貴州晴隆銻礦古油藏瀝青地球化學(xué)特征及成因

王鵬鵬，胡煜昭,2，劉 路，張桂權(quán)

(1.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093； 2.云南省礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)工程實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093； 3.中國(guó)石化 勘探南方分公司，四川 成都 610041)

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貴州晴隆銻礦古油藏瀝青地球化學(xué)特征及成因

王鵬鵬1，胡煜昭1,2，劉 路1，張桂權(quán)3

(1.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093； 2.云南省礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)工程實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093； 3.中國(guó)石化 勘探南方分公司，四川 成都 610041)

摘要：晴隆銻礦含有豐富的有機(jī)包裹體，然而這些有機(jī)質(zhì)的來(lái)源一直未能查清。在晴隆銻礦外圍找礦時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)古油藏。晴隆銻礦古油藏的瀝青主要分布在上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖、上二疊統(tǒng)大廠層凝灰?guī)r和中二疊統(tǒng)茅口組灰?guī)r中，主要儲(chǔ)集空間以裂縫、孔隙和溶洞為主。本文旨在通過(guò)對(duì)瀝青地球化學(xué)特征進(jìn)行分析測(cè)試來(lái)探討瀝青來(lái)源及成因，試圖為晴隆銻礦找礦勘查提供新依據(jù)。測(cè)試結(jié)果表明：晴隆銻礦古油藏瀝青C元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均86.67%，H平均3.32%，N平均0.27%，O平均3.52%；H、C原子比平均0.46；O、C原子比平均0.03；瀝青Ro值1.99%~2.30%，具有很高的成熟度；瀝青碳同位素實(shí)測(cè)值-27.7‰~-28.8‰，平均-28.1‰。在古油藏瀝青地球化學(xué)特征研究的基礎(chǔ)上，綜合分析認(rèn)為晴隆銻礦古油藏瀝青主要源自泥盆系烴源巖。晴隆銻礦古油藏瀝青是早期古油藏因古地溫升高發(fā)生熱裂解形成的焦瀝青。

關(guān)鍵詞：古油藏瀝青；地球化學(xué)特征；瀝青來(lái)源；瀝青成因；晴隆銻礦

王鵬鵬，胡煜昭，劉路，等.貴州晴隆銻礦古油藏瀝青地球化學(xué)特征及成因[J].西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，31(2)：44-49,56.

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引言

沉積盆地金屬(如Cu、Au、Pb、Zn、Ag、Hg、Sb、Ni、V等)礦床絕大部分與油氣有著密切的關(guān)系。有的分布于相同的地質(zhì)構(gòu)造中，如貴州癩子山背斜上的癩子山古油藏、秧1井CO2氣藏和爛泥溝卡林型金礦床[1-3]，美國(guó)內(nèi)華達(dá)州卡林背斜帶中的卡林型金礦床和油氣藏[4-5]；有的分布于相同的層位，如塔里木盆地喀什凹陷下白堊統(tǒng)克孜勒蘇組中的烏拉根鉛鋅礦床和阿克莫木氣田[6-7]；有的甚至密切共生，如哈薩克斯坦楚-薩雷蘇盆地中的層控鉛鋅礦、砂巖銅礦與油氣藏[8]，美國(guó)密西西比河型鉛鋅礦與油氣藏[9]，我國(guó)黔東地區(qū)鉛鋅礦與古油藏[10-11]，云南永善縣峨眉山玄武巖中的銅礦床共生和演化程度較低古油藏[12]。金屬礦床與古油藏在空間上的密切依存關(guān)系，暗示了兩者成因上的有機(jī)聯(lián)系[13]。

