第18卷2期 天然气地球科学 Vol 18NO 2 2007年4月 NATURAL GAS GEOSC IENCE Apr"2007 综述与评述 天然气与油、煤、铀同盆共存富集关系及其 有机物质基础 史斗,郑军卫 (1中国科学院资源环境科学信息中心,甘肃兰州730002中国石油勘探开发研究院,北京100083) 摘要:我国国家“973”多种能源矿产项目的科学家以富集多种能源矿产于一身的鄂尔多斯盆地为 硏究地区,以油、气煤、铀为研究对象,探讨能源矿产同盆共存富集成臧(矿)的物质基础与地球动 力学背景、成藏(矿)机理与富集环境、时空分布与主控因素等科学问题,这是通过多学科交叉综合 硏究能源地球科学的新视角。通过国外文献的综合和仅以天然气与油、煤、铀同盆共存富集的宏观 关系及其宏观有机物质基础方面来附议这一问题,期望对相关研究有所裨益。 关键词天然气石油煤铀;能源矿产,同盆共存,物质基础能源地球科学 中图分类号F416.2 文献标识码A 文章编号:1672-1926(2007)02-0168-08 0前言 因,引发了显生宙17次重大地质生物事件,而每 次事件不仅使原来的生物大量灭绝,而且孕育了新 石油与天然气在成因上总是联系在一起,人们生物的高度繁衍,因此,重大地质生物事件与富含有 常常以“油气”相称。天然气(甲烷)与煤的关系特别机质黑色页岩和工业沉积铀矿同步出现,重大地质 密切,这就是已经很成熟的煤成烃理论,煤成烃以气生物事件出现的周期性与主要聚煤期相关。以上2 为主以油为辅。铀不仅可富集于煤中,而且也富集于位地质学家的观点是说,地球生物及其所产生的有 周围的陆源岩石中。铀与地沥青共生是普遍规律,铀机质是铀、煤、油、气等能源矿产形成的物质基础。 的直接关系未见报道俄罗斯地质学家指1天然气与油、煤铀同盆共存富集成 出,在地史上随着有机生命的一次一次灭绝和繁衍, 藏(矿)关系 油气的生成不断加强地球生物圈孕育了烃圈。另一11天然气与石油同盆共存富集成藏关系 位俄罗斯地质学家 Heysel认为,海洋浮游生物是 从成烃的盆地观点讲,天然气与石油同盆共存 放射性元素铀的活体生物化学聚集体由于浮游生富集关系十分密切,在世界24个最富含油气盆地的 物在地史上的迅猛繁衍,铀和其他放射性元素高度不同生储单元之中,既有油藏又有气藏,既有凝析 富集,地球高强放射性环境出现,并以此为主要诱油气藏,又有凝析气藏1(表1)。 表1全球最富含油气盆地生储单元中油藏、气藏和沥青藏的分布 含油气盆地主要生储单元 油藏油气藏凝析油气藏凝析气藏气藏天然沥青藏 盆地沉积层 推覆体 盆地基底 6 12 所占百分比 14L5% 表中数据据参考文献[3 收稿日期2007-01-06,修回日期2007-02-15. 基金项目:国家“973”多种能源矿产项目(编号:2003CB214600)资助 作者简介史斗(1942-),男,陕西白水人,研究员,主要从事油气地质情报和科技期刊编辑工作 E-m al: geogas@ lzb ac cn 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
综述与评述 收稿日期: 2007201206; 修回日期: 20072022151 基金项目: 国家“973”多种能源矿产项目(编号: 2003CB214600) 资助. 作者简介: 史斗(19422) , 男, 陕西白水人, 研究员, 主要从事油气地质情报和科技期刊编辑工作. E-m ial: geogas@ lzb. ac. cn. 天然气与油、煤、铀同盆共存富集关系及其 有机物质基础 史 斗1 , 郑军卫1, 2 (1. 中国科学院资源环境科学信息中心, 甘肃 兰州 730000; 2. 中国石油勘探开发研究院, 北京 100083) 摘 要: 我国国家“973”多种能源矿产项目的科学家以富集多种能源矿产于一身的鄂尔多斯盆地为 研究地区, 以油、气、煤、铀为研究对象, 探讨能源矿产同盆共存富集成藏(矿) 的物质基础与地球动 力学背景、成藏(矿) 机理与富集环境、时空分布与主控因素等科学问题, 这是通过多学科交叉综合 研究能源地球科学的新视角。通过国外文献的综合和仅以天然气与油、煤、铀同盆共存富集的宏观 关系及其宏观有机物质基础方面来附议这一问题, 期望对相关研究有所裨益。 关键词: 天然气; 石油; 煤; 铀; 能源矿产; 同盆共存; 物质基础; 能源地球科学 中图分类号: F41612 文献标识码: A 文章编号: 167221926 (2007) 0220168208 0 前言 石油与天然气在成因上总是联系在一起, 人们 常常以“油气”相称。