贵州晴隆锑矿古油藏沥青地球化学特征及成因

王鹏鹏，胡煜昭,2，刘 路，张桂权

(1.昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093； 2.云南省矿产资源预测评价工程实验室，云南 昆明 650093； 3.中国石化 勘探南方分公司，四川 成都 610041)



贵州晴隆锑矿古油藏沥青地球化学特征及成因

王鹏鹏1，胡煜昭1,2，刘 路1，张桂权3

(1.昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093； 2.云南省矿产资源预测评价工程实验室，云南 昆明 650093； 3.中国石化 勘探南方分公司，四川 成都 610041)

摘要：晴隆锑矿含有丰富的有机包裹体，然而这些有机质的来源一直未能查清。在晴隆锑矿外围找矿时发现一个古油藏。晴隆锑矿古油藏的沥青主要分布在上二叠统峨眉山玄武岩、上二叠统大厂层凝灰岩和中二叠统茅口组灰岩中，主要储集空间以裂缝、孔隙和溶洞为主。本文旨在通过对沥青地球化学特征进行分析测试来探讨沥青来源及成因，试图为晴隆锑矿找矿勘查提供新依据。测试结果表明：晴隆锑矿古油藏沥青C元素质量分数平均86.67%，H平均3.32%，N平均0.27%，O平均3.52%；H、C原子比平均0.46；O、C原子比平均0.03；沥青Ro值1.99%~2.30%，具有很高的成熟度；沥青碳同位素实测值-27.7‰~-28.8‰，平均-28.1‰。在古油藏沥青地球化学特征研究的基础上，综合分析认为晴隆锑矿古油藏沥青主要源自泥盆系烃源岩。晴隆锑矿古油藏沥青是早期古油藏因古地温升高发生热裂解形成的焦沥青。

关键词：古油藏沥青；地球化学特征；沥青来源；沥青成因；晴隆锑矿

王鹏鹏，胡煜昭，刘路，等.贵州晴隆锑矿古油藏沥青地球化学特征及成因[J].西安石油大学学报(自然科学版)，2016，31(2)：44-49,56.

WANG Pengpeng,HU Yuzhao,LIU Lu，et al.Geochemical characteristics and genesis of bitumen in paleo-oil reservoir in Qinglong antimony deposit,Guizhou [J].Journal of Xi'an Shiyou University (Natural Science Edition),2016,31(2):44-49,56.

引言

沉积盆地金属(如Cu、Au、Pb、Zn、Ag、Hg、Sb、Ni、V等)矿床绝大部分与油气有着密切的关系。有的分布于相同的地质构造中，如贵州癞子山背斜上的癞子山古油藏、秧1井CO2气藏和烂泥沟卡林型金矿床[1-3]，美国内华达州卡林背斜带中的卡林型金矿床和油气藏[4-5]；有的分布于相同的层位，如塔里木盆地喀什凹陷下白垩统克孜勒苏组中的乌拉根铅锌矿床和阿克莫木气田[6-7]；有的甚至密切共生，如哈萨克斯坦楚-萨雷苏盆地中的层控铅锌矿、砂岩铜矿与油气藏[8]，美国密西西比河型铅锌矿与油气藏[9]，我国黔东地区铅锌矿与古油藏[10-11]，云南永善县峨眉山玄武岩中的铜矿床共生和演化程度较低古油藏[12]。金属矿床与古油藏在空间上的密切依存关系，暗示了两者成因上的有机联系[13]。

笔者在晴隆锑矿沙子岭矿段进行的锑矿勘查过程中，在5个钻孔合计发现15层沥青层，分布面积达1 km2。尽管其他研究者也讨论锑矿形成与有机质的关系[14-17]，但有机质研究的重要材料沥青的缺乏或者含量较少，使得有机质与锑矿成矿关系的研究不易深入。本文将对晴隆锑矿古油藏中沥青的地球化学特征进行分析，探索古油藏沥青来源及成因，试图为黔西南坳陷油气勘探及晴隆锑矿成因研究提供依据。

