下寒武统优质烃源岩的地球化学特征与形成机制——以鄂西地区天柱山剖面为例

全球范围下寒武统发育的黑色泥岩是一套重要的优质烃源岩。该套烃源岩分布广,但在不同地区厚度和质量差异大,重建其沉积与发育模式对预测优质烃源岩的分布具有重要意义,并可为页岩气勘探提供指导。通过对鄂西地区天柱山剖面下寒武统烃源岩样品开展有机碳、主量元素、微量元素等地球化学分析测试,探讨古气候、古生产力和古海洋环境等对优质烃源岩形成的控制作用,分析下寒武统优质烃源岩的沉积模式、发育机制以及生物活动和海洋环境变化与优质烃源岩形成的耦合关系,结果表明,天柱山剖面下寒武统优质烃源岩段具有高TOC含量（2.63%~8.76%）、高化学蚀变指数（68~76）和高生物来源Ba （平均含量为1 392×10^-6）的特点,且高度富集氧化-还原敏感元素（Mo、U和V）。V/Cr比值、U/Th比值和V/Sc比值指示天柱山剖面下寒武统的水体经历了从硫化缺氧环境到次氧化环境再到氧化环境的变化,与Mo、U富集因子之比指示的氧化-还原环境变化特征相一致。TOC含量与Al、Si、生物来源Ba含量的相关性表明陆源输入对烃源岩有贡献。δ¹³C的变化反映了海平面升降对生物生存环境有影响。研究认为,鄂西地区早寒武世海水的硫化缺氧和表层海洋生产力高是导致有机质大量埋藏、形成优质烃源岩的关键。     

中国华南地区下寒武统烃源岩沉积环境、发育模式与分布预测

早寒武世是地史中生命爆发的重要时期，海侵作用导致全球广泛发育富含有机质的黑色页岩，将其成就为全球油气最为重要的勘探层系之一。中国华南地区虽然也广泛发育下寒武统黑色页岩，但是由于受古地貌、沉积相、后期构造变动等因素影响，导致烃源岩空间分布差异大、非均质性强，给油气勘探带来风险。在前人大量基础研究工作的基础上，通过对华南地区11个露头剖面和3口钻孔资料的调研收集、以及新观察采集1个剖面的样品测试分析，综合运用主微量元素、铁组分、有机碳含量、古生物等分析资料，系统研究了华南地区寒武系烃源岩的地质地球化学特征与成因机制。发现下寒武统烃源岩在纵向上具有自下而上水体从硫化到还原再到弱氧化、TOC逐渐降低、烃源岩质量逐渐变差的特点，微量元素和铁组分数据揭示了古海洋环境演变对优质烃源岩形成的控制作用；平面上自西向东烃源岩质量变好、TOC逐渐增高、厚度增大，表明沉积相对烃源岩分布具有控制作用，揭示了斜坡相和台地相裂陷槽内烃源岩的质量最好。基于大量分析资料和剖面对比，认为烃源岩厚度和质量明显受控于古裂陷和沉积环境。结合露头和钻井资料，对华南地区下寒武统烃源岩厚度分布开展预测，明确了深层油气和页岩气富集的有利地区。     

基于边界面本构模型的高铁路基沉降计算

通过轨道—路基—土体的ABAQUS三维数值模型的建立,分析了高铁动荷载引起的土体沉降规律,结果表明:轨道板顶部位移时程曲线形状与列车轮轨分布基本一致,路基沉降随着深度的增加逐渐减小;随着列车速度的增大,由动荷载引起的沉降逐渐减小,但车速对沉降值的影响较小。     

非传统石油地质学理论的内涵与外延

非传统石油地质学是指传统石油地质学和非常规石油地质学研究范畴以外的含油气盆地共伴生地质资源的形成机理、分布特征、富集规律等一系列地质学问题的总称,包括地层水、岩石、原油和天然气中相关有价值的元素（氢气、氦气等）或化合物,以及地热、储气库、碳中和等相关的科学问题和资源勘探。含油气盆地作为多种资源汇聚的聚宝盆,是非传统石油地质学研究的重要领域。石油勘探与开发引领了盆地中多种矿产资源协同开发和利用,石油地质学又引领了油气及多种矿产的成因、演化和分布规律的研究。油气勘探开发科技进步促进了石油地质学向深地、深海进发,勘查到的非油气资源越来越多,越发促进石油地质学的扩展和进步。综述了在非传统石油地质学范畴内发现的种类丰富的油气共伴生资源,主要包括油气藏内的原油中贵重元素（金、银和铂族等）、富钾卤水、氦气、氢气、硫化氢、二氧化碳和汞,油气藏外的地热、砂岩型铀矿、盐/碱矿和煤,以及为废弃油气藏再利用提供巨大潜力的储气库和二氧化碳封存等非油气藏工程。复杂的地质作用使各类矿产资源赋存在地壳不同深度,针对油气共伴生矿产资源的综合勘查与评价应基于含油气盆地的复杂地质条件,对油气与共生伴生矿产的共生关系、分布规...     