天然气(甲烷) 与煤的关系特别 密切, 这就是已经很成熟的煤成烃理论, 煤成烃以气 为主以油为辅。铀不仅可富集于煤中, 而且也富集于 周围的陆源岩石中。铀与地沥青共生是普遍规律, 铀 矿和油藏在空间上常组合在一起。铀与气共生共存 的直接关系未见报道。俄罗斯地质学家Гаривлов[ 1 ]指 出, 在地史上随着有机生命的一次一次灭绝和繁衍, 油气的生成不断加强, 地球生物圈孕育了烃圈。另一 位俄罗斯地质学家Неручев[ 2 ]认为, 海洋浮游生物是 放射性元素铀的活体生物化学聚集体, 由于浮游生 物在地史上的迅猛繁衍, 铀和其他放射性元素高度 富集, 地球高强放射性环境出现, 并以此为主要诱 因, 引发了显生宙 17 次重大地质生物事件, 而每一 次事件不仅使原来的生物大量灭绝, 而且孕育了新 生物的高度繁衍, 因此, 重大地质生物事件与富含有 机质黑色页岩和工业沉积铀矿同步出现, 重大地质 生物事件出现的周期性与主要聚煤期相关。以上 2 位地质学家的观点是说, 地球生物及其所产生的有 机质是铀、煤、油、气等能源矿产形成的物质基础。 1 天然气与油、煤、铀同盆共存富集成 藏(矿) 关系 1. 1 天然气与石油同盆共存富集成藏关系 从成烃的盆地观点讲, 天然气与石油同盆共存 富集关系十分密切, 在世界24 个最富含油气盆地的 不同生储单元之中, 既有油藏, 又有气藏, 既有凝析 油气藏, 又有凝析气藏[ 3 ] (表1)。 表1 全球最富含油气盆地生储单元中油藏、气藏和沥青藏的分布 含油气盆地主要生储单元 油、气、沥青藏数量(个) 油 藏 油气藏 凝析油气藏 凝析气藏 气 藏 天然沥青藏 盆地沉积层 14 2 3 6 17 12 推覆体 19 3 1 5 7 0 盆地基底 1 1 1 1 0 0 小计 34 6 5 12 14 12 所占百分比 40% 7% 6% 14. 5% 17% 14. 5% 表中数据据参考文献[ 3 ] 第18 卷 2 期 2007 年4 月 天 然 气 地 球 科 学 NA TU RAL GA S GEO SC IEN CE V o l. 18 N o. 2 A p r. 2007
等天然气与油、煤、铀同盆共存富集关系及其有机物质基础 从表1可以看出,液态烃及其衍生物所占的比损失很大。但是,在全球24个最富含油气盆地油藏 例(69%)大大高于气态烃及其衍生物的比例(17%)和气藏的分布是不均衡的(表2),不是所有的盆地都 的现象说明了活动性最强的气态烃在成藏过程中的是油多,也不是所有盆地都是气少(表3)。 表224个最富含油气盆地的油藏和气藏占全球油、气藏的份额 含油气盆地 占全球油藏和气藏的份额(%) 波斯湾 西西伯利亚一阿纳巴尔一勒拿和叶尼塞一哈坦加 西加拿大和北里海(含滨里海一伏尔加河流域、乌卡特一田吉兹和别尔斯克一罗曼什背 墨西哥湾 勒拿一维柳依、普里萨亚一维柳依、马拉开波、中欧 北极陆坡阿拉斯加、巴伦支海西内卡拉库姆、俄利诺科锡尔特、松辽、苏尔哈纳和中苏门答腊 注:表中数据据参考文献[3 表3油藏、气藏、沥青藏在波斯湾、西西伯利亚等 表4西西伯利亚油气聚集带上的大型气田 含油气盆中所占份额 气田名称 储量(万亿m3) 盆地 油藏(%)气藏(%)沥青藏(%) 乌连戈伊 波斯湾 亚姆布尔 西西伯利亚 鲍那聂科夫 西加拿大 哈拉萨维依 西西伯利亚一阿纳巴特和苏哈纳 麦德维热 注表中数据参考文献[3] 克鲁译什切尔诺夫 南卢斯科那 10 参考文献[3]指出,烃类相态的不同,反映了不 南塔姆别依 同沉积盆地成烃特点不同。波斯湾盆地的油多,决定 哈拉姆普尔 性因素是其双层构造——三叠系含盐底水作为可靠 乌勒根 乌特林 的隔档层把主要生油和含油的上部侏罗系一中生界 亚姆索维依 与主要生气和含气的下部古生界分隔,避免了高温 气对油的驱替。然而,波斯湾盆地的气也不少,世界 注表中数据据参考文献[5 第一大气田——北方一南帕斯气田就位于这里,其然沥青 储量达38×103m3,该气田规模所以这么大,是与 参考文献[3]将全球大型油藏和气藏的形成和 早志留世富含有机质的放射性页岩作为气源岩这一发育分为7种类型①马拉开波型——以油藏为主, 先决条件是分不开的4。 这种情况与下部气藏的弱发育有关,②西西伯利亚 西西伯利亚盆地之所以气多,是因为盆地底部型—下部气过量生成,在盆地基底上部中央存在 腐殖型有机质生成的气和腐泥型有机质深成作用生垂向的连通储集体并通过大部分沉积层的断层,上 成的大量高温天然气对油的强大驱替作用,和存在部存在良好的盖层,如乌连戈依大气田,同时天然气 土伦阶一始新统这一统一的良好的盖层,这样,在西侧向驱替石油并使其在气藏周缘成藏③北里海型 西北利亚盆地,仅1万亿m3以上的大气田就有10座在陆相的卡尔巴纳特盖层内大量生油并生气, 之多(表4)。 