摘　要:通過分析煤、石油、天然氣和鈾礦等單礦種成藏地質(zhì)條件,討論了多種能源礦產(chǎn)的內(nèi)在成因聯(lián)系,結(jié)合其共存富集形式和組合類型,總結(jié)了共存富集體系的巖石礦物學、構(gòu)造學、地球物理學等方面的特征及標志,為進一步研究多種能源礦產(chǎn)同盆共存富集機理及建立相應的判識體系提供了基礎(chǔ)。
 

關(guān)鍵詞:石油;天然氣;煤炭;鈾;共存富集;組合類型;成因聯(lián)系

多所周知,石油、天然氣、煤炭和鈾礦等能源在各國的經(jīng)濟發(fā)展、社會建設(shè)和國家安全等方面均處于十分重要的地位。中國能源總儲量很大,但煤炭、石油和天然氣折合成標準煤的人均資源占有量只有90多噸,是世界平均值的二分之一。能源的短缺和經(jīng)濟發(fā)展的矛盾勢必要求加強研究和開發(fā)更多的各種能源,實現(xiàn)多種能源的互補替代。世界上已發(fā)現(xiàn)的油氣田和煤炭資源均分布在沉積盆地中,同時在沉積盆地中也賦存有豐富的鈾礦資源,特別是中新生代的沉積盆地更是多種能源共存富集的場所。我國的油、氣和煤炭資源主要分布在松遼、渤海灣、塔里木、準噶爾、鄂爾多斯、四川和柴達木等大型盆地中,在這些盆地中也富集了豐富的鈾礦資源。研究多種能源共存富集的基本條件及其判識體系具有重要的意義。
1　單礦種富集成藏(礦)的地質(zhì)條件
1. 1　油藏形成富集的地質(zhì)條件
宏觀上來說,油藏形成富集要從生、儲、蓋、運、圈、保六個方面形成良好配合,包括豐富的油氣源、有利的生儲蓋組合配置關(guān)系、有效的圈閉、必要的保存條件[1]。從油氣成藏的動力學角度看,溫度場不僅控制著油氣演化的進程,而且與油氣形成后的賦存及聚散失狀態(tài)有直接聯(lián)系。構(gòu)造應力場不僅形成了油氣運移的通道與油氣聚集的圈閉,而且不連續(xù)狀態(tài)的瞬間構(gòu)造應力和連續(xù)狀態(tài)的長期構(gòu)造應力為油氣運移提供了驅(qū)動力。從區(qū)域上看,構(gòu)造應力場控制了生油深凹、油氣聚集帶、沉降中心和烴源巖的展布,局部構(gòu)造應力場則在一定程度上影響著含油氣構(gòu)造和油氣田分布[2-3]。
1. 2　大中型氣田形成富集的主要控制因素
控制大、中型氣田形成富集的因素較多,宏觀因素上涉及了大氣田分布的緯度帶、大地構(gòu)造單元和沉積盆地類型、地層及深度分布及不同成因天然氣的控制[4]。戴金星等[5]結(jié)合選區(qū)評價和勘探實踐系統(tǒng)總結(jié)了控制大中型氣田形成的地質(zhì)要素:①生氣中心(特別是煤成氣生氣中心)及其周緣;②成氣區(qū)內(nèi)與大型隆起有關(guān)的圈閉。③潛伏的低中階煤系及其上下層位中的大中型圈閉;④成藏期晚的大中型圈閉。⑤生氣區(qū)內(nèi)大面積孔隙型儲層;⑥異常壓力封存箱上及箱間(特別是與煤系有關(guān)的)圈閉有利于形成大中型氣田。
1. 3　形成富煤帶的控制因素
