柴達(dá)木盆地多種能源礦產(chǎn)同盆共存及其地質(zhì)意義

王丹+吳柏林+寸小妮+孫莉+徐梓皋+詹杰+袁康

摘要：柴達(dá)木盆地是中國石油、天然氣、煤和鈾等多種能源礦產(chǎn)同盆共存的盆地之一。在平面分布上，目前已進(jìn)入勘探開發(fā)階段的油氣藏分布于柴達(dá)木盆地西部、北緣及東部地區(qū)，煤和砂巖型鈾礦分布在盆地北緣；在賦存層位上，石油及部分天然氣（油型氣、煤成氣）以侏羅系煤系地層為源巖，以侏羅系、古近系—新近系為儲(chǔ)層，煤賦存于侏羅系大煤溝組和小煤溝組，已知的鈾礦化位于侏羅系、古近系—新近系地層。結(jié)合單種能源礦產(chǎn)的時(shí)空分布特征以及相互之間的組合形式，柴達(dá)木盆地石油、天然氣、煤和砂巖型鈾礦等多種能源礦產(chǎn)在空間上有明顯的同盆共存關(guān)系，且在成藏成礦中相互作用。柴達(dá)木盆地西北地區(qū)石油與天然氣、柴達(dá)木盆地北緣煤與煤成氣呈同盆共存關(guān)系；柴達(dá)木盆地北緣鈾礦化發(fā)育在煤層之上且在油氣運(yùn)移指向的邊部有多個(gè)鈾礦化點(diǎn)，油氣及煤系地層為其提供還原劑。通過柴達(dá)木盆地北緣烴源巖生烴模擬試驗(yàn)，元素U及其伴生元素（Mn、Mo、V和Cs）的富集對(duì)烴源巖生烴有明顯的催化作用，表現(xiàn)為生烴量大幅度增加和生烴高峰提前。綜上所述，有機(jī)礦產(chǎn)對(duì)無機(jī)鈾礦的形成起到了重要的還原作用，無機(jī)鈾礦及其伴生元素對(duì)于有機(jī)油氣的生成有明顯的催化作用。

關(guān)鍵詞：能源礦產(chǎn)；共存富集；石油；天然氣；煤；鈾礦；時(shí)空分布；柴達(dá)木盆地

中圖分類號(hào)：P618.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

柴達(dá)木盆地位于青藏高原北緣青海省境內(nèi)，面積12.1×104 km2，是中國西部一個(gè)重要的中新生代大型陸相沉積盆地，資源儲(chǔ)量極為豐富，目前發(fā)現(xiàn)的能源礦產(chǎn)主要有石油、天然氣、煤和砂巖型鈾礦。

柴達(dá)木盆地石油勘探潛力巨大，截至2006年，石油探明率僅為15.3%[1]。王永卓等在前人研究的基礎(chǔ)上明確了柴達(dá)木盆地含油氣系統(tǒng)及其分布范圍，認(rèn)為侏羅系含油氣系統(tǒng)分布在柴達(dá)木盆地北緣（簡稱“柴北緣”）塊斷帶EW向展布的條帶，第三系含油氣系統(tǒng)以茫崖坳陷為主，第四系含油氣系統(tǒng)以三湖坳陷為主；并對(duì)柴北緣侏羅系煤系烴源巖演化歷史進(jìn)行了模擬和油氣源對(duì)比[23]。徐鳳銀等認(rèn)為柴達(dá)木盆地?zé)N源巖的分布演化，圈閉的形成以及油氣運(yùn)移、成藏和保存都受構(gòu)造演化的影響，構(gòu)造演化控制了油氣的分布[46]。曾春林等對(duì)柴北緣侏羅系烴源巖的微量元素進(jìn)行了分析測(cè)試，認(rèn)為柴北緣侏羅系烴源巖中Mo、Sc、Ti、Cs、Ni等元素含量明顯高于其克拉克值[7]。

天然氣在柴達(dá)木盆地西北部、北緣和三湖地區(qū)均富集成藏[811]。張曉寶等認(rèn)為柴達(dá)木盆地西北地區(qū)具備深層氣藏形成的條件，因?yàn)樵搮^(qū)有4套有機(jī)質(zhì)豐度中等到好的氣源巖且氣源巖均達(dá)到高過熟階段，氣源充足等，并且其源巖主要為下侏羅統(tǒng)地層，儲(chǔ)層為古近紀(jì)—新近紀(jì)[12]。田光榮等提出柴北緣煤成氣具有晚期成藏的特征[13]；馬峰等分析了柴北緣煤成氣的成藏條件和勘探領(lǐng)域[14]。