筆者在晴隆銻礦沙子嶺礦段進(jìn)行的銻礦勘查過(guò)程中，在5個(gè)鉆孔合計(jì)發(fā)現(xiàn)15層瀝青層，分布面積達(dá)1 km2。盡管其他研究者也討論銻礦形成與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系[14-17]，但有機(jī)質(zhì)研究的重要材料瀝青的缺乏或者含量較少，使得有機(jī)質(zhì)與銻礦成礦關(guān)系的研究不易深入。本文將對(duì)晴隆銻礦古油藏中瀝青的地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，探索古油藏瀝青來(lái)源及成因，試圖為黔西南坳陷油氣勘探及晴隆銻礦成因研究提供依據(jù)。

1地質(zhì)背景

晴隆銻礦床位于華南褶皺帶的南盤(pán)江-右江盆地的黔西南坳陷。該礦床明顯受NE向構(gòu)造的控制，位于花魚(yú)井?dāng)鄬优c青山鎮(zhèn)斷層形成的北東向的復(fù)式半地塹內(nèi)[18]。礦區(qū)出露的地層由老至新為：中二疊統(tǒng)茅口組灰?guī)r(P2m)、上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖(P3β)和龍?zhí)督M(P3l)的砂巖、黏土巖夾灰?guī)r、泥灰?guī)r及煤層(圖1)。該區(qū)的銻礦體和銻礦化均嚴(yán)格地受“大廠層”控制，礦體呈層狀、似層狀及透鏡狀分布?！按髲S層”是在峨眉山玄武巖底部、茅口組灰?guī)r頂部不整合面之上發(fā)育的深灰色凝灰?guī)r、火山角礫凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)火山角礫巖的總稱(chēng)。輝銻礦礦體主要產(chǎn)于大廠二段的硅化角礫凝灰?guī)r中，產(chǎn)狀較為平緩，傾角一般5°~10°，其厚度隨古巖溶面起伏而變化。礦床主要礦石類(lèi)型有石英-輝銻礦礦石、螢石-輝銻礦礦石及石英-螢石-輝銻礦礦石。礦床的礦物組合簡(jiǎn)單，金屬礦物主要有輝銻礦、黃鐵礦，非金屬礦物有石英、螢石、方解石、石膏和重晶石。礦床圍巖蝕變主要有硅化、黏土化、螢石化、黃鐵礦化、碳酸鹽化、重晶石化[19]。

圖1　晴隆銻礦床區(qū)域地質(zhì)及古油藏平面分布(據(jù)貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)局區(qū)調(diào)大隊(duì)1:5萬(wàn)地質(zhì)礦產(chǎn)圖和礦床地質(zhì)調(diào)查編制)Fig.1　Regional geological map of Qinglong antimony deposit and plane distribution map of paleo-oil reservoir in Guizhou,China

2瀝青分布特征

2012年下半年，在晴隆銻礦田沙子嶺礦段進(jìn)行的銻礦勘查過(guò)程中，在沙子嶺鎮(zhèn)205°方向、7.5 km的白墳地區(qū)施工的5個(gè)鉆孔發(fā)現(xiàn)多層瀝青層(圖2)。其中厚度大于1 m的達(dá)11層，最大厚度11.03 m，平均厚度3.30 m，瀝青有效面孔率最大20%，最小2%，加權(quán)平均為8.66%。瀝青顏色為黑色和棕褐色，性硬而脆，不染手，樹(shù)脂光澤，貝殼狀斷口,不能燃燒。瀝青層賦存層位為上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組、上二疊統(tǒng)大廠層火山角礫巖和凝灰?guī)r，在中二疊統(tǒng)茅口組也可見(jiàn)少量瀝青。瀝青主要分布于玄武巖和凝灰?guī)r裂隙(圖3(a)、圖3(b))、火山角礫巖和玄武巖氣孔(圖3(c))中，其次為灰?guī)r裂縫(圖3(d))中。肉眼和鏡下發(fā)現(xiàn)部分瀝青中分布黃鐵礦、黃銅礦(圖3(e)、圖3(f))和斑銅礦。

圖2　晴隆銻礦古油藏瀝青層位置Fig.2　Sketch map of bitumen layer in the paleo-oil reservoir in Qinglong antimony deposit