富煤帶的分布,從垂直剖面上來看,經(jīng)常發(fā)育在聚煤盆地內(nèi)低級別古隆起或同沉積背斜兩翼的斜坡帶上。從空間分布來看,同一聚煤盆地內(nèi)富煤帶可以不止一個,它們的展布方向往往和巖相帶一致。巖相帶和富煤帶的分布直接受聚煤古地理因素的影響,而古地理環(huán)境又往往受古構(gòu)造因素的制約。在海侵階段高海平面期和海退階段低海平面期碎屑濱岸帶的濱海三角洲或三角洲—碎屑海岸體系和體系城均可形成富煤帶;中新生代各種類型內(nèi)陸湖盆大規(guī)模擴張期前后位于盆緣地帶的濱淺湖—湖泊三角洲體系和沖積扇—扇三角洲體系和體系域,是重要的聚煤環(huán)境;基底具有穩(wěn)定沉降構(gòu)造背景條件的拗拉槽、前陸坳陷、裂谷型含煤盆也可形成一定規(guī)模富煤帶[6]。
1. 4　鈾礦形成富集的地質(zhì)條件
自然界中鈾是以四價和六價存在,四價鈾在氧化條件下,極易被氧化呈六價在溶液中遷移、搬運,在還原條件下,六價鈾易被還原呈四價成為鈾的礦物而富集。鈾成礦過程中,黃鐵礦能作為還原劑,H2、CH4、CO、H2S等氣體是更高效的還原劑,它是一系列富鈾礦床成礦的重要條件[7]。鈾礦化的分布和富集受巖相古地理因素的制約,層間氧化帶砂巖型鈾礦床成礦空間控制因素包括:有利的大地構(gòu)造背景與鈾源條件、產(chǎn)鈾建造及巖相巖性、盆地構(gòu)造與地層產(chǎn)狀、古氣候、水文、地球化學條件等,礦床的成礦定位空間受上述因素綜合控制[8]。
2　多種能源礦產(chǎn)的內(nèi)在聯(lián)系
2. 1　石油與天然氣按照干酪根降解成烴理論,有機質(zhì)演化過程中,石油和天然氣的生成是伴隨的,油和油型氣的轉(zhuǎn)化關(guān)系和轉(zhuǎn)化程度,主要受控于熱演化程度和烴源巖母質(zhì)類型。低熟油氣理論也認為,一些早期生烴組分亦能經(jīng)由不同生烴機制的低溫生物化學或低溫化學反應生成并釋放液態(tài)和氣態(tài)烴類[9-10]。
2. 2　煤炭與天然氣
煤系以成氣為主的特征是由煤系構(gòu)成主體有機質(zhì)以腐殖型為主所決定的。腐殖型有機質(zhì)原始物質(zhì)來源于木本植物,其組成中H/C低的纖維素和木質(zhì)素占60% ~80%,H/C高的蛋白質(zhì)和類脂類含量一般不超過5%[11]。腐殖型生氣物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是只有少許側(cè)鏈加簡單的甲烷基和大量的縮合環(huán),故以產(chǎn)甲烷為主。同時也形成一定量的乙烷、丙烷和丁烷,而不同型腐泥型生油物質(zhì)結(jié)構(gòu)有很多長鏈和環(huán)的小基團,利于液體石油形成。故煤系物質(zhì)構(gòu)成及其結(jié)構(gòu)特征決定了煤系以成氣為主。
2. 3　煤炭與石油
煤與油氣有關(guān)的認識源于18世紀。俄羅斯學者羅蒙諾索夫(1849)首先提出煤與油氣生成有關(guān)。我國戴金星于1979年提到,長焰煤-肥煤能形成液態(tài)烴。一些學者通過吐哈盆地托克遜和臺北等凹陷的研究,基于木栓質(zhì)體、基質(zhì)鏡質(zhì)體和樹脂體等煤巖顯微組分是早期生油的事實,先后提出了煤成低熟油的概念和形成機理,瀝青化作用階段,煤中富氫顯微組分開始大量生成液態(tài)烴,含煤巖系烴源巖具早生早排、“分期生油”的特點[12]。
2. 4　鈾礦與煤層
早在1875年,Berhoud就從美國

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