（地球化学专业论文）鄂尔多斯盆地一些能源矿产伴生沥青的地球化学研究.pdf

摘要 沥青是原油经热变化、气体脱沥青化、水洗和生物降解等作用形成，其本身 就是一种重要的矿产。近年来对其成因、性质及化学结构做了大量研究，但对其 地质应用的研究不够。沥青作为煤、石油、天然气、铀等能源矿产的伴生产物， 本身就蕴藏着丰富的地质信息。本文研究了鄂尔多斯盆地一些能源矿产伴生沥青 的地球化学性质和行为，以此来揭示鄂尔多斯盆地能源矿产的一些地球化学特 征。通过对能源矿产伴生沥青的地球化学性质和行为研究获得以下新的认识： 1 与盆地内原油相比，沥青的稀土元素特征与原油既有某些相似性，又存 在较大的区别。表现出两者在来源上具有某种程度上的同源性，但沥青的稀土分 馏程度较石油大的多，由此表明沥青的演化过程较石油更复杂。物质来源也具有 多样性，一些样品中可能还存在来源深度比较大的深部流体组分。沥青在形成与 运移过程中与深部流体的作用程度可能较石油更高，与浅源流体的交换程度相对 较小。 2 微量元素、稀土元素富集特征表明，含油砂岩沥青与石油和石油沥青具 有一些相似的地球化学特征，所不同的是稀土元素较石油和石油沥青的优势富集 程度高的多，表明含油砂岩沥青中深源物质较少。 3 盆地东南缘煤矿的煤沥青具有混源特征。煤沥青与煤中优势富集的元素 相近，二者可能是同源的；盆地东南缘煤矿的煤层夹矸沥青成分可能主要以其成 岩过程中的初始有机流体组分为主，即属于壳源有机质流体。 4 通过对陈家山煤层气组成及其h e 同位素的分析，发现煤层气的形成过 程中可能有一定量的幔源物质的加入。 5 根据沥青的拉曼探针分析结果及其样品所在的构造位置来看，基底断裂 对沥青组成可能有一定的影响。另外，沥青中广泛存在还原性气体c h , ，c 2 h 。，c 。h 。 和c 。 1 6 等，部分样品中同时含有氧化性气体c o z ，氧化性气体与还原性气体具有 此消彼长的反相关关系，显示沥青的后期改造和氧化一还原条件的变化特征。 关键词：鄂尔多斯盆地地球化学微量元素氯仿沥青“a ”拉曼光谱 a b s t r a c t t h ef o r m a t i o no ft h e a s p h a l td e p e n d so ns o m ef u n c t i o n s t h a tt h e yi n c l u d e h e a t - c h a n g i n g o fc r u d e o i l ，t a k i n go f fa s p h a l t i z a t i o n ，w a t e rw a s h i n g ，a n d b i o d e g r a d a t i o no ft h el i v i n ge t c m e a n w h i l e ，t h ea s p h a l ti s a l l i m p o r t a n te n e r g y r e s o b r c ea l s o i nr e c e n ty e a r s ，t h em a i nr e s e a r c ho ft h ea s p h a l ti si t so r i g i n ，c h a r a c t e r , a n dc h e m i c a ls t r u c t u r e b u tt h es t u d yo fg e o l o g i c a la p p l i c a t i o ni sn o te n o u g h t h e a s p h a l ti sa l la s s o c i a t e dp r o d u c to fe n e r g yr e s o u r c e ，s u c ha sc o a l ，p e t r o l e u m ，g a sa n d u r a n i u m ，a n ds oo n s oi th a sa na b u n d a n to fg e o l o g i c a li n f o r m a t i o n t h i sp a p e r d i s c u s s e ss o m eg e o c h e m i c a lc h a r a c t e r sa n db e h a v i o r so fa s s o c i a t e db i t u m e no fs o m e e n e r g yr e s o u r c e s a n dt h e nd i s c l o s e ss o m eg e o c h e m i c a lf e a t u r e so ft h ee n e r g y r e s o u r c e si no r d o sb a s i n t h eg e o c h e m i c a lc h a r a c t e r so fa s s o c i a t e db i t u m e nh a v e b e e na n a l y z e d i ti