1地质背景

晴隆锑矿床位于华南褶皱带的南盘江-右江盆地的黔西南坳陷。该矿床明显受NE向构造的控制，位于花鱼井断层与青山镇断层形成的北东向的复式半地堑内[18]。矿区出露的地层由老至新为：中二叠统茅口组灰岩(P2m)、上二叠统峨眉山玄武岩(P3β)和龙潭组(P3l)的砂岩、黏土岩夹灰岩、泥灰岩及煤层(图1)。该区的锑矿体和锑矿化均严格地受“大厂层”控制，矿体呈层状、似层状及透镜状分布。“大厂层”是在峨眉山玄武岩底部、茅口组灰岩顶部不整合面之上发育的深灰色凝灰岩、火山角砾凝灰岩、凝灰质火山角砾岩的总称。辉锑矿矿体主要产于大厂二段的硅化角砾凝灰岩中，产状较为平缓，倾角一般5°~10°，其厚度随古岩溶面起伏而变化。矿床主要矿石类型有石英-辉锑矿矿石、萤石-辉锑矿矿石及石英-萤石-辉锑矿矿石。矿床的矿物组合简单，金属矿物主要有辉锑矿、黄铁矿，非金属矿物有石英、萤石、方解石、石膏和重晶石。矿床围岩蚀变主要有硅化、黏土化、萤石化、黄铁矿化、碳酸盐化、重晶石化[19]。

图1　晴隆锑矿床区域地质及古油藏平面分布(据贵州省地质矿产局区调大队1:5万地质矿产图和矿床地质调查编制)Fig.1　Regional geological map of Qinglong antimony deposit and plane distribution map of paleo-oil reservoir in Guizhou,China

2沥青分布特征

2012年下半年，在晴隆锑矿田沙子岭矿段进行的锑矿勘查过程中，在沙子岭镇205°方向、7.5 km的白坟地区施工的5个钻孔发现多层沥青层(图2)。其中厚度大于1 m的达11层，最大厚度11.03 m，平均厚度3.30 m，沥青有效面孔率最大20%，最小2%，加权平均为8.66%。沥青颜色为黑色和棕褐色，性硬而脆，不染手，树脂光泽，贝壳状断口,不能燃烧。沥青层赋存层位为上二叠统峨眉山玄武岩组、上二叠统大厂层火山角砾岩和凝灰岩，在中二叠统茅口组也可见少量沥青。沥青主要分布于玄武岩和凝灰岩裂隙(图3(a)、图3(b))、火山角砾岩和玄武岩气孔(图3(c))中，其次为灰岩裂缝(图3(d))中。肉眼和镜下发现部分沥青中分布黄铁矿、黄铜矿(图3(e)、图3(f))和斑铜矿。

图2　晴隆锑矿古油藏沥青层位置Fig.2　Sketch map of bitumen layer in the paleo-oil reservoir in Qinglong antimony deposit

图3　晴隆锑矿古油藏中沥青分布Fig.3　Distribution of bitumen in the paleo-oil reservoir in Qinglong antimony deposit

3沥青地球化学特征

3.1沥青反射率

晴隆锑矿古油藏沥青反射率的实测结果(表1)表明其成熟度较高(Ro>2.0%)，沥青反射率Rb为2.31%~2.76%，平均2.57%，换算成Ro值则为1.99~2.30%，平均2.17%(换算方法见参考文献[20])。高的沥青反射率表明沥青为类晶质沥青[21]。镜质体反射率对应温度大体为199~211 ℃，平均206 ℃(换算方法见参考文献[22])，大体处于凝析油湿气阶段末期或干气阶段早期。上述特征均反映古油藏沥青经历了高温热演化。

