火山活动与页岩油气

2022.04.19 中国矿业报   

　

火山活动与页岩油气

李耀华

富有机质细粒沉积岩层（即广义页岩）在我国分布广泛。页岩既是常规油气的来源，也是非常规油气勘探开发的主要领域。页岩油气资源是我国“十三五”期间油气储产量的重要来源之一，也是“十四五”期间我国油气能源实现增储上产的重点领域。

在早白垩纪时期，特提斯洋域与泛华夏大陆群火山活动频繁，造成我国北方地区大量中生代陆地湖盆沉积的细粒沉积岩富含火山碎屑物质，其中富含有机质页岩的形成，通常伴有频繁的陆地火山活动。这一现象引起了地质学家高度重视，近年来研究人员不断用各种化学理论和实验方法来解释陆上喷发的细粒火山碎屑物质对页岩层有机质生烃和富集的促进作用，并提出火山活动是在原始沉积和成岩过程促进页岩油气富集的主要诱因。


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早白垩纪全球性活跃火山弧与我国华北地区火山沉积页岩层地表露头


对于火山活动与页岩油气资源的密切关系，目前认识集中在火山活动期火山物质对湖盆水体藻类、细菌和浮游生物生长的影响，以及火山活动后期火山物质风化作用对沉积物-水体界面有机质保存的影响这两方面。在沉积盆地中，通常深层断裂与地下活动岩浆连接形成活动火山群，导致气温升高，大气CO2量增加，大量生物死亡，进而在一定特殊的古沉积环境沉积成岩。这种特殊的古沉积环境，会在较高的还原性半封闭湖泊形成氧化水层和缺氧水层的分层水体。陆地湖盆的分层水体上部富氧层水体通常水温较高，适宜藻类和浮游生物的繁殖；宽缓斜坡带水体较为安静，季节性变化导致的分层水体扰动较弱，水体分层性持续时间较长，到下部大范围的还原性水体则利于藻类等自生有机物源的堆积和保存。

同时，由于频繁的火山活动，大量火山灰营养物质沉积同期及沉积后期的 P、Fe、S等营养元素迁移，进一步促进水体藻类繁殖，形成一个从火山活动到断陷湖盆水体分层的藻类勃发循环。其中，水体自生的藻类和浮游生物主要贡献优质的生烃物质基础。


火山物质与有机质物质的沉积-成岩协同演化过程


由于火山活动多期爆发带来了大量火山碎屑，火山碎屑与陆源碎屑相互消长，在有机碳埋藏过程中，随着干酪根热演化和可溶有机质散失迁移，不同类型的埋藏有机质与不同类型的火山碎屑蚀变矿物形成大量复合体。这类复合体的无机矿物特征和有机质赋存状态复杂，细粒化的火山碎屑在蚀变过程更易附着、填充、揉皱、交杂不同类型的有机质，同时在埋藏过程有机-无机物质相互作用、协同演化，进而影响页岩油气的生成、运移、残留和吸附状态，控制着凝灰质页岩中有机碳埋藏和页岩油气富集过程。

（作者单位：中国地质调查局油气资源调查中心）


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