ss a i d ： 1 c o m p a r e dw i t hc r u d eo i li no r d o sb a s i n t h el a n t h a n o nc h a r a c t e r so ft h e a s p h a l th a v es o m es i m i l a r i t y , a tt h es a m et i m e ，t h e yh a v es o m ed i f f e r e n c e t h es o u r c e o ft h ea s p h a l ta n dt h ec r u d eo i la r eh o m o g e n e i t yi ns o m ew a y , b u tl a n t h a n o n f r a c t i o n a t i o no f t h ea s p h a l ti sr e l a t i v e l yh i g h s oi tc a l ls h o wt h a tt h ea s p h a l ti sh i g h e r t h a nt h ee v o l u t i o nd e g r e eo fc r u d eo i l o r i g i nh a sa l s ov a r i e t y , s o m es a m p l e sm a y b e e x e r td e e pf l u i d h e n c e ，t h e s ei n d i c a t et h a tt h ea s p h a l th a sh i g hi n t e r a c t i o nw i t hd e e p f l u i dw h e nt h ea s p h a l ti st r a n s p o r t i n g a n di ti si n v e r s e l y 、i t i ls u r f a c ef l u i d 2 a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r so f i r a c ee l e m e n t sa n dt h el a n t h a n o no f a s s o c i a t e d b i t u m e no fo i l b e a r i n gs a n d s t o n e t h e i rg e o c h e m i c a lc h a r a c t e r sa r es i m i l a rw i t hc r u d e o i la n da s s o c i a t e db i t u m e no fc r u d eo i l t h ed i f f e r e n c ei st h a t p r e p o n d e r a n t e n r i c h m e n t a ll a n t h a n o n so fa s s o c i a t e db i t u m e no fo i l - b e a r i n gs a n d s t o n ea r eh i g h e r t h a nt h o s eo fc r u d eo i la n dt h ea s p h a l t t h ea s s o c i a t e db i t u m e no fo i l - b e a r i n g s a n d s t o n eh a sl e s sd e e ps o u r c e 3 i nt h ec o a lm i n e so ft h es o u t h e a s t0 r d o sb a s i n a s s o c i a t e db i t u m e no fc o a l h a v es o m ec h a r a c t e r st h a tt h e ya r em i x e ds o u r c e s p r e p o n d e r a n te n r i c h m e n te l e m e n t s o ft h ea s p h a l ta r es i m i l a r 、i t l lc o a l s os o u r c e so ft h e a s p h a l ta n dc o a la r e h o m o g e n e i t yi ns o m ew a y t h ec o m p o n e n t so fa s s o c i a t e db i t u m e nw i t ht h ec o a l b e d g a n g u ea r em a i n l yo r i g i n a lo r g a n i cf l u i d s i nt h ep r o c e s so ft h ed i a g e n e s i s