柴達(dá)木盆地可開采的煤炭資源主要分布于柴北緣地區(qū)。曹代勇等分析了煤田構(gòu)造特點(diǎn)，并結(jié)合煤系基底構(gòu)造特征、主干斷裂構(gòu)造特征及煤系賦存特征，確定了柴北緣煤系展布具有南北分帶、東西分區(qū)的基本規(guī)律，有利的成煤環(huán)境主要有湖侵過程中古隆起、斷陷臺(tái)地和廢棄的辮狀河沖積平原等[15]。占文鋒等運(yùn)用構(gòu)造控煤分析方法，探討了柴北緣煤系賦存的基本規(guī)律，并圈定柴北緣東西分區(qū)的中、東段為勘探開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)段[16]。鄧文詩等對(duì)柴北緣中下侏羅統(tǒng)含煤巖系沉積特征、聚煤作用以及含煤性等進(jìn)行了分析，指出中下侏羅統(tǒng)大煤溝組、小煤溝組為主要含煤段[1718]。

路耀祖對(duì)柴北緣冷湖地區(qū)古近系—新近系的可地浸砂巖型鈾礦進(jìn)行了研究，分析了成礦的有利因素，包括來源于周邊高山蝕源區(qū)的鈾以及泥砂泥互層產(chǎn)出鈾的遷移富集等[19]。劉林等指出柴北緣層間氧化帶主要發(fā)育在魚卡、北大灘等地區(qū)的中侏羅統(tǒng)大煤溝組和石門溝組，厚度較大，比較穩(wěn)定，具明顯的氧化帶、過渡帶、還原帶特點(diǎn)，鈾礦化主要分布在層間氧化帶的上、下翼及前鋒線附近，呈板狀或薄層狀產(chǎn)出[2022]；在此基礎(chǔ)上，劉林等明確了鈾礦化層位主要是中侏羅統(tǒng)的大煤溝組、石門溝組，另外還有下侏羅統(tǒng)湖西山組和漸新統(tǒng)下干柴溝組，并預(yù)測(cè)柴北緣?mèng)~卡、北大灘地區(qū)是砂巖鈾礦的有利遠(yuǎn)景區(qū)[23]。杜善青等指出柴達(dá)木盆地西北緣鈾礦化發(fā)育在油氣藏頂部的漸新統(tǒng)下干柴溝組巖層中，鈾礦化與油氣還原作用有著密切的聯(lián)系[24]。

柴達(dá)木盆地石油、天然氣、煤和砂巖型鈾礦等單種能源礦產(chǎn)的研究已日趨成熟，但各能源礦產(chǎn)之間的相互關(guān)系和作用、鈾礦與油氣煤的關(guān)系是該區(qū)能源礦產(chǎn)研究的一個(gè)弱點(diǎn)。前人對(duì)于盆地有機(jī)無機(jī)能源礦產(chǎn)共存的研究也取得了一些成果。杜樂天等認(rèn)為美國、中亞和中國北方的砂巖型鈾礦產(chǎn)區(qū)是和油氣盆地上下疊合的[25]。陳廣坡等指出油氣藏和沉積金屬礦產(chǎn)有相同的物源，一些金屬的存在對(duì)有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為烴類有催化作用，同時(shí)烴類有機(jī)酸有利于金屬元素隨烴類和成礦流體析出，二者之間有著密切的聯(lián)系[26]。近年來，隨著大規(guī)模砂巖型鈾礦的勘探開發(fā)，砂巖型鈾礦常常與石油、天然氣、煤產(chǎn)在同一盆地中[27]。劉池洋等首次提出多種能源礦產(chǎn)成藏成礦系統(tǒng)的理論，并研究了鄂爾多斯盆地多種能源礦產(chǎn)同盆共存及相互作用[2829]。王毅等以鄂爾多斯盆地為例，研究了多種能源礦產(chǎn)之間的相互聯(lián)系及協(xié)同勘探[30]。這些研究成果均表明多種能源礦產(chǎn)有著密切的聯(lián)系，因此，本文從柴達(dá)木盆地多種能源礦產(chǎn)的相互作用出發(fā)，根據(jù)盆地內(nèi)單種能源礦產(chǎn)的時(shí)空分布特征、賦存規(guī)律和成藏（礦）機(jī)理，結(jié)合其勘探實(shí)踐總結(jié)了柴達(dá)木盆地多種能源礦產(chǎn)同盆共存特征和有機(jī)無機(jī)能源礦產(chǎn)之間的相互作用，并闡述了多種能源礦產(chǎn)同盆共存的地質(zhì)意義。

圖1柴達(dá)木盆地多種能源礦產(chǎn)平面分布

Fig.1Plane Distribution of Multiple Energy Minerals in Qaidam Basin

1沉積構(gòu)造背景

柴達(dá)木盆地位于歐亞大陸腹地，隸屬于塔里木—中朝板塊，可能是由塔里木—中朝古板塊分離出來的微型古陸，夾持在秦—祁—昆古生代地槽褶皺帶之間[31]，是在前古生代基底上發(fā)育起來的中新生代內(nèi)陸山間盆地。其被昆侖山、阿爾金山和祁連山所環(huán)繞，盆地內(nèi)主要發(fā)育NW向和NE向深大斷裂。這些斷裂控制盆地構(gòu)造的分區(qū)性和分帶性，使得盆地在構(gòu)造上具有東西分區(qū)與南北分帶的特征。柴達(dá)木盆地可劃分出北部塊斷帶、茫崖坳陷、德令哈坳陷和三湖坳陷4個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元。北部塊斷帶位于盆地北部，傾向NE的逆斷層起主要構(gòu)造作用，地層完整；主要發(fā)育有中—下侏羅統(tǒng)和新生界的烴源巖。茫崖坳陷位于盆地西南部，發(fā)育有巨厚的古近系—新近系地層，為石油的生儲(chǔ)蓋層。三湖坳陷位于盆地東南部，是第四系的沉積中心和沉降中心，也是盆地生物氣的主要生烴坳陷。

