金屬礦床和油氣藏：沉積盆地中的兩個(gè)親兄弟*

胡煜昭，任濤

昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，昆明 650093

在一般人的心目中，金屬礦床是巖漿形成的，是無機(jī)成因，而石油則是浮游生物和藻類死亡后，先形成油質(zhì)母巖，繼而在高溫和壓力作用下形成，是有機(jī)成因，兩者似乎是不相關(guān)的。即使是一些礦床研究人員，也認(rèn)為油氣藏和金屬礦兩者是風(fēng)馬牛不相及的。這也難怪，因?yàn)樵?00年前，現(xiàn)代礦床學(xué)的創(chuàng)始人、美國(guó)著名地質(zhì)學(xué)家林格倫教授就認(rèn)為，地球上的礦床主要是巖漿作用形成的。這種思想對(duì)以后礦床學(xué)的研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。另外，金屬礦床勘查和油氣勘探在全球范圍內(nèi)都分屬不同的工業(yè)部門，因而對(duì)它們的研究和勘探是割裂的現(xiàn)狀也就不難理解了。

然而在自然界，我們可以看到油氣藏與金屬礦床常常生長(zhǎng)在一起，就像親兄弟一樣親密，其例子不勝枚舉。比如：在美國(guó)，一個(gè)緊鄰MVT鉛鋅礦的油田已經(jīng)生產(chǎn)原油7 500萬桶[1]；在哈薩克斯坦的楚-薩雷蘇盆地，砂巖型鉛鋅銅礦床與油氣藏是相伴相隨的[2]。我國(guó)的例子也不少，如在塔里木盆地西緣烏恰縣的烏拉根鉛鋅礦床之東約5 km的楊葉殘留油藏(圖1)，依然還有原油滲出，同時(shí)在烏拉根鉛鋅礦床的礦石中可見大量的油跡和瀝青(圖2)。向新疆喀什和阿圖什等城市供氣的烏恰縣阿克莫木氣田(圖1)，儲(chǔ)氣層與烏拉根鉛鋅礦賦礦地層同為下白堊統(tǒng)克孜勒蘇組[3]，在該氣田以北8～9 km同層位的地層具有較好的鉛鋅礦化，新疆的地質(zhì)人員目前正在進(jìn)行鉛鋅礦勘查。在著名的塔中氣田，塔12井在深達(dá)5 200 m的氣層中發(fā)現(xiàn)較多的閃鋅礦物[4]。在薩熱克盆地中，薩熱克砂巖型銅礦床的礦石中也發(fā)現(xiàn)有瀝青(圖2)。黔西南地區(qū)是世界重要的卡林型金礦床分布區(qū)之一，其中爛泥溝金礦床西鄰為規(guī)模巨大的賴子山古油藏(古油藏，即在地質(zhì)歷史中形成的，但現(xiàn)今已經(jīng)破壞而不能利用的油藏)，礦床中也發(fā)現(xiàn)有脈狀瀝青(圖2)，水銀洞金礦和丫他金礦礦石中也存在大量的瀝青[5]。最近，我國(guó)地質(zhì)工作者在晴隆銻礦西部也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)古油藏，瀝青儲(chǔ)量在37萬t以上[6](圖2)。在黔東，規(guī)模巨大的麻江古油藏其原始石油儲(chǔ)量可達(dá)16億t[7]，與大慶油田規(guī)模相似，而且在古油藏及其周圍存在為數(shù)不少的砂巖型鉛鋅礦床和銻汞礦床[8]。云南蘭坪-思茅盆地中蘭坪砂巖型鉛鋅礦床，儲(chǔ)量位列世界第七，亞洲最大，其礦石中有原油顯示和瀝青[5]。在云南昭通MVT鉛鋅礦床的坑道中也可見脈狀瀝青。

圖1 塔西南地區(qū)金屬礦床與有機(jī)礦床空間關(guān)系[3]