t h e y b e l o n g t ot h ec r u s t - d e d v e do r g a n i cf l u i d s 4 t h ec o m p o n e n t so fc o a l b e dg a si nc h e n j i a s h a nc o a lm i n e sa n dh ei s o t o p e h a v eb e e na n a l y z e d i ts h o w st h a tm a n t l es o u r c e sh a v eb e e nj o i n e dp o s s i b l yi n f o r m a t i o np r o c e s so f c o a l l 列g a s 5 a c c o r d i n gt or e s u l t so f l a s e rr a m a ns p e c t r o s c o p ya n dt h es t r u c t u r a ll o c a t i o n o ft h es a m p l e s ，t h eb a s e m e n tf a u l t si nt h eb a s i nh a v es o m ei n f l u e n c e sf o rc o m p o n e n t o ft h ea s p h a l t t h er e d u c i b i l i t yg a ss u c ha sc i - h ，c 2 h 2 ，c 2 i - ha n dc 2 h 6c a i lb ef o u n di n c h l o r o f o r ma s p h a l te x t e n s i v e l y , w h o s ec o n t e n ti sg r o w t ha n dd e c l i n ew i t ht h e o x y g e n i z a t i o ng a sc 0 2 ，a n da l lo ft h e s es h o wt h ef e a t u r e sa b o u tl a t e rr e f o r m a t i o na n d r e d o xc o n d i f i o nf o rt h ec h l o r o f o r ma s p h a l t k e y w o r d s ：o r d o sb a s i n ；g e o c h e m i s t r y ；t r a c ed e m e n t ；c h l o r o f o r mb i t u m i n o u s a ： l 脚接翌季露 西北大学学位论文知识产权声明书 y 8 9 3 7 0 $ 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被 查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学。 墨塞蓑萎蓑萎裹霎亍麓指导教师签名：哇数学位论文作者签名：釜遗葚指导教师签名：哇刍鲻 2 t 冶石年矿月占日 年 月 日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者签名李肼莫 刎年月6 日 第一章前言 第一节立题依据和意义 一、立题依据 鄂尔多斯盆地是我国中西部地区大型能源矿产富集盆地，具备生油、生气、 运移、储集和覆盖的成藏条件，同时还具备了煤和铀矿床的成矿条件，具有广阔 的研究、勘探、开发前景和重要的能源矿产战略储备意义。本论文通过对鄂尔多 斯盆地一些能源矿产伴生沥青的地球化学性质和行为研究，以此来揭示鄂尔多斯 盆地能源矿产成因、特征及其共存机制。 作为许多能源矿产伴生产物的沥青，其生成、演化与能源矿产的成藏成矿具 有密切的关系。因此，沥青成为提取各种能源矿产生成、演化、运移、富集成矿 的重要纽带和信息载体。通过沥青的生成、演化及其与各种能源矿产之间关系等 方面的研究，能够揭示能源矿产的生成时代、生成温度、成藏成矿机制、运移和 成因机制等一系列重要问题。此外，石油、天然气、煤、铀等能源矿产富集共存 机制问题，是当今地学界关于能源矿产研究的前沿和热点，而沥青又同时存在于 这些能源矿产及其围岩之中。因此笔者选择以沥青作为本论文的主要研究对象， 应用新的、现代化的研究手段，从研究沥青自身的地球化学特征入手，研究其与 能源矿产特征、成因与分布规律。 二、研究意义 就油、气、煤、铀等能源矿产而言，尽管它们的成因比较复杂( 有时是同源 的，有时是共存的，有时一种能源矿产又是另一种能源矿产的成矿母岩。有时又 均是多源、多期和多阶段成矿作用的结果) ，矿产类型不同( 有的是有机矿产， 有的是无机矿产；有的是金属矿产，有的是非金属矿产；有的是液体矿产，有的 是气体矿产，还有的是固体矿产) ，但是，这些不同类型的能源矿床( 藏) 及其 围岩中常常都有沥青发育，且沥青与这些矿产的生成演化和成藏成矿密切相关。 