[科普中國(guó)]-有機(jī)相

簡(jiǎn)介

沉積有機(jī)相是國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于油氣資源評(píng)價(jià)和盆地遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)的工具，由于它涵蓋了有機(jī)質(zhì)的形成、演化及空間展布特征，進(jìn)而也成為油、氣、煤多種能源礦產(chǎn)綜合勘探的有效方法。但不同學(xué)者對(duì)有機(jī)相概念的理解不同，其使用范圍和劃相指標(biāo)也存在較大差異。有機(jī)相的起源和發(fā)展與煤巖學(xué)密切相關(guān)，因此許多學(xué)者從煤相的角度來(lái)揭示烴源巖的有機(jī)相特征，根據(jù)成煤沼澤類型劃分有機(jī)相，其劃相指標(biāo)偏重于煤巖學(xué)特征。金奎勵(lì)等據(jù)對(duì)吐哈盆地和準(zhǔn)噶爾盆地?zé)N源巖的研究，將有機(jī)相劃分為干燥沼澤相、森林沼澤相、流水沼澤相和開闊水體相，并應(yīng)用于煤成烴特別是煤成油的資源評(píng)價(jià)。油氣地球化學(xué)家更注重?zé)N源巖的油氣生成潛力，其有機(jī)相的劃分主要反映地質(zhì)體中有機(jī)質(zhì)的富氫程度和生源特性。對(duì)有機(jī)相的研究開始重視有機(jī)質(zhì)的沉積背景，即無(wú)機(jī)沉積巖的沉積特征。

沉積有機(jī)相是有機(jī)質(zhì)的沉積相，沉積相研究的基礎(chǔ)理論來(lái)源于沉積巖石學(xué)，同樣有機(jī)巖石學(xué)是研究有機(jī)相的重要理論依據(jù)和技術(shù)手段。沉積有機(jī)相的研究?jī)?nèi)容包括了沉積巖中有機(jī)質(zhì)的巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征、生物學(xué)特征、沉積環(huán)境及沉積巖體的展布特征等諸多因素，其中最重要的是有機(jī)質(zhì)的生源特征。它不僅反映了有機(jī)質(zhì)的生烴質(zhì)量，也反映了有機(jī)質(zhì)的形成環(huán)境。而有機(jī)巖石學(xué)的最基本單位一顯微組分是劃分有機(jī)質(zhì)類型的基礎(chǔ)。顯微組分的數(shù)量直接反應(yīng)了烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度，顯微組分的光性和種類是烴源巖演化程度、生烴潛力、生源特征及沉積環(huán)境最直觀的標(biāo)志。因此，以有機(jī)巖石學(xué)為基礎(chǔ)劃分的沉積有機(jī)相可以較好地反映地質(zhì)體中有機(jī)質(zhì)的數(shù)量、類型、成熟度和沉積環(huán)境及它們跟與其有成因聯(lián)系的烴產(chǎn)物類型之間的關(guān)系。以有機(jī)巖石學(xué)研究為主要手段，結(jié)合沉積相和有機(jī)地球化學(xué)研究，對(duì)鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組烴源巖和煤的有機(jī)相進(jìn)行了綜合研究1。

地質(zhì)概況鄂爾多斯盆地是發(fā)育于穩(wěn)定克拉通盆地之上的大型疊合盆地，盆地的發(fā)展經(jīng)歷了由古生代海相沉積到中生代內(nèi)陸湖盆沉積的發(fā)展過(guò)程。其中，晚三疊世是盆地湖泊發(fā)育的鼎盛時(shí)期，發(fā)育了一套厚達(dá)1000-1500m的以河流和湖泊相為主的碎屑沉積，并構(gòu)成了盆地內(nèi)重要的成油和成煤地層。

晚三疊世時(shí)期，盆地周邊水系發(fā)育，河水?dāng)y帶碎屑物質(zhì)從周邊的古隆起入湖，形成一系列向盆地中心發(fā)育的河湖三角洲裙和半深湖一深湖的沉積體系。延長(zhǎng)組沉積經(jīng)歷了完整的湖進(jìn)一湖退過(guò)程。段是湖泊雛形階段，盆地快速沉降，底部為平原河流相巨厚塊狀長(zhǎng)石砂巖，上部出現(xiàn)湖相深灰色泥巖，厚200-300m；沉積了富含大量湖生有機(jī)質(zhì)的黑色泥頁(yè)巖和油頁(yè)巖，是延長(zhǎng)組的主要生油巖，厚300~ 400m，是最大湖進(jìn)期的沉積，發(fā)育了穩(wěn)定的湖相泥巖;湖盆萎縮階段，由湖相逐漸過(guò)渡到河流三角洲沉積，頂部進(jìn)入湖沼沉積，出現(xiàn)煤線和薄煤層，在陜北形成了我國(guó)晚三疊世重要的瓦窯堡煤系，厚150-300m。