柴達(dá)木盆地主要發(fā)育有古生界、中生界和新生界三套地層，其中中、新生界地層厚6～10 km，最厚達(dá)17 km；發(fā)育有下侏羅統(tǒng)，中侏羅統(tǒng)，上侏羅統(tǒng)—白堊系，古近系的路樂河組、下干柴溝組，新近系的上干柴溝組、下油砂山組、上油砂山組、獅子溝組和第四系地層（圖1）。下侏羅統(tǒng)分布于柴北緣西段、祁連山和阿爾金山交匯處，發(fā)育牛東、昆特依、伊北和冷湖4個(gè)局部沉降中心，是柴北緣的主力生油凹陷；中侏羅統(tǒng)在下侏羅統(tǒng)之上沉積，并向東擴(kuò)展至整個(gè)祁連山前，西部地區(qū)遭剝蝕，因此，中侏羅統(tǒng)主要沿賽什騰—魚卡一線分布；上侏羅統(tǒng)—白堊系在柴達(dá)木盆地東部（簡稱“柴東”）的沉積范圍與中侏羅統(tǒng)相近，而在柴北緣西段范圍有所收縮，主要分布于魚卡地區(qū)；經(jīng)燕山晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的剝蝕夷平作用后，路樂河組大面積超覆于中生界或更老的地層之上，柴達(dá)木盆地南部及東部開始接受沉積，路樂河組主要分布于柴達(dá)木盆地西部（簡稱“柴西”）和柴北緣西段，沿烏圖美仁—大柴旦一線向東超覆尖滅，發(fā)育有一里坪凹陷、昆特依凹陷和茫崖坳陷3個(gè)沉降中心；下干柴溝組下段基本繼承路樂河組沉積時(shí)的基本格局，主要沉降中心為茫崖坳陷和一里坪凹陷，是柴西古近系主力生油凹陷；上干柴溝組的沉積分布基本與下干柴溝組相同；下油砂山組在分布上繼承上干柴溝組，凹陷形態(tài)也相似，在柴達(dá)木盆地邊緣隆起更加明顯；受下油砂山組沉積后晚喜山運(yùn)動(dòng)影響，上油砂山組時(shí)期柴達(dá)木盆地周緣遭受剝蝕，柴達(dá)木盆地西部和柴北緣西段殘余厚度較小，在三湖以東地區(qū)發(fā)育數(shù)個(gè)串珠狀小型沉降中心；獅子溝組時(shí)期，三湖坳陷形成；獅子溝組沉積后晚喜山及新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期間，柴達(dá)木盆地構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，基本未見第四系，在柴西和柴北緣的阿拉爾、小梁山、賽什騰等次凹有相對(duì)較厚的第四系。

2多種能源礦產(chǎn)時(shí)空分布特征

在平面上（圖1），石油、天然氣、煤、鈾礦主要分布在柴達(dá)木盆地周緣和柴東。石油主要分布在柴北緣和柴西；第四系生物氣分布在柴東三湖地區(qū)，侏羅系煤成氣則在柴北緣的伊北凹陷和魚卡凹陷存在數(shù)個(gè)氣田，第三系油型氣在柴西茫崖坳陷也有富集；目前已開采的煤炭資源分布在柴北緣，主要有木里煤田（祁連山中部）、尕斯煤田、賽什騰煤田、魚卡煤田、全吉煤田、德令哈煤田等；已發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦異常孔和礦化孔分布在柴達(dá)木盆地北部的冷湖、魚卡、北大灘、德令哈等地區(qū)。

在賦存層位（表1）上，石油賦存層位在柴北緣主要為古近系、新近系以及侏羅系中下統(tǒng)層位，烴源巖主要為中—下侏羅統(tǒng)煤巖；在柴西地區(qū)，主力烴源巖層為N11，儲(chǔ)層主要是N12—N22，另外還有E31、E32、E3。柴東三湖地區(qū)生物氣儲(chǔ)層和氣源巖層均為第四系；柴北緣煤成氣主要在中下侏羅統(tǒng)。煤主要賦存在中侏羅統(tǒng)大煤溝組，部分在下侏羅統(tǒng)小煤溝組。砂巖型鈾礦主要分布于中下侏羅統(tǒng)煤系地層的砂巖中，此外在冷湖地區(qū)的油氣藏頂部新近系砂巖層中也有發(fā)現(xiàn)。對(duì)比這些能源礦產(chǎn)的賦存層位，石油、天然氣在層位上大部分重疊，煤和砂巖型鈾礦層位相近，且含煤層位同時(shí)也是油氣的源巖層，共存特征明顯（圖2、3）。