尤其是在鄂尔多斯盆地，石油、天然气、煤、铀矿的共性在于：不仅都是能源类 矿产，而且共存于同一个盆地之中，且都与沥青存在着共生关系。把沥青作为联 系这几类矿产间关系的纽带和共同的信息载体加以研究，在客观上具备一定的基 本条件。各种能源矿产成因及其共生规律，可望通过对沥青的研究得到一定的揭 示。因此，通过对鄂尔多斯盆地多种能源矿产所共有的地质信息载体沥青的 研究，除了可以揭示部分区域能源矿产的生成时代、生成温度、成藏成矿机制、 运移和成因机制等问题之外，还可以揭示多种能源矿产富集共生机制，指导能源 矿产的综合勘探和开发。 由上可见，开展鄂尔多斯盆地能源矿产伴生沥青的一些地球化学行为的研 究，不仅具有重要的学术价值和科学意义，而且具有很大的实际应用价值。前人 对沥青及其相关的能源矿产和某些盆地的相关问题曾进行过一定程度的研究，已 取得了不少的研究成果。但是由于受到研究思路、方法技术以及研究基础、研究 区域的限制，目前对鄂尔多斯盆地沥青的研究还非常有限，对其与多种能源矿产 间关系的研究还较少。因此，及时对我国这一重要的成油、成矿盆地中的沥青及 其与各种能源矿产之间的关系开展系统研究，不仅能取得对多种能源矿产成藏成 矿机制新的认识，而且有利于揭示鄂尔多斯盆地金属矿产和非金属矿产，有机矿 产和无机矿产，液体矿产、气体矿产和固体矿产之间的关系，并有利于查明鄂尔 多斯盆地能源矿产的分布规律，有助于能源矿产的勘探、开发及其战略储备，促 进国民经济的长远健康发展。 第二节国内外沥青研究现状 一、沥青的组成 由于沥青中蕴藏着丰富的地质地球化学信息，因此很早就被用来作为寻找油 气藏的标志和油气藏研究的手段之一。沥青的元素组成主要是碳、氢，少量氧、 氮、硫及金属等( 曹寅，1 9 9 1 ) 。沥青族组分常由饱和烃、芳烃、沥青质、非烃 等组成( 杜佰伟等，2 0 0 3 ) 。通过这些组份的研究可以判断这些沥青是否经过了氧 化、水解、生物降解和稠变等作用。根据轻组分是否大量散失以及各种组份的比 例等指标，可判断沥青的成熟度从而研究与之相关的能源矿产的演化进程 ( d i e c k m a n ne ta 1 ，1 9 9 8 ；曹寅，1 9 9 1 ) 。 二、沥青的反射率 原始油源的不同所形成的沥青的光学结构就会有所差异( s t a s i u k ，1 9 9 7 ) ， 原油形成的时代不同沥青的反射率也会有所不同( c u r i a l e ，1 9 8 6 ；h w a n ge ta 1 ， 1 9 9 8 ) 。所以认识沥青的反射率，对油气藏的研究具有重要意义。2 0 世纪5 0 年代 k a r w e i l 就建立起了有机质成熟度、温度及地质时间三者的定量关系图解，为根 据沥青受热史及其反射率推算其形成地质时间奠定了基础。7 0 年代，沥青反射率 又被用作衡量油气藏成熟度的指标( r o b e r t ，1 9 8 8 ) ，且沥青被作为油气生成与运 移的标志。8 0 年代以来，国内外学者对沥青作了较为深入的研究，尤其是沥青本 身结构的规整程度和热演化特征直接决定的反射率( 凡) 值，是标定碳酸盐有机质 热演化程度的重要参数，因此成为油气评价中的重要指标。9 0 年代后期人们对反 射率( 凡) 的进一步研究认为，无论把r 。用作演化指标，还是用作推测油气生成及 运移的地质时间，都是基于有机质成熟度、温度及地质时间三者之间的定量关系 来实现的( 高志农、陈远因，1 9 9 8 ) 。然而，越来越多的研究显示，反射率( r 。) 值不仅受控于温度和时间，还会受到沥青成因类型的影响。但是目前，对生油岩 中沥青的成因尚有不同的认识，仍有待于更加深入的研究。 三、沥青的研究方法 目前对沥青的研究已采用了元素分析、热解分析、红外光谱、核磁共振、x 射线衍射、化学热解、同位素及同位素系列研究等现代化的分析测试和研究手段。 其中红外光谱分析可应用于不同沥青质的母质类型的判别，成熟度演化状况以及 沥青质再生油、生气的潜力等方面的研究。薄层色谱一氢火焰检测技术( t l c f i d ) 也是近年来应用于油藏地球化学研究的一项关键性技术，它可以测得储层中各深 度点油砂有机溶剂( 二氯甲烷：甲醇= 9 3 ：7 ) 抽提物中饱和烃、芳香烃、非烃和沥 青质的绝对含量和相对含量，因而在沥青垫的发现和鉴定中扮演着重要角色。 目前根据沥青的研究方法来探索沉积岩中有机质结构的方法也很多。2 0 世 纪8 0 年代以来，采用钉离子催化氧化( 简称r i c o ) 技术研究煤、干酪根、油页 岩、沥青质等大分子结构的方法得到广泛的应用，这是一种选择性很强的、较温 和的化学降解方法。该方法能有效地、选择性地将结构中的芳碳氧化为羧酸，定 量地移去芳碳，从而使得沥青中的脂族结构不受影响。 四、沥青的分子结构 一般认为，沥青质分子中含有一个或多个稠合芳环体系，环以及环与环之间 连接有丰富的取代基，主要是甲基、短的脂肪链和一些环烷烃。这些取代基主要 为0 、n 和s 等。它们在沥青质分子骨架中连结着丰富的脂肪族的侧链或支链。 因此沥青的显微组分、富含0 、n 、s 等原子的化合物、低熟烃源岩可溶有机质中的 非烃和沥青质等，都是生成低熟油气的重要母质。