓋層成巖影響實(shí)驗(yàn)?zāi)M187
4.3深部流體作用下儲層和蓋層協(xié)同演化與蓋層自封閉效應(yīng)201
4.4小結(jié)218
第5章深部流體作用下油氣聚集成藏機(jī)理219
5.1蘭坪鉛鋅礦深部熱液對烴類的改造219
5.2黃橋幔源CO2與原油運(yùn)聚成藏232
5.3順托果勒地區(qū)熱液作用對油氣改造與成藏的影響263
5.4深部流體作用與油氣成藏308
5.5小結(jié)311
第6章結(jié)論313
參考文獻(xiàn)314
深部流體作用下油氣成藏機(jī)理(精) 節(jié)選
第1章概論 自地球形成開始,地球各圈層之間便發(fā)生廣泛的相互作用,尤其是板塊俯沖、深大斷裂、巖漿火山活動等深部地質(zhì)作用過程會觸發(fā)廣泛的深部流體活動。深部流體是指沉積盆地基底以下地殼至地幔來源揮發(fā)性的流體,以及板塊俯沖過程中巖石脫水所產(chǎn)生的流體、深變質(zhì)過程中脫水作用形成的流體或者受幔源熱源驅(qū)動的深循環(huán)流體。深部流體的溫度一般高于其所穿越的沉積盆地圍巖地層溫度;富含C、H、O、N、S、P、Si等生命元素,Al、Fe、Mn、Mg、Cu、Mo、V、Cr等金屬元素,也包含He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn稀有氣體。因此,深部流體是深部能量和物質(zhì)的重要載體,是聯(lián)系盆地內(nèi)、外因素的紐帶。全球范圍內(nèi),深部流體源源不斷地向淺表盆地傳輸物質(zhì)和能量,與盆地圍巖介質(zhì)發(fā)生廣泛有機(jī)-無機(jī)相互作用,從而對盆內(nèi)油氣形成和聚集成藏全過程施加顯著的影響。 深部流體攜帶的C、H組分可以在盆地圈閉中直接富集成藏。世界范圍內(nèi)前寒武層系中H2生成量高達(dá)2.27×1011mol/a(Sherwood Lollar et al.,2014)。自從20世紀(jì)80年代起,美國地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey,USGS)在堪薩斯(Kansas)盆地發(fā)現(xiàn)氫氣藏,日產(chǎn)H2約370m3,持續(xù)時(shí)間超過30年(Newell et al.,2007)。我國東部郯廬斷裂帶附近亦富含H2,僅濟(jì)陽拗陷夏38井區(qū)一個(gè)侵入巖體可帶來8600×108m3 H2(孟慶強(qiáng)等,2011),金之鈞等(2007)計(jì)算東營-惠民凹陷H2量約441×108m3。目前已證實(shí)松遼盆地甲烷具有深部幔源和費(fèi)-托合成非生物成因氣的貢獻(xiàn),其中慶深氣田非生物甲烷的探明儲量超過500×108m3,對氣藏貢獻(xiàn)率大于25%(Liu et al.,2016a)。金之鈞院士從圈層相互作用的視角,首次提出殼幔有機(jī)-無機(jī)復(fù)合生烴理論,并得到了實(shí)驗(yàn)證實(shí)(Jin et al.,2004)。干酪根生烴是一個(gè)逐漸富碳貧氫的過程,深部流體能通過提供額外C、H組分補(bǔ)償盆地深層高演化烴源巖生烴潛力的不足,大幅提高盆地深部油氣資源潛力(Jin et al.,2001)。 深部流體攜帶的物質(zhì)和能量也影響盆地中石油的形成演化和聚集成藏。在加拿大前寒武系結(jié)晶地盾中除發(fā)現(xiàn)非生物烷烴氣(Sherwood Lollar et al.,2002)之外,還發(fā)現(xiàn)無機(jī)元素參與下石油的形成(Seewald,2003)。深部流體攜帶的能量還能夠引起烴源巖熱催熟生烴(Schimmelmann et al.,2009)、富含芳烴的熱液石油的形成(Kvenvolden and Simoneit,1990)、液態(tài)烴熱裂解氣、含膏層系熱化學(xué)硫酸鹽還原作用(thermochemical sulfate reduction,TSR)、烴源巖二次生烴,以及儲層瀝青(含分散有機(jī)質(zhì))二次裂解。