J3h為上侏羅統(tǒng)紅水溝組；J3c為上侏羅統(tǒng)采石嶺組；J3s為上侏羅統(tǒng)石門溝組

圖2德令哈地區(qū)多種能源礦產(chǎn)賦存層位剖面對(duì)比

Fig.2Comparison of Occurrence Layer Profiles of Multiple Energy Minerals in Delingha Area

2.1石油

柴達(dá)木盆地有柴北緣、柴西以及柴東三湖3個(gè)主要含油氣區(qū)，其中柴北緣油氣區(qū)根據(jù)烴源巖層位又可分為昆特依凹陷含油氣區(qū)和賽什騰—魚卡凹陷含油氣區(qū)。

昆特依凹陷含油氣區(qū)主要位于柴北緣西南部，以下侏羅統(tǒng)煤系地層為源巖，以侏羅系和古近系—新近系為儲(chǔ)層，蓋層以路樂河組和上干柴溝組上段泥巖為主。該生烴凹陷在E3末期形成了系列圈閉和原生油氣藏，在N12末期可能有較大規(guī)模的油氣運(yùn)聚，在N32末期—Q期高成熟干氣藏形成，同時(shí)破壞了部分原生油氣藏，形成許多次生油氣藏。柴西地區(qū)由于地層抬升、剝蝕及斷裂多斷至地表，油氣逸散程度高，保存條件差。

賽什騰—魚卡凹陷含油氣區(qū)位于柴北緣西北部，以中侏羅統(tǒng)為烴源巖。鉆井揭示該油氣系統(tǒng)魚卡地區(qū)儲(chǔ)層為上侏羅統(tǒng)采石嶺組（J13），潛西地區(qū)主要是E3，其次是J2、E1+2，個(gè)別井在N1也有油氣顯示；蓋層為儲(chǔ)層之上的泥質(zhì)巖類。賽什騰凹陷熱演化程度具有由西向東逐漸增高的趨勢(shì)，生烴門限時(shí)間早，有機(jī)質(zhì)成熟度高，在E3末期進(jìn)入生烴門限，在N2中期進(jìn)入生烴高峰，現(xiàn)今達(dá)到高成熟—過成熟階段；魚卡凹陷和近山前帶生烴門限時(shí)間晚，由于喜山中晚期的構(gòu)造抬升，現(xiàn)今基本處于低成熟階段。斷裂是該區(qū)油氣主要的垂向運(yùn)移通道，砂體和不整合面作為疏導(dǎo)層使油氣發(fā)生較短距離的橫向運(yùn)移。喜山晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)該區(qū)油氣的聚集保存具有重要影響，在為油氣運(yùn)移提供動(dòng)力導(dǎo)致油氣藏形成的同時(shí)，地層抬升遭受剝蝕，致使油藏受到破壞和改造，發(fā)生油氣逸散，在圓頂山、馬海尕秀構(gòu)造地面均發(fā)現(xiàn)有地表瀝青和油氣苗。

柴西含油氣區(qū)夾持于祁漫塔格山和阿爾金山之間，構(gòu)造上位于茫崖坳陷，油氣主要分布于古鼻隆傾沒端及凹陷內(nèi)。上干柴溝組、下油砂山組是本區(qū)主要烴源巖層，儲(chǔ)層為E13、E23、N1和N21，有深部E23—N1和淺部N22—Q兩套區(qū)域性蓋層，油氣總體上以低成熟油為主。由于埋藏史及古地溫梯度不同，柴西不同地區(qū)烴源巖的熱演化進(jìn)程差異明顯，一般在N12、N22、N32—Q層位不同地區(qū)相繼進(jìn)入生油門限，圈閉一般形成于N12、N22。N12末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)提供的動(dòng)力使油氣發(fā)生運(yùn)移、聚集并首次成藏；N32末期—喜山晚期和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期間形成了大量的圈閉，同時(shí)油氣發(fā)生大規(guī)模的運(yùn)移、聚集；該區(qū)發(fā)生第2次成藏事件，也是柴西地區(qū)最重要的成藏期[23]。該區(qū)油氣成藏具有2個(gè)顯著特點(diǎn)：一是油氣以垂向運(yùn)移為主；其二是經(jīng)歷了兩期成藏并以晚期成藏為主。

2.2天然氣

柴達(dá)木盆地天然氣主要有生物氣、煤成氣、油型氣三類[32]（表2）。生物氣分布于柴東三湖地區(qū)，以第四系七個(gè)泉組和新近系獅子溝組（N32）為氣源層、儲(chǔ)層和蓋層，與盆地其他能源礦產(chǎn)沒有明顯的相關(guān)性。

煤成氣主要分布在柴達(dá)木盆地西北緣冷湖—南八仙構(gòu)造帶上，生烴凹陷有伊北凹陷和賽什騰凹陷，氣源巖為中下侏羅統(tǒng)含煤巖系，儲(chǔ)層為古近系—新近系。侏羅系源巖于古近系晚期進(jìn)入生排烴高峰期，通過斷裂運(yùn)移至上部地層，并于下干柴溝組末期聚集形成古近系原生油氣藏；同時(shí)，古近紀(jì)末期柴北緣發(fā)生強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使原有油氣藏遭到破壞和調(diào)整[33]并形成新的斷裂，生成的油氣再次沿?cái)嗔严蛏喜康貙舆\(yùn)移，于古近系—新近系末期部分油氣再次聚集形成新近系次生油氣藏。