沥青质分子中含有4 1 0 个稠 合芳核体系，芳环上连有丰富的脂肪性结构单元，支链结构可以从较短的c ，一c ； 到长链单元c 蚰。这些支链结构在空间里可能发生卷曲、盘绕，在沥青质分子骨 架中形成一些“笼”形结构，这种结构特征使得沥青质分子可以较好吸附、包裹 一些以烃类为主的其他组分。 五、沥青的分类 目前，地质体中沥青的分类综合起来主要有以下几种观点：一种是传统的成 因派，代表有r o g e r s ，j a c o b 及d u r a n d 等( d u r a n d ，1 9 8 0 ；j a c o b ，1 9 8 9 ：r o g e r s ， 1 9 7 4 ) 。其中以r o g e r s 的分类影响最大，大部分分类术语沿用至今，他将沥青 划分为四种成因类型，即储层沥青、石墨沥青、地沥青及油母沥青。第二种观点 考虑了沥青形成与油气生成的关系，将沥青分成前油沥青与后油沥青( 金奎励、 陈中凯，1 9 9 1 ) 。第三种观点主要依据沥青产出的地质特点，将沥青划分为原生 一同层沥青、后生一储层沥青、岩浆热变质沥青和表生一浅层氧化沥青四大类( 傅 家谟，1 9 8 9 ) 。第四种观点是2 0 世纪9 0 年代初由肖贤明等在对前人分类总结的 基础上提出的，将我国烃源岩中沥青划分为三类六型( 表卜1 ) 。 表1 - 1 烃源岩中沥青的三类六型( 据肖贤明等，1 9 9 1 ) 显微组分亚种 显微组分组显微组分( 按来源)光性特征划分 ( 按形成作用方式) 前油沥青 原地沥青后油沥青 各向同性沥青包括：低变各 沥青 表生沥青 向同性沥青、中变各向同性 早期沥青 沥青、高变各向同性沥青： 异地沥青 各向异性沥青包括：中间相 晚期沥青 小球体镶斑结构片状体。 再循环沥青再循环沥青 与此同时邱蕴玉等在综合前人研究成果的基础上，提出了第五种分类，按其 成因机制将烃源岩中的沥青分成三大类：( 1 ) 热演化成因沥青( 焦沥青、碳沥青) ， 是石油处于较高温地热系统中，轻的部分向链烷烃转化直至c h 。重的部分通过 缩合作用形成以高碳为特征的多环焦沥青残余物；( 2 ) 冷变质成因氧化沥青( 软 沥青、地沥青、石沥青) ，是石油处于较低温度、较浅埋深的开启环境中普遍通 过挥发、氧化、细菌降解、水洗等冷变质作用，促使石油中轻组分损失，胶质、 沥青质组分增加而形成重质沥青；( 3 ) 脱沥青成因的沥青质沥青，是在石油中注 入了气态烃或轻烃而导致沥青质在石油中溶解度降低而被分离沉淀，属物理分异 产物。其中( 1 ) 、( 3 ) 一般发生于深埋高温封闭条件下，( 2 ) 发生于浅埋低温开启 条件下。9 0 年代中期，刘大锰等在研究塔里木下古生界烃源岩沥青光性特征基 础上，识别出藻类型沥青和动物型沥青，并结合热模拟实验结果，探讨了现代蓝 藻及虾姑形成沥青的机理，并建立了形成模式( 刘大锰等，1 9 9 6 ) ，并成为对沥 青的又一种分类。实际上，沥青并不能被简单地归属于上述某种成因，而常常是 几种成因同时存在的复杂结果。 第三节研究内容、学术思想、研究方法和思路 一、研究内容 1 鄂尔多斯盆地地质地球化学基本特征 收集前人所取得的研究成果，进行整理、归纳和总结，概述鄂尔多斯盆地地 质、地球化学特征以及本文重点研究对象沥青的地球化学基本特征。包括沥青的 镜下特征、赋存状态、含量特征及其变化规律、沥青在不同层段的含量分布特征、 不同岩性沥青中的组分特征等。 2 鄂尔多斯盆地一些能源矿产伴生沥青的微量元素研究 通过对微量元素、稀土元素等的研究，可提取沥青及其相关能源矿产的时代 和物源特征，探讨沥青及能源矿产形成、运移与富集共存的机理问题。 3 鄂尔多斯盆地一些能源矿产伴生沥青的显微激光拉曼探针研究 显微激光拉曼光谱( 札r m ) 是近2 0 年才发展起来的新型微区分析技术。该项 分析技术在微区分析上所显示的高精度、原位、无损和快速的特点，使之逐渐成 为地球科学基础研究中的一项重要分析手段。特别是近十年来，m l r m 在矿物学 和岩石学中已得到广泛的应用，但是在沥青研究中的应用还未见报道。本文试图 通过对沥青拉曼光谱的研究为能源矿产勘探与开发提供一种新的分析研究手段。 二、学术思想、研究方法和思路 本文以比较矿床学理论和方法为指导( 赫英，1 9 9 6 涂光炽，2 0 0 6 ) ，收集 已有的地质、地球化学资料，初步研究鄂尔多斯盆地多种能源矿产的地质、地球 化学特征及其与成矿的关系，并确定进一步研究的重点区段，以重点区段为研究 对象，采集样品，以现代地质研究新技术、探测和测试新技术，研究沥青的地球 化学特征，比较研究鄂尔多斯盆地沥青及其与多种能源矿产的关系。具体的研究 路线、实施方案及技术方法如框图所示( 图1 - 1 ) 。 