表1　晴隆锑矿古油藏沥青反射率

3.2沥青元素分析

晴隆锑矿古油藏沥青元素实测结果(表2)表明：10件沥青样品C质量分数为83.11%~87.85%，平均86.67%；H质量分数为1.29%~4.66%，平均3.32%；N质量分数0.12%~0.45%，平均0.27%；O质量分数为2.19%~10.12%，平均3.52%；H、C原子比值为0.19~0.64，平均0.46；O、C原子比值为0.02~0.10，平均0.03。按照固体沥青成因和物理化学特征分析[23]，晴隆古油藏固体沥青名称可定为碳质沥青中的焦沥青。

3.3沥青碳同位素

稳定碳同位素数值具明确的生源意义，可反映母质来源，受热演化影响较小，是表征烃类母质来源的一个有效参数。晴隆锑矿古油藏沥青碳同位素的实测值为-27.7‰~-28.8‰，平均为-28.1‰(表3)。

表2　晴隆锑矿古油藏沥青元素分析

表3　晴隆锑矿古油藏沥青碳同位素分析

4古油藏沥青来源及成因

前人研究表明，南盘江盆地自泥盆系到三叠系均有烃源岩发育，其中泥盆系以中泥盆统盆地相沉积的黑色泥质岩类发育最好，有机质含量高，厚度巨大，为主要烃源岩；石炭系和二叠系以碳酸盐岩为主，泥质岩类及火山碎屑岩类的分布较局限，烃源岩通常发育于台盆-深水广海陆棚相区，台地、丘台相区岩石有机质含量偏低，不具备作为有效烃源岩的条件；三叠系烃源岩主要发育于台盆-深水广海陆棚相区，岩石为碳酸盐岩和泥质岩类，主要发育于三叠系下统，中三叠统基本不具有生烃能力。对南盘江盆地烃源岩发育的沉积环境、平面展布以及有机质丰度情况的分析发现，主要烃源岩就是中下泥盆统烃源岩[24]。前人研究表明，南盘江右江盆地生油岩在晚石炭纪和早二叠世进入生油窗，晚二叠世处于生油高峰期，二叠世末期进入湿气阶段，中三叠世早期进入干气阶段，在中三叠世晚期基本失去生烃能力，晚三叠世末已处于最大埋深阶段[25]。

4.1沥青来源

4.1.1碳同位素晴隆锑矿古油藏沥青样品的碳同位素值(δ13C)最高为-27.7‰，最低-28.8‰，平均-28.1‰。该值与南盘江盆地其他二叠系古油藏沥青碳同位素值十分接近(-29.7‰~-26.5‰，平均-28.1‰)。与南盘江盆地泥盆系(-24.6‰~-27.6‰，平均-26.6‰)和二叠系烃源岩干酪根碳同位素(-22.4‰~-24.7‰，平均-23.6‰)[21]相比，晴隆锑矿古油藏碳同位素更接近泥盆系烃源岩碳同位素，但是由于有二叠系烃源岩的混入，使得该古油藏沥青碳同位素(δ13C)值偏低。

4.1.2沥青成熟度实测结果表明，晴隆锑矿古油藏沥青的Ro值较高，为1.99%~2.30%。高的沥青反射率反映沥青已处于高成熟-过成熟阶段，烃源岩从生烃到后期演化成固体沥青已经历了较长时间的高温高压作用。从油气生成运移成藏的角度来看，高成熟度也反映晴隆锑矿二叠系古油藏沥青主要来自泥盆系烃源岩，而不是同期的二叠系烃源岩。

4.1.3地质综合分析晴隆锑矿古油藏沥青主要赋存于峨眉山玄武岩、“大厂层”凝灰岩及茅口组灰岩中。火山岩储集层和碳酸盐岩储集层均具备良好的油气储存能力[26]，该储集层孔隙类型较多，既有粒间孔、气孔等，又有构造裂缝、节理和成岩裂缝。一般说来，孔隙和溶洞是主要的储集空间，在一定程度上也起通道作用；裂缝是主要的溶液通道，也具有一定的储集能力。良好的运移通道和储集空间为晴隆锑矿古油藏烃源岩所生成的烃类的运移和富集提供了基础。晴隆锑矿巨厚的沥青表明，早期古油藏的规模很大，本区只有分布广、厚度大和有机质丰度高的中下泥盆统烃源岩才能提供如此丰富的成烃物质和大规模供烃。