注：表中數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[11]和[32]、[34]和[35]；δ（·）為同位素組成。

油型氣分布于柴西的北區(qū)，構(gòu)造上位于茫崖坳陷和大風(fēng)山鼻隆，主要富集在油泉子構(gòu)造、南翼山構(gòu)造、油墩子構(gòu)造和開特米里克構(gòu)造。本區(qū)有E1+2、E13、E23和N41等4套烴源巖，儲(chǔ)層有E13、E23、N1、N12、N22[35]，氣源巖于N12初期（距今23.5 Ma）進(jìn)入生氣階段，于N32時(shí)期（距今7 Ma）進(jìn)入生氣高峰期。從成藏時(shí)期來看，柴西地區(qū)石油兩次成藏均與油型氣生烴時(shí)間相近；從富集層位來看，該區(qū)氣源巖層和儲(chǔ)層均與石油的生儲(chǔ)層基本相同，二者有明顯的成生關(guān)系。

2.3煤

煤炭資源在柴北緣和柴達(dá)木盆地中南部均有分布。后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致柴北緣煤層出露，柴達(dá)木盆地中南部煤層埋藏較深，尚未開采。柴北緣基本特征為南北分帶、東西分區(qū)、西部收斂、東部撒開的構(gòu)造格局。依據(jù)基底構(gòu)造特征及含煤巖系展布特征，以斜向走滑斷裂為界，將柴北緣自西向東劃分為西、中、東3個(gè)構(gòu)造分區(qū)[15]：①柴北緣東部構(gòu)造分區(qū)呈現(xiàn)三隆夾兩凹的構(gòu)造格局，3條隆起帶南麓受逆沖推覆構(gòu)造作用，煤系抬升變淺，但多遭受斷裂破壞，德令哈、烏蘭凹陷帶內(nèi)煤系大面積沉積，但埋藏較深；②柴北緣中部構(gòu)造分區(qū)呈現(xiàn)兩隆兩凹的構(gòu)造格局，隆起帶南麓遭受斷裂破壞，煤系支離破碎，分布零星，而魚卡—紅山凹陷帶內(nèi)煤系埋深較淺，是柴北緣含煤區(qū)保存最豐富的區(qū)段；③柴北緣西部構(gòu)造分區(qū)呈現(xiàn)出一隆一凹的構(gòu)造格局，煤礦床主要沿賽什騰山及其山前分布，賽南凹陷帶內(nèi)煤系埋深過大，不宜開發(fā)。受基底和深部斷裂控制，柴北緣以賽什騰山—達(dá)肯達(dá)坂山—大煤山—中吾農(nóng)山和綠梁山—?dú)W龍布魯克山—布赫特山為界劃分為3條含煤帶，在南北方向上形成三隆三凹的構(gòu)造格局：3條隆起帶南麓受逆沖推覆構(gòu)造作用，含煤地層抬升變淺，但多遭受斷裂破壞，煤系支離破碎，分布零星；3條凹陷帶內(nèi)含煤地層大范圍沉積，一般埋藏較深，但其淺部可形成較大面積的勘探開發(fā)區(qū)，尤其是魚卡—烏蘭凹陷一線為勘探開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域[15]。

柴北緣主要聚煤沉積體系包括辮狀河及辮狀河三角洲體系、曲流河三角洲體系和湖泊沉積體系，沉積體系聚煤特征表現(xiàn)為：①辮狀河及辮狀河三角洲體系主要發(fā)育于構(gòu)造活動(dòng)期，沉枳環(huán)境不穩(wěn)定，一般不利于成煤；②曲流河三角洲體系中，河流三角洲平原以河流作用為主，河道邊緣沼澤是最重要的聚煤場(chǎng)所，成煤環(huán)境可分為岸后沼澤和泛濫盆地沼澤。早中侏羅世最有利的成煤環(huán)境為湖侵過程中的古隆起、斷陷臺(tái)地和廢棄的辮狀河沖積平原，大煤溝組是該區(qū)最大成煤地層；聚煤環(huán)境有廣闊山間盆地、小型山間盆地和山前坳陷等[17]。晚侏羅世至白堊紀(jì)，柴北緣西段發(fā)生構(gòu)造熱事件，促進(jìn)煤轉(zhuǎn)化為最高級(jí)煤，為生成煤成氣做準(zhǔn)備。

2.4砂巖型鈾礦

柴達(dá)木盆地鈾礦化主要分布在冷湖、魚卡、北大灘、德令哈以北等地區(qū)，區(qū)域構(gòu)造上位于北部斷塊帶的賽什騰山前構(gòu)造斜坡帶、魚卡凹陷東部以及德令哈坳陷的烏蘭構(gòu)造帶等接近物源的地區(qū)。鈾源為元古界變質(zhì)巖、古生代火山巖及蝕源區(qū)廣泛分布的中酸性侵入巖[23]，具有多期性。目前所勘探的礦化孔含礦層位主要為中侏羅統(tǒng)大煤溝組和石門溝組，少量在漸新統(tǒng)，受層間氧化帶控制。

