油气成藏地质报告.doc

油气成藏过程中的同位素测年方法K-Ar法油气成藏年代学是油气成藏动力学定量研究最为关键的内容，只有精确确定了油气大规模运移及其在圈闭中充注的时间，才有可能正确判断油气藏形成的盆地动力学环境，油气成藏过程，以及油气藏的分布规律等，并有效地指导油气勘探。前人已建立的地质测年方法(圈闭形成期，油藏饱和压力，古生物法和古地磁法等)给出的仅仅是该地质事件的“相对年龄”。现代同位素测年技术的发展,使同位素法成为地质测年中最可靠，最直接的测年手段，尤其是进入到二十世纪80年代,随着高精度测试手段的应用及分析测试技术的不断完善，极大的推动了同位素定年方法的发展。利用Re-Os,U-Pb,Ar-Ar,Rb-Sr,Sm-Nd,等多种定年技术确定成矿时代的研究方法已趋于成熟。 本次课题研究将对K-Ar法测年的进展及在地质中的应用进行探讨。一K-Ar法测年的研究进展自从1950年K-Ar分析法被运用以来,K-Ar法测年已经在地质学的各个方面有了广泛的应用,其技术方法、手段和实验条件不断地提高，历经体积法和稀释法，K-Ar法定年技术不断趋于成熟。但对年轻火山岩进行定年时，由于同位素质量分馏的影响，K-Ar法具有不可克服的缺陷，于是出现K-Ar定年的新方法：峰值比较法。它通过直接建立氩同位素含量与峰强度之间的定量关系，从而不再使用稀释剂。该方法可以消除质量分馏作用带来的误差，对年轻火山岩定年具有重要的意义。但由于氩过剩和氩丢失的普遍发现，使K-Ar测年法最广泛的应用面临着严重的挑战，40Ar/39Ar法应用而生，它克服了以上局限性，得到了长足的发展。40Ar/39Ar分步加热释氩法是常规40Ar/39Ar法的发展，对于测定岩浆-构造热事件有很大的优势。在20世纪末又出现激光显微探针40Ar/39Ar 定年法，它是把激光束应用在40Ar/39Ar分步加热释氩法中而发展起来的一种定年方法。Megrue最早把激光显微探针技术引入测定惰性气体同位素，并在1973年用激光显微探针测定了月岩角砾岩的年龄激光显微探针40Ar/39Ar法既具有常规K-Ar法和40Ar/39Ar分步加热释氩法的所有优越性，又把定年引入微观领域,它将年代学研究推向了一个新的里程碑：微区微量高精度高分辨率定年。目前，激光显微探针40Ar/39Ar定年法已可以对2000a以内的年轻地质样品进行定年。精细的分析技术拓宽了年代学的应用范围，使之解决的问题更广泛和深入。此外，国外发展了一种物理与化学相结合的方法烷基胺阳离子取代法。烷基胺盐酸盐是一类表面活性剂，与粘土矿物进行反应时，盐酸盐中的阳离子(化学式为CnH2n+4N+)可以深入粘土矿物内部，取代其中的K离子，在成岩伊利石与碎屑伊利石中，烷基胺阳离子倾向于优先与碎屑伊利石反应。根据反应前后K的变化可以得到与成岩伊利石中Ar含量的比值。经过这种处理后，利用K-Ar法测得的年龄可以认为是成岩伊利石的真实年龄。二 K-Ar法测年的理论基础油气储层自生伊利石K-Ar同位素测年是国外80年代中后期发展起来的一项新技术，Hamilto等对此进行过系统论述，“九五”期间，张有瑜等对此进行过系统研究。Mingchou Lee等对北海Groningen气田和Broad Fourteens盆地二叠系Rotliegendes砂岩储层中的自生伊利石进行了K-Ar同位素年代学研究并将其研究成果用于分析该气田的天然气充注史。从此以后，尤其是最近几年来，该项技术一直是国外油气勘探领域的研究热点之一并不断有研究成果发表。“九五”以来，该项技术受到了国内油气勘探工作者的广泛重视，陆续有一些学者对此进行了初步探讨。利用自生伊利石K-Ar测年技术进行成藏年代探讨是一项非常复杂的研究内容,从样品选择、自生伊利石分离提纯到伊利石成因类型鉴定、年龄数据分析以及年龄数据解释与应用，每一个环节都存在较强的探索性，张有瑜等对此进行过详细探讨，这里不再赘述。概括起来讲，主要有以下3点：必须有充分发育的伊利石成岩作用并且该伊利石成岩作用必须与油气注入事件具有成因联系；最大限度地剔除碎屑含钾矿物杂质并尽量使自生伊利石得到最大程度的富集；伊利石成因类型鉴定及含量分析。K-Ar计时是最早用于测定岩石、矿物年龄的方法之一。它是基于放射性母体40K衰变为40Ca和40Ar而进行测年的，在母体衰变过程中,88.8%的40K通过释放电子蜕变为40Ca，11.2%的40K通过捕获或释放正电子衰变为40Ar，根据下式即可计算出地质体或事件的年龄：t=（1/）In(40Ar/40K)(/e)+1使用K-Ar法有一个前提：样品在形成时不含Ar以及在样品形成后定量地保存了在该样品产生的放射性成因的Ar。