l 鄂尔多斯盆地能源矿产伴生 l 沥青的地球化学行为研究 l 【资料收剿i 实地考察i 原始资料信息库及其分类i 沥青研究il 相关的拉曼| 相关的成分研究 | 勺相关资料ii 光谱研究资料资料 f - i 相关资料的综 f 合石犴窑和对比 工 形成初步阶段性研究成果，并筛选地区 作为下一步主要研究阶段的重点研究对象 野外观察 l 样品采剩| 镜下观察 1 分析测试l j 些燮照il 沥青的拉曼 量元素分析 l 弓潞芬铲 i 能源矿产伴生沥青 与能源矿产的关系 图1 - 1 研究思路图 第四节完成的工作量 在研究过程中，主要完成了以下工作量： 1 野外考察： 2 0 0 4 年7 月1 0 7 月2 8 日：陕西榆林、神木，内蒙东胜，山西邻县针对侏 罗系和石炭一二叠系的煤及野外深部流体活动迹象进行地质考察，资料收集，样 品采集和地质调研等。 2 0 0 4 年1 1 月6 1 2 月2 日：甘肃庆阳、西峰，陕西定边、安边、靖边、安 塞、延长、永坪等地，主要针对西峰、马岭、木钵油田，以及定边、安边、靖边、 安塞、延长、永坪等一系列侏罗系和三叠系油田，上古生界和下古生界的气田进 行地质考察，资料收集，样品采集和地质调研等。 2 0 0 5 年2 月1 8 2 月2 71 3 ：陕西黄陵、铜川、耀县等地煤矿、油并，进行 资料收集，样品采集和地质调研等。 2 0 0 5 年6 月3 日6 月1 0 日：陕西铜川陈家山煤矿和其他煤矿，进行资料 收集，样品采集和地质调研等。 野外样品采集位置如图卜2 。 1 0 6 9 i ，o f 圈， 固刮 刁蠡飘 焦铺剿蓝 酬黑燃 ，6 01 2 0 k 忿嚼幺鬈 黑岱沟露天煤矿 h d f i 一1 一h d g - 8 3 陈蕊f l 。繁温吲 l 黄天棉图沟 | d l 一嚣器- 5 l d l 8 8 d l 一16 i 吐z k 2 m 4 5 1 d l - 一3 9 3 i z k a l8 3 9 5 陛五蕊骂 ld l 一3 5 d l 3 8 i 卅强巯舯4 z k 理3 1 9y 13 z k 理8 1 5y 一1 4 、1 一c h - 7 1 q - 4 1 c 2 a 4 2 c y 15 图1 - 2 采样位置示意图 2 实物工作 在开展项目研究中，首先对研究区的地质地球化学资料进行了比较全面的收 集、整理和分析，在此基础上，确定重要研究区段，布置采样点，设计相关实验 和确定所需的分析测试项目。与此同时还进行了大量的数据处理和图件绘制等资 料整理与研究工作，主要工作量如表卜2 所示。 7 2 8 0 脚籼仆渊m岭岭蛉岭岭 表i - 2 本文研究工作量一览表 工作内容工作量本人完成内容 野外 采集煤及煤层夹矸样品 3 2 5 件 全部 地质 采集石油天然气样品1 7 件大部分 采集铀矿及其围岩样品5 8 件大部分 调查 野外照片1 0 0 余张大部分 岩矿鉴定5 9 件样品选定、鉴定 分析 微量元素1 8 9 件 拉曼光谱1 4 件 样品采集、加工、碎样、 测试称样、灰化等。碳同位素 碳同位素2 0 余件 实煤的灰化5全部 验沥青抽提6 2全部 数据处理、图件编制 4 0 余幅 全部 发表学术论文3 篇第一、三作者 参加科研项目2 项 研究人员 第五节主要认识 通过对本文的系统分析与研究，取得如下主要成果： 1 与盆地内原油相比，沥青的稀土元素特征与原油既有某些相似性，又存 在较大的区别。表现出两者在来源上具有某种程度上的同源性，但沥青的稀土分 馏程度较石油大的多，由此表明沥青的演化过程较石油更复杂。物质来源也具有 多样性，一些样品中可能还存在来源深度比较大的深部流体组分。沥青在形成与 运移过程中与深部流体的作用程度可能较石油更高，与浅源流体的交换程度相对 较小。 2 微量元素、稀土元素富集特征表明，含油砂岩沥青与石油和石油沥青具 有一些相似的地球化学特征，所不同的是稀土元素较石油和石油沥青的优势富集 程度高的多，表明含油砂岩沥青中深源物质较少。 3 盆地东南缘煤矿的煤沥青具有混源特征。煤沥青与煤中优势富集的元素 相近，二者可能是同源的；盆地东南缘煤矿的煤层夹矸沥青成分可能主要以其成 岩过程中的初始有机流体组分为主，即属于壳源有机质流体。 4 通过对陈家山煤层气组成及其h e 同位素的分析，发现煤成气形成过程中 可能有一定量的幔源物质的加入。 8 5 根据沥青的拉曼探针分析结果及样品所在的构造位置来看，基底断裂对 沥青的组成可能有一定的影响。另外，沥青中广泛存在还原性气体c h 4 ，c ：h ：，c 。h 4 和c 2 h 。等，部分样品中同时含有氧化性气体c o 。，氧化性气体与还原性气体具有 此消彼长的反相关关系，显示了沥青的后期改造和氧化一还原条件的变化特征。 9 第二章鄂尔多斯盆地区域地质概况 第一节( 自然) 地理概况 鄂尔多斯盆地是我国大型沉积盆地之一，面积2 5 万平方公里。东起吕梁山， 南以金华山、嵯峨山、五峰山、岐山，西以桌子山、牛首山、罗山，北以黄河断 裂为界，轮廓呈矩型。位于东经1 0 6 。2 0 l i 0 。3 0 ，北纬3 5 。4 0 。3 0 地区，跨越 陕、甘、宁、蒙、晋五省区。是一个古生代地台及台缘坳陷与中新生代台内坳陷 叠合的克拉通盆地，沉积累计厚度达5 1 8 公里。蕴藏着丰富的石油、天然气、 煤、铀等矿产资源，是我国重要的大型能源盆地。 盆地周边断续被山系包围，山脉海拔一般在2 0 0 0 米左右。盆地内部相对较 低，一般海拔8 0 0 1 4 0 0 米。