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张朋霖等—中国东北北票盆地下白垩统九佛堂组油页岩资源潜力研究进展

发布时间:2021-11-18来源:浏览次数:

湖相油页岩是中国重要的非常规能源。以往的勘探主要集中于稳定的深湖相细粒沉积(如松辽盆地),而对白垩纪地层中受事件沉积影响的不稳定深湖相沉积研究较少。中国东北北票盆地下白垩统九佛堂组油页岩资源潜力巨大,然而由于火山活动和重力流的影响,导致有机质丰度和类型发生复杂的垂向变化。因此,本研究的重点是:揭示油页岩品质(含油气潜力、矿物学等);伸展构造和相关火山活动背景下,浊积岩的稀释作用对有机质富集的影响,以及对其他古环境控制机制的响应;采用多分析方法对古气候、古湖泊生产力、氧化还原条件古盐度进行表征。通过上述研究,揭示了九佛堂组油页岩段的沉积演化规律,为研究区油页岩的勘探开发及全球同类盆地的开发提供了重要参考。

针对以上科学问题,吉林大学地球科学学院刘招君教授科研团队中的孟庆涛教授和张朋霖博士与奥地利Reinhard Sachsenhofer教授合作,结合生物标志化合物定量表征和地球化学元素分析,开展了一系列古环境重建和油页岩资源评价研究。取得如下主要认识:

1. 九佛堂组油页岩沉积于深湖环境。依据TOCFischer分析 (FA) 油率数据,油页岩层可分为两种类型,富有机质单元和贫有机质单元。

2. 富有机质单元中包含丰富的I型干酪根和极高的有机质丰度(最高TOC19.5 wt.%;平均为13.4 wt.%)。贫有机质单元含有混合I/II 型干酪根(最高 TOC12.2 wt.%;平均为8.8 wt.%)。

3. 优质油页岩中的主要有机显微组分类型为结构藻和层状藻,表明有机质主要来源于浮游植物和水生藻-细菌生物(图1),C27-C28-C29甾烷分布同样证明了这一观点。

4. 元素比值、生物标志物比率和成分变异指数(ICV)表明,优质油页岩形成于弱火山活动和构造活动时期,其中OM在温暖潮湿的古气候条件下沉积。此外,湖泊系统中的缺氧底水,有利于有机质的保存(图3)。

5. 在构造静止期和相应的低火山活动时期,浊流对有机物的稀释作用较小。在伸展构造和相关的活动火山活动期间,浊流将更多的陆地OM引入湖泊系统,并导致火山灰和碎屑的输入增加,导致TOC含量降低(图2、图4)。

6.考虑到生烃潜力和储层脆性条件,富有机质单元B被认为是最适合原位油页岩转化的层位。

该项研究得到了国家自然科学基金(41872103)和中国地质调查局(DD2019139-YQ19JJ04, DD20189606))的共同资助。研究成果发表在国际权威地学期刊 International Journal of Coal Geology ACS Earth and Space Chemistry上,论文信息:

Penglin Zhang (张鹏霖), Qingtao Meng*(孟庆涛), David Misch, Reinhard F. Sachsenhofer, Zhaojun Liu (刘招君), Fei Hu (胡菲), Lin Shen (申林). Oil shale potential of the lower cretaceous Jiufotang Formation, Beipiao Basin, Northeast China. International Journal of Coal Geology, 2021, 236: 103640. 论文链接:https://doi.org/10.1016/j.coal.2020.103640

Penglin Zhang (张鹏霖), Qingtao Meng*(孟庆涛), Zhaojun Liu (刘招君), Fei Hu (胡菲). Mineralogy and Geochemistry of the Lower Cretaceous Jiufotang Formation, Beipiao Basin, NE China: Implications for Weathering, Provenance, and Tectonic Setting. ACS Earth and Space Chemistry, 2021, 5,6: 1288-1305. 论文链接: https://doi.org/10.1021/acsearthspacechem.0c00216


1. 北票盆地下白垩统九佛堂组油页岩有机质母质来源判别图


2. 北票盆地下白垩统九佛堂组浊积岩微观构造模式图




3 北票盆地下白垩统九佛堂组油页岩的古气候、古生产力、稀释度和组分成熟度


4. 古湖沼模型,显示富有机单元(a)和贫有机单元(b)中的湖泊水文条件和沉积过程