同時(shí),深部富CO2熱液流體對深層碳酸鹽巖、碎屑巖和火山巖儲集體也具有建設(shè)性改造作用,尤其是對深層碳酸鹽巖儲層溶蝕改造作用尤為顯著(Jin et al.,2006),對泥巖蓋層也具有溶蝕或充填等作用(Kaszuba et al.,2005;Khler et al.,2009)。在對石油運(yùn)移成藏方面,富CO2等不同類型深部流體自深部向上運(yùn)移過程可以有效地將深層烴源巖中殘留烴類和致密儲層中烴類攜帶,從而提高烴類聚集效率。2012年中石油把深部油氣“補(bǔ)給”作為當(dāng)年石油勘探十大科技進(jìn)展之一,凸顯出深部流體活動對油氣補(bǔ)給已經(jīng)引起石油工業(yè)界的高度關(guān)注,但深部流體對油氣補(bǔ)給機(jī)制尚存爭議。 我國許多含油氣盆地,包括東部中-新生代新構(gòu)造體制影響盆地和中西部古老克拉通盆地,都經(jīng)歷了多期次深大斷裂、巖漿火山活動等深部地質(zhì)作用,所觸發(fā)的強(qiáng)烈的深部流體活動也在不同盆地中對油氣成藏產(chǎn)生了不同的影響。在松遼盆地慶深氣田發(fā)現(xiàn)非生物烷烴富集,而松南氣田則主要發(fā)現(xiàn)非生物CO2富集;渤海灣盆地濟(jì)陽拗陷發(fā)現(xiàn)豐富H2、CO2等。蘇北盆地黃橋地區(qū)多口鉆井發(fā)現(xiàn)CO2天然氣與原油共生,其中華泰3井產(chǎn)油1.3t/d,產(chǎn)氣2.5×104m3/d;溪3井產(chǎn)油1.4t/d,產(chǎn)氣3.76×104m3/d;溪平1井產(chǎn)油5.51t/d,產(chǎn)氣5.56×104m3/d;溪平5井產(chǎn)油3.0t/d,產(chǎn)氣1.1×104m3/d,產(chǎn)水18m3/d。黃橋地區(qū)原油密度為0.7933~0.8255g/cm3,為輕質(zhì)油或凝析油;而臨近的句容油藏?zé)o深部CO2,只有少量稠油產(chǎn)出。同時(shí),隨著塔中北坡勘探不斷取得進(jìn)展,順托1、順南5等井油氣無阻流量大于100×104m3/d。塔北北坡為稠油(艾丁、英買2等)、塔北南坡與塔中北坡(躍進(jìn)、順北、順托等)為正常-凝析油,而緊鄰環(huán)滿加爾凹陷西斜坡(吉拉克、順南、古城等)為天然氣,甚至干氣。由此可知,不同地區(qū)油氣成藏有著顯著的差異。廣泛活躍的深部流體是否對這些不同區(qū)域油氣形成和成藏過程產(chǎn)生影響,發(fā)生何種物理化學(xué)作用,如何鑒別,如何開展油源評價(jià)和成藏過程示蹤等,有待深入探索。 針對上述科學(xué)問題,以深部流體攜帶物質(zhì)與能量為主線,開展深部流體作用下富有機(jī)質(zhì)烴源巖發(fā)育、油氣形成以及聚集成藏的研究,探討深部流體攜帶物質(zhì)與能量對沉積盆地油氣形成與后期改造機(jī)理,闡明深部流體作用下油氣成藏過程,建立深部流體作用下深層油氣形成、運(yùn)移、聚集的地球化學(xué)示蹤指標(biāo)體系。 將深部流體對沉積盆地的作用概括為“優(yōu)源”、“增烴”、“成儲”和“促聚”,分別指示深部流體在有機(jī)質(zhì)富集、烴源巖催化加氫生烴演化、形成有利于油氣保存的儲蓋層條件、驅(qū)替深層油氣成藏及次生蝕變中的作用。具體來說,深部流體攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)了成烴生物的勃發(fā)和碳?xì)湓吹念~外補(bǔ)充,有利于優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育和烴源巖生烴潛力的提高,其攜帶的能量促進(jìn)了烴源巖早熟和高成熟烴源活化加氫生烴。深部富CO2流體對碳酸鹽巖、碎屑巖儲層的溶蝕改造,改善了深層儲集空間,使得優(yōu)質(zhì)儲層能向更深方向延伸。