魚卡、北大灘地區(qū)鈾礦化產(chǎn)于中侏羅統(tǒng)石門溝組淺灰色粗砂巖中，位于古層間氧化帶上翼及前鋒線附近，具有較好的找礦前景；冷湖地區(qū)鈾礦化賦存于下侏羅統(tǒng)湖西山組淺灰黑色泥質(zhì)粉砂巖、砂巖中，鈾礦化主要層位為漸新統(tǒng)下干柴溝組底部及中侏羅統(tǒng)頂部礫巖中，區(qū)內(nèi)含礦砂體中含大量碳屑，鈾礦化的形成與有機(jī)碳含量關(guān)系密切。早中侏羅世，柴北緣形成了一套有利于層間氧化帶發(fā)育及砂巖型鈾礦形成的目的層；晚侏羅世—白堊世是古層間氧化帶發(fā)育時(shí)期，在魚卡、德令哈、北大灘地區(qū)均發(fā)現(xiàn)古層間氧化帶；古近紀(jì)—中新世早期形成次要附礦層E23，古近紀(jì)的超覆作用使得中下侏羅統(tǒng)被掩埋，目的層中發(fā)育的層間氧化作用停止，目的層被掩蓋[21，23]；中新世晚期—第四紀(jì)是含礦目的層發(fā)生層間氧化的階段，也是盆地鈾礦的主要成礦期[3637]。

3多種能源礦產(chǎn)同盆共存及其相互作用

3.1多種能源礦產(chǎn)同盆共存或運(yùn)移逸散

（1）石油和油型氣的同盆共存：柴西地區(qū)石油和天然氣在構(gòu)造上都位于茫崖坳陷和古鼻隆起，不管是成藏時(shí)期還是富集層位，二者都有密切聯(lián)系，有明顯的同盆共存關(guān)系。

（2）侏羅系煤和煤成氣的同盆共存：柴北緣烴源巖為中下侏羅統(tǒng)地層，干酪根類型為Ⅱ、Ⅲ型，以生氣為主，以生油為輔，因此，該區(qū)主要富集煤成氣。

（3）砂巖型鈾礦與油氣逸散：柴北緣為油氣發(fā)育區(qū)，形成一個(gè)較為閉合的還原環(huán)境[24]，喜山晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得該區(qū)地層抬升造成剝蝕，致使油藏受到破壞和改造，發(fā)生油氣滲漏或散失，在地表可見到地表瀝青和油氣苗，同時(shí)在多個(gè)鉆孔中見到黑色的油浸砂巖和鮮綠色泥巖。在含油氣的地下水沿?cái)嗔延缮畈肯蛏线\(yùn)移過程中，遇到從地表向下運(yùn)移的含鈾含氧水發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成氧化還原過渡帶，也就是可地浸砂巖型鈾礦的富存部位；在鈾礦鉆孔中所見鈾礦石為黃綠色粗砂巖和細(xì)砂巖，就是油氣還原所致。這些現(xiàn)象都表明砂巖型鈾成礦與該區(qū)油氣逸散有著一定的內(nèi)在聯(lián)系。

（4）砂巖型鈾礦與煤成氣運(yùn)移逸散：柴北緣存在煤成氣向北運(yùn)移逸散（圖4）的標(biāo)志以及柴北緣侏羅系中厚層白色砂巖的形成等，因此，可以推斷柴北緣為侏羅系煤成氣或頁巖氣向北逸散的指向區(qū)。這一特點(diǎn)有利于砂巖型鈾礦的形成，油氣再向北逸散還有利于柴北緣北側(cè)凍土帶中天然氣水合物的形成。

底圖引自文獻(xiàn)[13]

圖4柴北緣西段生烴凹陷分布與油氣運(yùn)移方向

Fig.4Direction of Hydrocarbon Migration and the Distribution of Hydrocarbongenerating Sag in the Western Part of

North Margin of Qaidam Basin

（5）砂巖型鈾礦與煤的弱相關(guān)關(guān)系：柴達(dá)木盆地鈾礦化發(fā)育在煤系地層及其上部（圖2、3），中下侏羅統(tǒng)煤系地層生成的煤成氣在向上運(yùn)移成藏過程中，使地層中鈾元素被還原成礦，因此，煤與砂巖型鈾礦有著弱相關(guān)關(guān)系和共存關(guān)系。

（6）天然氣水合物與煤成氣運(yùn)移逸散：柴北緣北部尤其是魚卡—德令哈以北一帶，是長年凍土帶，而柴北緣西段又具有較好的煤成氣條件，一部分氣體大規(guī)模向北運(yùn)移（圖4），因而有可能在柴北緣北部地區(qū)尋找到天然氣水合物，尤其是德令哈以北地區(qū)有望成為遠(yuǎn)景地帶。