在该盖层的中、下部为含膏盐岩层,阻挡了原生凝析 除了天然气之外,在西西伯利亚一阿纳巴尔盆气从基底垂向运移,④美索不达米亚(波斯湾)型 地微抬升的东阿纳巴尔周缘,天然沥青藏也有规律 通过2个良好的含膏盐盖层将烃藏分成相互独 地赋存着,这里有生成液态烃的合适条件,但其中一立的缺乏垂向连通的2层,下层以气为主,上层以油 小部分被中等程度发育的天然气所驱替,在文德系为主,下层高温气对上层油驱替作用很弱,⑤西加拿 里菲阶和下古生界只剩下了大量的腐泥型有机质,大型——天然沥青高度聚集⑥复合地理型一—包 很可能,在不远的地史时期,由于发生了的新的抬升括含多种相态烃类的盆地⑦孟加拉湾型——烃类 和断层,在阿纳巴尔一奥列尼尧克背斜便发育了油大量生成,下部气对所有烃类有驱替作用,盆内无大 藏,但到现在只保留了很少一部分,大部分则变为天的烃类聚集 o1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishinghOuse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
从表 1 可以看出, 液态烃及其衍生物所占的比 例(69% ) 大大高于气态烃及其衍生物的比例(17% ) 的现象说明了活动性最强的气态烃在成藏过程中的 损失很大。但是, 在全球24 个最富含油气盆地油藏 和气藏的分布是不均衡的(表2) , 不是所有的盆地都 是油多, 也不是所有盆地都是气少(表3)。 表2 24 个最富含油气盆地的油藏和气藏占全球油、气藏的份额 含油气盆地 占全球油藏和气藏的份额(% ) 全球 100 波斯湾 36 西西伯利亚—阿纳巴尔—勒拿和叶尼塞—哈坦加 23 西加拿大和北里海(含滨里海—伏尔加河流域、乌卡特—田吉兹和别尔斯克—罗曼什肯) 7 墨西哥湾 4 勒拿—维柳依、普里萨亚—维柳依、马拉开波、中欧 2. 4 北极陆坡阿拉斯加、巴伦支海、西内、卡拉库姆、俄利诺科、锡尔特、松辽、苏尔哈纳和中苏门答腊 11 注: 表中数据据参考文献[ 3 ] 表3 油藏、气藏、沥青藏在波斯湾、西西伯利亚等 含油气盆中所占份额 盆地 油藏(% ) 气藏(% ) 沥青藏(% ) 波斯湾 68 — — 西西伯利亚 — 42 — 西加拿大 — — 42 西西伯利亚—阿纳巴特和苏哈纳 — — 25 勒拿—维柳依 — — 17 注: 表中数据参考文献[ 3 ] 参考文献[ 3 ]指出, 烃类相态的不同, 反映了不 同沉积盆地成烃特点不同。波斯湾盆地的油多, 决定 性因素是其双层构造——三叠系含盐底水作为可靠 的隔档层把主要生油和含油的上部侏罗系—中生界 与主要生气和含气的下部古生界分隔, 避免了高温 气对油的驱替。然而, 波斯湾盆地的气也不少, 世界 第一大气田——北方—南帕斯气田就位于这里, 其 储量达 3. 8×1013m 3 , 该气田规模所以这么大, 是与 早志留世富含有机质的放射性页岩作为气源岩这一 先决条件是分不开的[ 4 ]。 西西伯利亚盆地之所以气多, 是因为盆地底部 腐殖型有机质生成的气和腐泥型有机质深成作用生 成的大量高温天然气对油的强大驱替作用, 和存在 土伦阶—始新统这一统一的良好的盖层, 这样, 在西 西北利亚盆地, 仅1 万亿m 3 以上的大气田就有10 座 之多(表4)。 除了天然气之外, 在西西伯利亚—阿纳巴尔盆 地微抬升的东阿纳巴尔周缘, 天然沥青藏也有规律 地赋存着, 这里有生成液态烃的合适条件, 但其中一 小部分被中等程度发育的天然气所驱替, 在文德系 里菲阶和下古生界只剩下了大量的腐泥型有机质, 很可能, 在不远的地史时期, 由于发生了的新的抬升 和断层, 在阿纳巴尔—奥列尼尧克背斜便发育了油 藏, 但到现在只保留了很少一部分, 大部分则变为天 表4 西西伯利亚油气聚集带上的大型气田 气田名称 储量(万亿m 3 ) 乌连戈伊 9. 5 亚姆布尔 6. 0 鲍那聂科夫 5. 0 哈拉萨维依 1. 5 北乌连戈伊 1. 0 麦德维热 1. 0 克鲁译什切尔诺夫 1. 5 南卢斯科那 1. 0 南塔姆别依 1. 5 哈拉姆普尔 0. 5 乌勒根 0. 7 乌特林 0. 7 亚姆索维依 1. 0 共青团 0. 7 注: 表中数据据参考文献[ 5 ] 然沥青[ 3 ]。 