塔里木盆地古生界海相油气来源争议与寒武系主力烃源岩的确定

塔里木盆地古生代海相地层油气资源丰富，是中国唯一一个发现大规模海相石油的盆地。虽然经历了近40年的勘探开发与科学研究，海相油气探明储量近30×10⁸t，但盆地台盆区海相油气的来源问题（是来自于寒武系-下奥陶统烃源岩，还是来自于中-上奥陶统烃源岩）一直存在争议。一方面，生物标志化合物和碳、硫同位素等不同地球化学指标指示油气具多源性，在学术界产生较大争议；另一方面，地质勘探的实际规律表明，油气富集分布与油源断裂密切相关，绝大多数勘探家认为寒武系是台盆区海相油气的主力烃源岩。通过系统总结和对比塔里木盆地油气源研究的历史、争议的焦点与依据，结合近年来模拟实验数据和勘探认识，发现烃源岩的热演化差异性和各类次生作用是导致油源对比结果出现争议的关键原因，生物标志化合物、碳同位素等指标的有效性是在限定的范围内。基于芳基类异戊二烯、硫同位素、单体碳同位素等建立了油源对比的新指标，揭示了台盆区油气的主要来源是寒武系烃源岩。目前奥陶系发现的油气主要通过断穿寒武系的断裂体系运移而来。     

塔里木盆地跃满地区超深油藏成藏地质条件与演化过程

塔里木盆地台盆区深层海相碳酸盐岩在7 000 m以深持续发现大型油气聚集,但由于其复杂的地质结构与演化特征,仍需进一步加强油气成藏研究。位于塔北隆起西南部围斜的跃满地区发现了埋深在7 100~7 600 m之间的超深油藏,通过对该油藏的地质—地球化学综合分析,厘定了超深油藏成藏的有利条件：深大断裂一方面控制了岩溶作用的发生,导致一间房组大规模层间岩溶的发育与断溶体圈闭的形成、并与上覆吐木休克组和桑塔木组有效盖层组成了有利的储盖组合;另一方面作为流体运移的优势通道,为来自寒武系—奥陶系烃源的油气运移提供了便利条件;油气成藏后在低地温梯度和晚期快速深埋条件下,由于时间与温度的补偿效应不足,原油未发生裂解,以单一油相保存。跃满地区超深油藏成藏演化过程揭示了深层仍具有巨大的液态石油勘探潜力,勘探目标以具有串珠状强反射的断溶体油气藏为主。     

塔里木盆地西南缘古老层系巨厚黑色泥岩的发现及勘探意义

前寒武系是全球一个重要的含油气层系。塔里木盆地该层系埋深大,一直未取得勘探突破,是否发育优质烃源岩也不确定。塔里木盆地西南部及昆仑山前十余万平方公里范围内,已钻探30多口探井,虽然发现了和田河、巴什托普、玉北、罗斯2等海相油气田,但始终未钻遇寒武系或奥陶系烃源岩,其油气来源也存在争议。近期笔者在盆地西南部踏勘中,发现一套巨厚的黑色页岩和泥岩,出露较好。实测泥页岩厚度大于140 m(未见顶,花岗岩体侵位),有机碳含量(TOC)主要分布在0.6%~1.9%,83块样品平均TOC为1.0%。最高热解温度Tmax主要分布在490~520℃,相当于Ro在1.9%~2.9%。泥岩层中黄铁矿十分富集。根据地层接触关系及同位素定年,该地层年龄可能大于517 Ma,准确定年目前正在进行,因此暂且命名为"西昆仑黑色岩系"。通过板块构造分析,这套厚层泥岩可能在塔里木盆地西南部广泛分布,其形成有可能受裂陷槽的控制。这套黑色泥岩很可能是塔西南地区重要的烃源岩,提出塔里木盆地前寒武系—寒武系具备油气成藏的地质条件,该发现必将推动塔里木盆地向深层—超深层以及古老层系开展油气勘探工作。     