3.2有機(jī)與無機(jī)礦產(chǎn)之間的相互作用

有機(jī)與無機(jī)礦產(chǎn)之間沒有親緣關(guān)系，但Vorlicek等認(rèn)為無機(jī)元素對(duì)有機(jī)能源（油氣等）的形成和演化存在一定的地質(zhì)催化作用[3839]，在沉積盆地中它們相互依存并且相互作用，從而構(gòu)成了多種能源礦產(chǎn)同盆共存的局面[40]。從柴北緣侏羅系烴源巖樣品中鈾及其伴生元素的平均含量（表3）來看，元素U以及Mn、 Mo、 V、 Cs等伴生元素的平均含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)應(yīng)的克拉克值，因此，選取柴北緣侏羅系烴源巖（煤、碳質(zhì)泥巖和油頁巖）進(jìn)行有機(jī)質(zhì)模擬催化生烴試驗(yàn)。

向烴源巖樣品中加入元素Mn、Mo、V、Cs、U等進(jìn)行加熱生烴試驗(yàn)，測(cè)試侏羅系烴源巖在不同溫度點(diǎn)烴類氣體CH4、C2H6、C3H8和C4H10以及還原性氣體（H2、H2S等）的產(chǎn)氣率。試驗(yàn)結(jié)果表明，元素U及其伴生元素（Mn、Mo、V、Cs等）均在不同程度上影響了有機(jī)質(zhì)的生烴率，對(duì)其有明顯的催化作用。

表3柴北緣侏羅系烴源巖元素U、Mn、Mo、V和Cs含量

Tab.3Contents of Elements U， Mn， Mo， V and Cs of Jurassic Source Rocks in North Margin of Qaidam Basin

元素采樣數(shù)樣品層位含量平均值/10-6克拉克值/10-6

U8J1、J24.852.2

Mn9J1、J2930.40840.0

Mo8J24.621.1

V8J2161.37120.0

Cs8J29.441.6

注：元素Mn數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[7]；其余元素?cái)?shù)據(jù)源自西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

從圖5（a）可以看出：在加熱時(shí)加入元素U，與未加元素相比其總生烴量（CH4、C2H6、C3H8和C4H10）明顯增加，尤其是溫度在500 ℃以內(nèi)，這一規(guī)律十分明顯；在400 ℃時(shí)，生烴量的增加達(dá)到高峰，之后累計(jì)生烴量趨于平緩。這一現(xiàn)象在煤和油頁巖樣品的試驗(yàn)中也很明顯。從圖5（b）可以看出：試驗(yàn)中加入元素Cs和V對(duì)于碳質(zhì)泥巖氣體CH4的生成有促進(jìn)作用，生氣量明顯增加，未加元素時(shí)進(jìn)入生氣高峰期的溫度為800 ℃，而加入元素Cs和V后提前到600 ℃。從圖5（c）可以看出：加入元素Mn后，碳質(zhì)泥巖樣品CH4產(chǎn)氣量增加，相比未加元素其也提前進(jìn)入生烴高峰。從圖5（d）可以看出：加入元素V和Mo后，碳質(zhì)泥巖總生烴量增加，同時(shí)元素V的促進(jìn)作用要強(qiáng)于元素Mo。從圖5（e）可以看出：加入元素Cs不僅可以影響烴源巖烴類氣體的產(chǎn)氣率，對(duì)無機(jī)的還原性氣體H2S同樣有促進(jìn)作用，生氣高峰與未加元素時(shí)相同，但生成量增加幅度較大。從圖5（f）以看出：煤中加入元素Mo對(duì)C2H6和C3H8的產(chǎn)氣率都有不同程度的促進(jìn)作用，且促進(jìn)作用在溫度為200 ℃～400 ℃區(qū)間內(nèi)最為顯著，增加量最大。

從圖5還可以看出，通過加入金屬元素Mn、Mo、V、Cs、U等，元素U及其伴生元素的富集能使烴源巖的烴類氣體和非烴類還原性氣體的生成量增加，同時(shí)還使烴源巖生烴高峰提前。由此可以推斷，柴北緣侏羅系地層中元素U及其伴生重金屬元素的富集可以促使該區(qū)油氣烴源巖生烴量增加并提早進(jìn)入生烴階段，而伴生生成的還原性氣體又反過來作用于含U物質(zhì)使其還原成礦。