参考文献[ 3 ]将全球大型油藏和气藏的形成和 发育分为7 种类型: ①马拉开波型——以油藏为主, 这种情况与下部气藏的弱发育有关; ②西西伯利亚 型——下部气过量生成, 在盆地基底上部中央存在 垂向的连通储集体并通过大部分沉积层的断层, 上 部存在良好的盖层, 如乌连戈依大气田, 同时天然气 侧向驱替石油并使其在气藏周缘成藏; ③北里海型 ——在陆相的卡尔巴纳特盖层内大量生油并生气, 在该盖层的中、下部为含膏盐岩层, 阻挡了原生凝析 气从基底垂向运移; ④美索不达米亚 (波斯湾) 型 ——通过2 个良好的含膏盐盖层将烃藏分成相互独 立的缺乏垂向连通的2 层, 下层以气为主, 上层以油 为主, 下层高温气对上层油驱替作用很弱; ⑤西加拿 大型——天然沥青高度聚集; ⑥复合地理型——包 括含多种相态烃类的盆地; ⑦孟加拉湾型——烃类 大量生成, 下部气对所有烃类有驱替作用, 盆内无大 的烃类聚集。 N o. 2 史斗等: 天然气与油、煤、铀同盆共存富集关系及其有机物质基础 961
天然气地球科学 12天然气与煤同盆共存富集成藏(矿)关系 了迅速发展。 天然气与煤的关系特别密切,这就是著名的煤 戴金星等深入地研究了中亚油气聚集域,并 成气理论。戴金星认为,煤系成烃以气为主,以油指出,中亚煤成气聚集域之所以成为一个统一的气 为辅。20世纪40年代德国学者首先提出煤不仅能生聚集域(图1),因为其所属盆地具有共同的特点之一 气而且所生气可形成工业气田,20世纪50-70年是:气源岩性质和类型的同一性,即均为中、下侏罗 代,先后在中欧盆地、西西伯利亚盆地和卡拉库姆盆统煤系,是以Ⅲ型干酪根为主的气源岩,具有同一气 地发现了多个超大型煤成气田。运用煤成烃理论,中源(图1)。 国也发现了多个大型煤成气田,天然气工业也得到 关于西西伯利亚北部超大型气田的成因曾有过 塔里木盆地 三古生代带区中,新生代精被带[古生代沉积盆地中,新生代积盆地(无体罗系 有侏罗系源岩含油气规模不明盆地 气聚集域盆地 气H一国界 图1中亚煤成气聚集域地理位置和与其有关气田的分布(据戴金星等,1997) 争论,最后确认北部大型天然气藏形成的主力气源总生气量约为1900万亿m3,其中分散煤质生气 是亚普第一阿尔必一赛诺曼阶波库组的高丰度煤的1490万亿m3,煤层生气410万亿m3 有机质。 Heyehko等指出:①西西伯利亚北部地13天然气与铀同盆共存富集成藏(矿)关系 区从凡兰吟期到赛诺曼期经历的主要是陆相沉积环 天然气与铀同盆共存富集的例子也较多,例如 境的发育,在这一时期中还存在埋藏植物残骸的有哈萨克斯坦和西西伯利亚的铀矿区与含油气盆地都 利条件,植物残骸是岩层组合内含煤物质的原始母有一定的重合性。哈萨克斯坦的铀成矿区同时又 质,②在该时期中还可以划分出若干个最大量的聚是重要的含油气区,该区的铀储量占了全世界的 煤期(巴列姆期一亚普第期一赛诺曼期),这就造成1/4,探明储量12658万t(表5),其中热液铀矿占 了层状的煤富集形态③煤的高丰度(不论是分散状17%,外生铀矿占83%(可地浸砂岩型占外生铀矿的 还是聚集状的是最重要的成因标志根据此标志,9%),西哈萨克斯坦成矿区(克孜尔库姆铀矿)和乌 亚普第一赛诺曼阶波库尔组陆相地层属于典型的含兹别克斯坦的乌奇库杜克铀矿均为外生砂岩型铀 煤建造:④在整个早白恶世一赛诺曼期期间有利于矿。西西伯利亚含油气盆地气多铀也多(表5 煤形成的条件(热湿气候和植物的茂盛发育)出现在 表5哈萨克斯坦和西西伯利亚的铀矿(据杜乐天,2001) 根但半岛,也出现在红海水域,这就造成大型含煤盆 储量(万t) 地的形成⑤根据取出的泥欧克姆一赛诺曼组合各 成矿区 层岩样的Ro(57%~75%)值确定,煤炭的深成作 北哈萨克斯坦 2088 用等级与煤从褐煤到长焰煤的演化阶段相吻合,⑥ 哈萨克斯坦 楚-萨雷苏 5000 7500 根据计算和多种分析方法提出的白俄罗斯和世界含 近里海 煤盆地生气量的各种评价方法,在褐煤演化阶段煤 近巴尔喀什 质生成甲烷的数量平均为68m3/,在长焰煤阶段为 克孜尔库姆 594 俄罗斯西西伯利亚 168m3/,据此方法计算,西西伯利亚北部白垩系的 201994-2007ChinaAcademicjOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
