多种能源矿产同盆共存富集的地质条件及其特征

摘　要:通过分析煤、石油、天然气和铀矿等单矿种成藏地质条件,讨论了多种能源矿产的内在成因联系,结合其共存富集形式和组合类型,总结了共存富集体系的岩石矿物学、构造学、地球物理学等方面的特征及标志,为进一步研究多种能源矿产同盆共存富集机理及建立相应的判识体系提供了基础。
 

关键词:石油;天然气;煤炭;铀;共存富集;组合类型;成因联系

多所周知,石油、天然气、煤炭和铀矿等能源在各国的经济发展、社会建设和国家安全等方面均处于十分重要的地位。中国能源总储量很大,但煤炭、石油和天然气折合成标准煤的人均资源占有量只有90多吨,是世界平均值的二分之一。能源的短缺和经济发展的矛盾势必要求加强研究和开发更多的各种能源,实现多种能源的互补替代。世界上已发现的油气田和煤炭资源均分布在沉积盆地中,同时在沉积盆地中也赋存有丰富的铀矿资源,特别是中新生代的沉积盆地更是多种能源共存富集的场所。我国的油、气和煤炭资源主要分布在松辽、渤海湾、塔里木、准噶尔、鄂尔多斯、四川和柴达木等大型盆地中,在这些盆地中也富集了丰富的铀矿资源。研究多种能源共存富集的基本条件及其判识体系具有重要的意义。
1　单矿种富集成藏(矿)的地质条件
1. 1　油藏形成富集的地质条件
宏观上来说,油藏形成富集要从生、储、盖、运、圈、保六个方面形成良好配合,包括丰富的油气源、有利的生储盖组合配置关系、有效的圈闭、必要的保存条件[1]。从油气成藏的动力学角度看,温度场不仅控制着油气演化的进程,而且与油气形成后的赋存及聚散失状态有直接联系。构造应力场不仅形成了油气运移的通道与油气聚集的圈闭,而且不连续状态的瞬间构造应力和连续状态的长期构造应力为油气运移提供了驱动力。从区域上看,构造应力场控制了生油深凹、油气聚集带、沉降中心和烃源岩的展布,局部构造应力场则在一定程度上影响着含油气构造和油气田分布[2-3]。
1. 2　大中型气田形成富集的主要控制因素
控制大、中型气田形成富集的因素较多,宏观因素上涉及了大气田分布的纬度带、大地构造单元和沉积盆地类型、地层及深度分布及不同成因天然气的控制[4]。戴金星等[5]结合选区评价和勘探实践系统总结了控制大中型气田形成的地质要素:①生气中心(特别是煤成气生气中心)及其周缘;②成气区内与大型隆起有关的圈闭。③潜伏的低中阶煤系及其上下层位中的大中型圈闭;④成藏期晚的大中型圈闭。⑤生气区内大面积孔隙型储层;⑥异常压力封存箱上及箱间(特别是与煤系有关的)圈闭有利于形成大中型气田。
1. 3　形成富煤带的控制因素
富煤带的分布,从垂直剖面上来看,经常发育在聚煤盆地内低级别古隆起或同沉积背斜两翼的斜坡带上。从空间分布来看,同一聚煤盆地内富煤带可以不止一个,它们的展布方向往往和岩相带一致。岩相带和富煤带的分布直接受聚煤古地理因素的影响,而古地理环境又往往受古构造因素的制约。在海侵阶段高海平面期和海退阶段低海平面期碎屑滨岸带的滨海三角洲或三角洲—碎屑海岸体系和体系城均可形成富煤带;中新生代各种类型内陆湖盆大规模扩张期前后位于盆缘地带的滨浅湖—湖泊三角洲体系和冲积扇—扇三角洲体系和体系域,是重要的聚煤环境;基底具有稳定沉降构造背景条件的拗拉槽、前陆坳陷、裂谷型含煤盆也可形成一定规模富煤带[6]。
1. 4　铀矿形成富集的地质条件
自然界中铀是以四价和六价存在,四价铀在氧化条件下,极易被氧化呈六价在溶液中迁移、搬运,在还原条件下,六价铀易被还原呈四价成为铀的矿物而富集。铀成矿过程中,黄铁矿能作为还原剂,H2、CH4、CO、H2S等气体是更高效的还原剂,它是一系列富铀矿床成矿的重要条件[7]。铀矿化的分布和富集受岩相古地理因素的制约,层间氧化带砂岩型铀矿床成矿空间控制因素包括:有利的大地构造背景与铀源条件、产铀建造及岩相岩性、盆地构造与地层产状、古气候、水文、地球化学条件等,矿床的成矿定位空间受上述因素综合控制[8]。
2　多种能源矿产的内在联系
2. 1　石油与天然气按照干酪根降解成烃理论,有机质演化过程中,石油和天然气的生成是伴随的,油和油型气的转化关系和转化程度,主要受控于热演化程度和烃源岩母质类型。低熟油气理论也认为,一些早期生烃组分亦能经由不同生烃机制的低温生物化学或低温化学反应生成并释放液态和气态烃类[9-10]。
2. 2　煤炭与天然气
煤系以成气为主的特征是由煤系构成主体有机质以腐殖型为主所决定的。腐殖型有机质原始物质来源于木本植物,其组成中H/C低的纤维素和木质素占60% ~80%,H/C高的蛋白质和类脂类含量一般不超过5%[11]。腐殖型生气物质的结构是只有少许侧链加简单的甲烷基和大量的缩合环,故以产甲烷为主。同时也形成一定量的乙烷、丙烷和丁烷,而不同型腐泥型生油物质结构有很多长链和环的小基团,利于液体石油形成。故煤系物质构成及其结构特征决定了煤系以成气为主。
2. 3　煤炭与石油
煤与油气有关的认识源于18世纪。俄罗斯学者罗蒙诺索夫(1849)首先提出煤与油气生成有关。我国戴金星于1979年提到,长焰煤-肥煤能形成液态烃。一些学者通过吐哈盆地托克逊和台北等凹陷的研究,基于木栓质体、基质镜质体和树脂体等煤岩显微组分是早期生油的事实,先后提出了煤成低熟油的概念和形成机理,沥青化作用阶段,煤中富氢显微组分开始大量生成液态烃,含煤岩系烃源岩具早生早排、“分期生油”的特点[12]。
2. 4　铀矿与煤层
早在1875年,Berhoud就从美国

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