圖3　晴隆銻礦古油藏中瀝青分布Fig.3　Distribution of bitumen in the paleo-oil reservoir in Qinglong antimony deposit

3瀝青地球化學(xué)特征

3.1瀝青反射率

晴隆銻礦古油藏瀝青反射率的實(shí)測(cè)結(jié)果(表1)表明其成熟度較高(Ro>2.0%)，瀝青反射率Rb為2.31%~2.76%，平均2.57%，換算成Ro值則為1.99~2.30%，平均2.17%(換算方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)[20])。高的瀝青反射率表明瀝青為類(lèi)晶質(zhì)瀝青[21]。鏡質(zhì)體反射率對(duì)應(yīng)溫度大體為199~211 ℃，平均206 ℃(換算方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)[22])，大體處于凝析油濕氣階段末期或干氣階段早期。上述特征均反映古油藏瀝青經(jīng)歷了高溫?zé)嵫莼?/p>

表1　晴隆銻礦古油藏瀝青反射率

3.2瀝青元素分析

晴隆銻礦古油藏瀝青元素實(shí)測(cè)結(jié)果(表2)表明：10件瀝青樣品C質(zhì)量分?jǐn)?shù)為83.11%~87.85%，平均86.67%；H質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.29%~4.66%，平均3.32%；N質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.12%~0.45%，平均0.27%；O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.19%~10.12%，平均3.52%；H、C原子比值為0.19~0.64，平均0.46；O、C原子比值為0.02~0.10，平均0.03。按照固體瀝青成因和物理化學(xué)特征分析[23]，晴隆古油藏固體瀝青名稱(chēng)可定為碳質(zhì)瀝青中的焦瀝青。

3.3瀝青碳同位素

穩(wěn)定碳同位素?cái)?shù)值具明確的生源意義，可反映母質(zhì)來(lái)源，受熱演化影響較小，是表征烴類(lèi)母質(zhì)來(lái)源的一個(gè)有效參數(shù)。晴隆銻礦古油藏瀝青碳同位素的實(shí)測(cè)值為-27.7‰~-28.8‰，平均為-28.1‰(表3)。

表2　晴隆銻礦古油藏瀝青元素分析

表3　晴隆銻礦古油藏瀝青碳同位素分析

4古油藏瀝青來(lái)源及成因

前人研究表明，南盤(pán)江盆地自泥盆系到三疊系均有烴源巖發(fā)育，其中泥盆系以中泥盆統(tǒng)盆地相沉積的黑色泥質(zhì)巖類(lèi)發(fā)育最好，有機(jī)質(zhì)含量高，厚度巨大，為主要烴源巖；石炭系和二疊系以碳酸鹽巖為主，泥質(zhì)巖類(lèi)及火山碎屑巖類(lèi)的分布較局限，烴源巖通常發(fā)育于臺(tái)盆-深水廣海陸棚相區(qū)，臺(tái)地、丘臺(tái)相區(qū)巖石有機(jī)質(zhì)含量偏低，不具備作為有效烴源巖的條件；三疊系烴源巖主要發(fā)育于臺(tái)盆-深水廣海陸棚相區(qū)，巖石為碳酸鹽巖和泥質(zhì)巖類(lèi)，主要發(fā)育于三疊系下統(tǒng)，中三疊統(tǒng)基本不具有生烴能力。對(duì)南盤(pán)江盆地?zé)N源巖發(fā)育的沉積環(huán)境、平面展布以及有機(jī)質(zhì)豐度情況的分析發(fā)現(xiàn)，主要烴源巖就是中下泥盆統(tǒng)烴源巖[24]。前人研究表明，南盤(pán)江右江盆地生油巖在晚石炭紀(jì)和早二疊世進(jìn)入生油窗，晚二疊世處于生油高峰期，二疊世末期進(jìn)入濕氣階段，中三疊世早期進(jìn)入干氣階段，在中三疊世晚期基本失去生烴能力，晚三疊世末已處于最大埋深階段[25]。