1. 2 天然气与煤同盆共存富集成藏(矿) 关系 天然气与煤的关系特别密切, 这就是著名的煤 成气理论。戴金星[ 627 ]认为, 煤系成烃以气为主, 以油 为辅。20 世纪40 年代德国学者首先提出煤不仅能生 气而且所生气可形成工业气田, 20 世纪 50—70 年 代, 先后在中欧盆地、西西伯利亚盆地和卡拉库姆盆 地发现了多个超大型煤成气田。运用煤成烃理论, 中 国也发现了多个大型煤成气田, 天然气工业也得到 了迅速发展。 戴金星等[ 8 ]深入地研究了中亚油气聚集域, 并 指出, 中亚煤成气聚集域之所以成为一个统一的气 聚集域(图1) , 因为其所属盆地具有共同的特点之一 是: 气源岩性质和类型的同一性, 即均为中、下侏罗 统煤系, 是以Ë 型干酪根为主的气源岩, 具有同一气 源(图1)。 关于西西伯利亚北部超大型气田的成因曾有过 图1 中亚煤成气聚集域地理位置和与其有关气田的分布(据戴金星等, 1997) 争论, 最后确认北部大型天然气藏形成的主力气源 是亚普第—阿尔必—赛诺曼阶波库组的高丰度煤的 有机质[ 5 ]。Немченко等[ 5 ]指出: ①西西伯利亚北部地 区从凡兰吟期到赛诺曼期经历的主要是陆相沉积环 境的发育, 在这一时期中还存在埋藏植物残骸的有 利条件, 植物残骸是岩层组合内含煤物质的原始母 质; ②在该时期中还可以划分出若干个最大量的聚 煤期(巴列姆期—亚普第期—赛诺曼期) , 这就造成 了层状的煤富集形态; ③煤的高丰度(不论是分散状 还是聚集状的) 是最重要的成因标志, 根据此标志, 亚普第—赛诺曼阶波库尔组陆相地层属于典型的含 煤建造; ④在整个早白恶世—赛诺曼期期间有利于 煤形成的条件(热湿气候和植物的茂盛发育) 出现在 根但半岛, 也出现在红海水域, 这就造成大型含煤盆 地的形成; ⑤根据取出的泥欧克姆—赛诺曼组合各 层岩样的R O (5. 7%～ 7. 5% ) 值确定, 煤炭的深成作 用等级与煤从褐煤到长焰煤的演化阶段相吻合; ⑥ 根据计算和多种分析方法提出的白俄罗斯和世界含 煤盆地生气量的各种评价方法, 在褐煤演化阶段煤 质生成甲烷的数量平均为68 m 3öt, 在长焰煤阶段为 168 m 3öt, 据此方法计算, 西西伯利亚北部白垩系的 总生气量约为 1 900 万亿m 3 , 其中分散煤质生气 1 490万亿m 3 , 煤层生气410 万亿m 3。 1. 3 天然气与铀同盆共存富集成藏(矿) 关系 天然气与铀同盆共存富集的例子也较多, 例如 哈萨克斯坦和西西伯利亚的铀矿区与含油气盆地都 有一定的重合性[ 9 ]。哈萨克斯坦的铀成矿区同时又 是重要的含油气区, 该区的铀储量占了全世界的 1ö4, 探明储量 126. 58 万 t (表 5) , 其中热液铀矿占 17% , 外生铀矿占83% (可地浸砂岩型占外生铀矿的 90% ) , 西哈萨克斯坦成矿区(克孜尔库姆铀矿) 和乌 兹别克斯坦的乌奇库杜克铀矿均为外生砂岩型铀 矿。西西伯利亚含油气盆地气多, 铀也多(表5)。 表5 哈萨克斯坦和西西伯利亚的铀矿(据杜乐天, 2001) 成矿区 储量(万 t) 探明 预测 哈 萨 克 斯 坦 北哈萨克斯坦 20. 88 — 楚- 萨雷苏 50. 00 750. 0 锡尔达林 14. 00 — 近里海 13. 00 — 近巴尔喀什 12. 19 — 克孜尔库姆 16. 51 5. 94 俄罗斯 西西伯利亚 2. 0 57. 5 071 天 然 气 地 球 科 学 V o l. 18
N2史斗等天然气与油煤铀同盆共存富集关系及其有机物质基础 中国吐哈和鄂尔多斯含油气盆地的铀矿勘查成而且也富集于周围的陆源岩石中,有时甚至会远远 果也说明了这一点。张金带等指出,在吐哈盆地,超过煤田本身的范围,俄文文献中还有“铀一煤矿 继“十五”初提交十红滩铀矿床首采地段之后,又在床”的提法。 找矿模式的指导下发现了外围北矿带,将该地区扩 综上所述,气与油可以同源同藏,共生共存,煤 大为重要的铀资源基地在新的成矿理论和找矿模可成烃,但以气为主,以油为辅,铀与煤、油均有同盆 式的指导下,鄂尔多斯盆地东北部铀矿勘查取得快共生共存关系,与煤关系尤为密切气与铀同藏共生 速突破,2000年首次发现工业矿体,经过5年追索、共存关系未见报道,煤是这4种能源矿产中亲和力 控制和重点地段的普查,圈定了产于中侏罗统直罗最强的一种。 组砂体中的近30Ⅻm长的工业矿带,有望发展成特2气、油、煤、铀等能源矿产同盆共存 大型铀矿床。 某些烃类与铀还有共生关系。参考文献[2指 富集成藏(矿)的物质基础 出,在破坏了的石油天然气构造中,铀和固体地沥青 主要介绍两种观点其一是 TaBpwJIOr的地球生 的外生后成富集问题引起了许多研究者的密切注物圈孕育烃圈观,其二是 Heyde的地史重大地质 意,在美国科罗拉多铀矿区丧现最明显的地沥青与生物事件成矿观。 