總之，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組是油源巖和含煤巖系同盆共存的主要時(shí)期。從盆地的演化特點(diǎn)可以看出，油源巖主要形成于湖盆最發(fā)育的階段，含煤巖系則主要形成于晚期湖盆萎縮階段，發(fā)育了湖沼相的瓦窯堡煤系2。

陸地森林(沼澤)有機(jī)相該相主要發(fā)育于沖積平原環(huán)境和三角洲平原中，巖性以砂質(zhì)泥巖為主，煤層厚度變化較大。這種環(huán)境經(jīng)常暴露于潛水面之上，遭受氧化，所以單層厚度不穩(wěn)定，生物保存程度差，只能形成貧氫煤。

顯微組分組成上以富含鏡質(zhì)組、惰性組和貧殼質(zhì)組為特征;顯微煤巖類型以微絲煤和微鏡惰煤為主。惰性組主要由氧化絲質(zhì)體和粗粒體組成，含量在30%-90%;鏡質(zhì)組以均質(zhì)鏡質(zhì)體為主，植物結(jié)構(gòu)保存程度差；殼質(zhì)組含量一般低于5%。泥巖中的有機(jī)成分也是以富集惰性組和鏡質(zhì)組為主要特征，它反映了一種偏氧化的沼澤環(huán)境3。

濕地草木混生(沼澤)有機(jī)相該相主要發(fā)育于湖盆邊緣相帶中，如三角洲的分流間灣、前三角洲及湖泊邊緣沼澤相中，在湖泊萎縮、淤淺過(guò)程中特別發(fā)育。巖性多為灰黑色泥巖和腐殖一腐泥煤，單層厚度比較穩(wěn)定，具有弱還原環(huán)境，有利于富氫煤的形成。有機(jī)質(zhì)母質(zhì)以草本威類植物為主，混生有木本植物。鏡質(zhì)組和惰性組含量較濕地森林沼澤有機(jī)相要低，形成微三合煤或碳質(zhì)泥巖、瀝青質(zhì)的微亮煤。由于覆水相對(duì)較深，宏觀底棲藻類和浮游藻類較為發(fā)育。

同時(shí)，由于位于湖泊邊緣，水流作用較為強(qiáng)烈，導(dǎo)致植物強(qiáng)烈分解，形成以基質(zhì)鏡質(zhì)體為主體(或富氫鏡質(zhì)體)的泥炭沼澤相，它相當(dāng)于的“蘆葦沼澤”相。此相可富集大量的抱子體，凝膠化指數(shù)和鏡惰比較高，但由于水流作用的機(jī)械分解作用，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)保存指數(shù)很低。宏觀上表現(xiàn)為具有亮線紋理的亮煤，貝殼斷口;顯微煤巖類型為微亮煤、富抱子微亮煤等，均勻結(jié)構(gòu)1。

覆水草本(沼澤)有機(jī)相此相發(fā)育于湖泊水體中，其有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于草本植物或藻類體(多為宏觀底棲藻類)，由漂浮植物(浮游藻類)、水生動(dòng)物及豐富的細(xì)菌物質(zhì)聚集而成。其他如粘土、抱子、碎屑惰性體等由水流或風(fēng)攜帶入湖，形成富含類脂組顯微組分的烴源巖和腐殖一腐泥煤、腐泥煤。這種相帶中的煤往往灰分含量較高，大部分形成的是劣質(zhì)煤和碳質(zhì)泥巖。煤和烴源巖均富含抱子體、角質(zhì)體和藻類體。煤的顯微結(jié)構(gòu)為碎屑結(jié)構(gòu);其煤巖類型主要是暗煤、微亮煤和藻煤，微三合煤、微抱子亮煤、微角質(zhì)亮煤為多，鏡質(zhì)組含量相對(duì)較小;煤中的瀝青質(zhì)體、烴源巖中的礦物瀝青基質(zhì)含量較高。

該相帶有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化方向取決于有機(jī)質(zhì)的成熟度，既可以轉(zhuǎn)化形成良好的油源巖，也可以形成劣質(zhì)煤和油頁(yè)巖。在延長(zhǎng)組沉積中期，尤其是長(zhǎng):段，在盆地西南和南部，分布有厚層油頁(yè)巖，縱向上和水下扇體相疊置，巖心外表常掛“白鹽霜”和硫黃，可能生成于滯水半封閉環(huán)境。銅川地面油頁(yè)巖干酪根鏡檢結(jié)果主要是無(wú)定形顆粒，見有顯微藻類，特別是宏觀底棲藻類相對(duì)發(fā)育。從鏡檢結(jié)果看，藻類來(lái)源的無(wú)定形占46. 50%，殼質(zhì)組含量為2. 25，鏡質(zhì)組含量為42. 25，惰性組含量為9. 00%;這種類型主要是由宏觀底棲藻類的性質(zhì)所決定的，宏觀底棲藻類的生烴特點(diǎn)和性質(zhì)介于顯微藻類和高等植物母質(zhì)之間，故而表現(xiàn)為混合的特征2。