大致以长城为界，北部为干旱沙漠草原区，著名的 有毛乌素沙漠、库布齐沙漠等。南部为半干旱黄土高原区，黄土广布，地形复杂。 盆地外围临近三大冲积平原，即贺兰山以东的银川平原、狼山一大青山以南的黄 河河套平原，秦岭以北的关中平原。 盆地的西北、北、东三面为黄河环绕，盆地内的水系均属黄河水系。盆地范 围内属大陆性干旱和半干旱气候。北部沙漠草原区，年平均温度8 c ，平均最低 温度为一i o c ，平均最高温度为2 4 。c ；南部黄土高原区年平均温度9 1 0 。 盆地内矿产资源丰富，煤炭广泛分布于全区，尤以渭北、华亭、石咀山、晋 西等地最为著称，最近又在神木、府谷等地区探明了特大煤田。铁、锰、铜、铅 等金属矿产，在外围山区已有发现，天然碱和食盐的储量也很丰富。 第二节地层划分与对比 该盆地内中、新生代地层分布于山前、山间盆地及鄂尔多斯内陆坳陷盆地中， 发育良好，沉积厚度可达万米以上。其中三叠系主要分布在鄂尔多斯及河西走廊 地区，主要为一套红色碎屑岩建造，上部夹煤线或煤层。鄂尔多斯西南缘，有海 相碎屑岩、石灰岩并偶夹火山岩。侏罗系为一套陆相含煤碎屑岩建造，下中侏罗 系在该盆地广泛分布，上侏罗系全区出露零星，仅在西缘狭长带可见。区内广泛 发育下白垩系，上白垩系分布局限，仅分布在西北角。在六盘山地区第三系较广 泛发育，为河湖相沉积，主要由红层组成夹有石膏。其地层层序如表2 - 1 所示。 掣 姐 蝼糨皋蝼震震暴 b 景= 匝 如昧 蕞踺 b 也l ，巡昼 壮 踏 札 霉f希撂兽璞蹬f越哩锭昧赣 划喔剐嘬k缸 螳蝼 喔 蠼划 善 誊 霾 塑 辐 一 姆 话 肾 捌 划 肾 赠 赠 孽 斑： h _ 话 躐一 莲 瓣 旨 菲 艘 划 s 隧 婶 划 刑 隧 诗 蛹 u 叫 晤 晒 氢 赠 皿 卜 磐 螺 薛 麓 皋 薛 蟮 薯 彝刊 璺 世 划 v 隧 噼 赵 牛 辞 蜓 * h - f + 器爨世国委鐾固 羹吵r i - 国 隶 爨刍牲搂啬摧接蜡摧 罂 罂唾罪申霉罂 莆羹 粤 剥 释 臻 斗 岛幕唾罪幕 糕 是 窿氍麓暇牛 霉 ， 艇 氍 幕 ， 罂 是罂 窿罂 繇 蜒 罂 孟鼎 1 1 1 螺 ， 露 增 ，熙 垂孳 察 遛蓬蜷 翼， 懂 捌 毫 罂罂g 羹囊窿 唾 醛 璃蠕婿靶 哐 庭定磨隧是 掣餐樱垲捌滥州垲疑霹罂靛卅盎 幅 删 婆摊 胛替椁 划仲嚣删 憾弓删幅岳似卿稃辫陋蝴耔 显 蠡酃宣 弧 醵 啮噬 押 赠 妻 踏 醛 ， 弧 赠 日 描 h 扣 叠 司 四 糕 蝼辎 赡 惶 粕| | 景 缸 ， 台 和 非 蝴 扣 岛 岔 翊 叠霉 衄 摆 国抛湘 媾 皿匿穗 摧 和非 糕世 衄 ， 佥 ，糕 却 ， 扪- 叁 和 和 胡 嚣 删念 蚓 脚 司 龋 蚓 碧 鋈囊 蒜 谣酾 扣 司 赠拭 刊 ，制 彗 粗 蹬采 非 ，撒怠 噬悼- 叁，弛 刊凿 f 蚓司 糍 强 审dd芝 出_ 口 一 卜 - - 山 嘱喘 蠕 一 囊骊囊鼎鼎翊鼎 囊羽鞠 囊鼎 鼎 索删 卧 悄 曲出 蠕 霹爨 管 h 矧 帕 m删劁佃捌螓 超撩_ r 卜 捌据陋 犀哀虹 悼悼 l 螺螺 蠹；螺 ! 螺臻靠塔端 螺 螺螺螺螺 螺螺蠕 舞 辱 型 叫箍 卜导卜叫壬 k 叫 l 瞄嶙惴 瞄 日 川 削拦爵磷川唰媾 i 喇婚 垛 球皿 嗦 辐酬昧 岳酬昧 蛆奄缸越赠稼哒景，地噬噬袅留娟蒜媳*睢甲n琳 咄 旷 磷 j 煤 石油 铀的特征。 下古生界只赋存单一矿种天然气，上古生界已有煤与天然气共存的现象产 生，到中生界的三叠纪则是石油、天然气和煤共存，中生界的侏罗纪则出现了四 种能源矿产同盆共存的特征，而新生界则不曾有大规模的能源矿产产出，仅在局 部地段有油气显示、煤线发育或铀异常显示。可见能源矿产的同盆共存在中生界、 侏罗纪达到顶峰。 在空间上，以盆地中部定边一靖边东西向基底断裂带为界，形成了北部以大 中型天然气藏和大型煤田为主。其中，盆地内目前已探明的六大天然气田和四大 煤矿无一例外地分布于北部；盆地南部以石油及中小型煤矿为主。其中盆地内最 大的西峰油田和一系列侏罗纪和三叠纪油田都主要分布在定边一靖边基底断裂 带以南；盆地中部的断裂带发育地段以油一气混合区为主。现已发现的铀矿床和 铀异常区均发育在盆地边缘区靠盆地内部的一侧( 表2 3 、表2 4 ，图2 3 ) 。 表2 3 鄂尔多斯盆地能源矿产空间分布规律 矿种分布规律 天然气 盆地北部为主，大型天然气田均发育在盆地北部 煤满盆皆有煤，但大型、超大型煤矿发育在盆地北部 石油 以盆地南部为主，侏罗纪及三叠纪的油田多发育在盆地南部 铀 盆地边部靠近盆地内一侧 表2 - 4 鄂尔多斯盆地多种能源矿产时空分布表 空间分布 矿源岩( 成囡类型) 赋矿地层时代矿种 气油煤铀 气油 第四纪 盆地北缘 生物气 第三纪 盆地南缘 安定组 全盆地均 盆地北 陆源碎内陆相河 侏 直罗组 盆地南部延安、富 盆地西南部庆 有分布， 部含铀 中 罗 延安组 县地区 阳、华池、环 以延安组 区。