深部超臨界CO2對深層滯留原油的萃取和泥頁巖中CH4的驅(qū)替,提高了深層和致密儲層中烴類流動性。同時(shí),深部流體攜帶的物質(zhì)(C、H、催化物質(zhì))和能量不僅能夠促使費(fèi)-托合成無機(jī)CH4、有機(jī)質(zhì)熱演化生烴形成“熱液石油”,而且使得有機(jī)來源的原油發(fā)生熱蝕變。從地球?qū)尤ο嗷プ饔玫囊暯强矗畈苛黧w不僅對沉積盆地輸入了大量的外源C和H,改善了油氣賦存空間,同時(shí)也提高了油氣富集聚集效率。 1.1深部流體在富有機(jī)質(zhì)烴源巖形成中的“優(yōu)源”作用 “優(yōu)源”是指在深部流體作用下,將NO-3、PO3-4、NH+4等營養(yǎng)鹽類,F(xiàn)e、Mn、Zn等生源要素和古細(xì)菌、嗜熱細(xì)菌等攜帶至盆地,促進(jìn)盆地中生物的繁盛和沉積有機(jī)質(zhì)的富集。深部流體的“優(yōu)源”通過提高水體初級生產(chǎn)力和形成有利的有機(jī)質(zhì)保存環(huán)境兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)。生產(chǎn)力方面,深部流體攜帶了大量NO-3、PO3-4、NH+4等營養(yǎng)鹽類,CH4、CO2、H2、NH3等熱液氣體和Fe、Mn、Zn、Co、Cu等微量金屬元素,以及來自地球內(nèi)部的古細(xì)菌、嗜熱細(xì)菌等微生物;它們的注入促進(jìn)了水體生物的繁盛和初級生產(chǎn)力的提高,為有機(jī)質(zhì)的形成和富集創(chuàng)造了首要條件。保存環(huán)境方面,深部流體的噴發(fā),向大氣和海洋中輸送了大量的CO2,與水體中的Ca2+、Mg2+等離子結(jié)合,形成碳酸鹽類,增加了水體的鹽度,促進(jìn)了水體的分層和水體循環(huán)的靜止,為水體環(huán)境中有機(jī)質(zhì)的富集創(chuàng)造了有利的水體動力學(xué)條件和氧化還原狀態(tài)。而巖漿熱液活動向大氣和水體輸送的H2S、CO等還原性氣體溶解于水中,同樣可以促進(jìn)水體還原環(huán)境的形成。 深部流體對沉積物中有機(jī)質(zhì)的富集具有重要作用,其作用的機(jī)理主要體現(xiàn)在對沉積環(huán)境的影響和對沉積盆地的物質(zhì)供應(yīng)兩個(gè)方面。 在沉積環(huán)境方面,大規(guī)模的巖漿及熱液噴發(fā),向大氣和水體輸送了大量的CO2,引發(fā)了溫室效應(yīng)和水體循環(huán)的靜止,造成如白堊紀(jì)中期的大洋缺氧等事件的發(fā)生。Demaison和Moore(1979)指出與富氧水體不同,缺氧的底層水避免了有機(jī)質(zhì)在下降沉積過程中氧化分解的損耗,是有機(jī)質(zhì)富集的極佳環(huán)境。此外,Van Cappellen和Ingall(1994)提出缺氧海底環(huán)境可以促進(jìn)活性磷的再生與循環(huán)。磷是細(xì)胞膜和遺傳物質(zhì)的重要組成,參與水生植物的生命代謝活動,為植物細(xì)胞提供能量,對浮游植物的生長和群落結(jié)構(gòu)的發(fā)展具有重要的影響,是生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的重要限制因子。因此,磷元素的活化與再循環(huán)對沉積盆地藻類、浮游植物等生物的繁盛和沉積物中有機(jī)質(zhì)的富集具有積極的作用。 在物質(zhì)供應(yīng)方面,深部流體的上涌噴發(fā)過程中還可以釋放大量的C、N、Si、P等營養(yǎng)物質(zhì)和Zn、Fe、Mn、Ni、V等重要的微量金屬元素。其中,氮是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、磷脂和葉綠素的重要組成,對促進(jìn)植物細(xì)胞的分裂增長具有重要的作用,在深部流體中氮主要以NO-3、NH+4、NO-2等形式存在。