但即使在远远低于熔点时，Ar也可能通过扩散而丢失，而且K-Ar法对样品的需求也较大，样品中的Ar含量也难以测定。1966年首先由梅里修和特纳详细描述了40Ar/39Ar法年龄测定。它是基于以下公式计算地质体或事件的年龄的：t=（1/）In(1+J40Ar/39Ar)40Ar/39Ar法对于解决由不同年龄、粒径的矿物组成的混合物的年龄总是有明显的优势，而且其灵敏度和精度都优于K-Ar法。三K-Ar法在地质中的应用举例在地质测年中K-Ar法最常见的应用就是对沉积岩年龄、断层年龄的测定以及在油气成藏中的应用,这当中最主要的研究对象就是伊利石。在沉积岩当中,伊利石是分布最广的一种云母类粘土矿物,在沉积环境中有陆源碎屑和自生成因两种。陆源碎屑相记录着母岩的信息,而在成岩环境中产生的伊利石即自生伊利石包含着成岩事件的信息,与沉积盆地的沉降历史和热演化史密切相关,所以可以用来测定沉积岩和断层的年龄。这里所讲的自生伊利石,更确切地说,应是I/S自生有序间层矿物,因为大多数的沉积盆地演化均未达到伊利石(间层比10%)的阶段。目前法K-Ar法测年主要是测定成岩伊利石的年龄,但即使是非常小的颗粒也都是碎屑和成岩物质的混合,分离极为不易。因此,人们使用K-Ar法进行年龄测定时多使用伊利石年龄分析(IAA)法以及40Ar/39Ar分步加热释氩法。伊利石年龄分析法(IAA)是由Pevear于199年提出的。它的使用有一个前提:就是假定样品的伊利石由两个端员组分组成:成岩伊利石和碎屑伊利石。根据以上假定,用XRD法分别测出各粒级中的碎屑伊利石的百分含量,然后建立伊利石年龄与碎屑伊利石百分含量之间的线性关系图,将直线外推至碎屑含量为零时,即得出成岩伊利石的年龄,如图1所示,不同粒径的伊利石K-Ar年龄与碎屑伊利石的百分含量为线性关系,0所在一端为成岩伊利石年龄,100所在端为碎屑伊利石年龄。对于在同一地点采集的样品,如果它们具有相同的端员成分,那么它们可以具有相同的自生伊利石年龄,表现在图上即在碎屑含量低的一侧交于一点。应用伊利石年龄分析法进行测年,首先就要确认待测样品是否符合二组分混合模型,也就是说要考虑碎屑伊利石百分含量与年龄之间的关系是否为线性关系;其次要考虑的就是对碎屑伊利石百分含量进行XRD测定的精度和准确性。X射线衍射分析不仅可以检验分离样品质量,而且也提供了分离样品中碎屑伊利石和自生伊利石的相对含量,为年龄测定提供基本数据。由于粘土矿物结构相似,类质同象代替普遍,会出现一些彼此相近的X衍射数据,所以要靠特征线来区分它们。伊利石的结晶很细,其成分和结构类似于白云母,它的X射线特征衍射峰为d(001)=10 U,d(002)=5U ,d(003)=3.33U。粗粒级的伊利石衍射峰的半高宽比细粒级的半高宽要窄,因为细粒级样品主要是成岩伊利石,它的结晶度比较差,对X光的衍射弱,因此半高宽较宽。如果在X射线衍射分析中未检测出任何碎屑矿物存在,说明自生伊利石(即成岩混层I/S)与碎屑矿物的分离纯化流程是比较成功的。若I/S混层中S的含量小于25%,则是K-Ar和40Ar/39Ar测年的最佳目标矿物。分离结果中碎屑伊利石的含量与样品有关。如样品均含有两种混层矿物,其中一种的混层比较高,另一种的混层比较低,表明其自生伊利石是不同期形成的,用它们作为测年样品,很显然得到的是平均年龄。当混层比S%大于等于10%时,从X射线衍射参数来看,它与碎屑相的区别是十分明显的;当S等于5%时,需经EG(乙二醇)处理后,二者的X射线衍射参数才有区别。而对于氩丢失和氩过剩的情况,人们多使用40Ar/39Ar分步加热释氩法,它是基于页岩中成岩伊利石和碎屑伊利石释放所需温度不同而使用分阶段加热升温从而将二者分开的一种方法。使用40Ar/39Ar加热释氩法有一个难题:样品受到辐射时,会发生逃逸,这直接导致实验结果产生较大的误差。在这样的情况下,Dong于2000年提出的真空密封技术很好的解决了这一问题。它使用的仪器如图2所示,将处理过的样品用高速离心机压实装入石英管,抽真空后密封,经辐射后,将石英管打破,管中的气体通过玻璃腔的接口进入质谱仪进行测定。四K-Ar法测年发展前景随着新方法的不断的出现,实验手段和方法的不断提高,K-Ar法测年在地质学中得到越来越广泛的应用,可以说,K-Ar测年已经发展到了一个崭新的阶段:微区微量高精度高分辨率定年,且定年时限扩展到了人类历史范畴。K