铀的共生关系与其说是例外,还不如说是普通规律,21地球生物圈孕育了烃圈观点 铀和地沥青共生关系最常见于下述情形,即铀矿床 参考文献[1]指出,在地史上随着有机生命的不 和石油矿床在空间上结合在一起,这是由含石油天断繁荣,油气的“生成”不断加强,也就是说地球生物 然气岩层中淋积铀矿成矿作用的发育造成的,但该圈孕育了烃圈,这点可从较古老地层和较年轻地层 文献认为,沿水压连通通道来自下伏构造一建造组的油气储量占地球总储量的差异上看出(表6) 合的地沥青具有重要作用,可能创造了形成工业铀 表6地壳油气储量(据 TaBpunior2002) 矿的现实前提条件。 下古生界上古生界中生界 此外,煤和铀的关系值得特别注意。参考文献 石油(%) [2]指出,含煤建造常含有各种水成铀矿化,其中有天然气(%)0426 些可达工业品位,铀常富集于中一新生代的褐煤层 中,但产有大部分深度变质煤的古生代大型煤田 另一位俄罗斯石油地质学家山的统计结果与 般不含铀,在自然界煤系地层中铀不仅富集于煤中,表7数据接近(表7) 表7世界上23个含油气区的石油地质基础数据1 沉积岩时代 面积 沉积岩面积 独算为油的当量 古生代 285 80 l60 中生代 423 398 新生代 000 再按上述地层追踪有机界科的数量发现,从较 古老地层到较年轻地层的“生命波峰”十分明显 (图2),说明只有在生物圈出现后才具备了油气生 成的条件。 但是,apBo的观点有失全面,只强调了有 机物质本身的作用,没有阐述生物演化成矿和使有 机质演化成烃的诸多条件 古生代 新生代 22重大地质生物事件成矿观点 参考文献[2]指出,高强放射性环境是显生宙重 大地质生物事件的主要诱因,重大地质生物事件造 图2显生宙有机界科的数量和烃类储量变化 就了大量放射性黑色页岩和大批铀矿,黑色页岩也 1有机界科的数量变化曲线2显生宙烃类储量变化 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
中国吐哈和鄂尔多斯含油气盆地的铀矿勘查成 果也说明了这一点。张金带等[ 10 ]指出, 在吐哈盆地, 继“十五”初提交十红滩铀矿床首采地段之后, 又在 找矿模式的指导下发现了外围北矿带, 将该地区扩 大为重要的铀资源基地; 在新的成矿理论和找矿模 式的指导下, 鄂尔多斯盆地东北部铀矿勘查取得快 速突破, 2000 年首次发现工业矿体, 经过5 年追索、 控制和重点地段的普查, 圈定了产于中侏罗统直罗 组砂体中的近30 km 长的工业矿带, 有望发展成特 大型铀矿床。 某些烃类与铀还有共生关系。参考文献[ 2 ]指 出, 在破坏了的石油天然气构造中, 铀和固体地沥青 的外生后成富集问题引起了许多研究者的密切注 意, 在美国科罗拉多铀矿区表现最明显的地沥青与 铀的共生关系与其说是例外, 还不如说是普通规律, 铀和地沥青共生关系最常见于下述情形, 即铀矿床 和石油矿床在空间上结合在一起, 这是由含石油天 然气岩层中淋积铀矿成矿作用的发育造成的, 但该 文献认为, 沿水压连通通道来自下伏构造—建造组 合的地沥青具有重要作用, 可能创造了形成工业铀 矿的现实前提条件。 此外, 煤和铀的关系值得特别注意。参考文献 [ 2 ]指出, 含煤建造常含有各种水成铀矿化, 其中有 些可达工业品位, 铀常富集于中—新生代的褐煤层 中, 但产有大部分深度变质煤的古生代大型煤田一 般不含铀; 在自然界煤系地层中铀不仅富集于煤中, 而且也富集于周围的陆源岩石中, 有时甚至会远远 超过煤田本身的范围, 俄文文献中还有“铀—煤矿 床”的提法。 综上所述, 气与油可以同源同藏, 共生共存; 煤 可成烃, 但以气为主, 以油为辅; 铀与煤、油均有同盆 共生共存关系, 与煤关系尤为密切; 气与铀同藏共生 共存关系未见报道; 煤是这 4 种能源矿产中亲和力 最强的一种。 2 气、油、煤、铀等能源矿产同盆共存 富集成藏(矿) 的物质基础 主要介绍两种观点, 其一是Гаврилов[ 1 ]的地球生 物圈孕育烃圈观, 其二是Неручев[ 2 ]的地史重大地质 生物事件成矿观。 2. 1 地球生物圈孕育了烃圈观点 参考文献[1 ]指出, 在地史上随着有机生命的不 断繁荣, 油气的“生成”不断加强, 也就是说地球生物 圈孕育了烃圈, 这点可从较古老地层和较年轻地层 的油气储量占地球总储量的差异上看出(表6)。 表6 地壳油气储量(据Гаврилов, 2002) 下古生界 上古生界 中生界 新生界 石油(% ) 3. 1 3. 7 68. 0 25. 2 天然气(% ) 0. 4 26. 3 62. 0 11. 3 另一位俄罗斯石油地质学家[ 11 ]的统计结果与 表7 数据接近(表7)。 