硅是藻類細(xì)胞壁的重要成分,主要以SiO2-4的形式存在。鐵是除N、P、Si等常量元素外,大洋水體中浮游植物生長的又一重要限制因素,在植物光合作用、呼吸作用,氧的新陳代謝,碳的固定,氮的吸收利用,以及蛋白質(zhì)、葉綠素的合成等生命過程中均起到不可替代的作用。Martin和Fitzwater(1988)提出“鐵假說”,認(rèn)為Fe是控制海洋浮游植物生長和大洋初級生產(chǎn)力的重要因素。“鐵假說”理論得到大洋施鐵巡航觀測和加富鐵培養(yǎng)模擬實(shí)驗(yàn)研究的支持(Price and Wenger,1992;Frogner et al.,2001;Olgun et al.,2013)。Fe或富Fe火山灰等物質(zhì)的加入,將促進(jìn)赤道太平洋等高營養(yǎng)鹽低葉綠素(high nutrient low chlorophy,HNLC)水域中NO-3、NO-2的吸收利用和浮游植物的生長繁盛。當(dāng)火山灰與大洋表層水接觸,吸附于火山灰顆粒表面的酸性氣溶膠開始溶解,并向大洋水體釋放大量的Fe。伴隨Fe元素的釋放,水體中N、P等營養(yǎng)鹽類利用率提高,生物產(chǎn)率和生物總量大幅升高。Fe在控制海洋浮游植物生長和提高大洋初級生產(chǎn)力方面起重要作用,而海水-玄武巖反應(yīng)和火山灰沉降作為海洋生態(tài)系統(tǒng)中鐵元素的兩個(gè)重要來源,均與巖漿熱液流體活動密切相關(guān)。Browning等(2014)在火山灰加入對浮游植物響應(yīng)的研究中發(fā)現(xiàn),當(dāng)可溶性鐵單獨(dú)施加到南大洋水體中時(shí),作為典型的HNLC水域,南大洋水體未檢測到應(yīng)有的浮游植物響應(yīng)。在對南大洋水體成分進(jìn)行檢測時(shí)發(fā)現(xiàn),其部分水域中Mn含量極低。Mn是浮游植物新陳代謝中不可或缺的微量元素,對硝酸鹽還原酶、羧化酶等酶的活化、光合作用中水的光解、葉綠素的合成等過程具有重要的影響。在南大洋等低Mn水體中,其浮游植物的生長受到Fe、Mn的共同限制(Morel et al.,2003;Middag et al.,2011;Moore et al.,2013)。除了作為限制因子,Mn在被植物細(xì)胞吸收過程中還起到了毒害元素緩沖劑的作用。Hoffmann等(2012)研究發(fā)現(xiàn),Mn在被植物細(xì)胞吸收過程中與Cu、Cd、Zn等元素處于拮抗關(guān)系,由于競爭運(yùn)輸載體,水體Mn含量的提高將抑制植物細(xì)胞對Cu、Cd等有毒元素的吸收。火山噴發(fā)(黑煙囪)過程中攜帶各類營養(yǎng)物質(zhì)和生命必需元素,使得水體中生物產(chǎn)生多樣性和異常勃發(fā)(Dick and Tebo,2010;Dick et al.,2013;Li et al.,2017a),黑煙囪伴隨的羽狀物可以將深部化學(xué)物質(zhì)和海洋微生物搬運(yùn)距離噴發(fā)口大于4000km的位置(Fitzsimmons et al.,2017)。深部流體的注入,為水體生物的生長提供了必需的生命元素和營養(yǎng)物質(zhì),為大洋水體初級生產(chǎn)力的提高提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)(Lee et al.,2018)。放射性元素(如鈾)也能促進(jìn)生物大量繁殖和變異,從而提高有機(jī)生物生成通量(Algeo and Rowe,2012;蔡郁文等,2017a)。 1.2深部流體在有機(jī)質(zhì)生烴中的“增烴”作用 高溫是有機(jī)質(zhì)成熟生烴的一個(gè)重要因素。深部流體攜帶了大量的物質(zhì)和能量,是除深埋熱作
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