下寒武统优质烃源岩的地球化学特征与形成机制——以鄂西地区天柱山剖面为例

全球范围下寒武统发育的黑色泥岩是一套重要的优质烃源岩。该套烃源岩分布广，但在不同地区厚度和质量差异大，重建其沉积与发育模式对预测优质烃源岩的分布具有重要意义，并可为页岩气勘探提供指导。通过对鄂西地区天柱山剖面下寒武统烃源岩样品开展有机碳、主量元素、微量元素等地球化学分析测试，探讨古气候、古生产力和古海洋环境等对优质烃源岩形成的控制作用，分析下寒武统优质烃源岩的沉积模式、发育机制以及生物活动和海洋环境变化与优质烃源岩形成的耦合关系，结果表明，天柱山剖面下寒武统优质烃源岩段具有高TOC含量（2.63%~8.76%）、高化学蚀变指数（68~76）和高生物来源Ba （平均含量为1 392×10^-6）的特点，且高度富集氧化-还原敏感元素（Mo、U和V）。V/Cr比值、U/Th比值和V/Sc比值指示天柱山剖面下寒武统的水体经历了从硫化缺氧环境到次氧化环境再到氧化环境的变化，与Mo、U富集因子之比指示的氧化-还原环境变化特征相一致。TOC含量与Al、Si、生物来源Ba含量的相关性表明陆源输入对烃源岩有贡献。δ¹³C的变化反映了海平面升降对生物生存环境有影响。研究认为，鄂西地区早寒武世海水的硫化缺氧和表层海洋生产力高是导致有机质大量埋藏、形成优质烃源岩的关键。     

含油气盆地超高油气柱形成的有利地质条件

油气柱的高度是决定油气富集程度的重要指标之一。通过梳理全球各大含油气盆地油气成藏方面的相关资料,对发育有超高油气柱的含油气盆地进行了系统分析,结合其油气供给能力、储盖组合特征以及油气运移方式等,综合分析了含油气盆地内超高油气柱形成的有利地质条件。研究结果表明：①全球发育的具有超高油气柱的油气田以碳酸盐岩层系居多,约占78%,这是由于碳酸盐岩层系相对更易于发育巨厚叠置型的有利储集体,有利于形成超高油气柱。国外典型地区包括波斯湾、滨里海及西西伯利亚盆地等,我国主要分布在四川、渤海湾及塔里木等盆地。②超高油气柱形成的有利条件包括充足的油气供给、纵向叠置发育的巨厚储层、广覆式发育的盖层、纵向网式输导体系、有利的运移条件以及良好的源储匹配关系等6个方面。③塔里木盆地深层也发现了许多超高油气柱,以富满油田为例,下寒武统烃源岩充足的油气供给、中上奥陶统巨厚的礁灰岩储层和致密的泥岩盖层,以及深大断裂等有利的运移条件,是该地区能够形成超高油气柱的主要原因。     

塔里木盆地台盆区深层天然气地球化学特征及成藏演化

近年来在塔里木盆地台盆区顺南—古城地区中—下奥陶统(6 000~7 200m)、塔中中深井区中—下寒武统(6 400~7 000m)及麦盖提斜坡罗斯2井奥陶系蓬莱坝组(5 800m)深层相继获得天然气发现,气源对比显示天然气主要来源于寒武系。台盆区深层天然气干燥系数(C_1/C_(1-4))基本0.95,以干气为主;天然气甲烷碳同位素值(δ~(13)C_1)主要分布在-39.0‰~-33.5‰之间,部分-40.0‰;乙烷碳同位素值(δ~(13) C_2)在-39.0‰~-32.0‰之间,与干酪根热模拟实验结果吻合较好,相当于玉尔吐斯组烃源岩在20℃/h升温速率热模拟条件下550~600℃产物。中深1井∈2a及中深5井∈1w受寒武系干酪根裂解气晚期充注影响较小,热演化程度相对较低,以低成熟度原油伴生气为主。台盆区海西期以来寒武系过成熟干酪根裂解气对深层油气藏的持续充注,是造成目前台盆区深层天然气干燥系数偏高及碳同位素组成偏重的主要原因。不同地区深层天然气藏受储层物性、构造断裂活动及寒武系过成熟干酪根裂解气差异充注影响,导致不同层段天然气性质差异较大。