3.3多種能源礦產(chǎn)同盆共存的地質(zhì)意義

石油、天然氣、煤和砂巖型鈾礦在同一盆地的沉積演化改造過程中形成、富集和成藏（礦），其成因、分布、賦存層位相互聯(lián)系和影響[41]。柴達(dá)木盆地單種能源礦產(chǎn)的研究已日漸完善，各能源礦產(chǎn)之間的相互作用是該盆地能源礦產(chǎn)研究的弱點(diǎn)和難點(diǎn)。從能源礦產(chǎn)的平面和賦存特征可以看出，石油、天然氣、煤和砂巖型鈾礦之間有著明顯的同盆共存現(xiàn)象，其中柴西地區(qū)油氣同盆共存，柴北緣煤和煤成氣、石油和天然氣、煤成氣和砂巖型鈾礦等均有不同程度的共存和成生關(guān)系。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于協(xié)同找礦和勘探具有一定的理論和實(shí)踐意義。除此之外，一種能源礦產(chǎn)的發(fā)現(xiàn)可能隱含有其他能源礦產(chǎn)存在與否的重要信息[41]。柴北緣北部尤其是魚卡—德令哈以北一帶，是長年凍土帶[42]，而柴北緣西段具有較好的煤成氣成藏條件，煤成氣源來自柴達(dá)木盆地西南部的伊北凹陷下侏羅統(tǒng)和魚卡—賽什騰凹陷中侏羅統(tǒng)烴源巖，一部分氣體大規(guī)模向北運(yùn)移（圖4），因而可能在柴北緣北部尋找到天然氣水合物，尤其是在德令哈以北地區(qū)有望成為天然氣水合物勘探的遠(yuǎn)景地帶。另外，柴西地區(qū)和柴北緣有可觀的油砂資源，柴北緣也發(fā)現(xiàn)了大量的頁巖氣和數(shù)個(gè)砂巖型鈾礦化點(diǎn)和異常點(diǎn)[43]。

油頁巖、煤、碳質(zhì)泥巖為生烴試驗(yàn)樣品；油頁巖+10% UO2CO3表示油頁巖中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的碳酸鈾酰（UO2CO3）；油頁巖+20% UO2CO3表示油頁巖中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的UO2CO3；其他圖例依此類推

圖5元素U及其伴生元素對(duì)烴源巖生烴的影響

Fig.5Effects of U and Associated Elements on the Hydrocarbongenerating

4結(jié)語

（1）石油、天然氣、煤、砂巖型鈾礦主要分布在柴達(dá)木盆地周緣和東部地區(qū)。石油主要分布在柴達(dá)木盆地西北部；第四系生物氣分布在盆地東部的三湖地區(qū)，侏羅系煤成氣則在柴北緣的伊北凹陷和魚卡凹陷存在數(shù)個(gè)氣田，第三系油型氣在盆地西部茫崖坳陷也有富集；目前已開采的煤炭資源分布在柴北緣；砂巖型鈾礦分布在盆地北部的冷湖、魚卡、北大灘、德令哈等地區(qū)。

（2）在地層層位的縱向分布上，石油賦存層位主要是古近系、新近系以及侏羅系中下統(tǒng)層位；柴東三湖地區(qū)生物氣儲(chǔ)層和氣源巖層均為第四系；柴北緣煤成氣主要在中下侏羅統(tǒng)；煤主要賦存在中侏羅統(tǒng)大煤溝組，部分在下侏羅統(tǒng)小煤溝組。鈾礦化層位主要為中下侏羅統(tǒng)煤系地層和漸新統(tǒng)地層。

（3）從多種能源礦產(chǎn)時(shí)空分布來看，油氣相伴生于柴西和柴北緣；柴北緣煤成氣是侏羅系煤聚集成藏后期煤化作用形成的，與煤有著密切的成生關(guān)系；鈾礦化發(fā)育在煤系地層的上部，也具有明顯的空間共存關(guān)系。石油、天然氣在層位上大部分重疊，煤和砂巖型鈾礦層位相近，且含煤層位同時(shí)也是油氣的源巖層，共存特征明顯。

（4）柴北緣中下侏羅統(tǒng)是油氣源巖層、煤和砂巖型鈾礦的賦存層位，同時(shí)富含元素U、Mn、Mo、V、Cs等。通過侏羅系烴源巖生烴模擬試驗(yàn)，元素U、Mn、Mo、V和Cs對(duì)烴源巖生烴均有不同程度的促進(jìn)作用。加入元素U使油頁巖的總生烴量增加，在溫度為400 ℃時(shí)作用更加明顯；加元素Mo使碳質(zhì)泥巖總烴生成量增加且提前進(jìn)入生烴高峰；加元素Mn使碳質(zhì)泥巖甲烷產(chǎn)氣量增加，在溫度為600 ℃時(shí)達(dá)到生氣高峰，較未加元素時(shí)提前；加元素Cs碳質(zhì)泥巖生烴量增加，并提前進(jìn)入生烴高峰，同時(shí)使H2S的產(chǎn)氣量增加；加元素V也使碳質(zhì)泥巖總生烴量增加，生烴高峰提前。

（5）柴北緣有機(jī)和無機(jī)礦產(chǎn)相互作用，有機(jī)的石油和煤型氣在運(yùn)移、逸散過程中使含U的層間氧化帶還原成礦，對(duì)柴北緣砂巖型鈾礦起到重要的還原作用；同時(shí)，含U層間氧化帶中的元素U及其伴生元素（Mn，Mo，V，Cs等）的富集又對(duì)柴北緣烴源巖生烴演化有著明顯的催化作用。目前勘探發(fā)現(xiàn)的柴北緣侏羅系豐富的頁巖氣資源可能與該區(qū)元素U富集有關(guān)。

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