表7 世界上23 个含油气区的石油地质基础数据[13 ] 沉积岩时代 面积 (万km 2 ) (% ) 沉积岩面积 (万km 2 ) (% ) 大油气田的地质储量(% ) 油 气 换算为石油的当量 古生代 209 36. 8 627 28. 5 8. 0 16. 0 8. 7 中生代 308 42. 3 876 39. 8 59. 1 73. 5 60. 4 新生代 153 20. 9 695 31. 7 32. 9 10. 5 30. 9 合 计 730 100. 0 2 198 100. 0 100. 0 100. 0 100. 0 再按上述地层追踪有机界科的数量发现, 从较 古老地层到较年轻地层的“生命波峰”十分明显 (图2) , 说明只有在生物圈出现后才具备了油气生 成的条件[ 1 ]。 但是, Гаривлов[ 1 ]的观点有失全面, 只强调了有 机物质本身的作用, 没有阐述生物演化成矿和使有 机质演化成烃的诸多条件。 2. 2 重大地质生物事件成矿观点 参考文献[2 ]指出, 高强放射性环境是显生宙重 大地质生物事件的主要诱因, 重大地质生物事件造 就了大量放射性黑色页岩和大批铀矿, 黑色页岩也 图2 显生宙有机界科的数量和烃类储量变化[1 ] 1 有机界科的数量变化曲线; 2 显生宙烃类储量变化 N o. 2 史斗等: 天然气与油、煤、铀同盆共存富集关系及其有机物质基础 171
天然气地球科学 是油、气生成的物质基础之一,重大地质生物事件有 周期性,这个周期与聚煤期有关 211地史上的高强放射性环境 放射性元素铀的活体生物化学聚集体主要是浮 游生物。 Seyyed指出,由于浮游生物(主要是蓝 藻门细菌)在原先各种海藻几乎全部消失之后突然 在全球迅猛繁衍,铀和其他放射性元素富集,高强放 射性环境出现,表现在:①在大量海相和湖相沉积物 中,水溶铀的丰度高出现代海洋正常值的几十到几 百倍(图3);②在河流相和冲积相沉积物中,某些铀 的丰度超过了克拉克值的几千到几万倍(图3):这种 高强放射性环境作为主要诱因引发了全球重大地质 生物事件。 222全球重大地质生物享件 什10-510 在高强放射性环境和其他因素作用下,全球共 U中水中的丰度(% 发生了17次重大地质生物事件(表8),每一次重大图3分散在水中铀的丰度与聚集在生物有机质中的铀和 地质生物事件都使原有的生物大量灭绝,并孕育了 有机碳比值的关系(21 新生物的高度繁荣,而且一次比一次更繁荣;每一次 图中:Ⅰ浮游动物Ⅱ浮游植物Ⅲ细菌;Ⅳ浮游生物成因有机 重大地质生物事件与富含有机质的黑色页岩同步出 质氧化损耗在50%情况下(如在黑色页岩中);V现代盆地克拉 值的有机质。10U/有机平均值,其中1含正常水溶U丰度 现(表8)。 (3×107)的现代洋浮游生物2高出正常水溶U丰度10倍的 223含铀黑色页岩和铀矿形成 伊塞克湖浮游生物黑色页岩内浮游生物成因有机质,3上泥盆 聚积铀的浮游生物(主要是蓝藻门细菌)不断把统4下寒武统5始新统6上侏罗统7上泥盆统(查坦努克 自己的排泄物带入沉积物即黑色页岩中2,经过17阶,8古新统9前寒武纪10圣伊波利特页岩 表8显生宙重大地质生物事件出现的地层位置与富含有机质页岩的分布区域 编号 事件出现的地层位置 富含有机质页岩分布区域 1元古界一古生界 德系与寒武系分界处 哈萨克斯坦,西伯利亚,中国 2古生界 中、下寒武统分界处 哈萨克斯坦,南天山,东西伯利亚,北美洲,欧洲 3古生界 上寒武统与奥陶系分 中天山,欧洲,加拿大 4古生界 淘系 欧洲,澳大利亚,南美洲 陶系与志留系分界处 欧洲,泰国,中国南部,西伯利亚,北美,苏格兰 6古生界 志留系与泥盆系分界处 波罗的海地区,白俄罗斯,捷克 古生界(中泥盆统一 维齐阶 俄罗斯,白俄罗斯,德国,法国,波兰,苏格兰,中国四川,美国 上泥盆统) 上弗兰阶 加拿大,巴西 下发门那 8古生界 石炭系密西西比阶与宾夕法尼亚阶分界处俄罗斯伏尔加一乌拉尔地区,波兰 9古生界 石炭系与二叠系分界处 哈萨克斯坦,西班牙,法国,美国,加拿大 10古生界一中生界 叠系与三叠系分界处 国新疆,日本,印度,北美洲,南美洲,非洲,澳大利亚 11中生界 上三叠统 奥地利,瑞士,德国,挪威美国 12中生界 侏罗系普林斯巴赫阶与托阿尔阶分界处东、西西伯利亚,欧洲,非洲,西加拿大 13中生界 上侏罗统 哈萨克斯坦,西伯利亚,英国,北海,巴伦支海,法国,波兰,北 美洲,泰国,巴西地台,西南非洲 14中生界 白垩系 西伯利亚,北大西洋,西班牙,比 加拿大阿尔伯塔,意 大利,土耳其,乌克兰,尼日利亚 拉,委内瑞拉,北大西 洋,捷克,北美洲 5中生界 上白垩统 东地中海,摩洛哥,格陵兰,巴基斯坦,北美洲,南美洲 16新生界 上始新统一下渐新统 世界许多地方包括中亚,中因 17新生界 中中新统 斯洛文尼亚,德国,西西里岛,达吉斯坦,阿塞拜僵,北美洲,捷 土耳其,日本,南美,澳大利亚 注据参考文献[2]制表 201994-2007ChinaAcademicJounalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