西 屑岩沉湖、沼泽为 生纪县、定边一带南部含 积f 熟特点的“煤 界 富县组 为主解气) 系”沉积 铀区 一 延长组 南部、西缘马家滩盆地东南部延黄陵一富二 叠 刘家沟组 一带，东缘兴县安、绥德、榆县、延安、 纪赵家坪林一带子长一带 陆源碎 石石千峰组 屑岩含 内陆湖泊 盆地北缘乌兰格全盆地均 晚 炭石盒子组 盆地西部刘家煤系沉沉积、含煤 古 山西组 尔隆起带及西缘 庄、东部镇川 有分布， 生 一 刘家庄地区及西以山西、 积( 煤系沉积 太原组堡、北部乌兰 太原组为 成气) 界 叠 缘断褶带等地山 格尔一带 本溪组 西组为主主 纪 早 奥 平凉组 海相碳 古 陶 定边一吴堡东西 西缘及南缘地 酸盐岩 生 纪 马家沟组 向构造带，以奥陶 台边缘坳陷区 沉积 海相碳酸 界系为主 ( 石油盐岩层 寒武纪张夏组裂解 中元古界蓟县组 盆地北部 气) 注：1 矿种：一天然气，一石油。一煤，一铀： 2 该表主要根据中国煤田地质总局( 1 9 9 6 ) ；庄军等( 1 9 9 6 ) ；李思田 含油砂 岩 煤 煤矸 砂岩。此外，岩石的粒度与沥青的含量也具有较为密切的关系，主 要表现为粒度越粗，沥青含量越高。 表3 _ 2 各类样品中沥青含量一览表 序号样品号原岩样号原岩( 矿) 类型样品重( g )沥青重( g )沥青含量( ) l l q 4 d 1 - 0 4 8 紫红色泥质砂岩 2 0 5 50 0 7 6 50 0 0 3 7 2 l q 5 d i 一0 4 - i 2 含铀中砂岩 5 6 1 5 0 1 0 7 7 0 0 1 9 2 3 l q 6 3 d l 一0 4 2 8 含铀砂岩 5 8 40 1 7 3 90 0 2 9 8 4 l q 2 5 0 1 - 0 4 - 1 4 绿色砂岩 9 4 50 5 0 ，0 5 2 9 5 l q 2 2 i - 0 4 4 9 直罗组煤 1 3 9 6i 5 2 7 81 0 9 4 4 6 l q 3 d i - 0 4 - 1 6煤 1 4 00 7 0 3 3 0 5 0 2 4 7 l q l h d 争5 黑色泥岩 3 0 00 6 6 4 60 2 2 1 5 8 l q 2d g 一3具贝壳状断口的煤 2 0 01 9 5 3 60 9 7 6 8 9 l q 2 3 h d g 一9 含方解石的煤 2 0 00 6 9 5 9 0 3 4 8 0 l o l q 2 4 h d g 一7 0 一i 含黄铁矿黄灰色煤层夹砰 2 3 7 ，50 1 8 5 3 0 0 7 8 0 l l l q 2 9 h d g - 2 5 - l 灰黄色煤矸 2 0 00 1 2 5 4 0 ，0 6 2 7 1 2 l q 3 0 h d g 一3 6灰黑色煤矸 1 0 00 1 4 6 9 0 1 4 6 9 1 3 l q 3 1 h d g 1 3 含方解石脉的煤 1 0 00 6 1 1 20 6 1 1 2 1 4 l q 3 2 h d g1 2 含黄铁矿和方解石脉的煤 1 l l i 4 2 3 51 2 8 2 4 1 5 l q 3 3 h d g 一4 4 含黄铁矿的煤矸 5 5 41 5 5 0 12 7 9 8 0 1 6 l q 6 s m - 0 4 3 灰黑色碳质泥岩 3 0 00 9 9 6 30 3 3 2 1 1 7 l q 7 s m 一0 4 一l 具贝壳状断口的煤 2 0 00 8 6 4 30 4 3 2 i 1 8 l q 2 6 s m - 0 4 - 8煤层上覆细砂岩 2 5 00 1 4 5 0 0 5 8 0 1 9 l q 2 7 s m 0 4 7 含方解石脉的煤 1 2 00 3 7 2 50 3 1 0 4 2 0 l q 2 8 s i n - 0 4 4含黄铁矿、方解石脉的煤 7 00 3 5 2 10 5 0 3 0 2 l l q 8 y l 油 1 i 9 3 7 4i 9 5 4 4 1 6 3 7 2 i 2 2 l q 9 y 2 油 1 4 2 6 4 4 2 5 1 1 7 5 9 6 3 2 3l q i o 9 3 油 1 3 6 4 6 1 1 6 3 7 31 1 9 9 8 3 2 4 2 4 1 q l l y 4油1 2 6 4 4 8 2 1 8 6 6 1 7 2 9 2 5 2 5 l q l 2 5油1 6 0 4 8 41 5 3 9 99 5 9 5 4 2 6 l q l 3 y 6 油 1 0 1 7 1 30 5 5 2 7 5 4 3 3 9 2 7 1 , q 1 4 y 7油1 7 2 3 9 5 5 9 4 6 9 3 4 4 9 5 8 2 8 l q l 5 y 8 油 1 4 6 7 0 92 3 1 8 2 1 5 8 0 1 4 2 9 , q 1 6 y 9油1 4 7 6 9 94 6 0 7 63 1 1 9 5 9 3 0 l q l 7 y i o 油 1 0 0 9 4 62 2 4 0 42 2 1 9 4 0 3 1 l q l 8 y 1 1 油 1 6 7 1 7 53 5 6 9 6 2 1 3 5 2 5 3 2 1 q 1 9 y 1 2油1 6 1 7 1 71 4 5 289 7 8 6 3 3 l q 2 0 y l 3 油 1 1 2 4 5 71 8 3 5 41 6 3