異地殘殖(漂浮沼澤)有機(jī)相這是一種特殊的有機(jī)相類型，它可以形成于覆水草本沼澤有機(jī)相，也可形成于開闊湖盆，是由水流將陸地沼澤或湖泊邊緣沼澤中的泥炭帶入異地沉積場(chǎng)所所致。在異地搬運(yùn)過(guò)程中，泥炭經(jīng)過(guò)氧化、分選而選擇性保存穩(wěn)定組分，因此特別富集抱子體、角質(zhì)體等，往往形成角質(zhì)殘殖煤、抱子煤或燭煤，并含有一些藻類等低等生物形成的有機(jī)質(zhì)以及由類似前身物質(zhì)轉(zhuǎn)變而來(lái)的瀝青質(zhì)體，類脂組含量一般在10%以上，藻類體主要是一些淡水的皮拉藻。煤的類型可由高殼質(zhì)組含量的腐殖煤過(guò)渡到腐泥煤，且常含有較多的粘土礦物。暗色泥巖中的有機(jī)質(zhì)組成和煤相似，一般角質(zhì)體的形態(tài)不完整，含有較多的黃鐵礦，鏡質(zhì)組含量常常低于50%。總之，該相的有機(jī)質(zhì)先質(zhì)主要是一些水生植物及浮游生物遺體和外來(lái)的高等植物的樹葉、抱子和花粉等，它處于一種低腐殖酸的水下沉積環(huán)境2。

開闊湖盆藻質(zhì)有機(jī)相該相中的有機(jī)顯微組分主要是藻類體、瀝青質(zhì)體和礦物瀝青基質(zhì)，可見有少量的高等植物碎屑,H/C原子比大于1. 4,氫指數(shù)在600 mg /g以上，主要形成碳質(zhì)泥巖或?yàn)r青質(zhì)泥頁(yè)巖或油頁(yè)巖，發(fā)育于淺湖的泥坪和半深湖環(huán)境，為深水沉積。該相具有很高的生油潛力。類體及瀝青質(zhì)體含量較高，最高可達(dá)80%左右。

由于有機(jī)相和沉積相的密切關(guān)系，因此這些有機(jī)相在時(shí)空上也互為過(guò)渡，發(fā)生有規(guī)律的相序遞變。根據(jù)上述分析結(jié)果，按照有機(jī)質(zhì)沉積時(shí)的覆水和氧化一還原程度，延長(zhǎng)組沉積有機(jī)相模式為陸地森林沼澤相一濕地森林沼澤相一濕地草木混生沼澤相一覆水草本沼澤相一開闊湖盆藻質(zhì)相一異地成因沼澤相，相應(yīng)的沉積相序列為沖積平原相一三角洲相一湖泊相。其中，濕地森林沼澤相和開闊湖盆藻質(zhì)相是三疊系最重要的有機(jī)相，也是延長(zhǎng)組成油和成煤的主要有機(jī)相類型2。

不同有機(jī)相的油氣生成潛力煤、油、氣是有機(jī)相中有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物，其轉(zhuǎn)化方向主要取決于母質(zhì)類型。油氣生成潛力則是由有機(jī)質(zhì)豐度和類型共同確定的，即是由組成各有機(jī)相的顯微組分特征和數(shù)量決定的。開闊湖盆藻質(zhì)相的主要顯微組分是藻類體(浮游藻類)，覆水草本(沼澤)有機(jī)相的主要母質(zhì)是水生草本厥類植物和宏觀底棲藻類，它們的特征顯微組分主要是富氫的基質(zhì)鏡質(zhì)體和藻類體(浮游藻類和底棲藻類);濕地草木混生(沼澤)有機(jī)相以草本厥類植物和木本植物為母源，顯微組分組成特征是高含量的富氫基質(zhì)鏡質(zhì)體和類脂組;濕地森林(沼澤)有機(jī)相的原始植物類型主要是木本植物，主要的顯微組分是鏡質(zhì)體;陸地森林(沼澤)有機(jī)相由于經(jīng)常暴露無(wú)遺于氧化環(huán)境，因此其顯微組分組成富含惰性組。

巖石熱解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，油氣生烴潛力以浮游藻類和樹脂體最高，其他類型的油氣生成潛力順序依次為高等植物類脂組、宏觀藻類、富氫鏡質(zhì)體、鏡質(zhì)體和惰性組。以浮游藻類為主體母質(zhì)的開闊湖盆藻質(zhì)有機(jī)相的油氣生成潛力是森林泥炭沼澤相的母質(zhì)鏡質(zhì)組生油潛力的5-20倍。根據(jù)生烴潛力結(jié)果比較來(lái)看，開闊湖盆藻質(zhì)有機(jī)相主要生油；而陸地森林(泥炭沼澤)有機(jī)相和濕地森林(泥炭沼澤)有機(jī)相主要成煤干酪根的腐殖型氣;覆水草本植物(沼澤)有機(jī)相偏生油相，異地殘殖(漂浮沼澤)有機(jī)相和濕地草本混生(沼澤)有機(jī)相則偏成煤相，但都具有相當(dāng)?shù)挠蜌馍蓾摿?。