是油、气生成的物质基础之一, 重大地质生物事件有 周期性, 这个周期与聚煤期有关。 2. 1. 1 地史上的高强放射性环境 放射性元素铀的活体生物化学聚集体主要是浮 游生物[ 12 ]。Неручев[ 2 ]指出, 由于浮游生物(主要是蓝 藻门细菌) 在原先各种海藻几乎全部消失之后突然 在全球迅猛繁衍, 铀和其他放射性元素富集, 高强放 射性环境出现, 表现在: ①在大量海相和湖相沉积物 中, 水溶铀的丰度高出现代海洋正常值的几十到几 百倍(图 3); ②在河流相和冲积相沉积物中, 某些铀 的丰度超过了克拉克值的几千到几万倍(图3): 这种 高强放射性环境作为主要诱因引发了全球重大地质 生物事件。 2. 2. 2 全球重大地质生物事件 在高强放射性环境和其他因素作用下, 全球共 发生了 17 次重大地质生物事件(表 8) , 每一次重大 地质生物事件都使原有的生物大量灭绝, 并孕育了 新生物的高度繁荣, 而且一次比一次更繁荣; 每一次 重大地质生物事件与富含有机质的黑色页岩同步出 现(表8)。 2. 2. 3 含铀黑色页岩和铀矿形成 聚积铀的浮游生物(主要是蓝藻门细菌) 不断把 自己的排泄物带入沉积物即黑色页岩中[ 12 ] , 经过17 图3 分散在水中铀的丰度与聚集在生物有机质中的铀和 有机碳比值的关系[2 ] 图中: É 浮游动物; Ê 浮游植物; Ë 细菌; Ì 浮游生物成因有机 质氧化损耗在50% 情况下(如在黑色页岩中); V 现代盆地克拉 值的有机质。1～ 10: U öC有机平均值, 其中: 1 含正常水溶U 丰度 (3×10- 7) 的现代洋浮游生物; 2 高出正常水溶U 丰度10 倍的 伊塞克湖浮游生物; 黑色页岩内浮游生物成因有机质; 3 上泥盆 统; 4 下寒武统; 5 始新统; 6 上侏罗统; 7 上泥盆统(查坦努克 阶); 8 古新统; 9 前寒武纪; 10 圣- 伊波利特页岩. 表8 显生宙重大地质生物事件出现的地层位置与富含有机质页岩的分布区域 编号 事 件 出 现 的 地 层 位 置 界 系、统、阶 富含有机质页岩分布区域 1 元古界—古生界 文德系与寒武系分界处 哈萨克斯坦, 西伯利亚, 中国 2 古生界 中、下寒武统分界处 哈萨克斯坦, 南天山, 东西伯利亚, 北美洲, 欧洲 3 古生界 上寒武统与奥陶系分界处 中天山, 欧洲, 加拿大 4 古生界 奥陶系 欧洲, 澳大利亚, 南美洲 5 古生界 奥陶系与志留系分界处 欧洲, 泰国, 中国南部, 西伯利亚, 北美, 苏格兰 6 古生界 志留系与泥盆系分界处 波罗的海地区, 白俄罗斯, 捷克 7 古生界(中泥盆统— 上泥盆统) 吉维齐阶 上弗兰阶 下发门那阶 俄罗斯, 白俄罗斯, 德国, 法国, 波兰, 苏格兰, 中国四川, 美国, 加拿大, 巴西 8 古生界 石炭系密西西比阶与宾夕法尼亚阶分界处 俄罗斯伏尔加—乌拉尔地区, 波兰 9 古生界 石炭系与二叠系分界处 哈萨克斯坦, 西班牙, 法国, 美国, 加拿大 10 古生界—中生界 二叠系与三叠系分界处 中国新疆, 日本, 印度, 北美洲, 南美洲, 非洲, 澳大利亚 11 中生界 上三叠统 奥地利, 瑞士, 德国, 挪威, 美国 12 中生界 侏罗系普林斯巴赫阶与托阿尔阶分界处 东、西西伯利亚, 欧洲, 非洲, 西加拿大 13 中生界 上侏罗统 哈萨克斯坦, 西伯利亚, 英国, 北海, 巴伦支海, 法国, 波兰, 北 美洲, 泰国, 巴西地台, 西南非洲 14 中生界 白垩系 西伯利亚, 北大西洋, 西班牙, 比斯开湾, 加拿大阿尔伯塔, 意 大利, 土耳其, 乌克兰, 尼日利亚, 安哥拉, 委内瑞拉, 北大西 洋, 捷克, 北美洲 15 中生界 上白垩统 东地中海, 摩洛哥, 格陵兰, 巴基斯坦, 北美洲, 南美洲 16 新生界 上始新统—下渐新统 世界许多地方包括中亚, 中国 17 新生界 中中新统 斯洛文尼亚, 德国, 西西里岛, 达吉斯坦, 阿塞拜僵, 北美洲, 捷 克, 土耳其, 日本, 南美, 澳大利亚 注: 据参考文献[ 2 ]制表 271 天 然 气 地 球 科 学 V o l. 18