4.1瀝青來(lái)源

4.1.1碳同位素晴隆銻礦古油藏瀝青樣品的碳同位素值(δ13C)最高為-27.7‰，最低-28.8‰，平均-28.1‰。該值與南盤(pán)江盆地其他二疊系古油藏瀝青碳同位素值十分接近(-29.7‰~-26.5‰，平均-28.1‰)。與南盤(pán)江盆地泥盆系(-24.6‰~-27.6‰，平均-26.6‰)和二疊系烴源巖干酪根碳同位素(-22.4‰~-24.7‰，平均-23.6‰)[21]相比，晴隆銻礦古油藏碳同位素更接近泥盆系烴源巖碳同位素，但是由于有二疊系烴源巖的混入，使得該古油藏瀝青碳同位素(δ13C)值偏低。

4.1.2瀝青成熟度實(shí)測(cè)結(jié)果表明，晴隆銻礦古油藏瀝青的Ro值較高，為1.99%~2.30%。高的瀝青反射率反映瀝青已處于高成熟-過(guò)成熟階段，烴源巖從生烴到后期演化成固體瀝青已經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的高溫高壓作用。從油氣生成運(yùn)移成藏的角度來(lái)看，高成熟度也反映晴隆銻礦二疊系古油藏瀝青主要來(lái)自泥盆系烴源巖，而不是同期的二疊系烴源巖。

4.1.3地質(zhì)綜合分析晴隆銻礦古油藏瀝青主要賦存于峨眉山玄武巖、“大廠層”凝灰?guī)r及茅口組灰?guī)r中?；鹕綆r儲(chǔ)集層和碳酸鹽巖儲(chǔ)集層均具備良好的油氣儲(chǔ)存能力[26]，該儲(chǔ)集層孔隙類(lèi)型較多，既有粒間孔、氣孔等，又有構(gòu)造裂縫、節(jié)理和成巖裂縫。一般說(shuō)來(lái)，孔隙和溶洞是主要的儲(chǔ)集空間，在一定程度上也起通道作用；裂縫是主要的溶液通道，也具有一定的儲(chǔ)集能力。良好的運(yùn)移通道和儲(chǔ)集空間為晴隆銻礦古油藏?zé)N源巖所生成的烴類(lèi)的運(yùn)移和富集提供了基礎(chǔ)。晴隆銻礦巨厚的瀝青表明，早期古油藏的規(guī)模很大，本區(qū)只有分布廣、厚度大和有機(jī)質(zhì)豐度高的中下泥盆統(tǒng)烴源巖才能提供如此豐富的成烴物質(zhì)和大規(guī)模供烴。

綜上分析，晴隆銻礦古油藏瀝青主要源自泥盆系烴源巖。

4.2瀝青成因分析

固體瀝青在世界各地許多沉積盆地的含油氣儲(chǔ)集體中廣泛分布，其他學(xué)者對(duì)于古油藏關(guān)于瀝青的成因做了大量研究[27-30]。瀝青作為油氣的伴生產(chǎn)物，記錄了油氣生成、運(yùn)移、聚集、改造和破壞的重要信息。瀝青與石油和天然氣之間有著密切的成因聯(lián)系，是石油高演化的產(chǎn)物。經(jīng)筆者鑒定，認(rèn)為晴隆銻礦古油藏瀝青為熱演化成因?yàn)r青(焦瀝青)，其與生物降解瀝青和沉淀瀝青質(zhì)在瀝青成熟度和瀝青形態(tài)上有很大區(qū)別。一般沉淀瀝青質(zhì)和降解瀝青常呈分散狀，形態(tài)不規(guī)則，而焦瀝青由于受高溫高壓的影響常呈邊緣較清晰的多角狀[21-31]；原油裂解形成的焦瀝青反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沉淀瀝青質(zhì)[32]。晴隆銻礦古油藏瀝青是石油處于較高溫地?zé)嵯到y(tǒng)中，輕的部分向鏈烷烴轉(zhuǎn)化至甲烷，而重的部分通過(guò)縮合作用形成以高碳為特征的焦瀝青。因此，晴隆銻礦固體瀝青產(chǎn)狀、瀝青反射率、瀝青碳同位素分析結(jié)果表明，該瀝青是早期古油藏因古地溫升高發(fā)生熱裂解形成的焦瀝青。