在一些金屬礦床的流體包裹體中，可見獨(dú)立的原油或者烴類氣體等有機(jī)質(zhì)，如云南蘭坪金頂鉛鋅礦床包裹體中發(fā)現(xiàn)了原油包裹體，在貴州水銀洞金礦床包裹體中發(fā)現(xiàn)了烴類氣體[9]。然而，在更多的金屬礦床流體包裹體中，有機(jī)質(zhì)特別是烴類氣體是與其他氣體或者液體混合在一起的。人們利用拉曼光譜儀對(duì)單個(gè)包裹體氣體進(jìn)行檢測(cè)，而對(duì)群體包裹體氣體則利用氣相色譜儀進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)沉積盆地金屬礦床普遍含有甲烷和乙烷等烴類氣體。南盤江盆地卡林型金礦床(如爛泥溝和水銀洞)和晴隆銻礦床的流體包裹體氣體成分與盆地中的雙江氣藏氣體成分及比例具有相似之處(表1)，即除H2O之外，主要成分依次為CO2、N2和CH4。

表1 部分金屬礦床包裹體氣體成分及雙江氣藏成分一覽表

一些油氣田的原油和天然氣中含有豐富的金屬，如V、Ni、Mo、U、Hg、Au、Pb和Zn等金屬元素，個(gè)別則達(dá)到金屬礦的工業(yè)品位或規(guī)模。比如德國(guó)北部一氣田天然氣中含4 000～5 000 t的汞金屬儲(chǔ)量，相當(dāng)于4～5個(gè)大型汞礦規(guī)模[10]。我國(guó)勝利油田以及尼日利亞和前蘇聯(lián)的一些油田原油樣品中Au分別為1～2 ppm(1 ppm=10-6)、幾個(gè)ppm和幾個(gè)到100 ppm[10]，已經(jīng)達(dá)到工業(yè)金礦的開采品位。一些稠油樣品中V和Ni可達(dá)到礦石級(jí)[10]。

我國(guó)著名的礦床學(xué)家涂光熾教授及其研究團(tuán)隊(duì)，在20世紀(jì)80年代已經(jīng)注意到金屬礦與石油的關(guān)系，并作了初步研究，構(gòu)架起了油氣藏與金屬礦床研究的橋梁[11]。近幾年的一些研究顯示，沉積盆地中的金屬礦床和油氣藏存在著密不可分的關(guān)系，概括來講，存在著緊鄰的空間關(guān)系、密切的物質(zhì)交換和時(shí)間關(guān)系。

前已述及，沉積盆地金屬礦床和油氣藏存在密切的空間關(guān)系。在構(gòu)造位置上，它們的分布也有一定的規(guī)律性。以古隆起控制的金屬礦床和油氣藏為例，金屬礦床一般位于古隆起對(duì)應(yīng)的披覆背斜的頂部，而油氣藏位于披覆背斜的翼部，比如晴隆銻礦床與晴隆古油藏[12](圖3)、烏拉根鉛鋅礦床與楊葉殘留油藏[13]。此外，金屬礦床與油氣藏的層位也是同一層位或者相近層位，如：下白堊統(tǒng)克孜勒蘇組既是烏拉根鉛鋅礦床的賦礦層位，也是阿克莫木氣田的儲(chǔ)層；上二疊統(tǒng)玄武巖既是晴隆銻礦床的賦礦層位，也是晴隆古油藏以及四川盆地周公山氣藏的儲(chǔ)層[12]。

至于物質(zhì)關(guān)系，在原油中含V、Ni、Mo、U、Hg、Au、Cu、Pb和Zn等40多種金屬元素，有時(shí)可為金屬礦床的形成提供金屬元素，比如與黔東汞、銻和金礦床共生的古油藏中也含有較為豐富的Hg、Sb和Au元素[8]。相對(duì)而言，有機(jī)質(zhì)在金屬元素的遷移和聚集中的作用，以及金屬元素在石油和天然氣形成過程中的催化作用[14-15]的研究則較為薄弱，很多機(jī)理還沒有搞清楚。

圖3 晴隆銻礦床及古油藏分布剖面圖

重要的是，石油和天然氣可作為一種還原劑，將盆地流體中的硫酸根離子還原成硫離子或者硫氫根離子，為金屬硫化物的形成提供大量的硫離子[5,16]。它們的反應(yīng)式如下，該反應(yīng)也被稱為硫酸鹽的熱化學(xué)還原反應(yīng)(thermochemical sulfate reduction，簡(jiǎn)稱TSR反應(yīng))：