5結(jié)論

(1)晴隆銻礦古油藏瀝青主要分布在上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖、上二疊統(tǒng)大廠層凝灰?guī)r和中二疊統(tǒng)茅口組灰?guī)r中。瀝青的儲(chǔ)集空間以裂縫、孔隙和溶洞為主。

(2)晴隆銻礦古油藏瀝青主要源自泥盆系烴源巖。

(3)晴隆銻礦古油藏瀝青為早期古油藏因古地溫升高發(fā)生熱裂解形成的焦瀝青，具有較高的成熟度。

致謝：瀝青成分、同位素和反射率等測(cè)試均由中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所實(shí)驗(yàn)研究中心完成，昆明理工大學(xué)冉崇英教授和王學(xué)焜教授對(duì)研究工作提出了寶貴意見(jiàn)，謹(jǐn)表謝忱。

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責(zé)任編輯：王輝

Geochemical Characteristics and Genesis of Bitumen in Paleo-oil Reservoir in Qinglong Antimony Deposit,Guizhou

WANG Pengpeng1,HU Yuzhao1,2,LIU Lu1,ZHANG Guiquan3

(1.Faculty of Land and Resource Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,Yunnan,China;2.Yunnan Mineral Resources Prediction and Evaluation Engineering Laboratory,Kunming 650093,Yunnan,China;3.Southern Exploration and Development Branch,SINOPEC,Chengdu 610041,Sichuan,China)

Abstract:There is rich organic inclusion in Qinglong antimony deposit.However,the source of this organic matter hasn't been found out.A paleo-oil reservoir was found in the periphery of Qinglong antimony mine.The bitumen in the paleo-oil reservoir mainly distributes in the Emeishan basalt and the Dachang tuff of Upper Permian and the Maokou limestone of Middle Permian.Bitumen mainly occurs in crevices,pores and caves.In order to find the source and origin of the bitumen,the geochemical characteristics of the bitumen are tested and analyzed to provide a new basis for the exploration of Qinglong antimony deposit.The test results show that the average mass fraction of C,H,N and O in the bitumen is 86.67%,3.32%,0.27% and 3.52% separately,and the average atom ratio of H to C and O to C is 0.46 and 0.03 separately.The maturity of the bitumen is high,and its Ro is 1.99%~2.30%.The measured value of carbon isotope of the bitumen is -27.7‰~-28.8‰,and the average is -28.1‰.Based on the study of the geochemical characteristics of the bitumen in the paleo-oil reservoir,it is held that the bitumen in the paleo-oil reservoir is mainly from Devonian hydrocarbon source rock.The bitumen is the pyrobitumen formed by thermal cracking due to the rise of the Paleo geothermal temperature in paleo-oil reservoir.

Key words:bitumen in paleo-oil reservoir;geochemical characteristic;source of bitumen;genesis of bitumen;Qinglong antimony deposit

文章編號(hào)：1673-064X(2016)02-0044-06

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.02.007

中圖分類(lèi)號(hào)：TE122.3

作者簡(jiǎn)介：王鵬鵬(1989-)，男，碩士研究生，主要從事沉積盆地金屬及油氣勘查研究。E-mail:604100866@qq.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào)：41362007)；國(guó)土資源部我國(guó)典型金屬礦科學(xué)基地研究(編號(hào)：20091107)；全國(guó)危機(jī)礦山西南地區(qū)典型層控礦床成礦規(guī)律總結(jié)科研項(xiàng)目(編號(hào)：20089943)

收稿日期：2015-11-06