沉積盆地金屬礦床流體包裹體成分中的原油、瀝青、烴類氣體、二氧化碳?xì)怏w、硫化氫氣體等(表1)，就是上述TSR反應(yīng)的產(chǎn)物。

同位素測(cè)年法是利用放射性元素核衰變規(guī)律測(cè)定巖石和礦物年齡的方法。當(dāng)含有放射性同位素的巖石和礦物形成后，與周圍環(huán)境隔絕的放射性同位素(母體)不斷地衰變而減少，衰變產(chǎn)生的穩(wěn)定同位素(子體)則在巖石和礦物中相應(yīng)積累。通過準(zhǔn)確地測(cè)定礦物和巖石中同位素母體和子體的含量，根據(jù)放射性衰變定律可計(jì)算出該巖石和礦物的形成年齡。隨著同位素測(cè)年的不斷進(jìn)步，并對(duì)金屬礦床與油氣藏共伴生關(guān)系的精細(xì)解剖，以及石油生成、油藏形成和熱演化的綜合研究的深入，人們對(duì)金屬礦床和油氣藏形成的時(shí)間序列已經(jīng)基本弄清楚了。

第一種情況是，金屬礦床的形成與油藏的形成是基本同時(shí)的，金屬礦床與石油密切共生，你中有我，我中有你。新疆烏恰阿克莫木氣田儲(chǔ)層的自生伊利石K-Ar測(cè)年表明[17-18]，該地區(qū)油氣藏形成于38.55～32.6 Ma和23.32～18.79 Ma兩個(gè)年齡段(Ma為地質(zhì)時(shí)間單位，1 Ma=100萬年)。然而，烏拉根鉛鋅礦中可見大量的瀝青和油斑，兩者是共生關(guān)系，由此可推斷，烏拉根鉛鋅礦床也應(yīng)形成于上述時(shí)期。鉛同位素研究揭示，黔東地區(qū)鉛鋅礦床形成年齡為510～433 Ma[19]，而根據(jù)熱演化分析古油氣藏的形成年齡為加里東晚期[8]，兩者的形成年齡較為相近。水銀洞金礦成礦年齡為235 Ma左右[20]，與該礦中原油聚集成藏的年齡相近[21]。

第二種情況是，金屬礦床的形成要晚于古油藏的形成，有的還要晚于氣藏的形成，有的則與氣藏的形成時(shí)間較為接近。最近，地質(zhì)工作者對(duì)在晴隆銻礦床發(fā)現(xiàn)的古油藏的研究表明，泥盆系生油巖的生油高峰為約254 Ma，在約235 Ma聚集成油藏，而在晚三疊世至侏羅紀(jì)時(shí)期上述古油藏演化為氣藏，銻礦床的成礦年齡為148 Ma，其形成要晚于古油藏和古氣藏的形成 (圖3)。Re-Os同位素測(cè)年顯示，爛泥溝金礦床的形成年齡為204～193 Ma[20]，與臨近賴子山古油藏演化成氣藏的年齡相近[21]。

然而第三種情況，油氣藏的形成要晚于金屬礦床的形成，實(shí)例較少，僅在個(gè)別金屬礦中有發(fā)現(xiàn)，但是成藏與成礦的關(guān)系還未見有研究。

金屬礦床與油氣藏成礦關(guān)系的研究對(duì)于金屬礦床與油氣藏的找礦勘探，也具有實(shí)際意義。如以往認(rèn)為，沉積盆地金屬礦床附近一般難以有油氣藏的保存，因?yàn)閹r漿的作用，金屬礦床在形成時(shí)已將油田破壞了——這種觀點(diǎn)在油氣評(píng)價(jià)和選區(qū)時(shí)應(yīng)該拋棄。又比如，在一個(gè)古隆起之上披覆背斜中，金屬礦床一般分布于古隆起的高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)位置，而古油藏一般分布于古隆起的斜坡的對(duì)應(yīng)位置。因此，當(dāng)知道古油藏位置時(shí)，金屬礦床的相對(duì)位置就可以判斷出來，反之亦然。