综上分析，晴隆锑矿古油藏沥青主要源自泥盆系烃源岩。

4.2沥青成因分析

固体沥青在世界各地许多沉积盆地的含油气储集体中广泛分布，其他学者对于古油藏关于沥青的成因做了大量研究[27-30]。沥青作为油气的伴生产物，记录了油气生成、运移、聚集、改造和破坏的重要信息。沥青与石油和天然气之间有着密切的成因联系，是石油高演化的产物。经笔者鉴定，认为晴隆锑矿古油藏沥青为热演化成因沥青(焦沥青)，其与生物降解沥青和沉淀沥青质在沥青成熟度和沥青形态上有很大区别。一般沉淀沥青质和降解沥青常呈分散状，形态不规则，而焦沥青由于受高温高压的影响常呈边缘较清晰的多角状[21-31]；原油裂解形成的焦沥青反射率远远高于沉淀沥青质[32]。晴隆锑矿古油藏沥青是石油处于较高温地热系统中，轻的部分向链烷烃转化至甲烷，而重的部分通过缩合作用形成以高碳为特征的焦沥青。因此，晴隆锑矿固体沥青产状、沥青反射率、沥青碳同位素分析结果表明，该沥青是早期古油藏因古地温升高发生热裂解形成的焦沥青。

5结论

(1)晴隆锑矿古油藏沥青主要分布在上二叠统峨眉山玄武岩、上二叠统大厂层凝灰岩和中二叠统茅口组灰岩中。沥青的储集空间以裂缝、孔隙和溶洞为主。

(2)晴隆锑矿古油藏沥青主要源自泥盆系烃源岩。

(3)晴隆锑矿古油藏沥青为早期古油藏因古地温升高发生热裂解形成的焦沥青，具有较高的成熟度。

致谢：沥青成分、同位素和反射率等测试均由中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所实验研究中心完成，昆明理工大学冉崇英教授和王学焜教授对研究工作提出了宝贵意见，谨表谢忱。

参 考 文 献：

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责任编辑：王辉

Geochemical Characteristics and Genesis of Bitumen in Paleo-oil Reservoir in Qinglong Antimony Deposit,Guizhou

WANG Pengpeng1,HU Yuzhao1,2,LIU Lu1,ZHANG Guiquan3

(1.Faculty of Land and Resource Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,Yunnan,China;2.Yunnan Mineral Resources Prediction and Evaluation Engineering Laboratory,Kunming 650093,Yunnan,China;3.Southern Exploration and Development Branch,SINOPEC,Chengdu 610041,Sichuan,China)

Abstract:There is rich organic inclusion in Qinglong antimony deposit.However,the source of this organic matter hasn't been found out.A paleo-oil reservoir was found in the periphery of Qinglong antimony mine.The bitumen in the paleo-oil reservoir mainly distributes in the Emeishan basalt and the Dachang tuff of Upper Permian and the Maokou limestone of Middle Permian.Bitumen mainly occurs in crevices,pores and caves.In order to find the source and origin of the bitumen,the geochemical characteristics of the bitumen are tested and analyzed to provide a new basis for the exploration of Qinglong antimony deposit.The test results show that the average mass fraction of C,H,N and O in the bitumen is 86.67%,3.32%,0.27% and 3.52% separately,and the average atom ratio of H to C and O to C is 0.46 and 0.03 separately.The maturity of the bitumen is high,and its Ro is 1.99%~2.30%.The measured value of carbon isotope of the bitumen is -27.7‰~-28.8‰,and the average is -28.1‰.Based on the study of the geochemical characteristics of the bitumen in the paleo-oil reservoir,it is held that the bitumen in the paleo-oil reservoir is mainly from Devonian hydrocarbon source rock.The bitumen is the pyrobitumen formed by thermal cracking due to the rise of the Paleo geothermal temperature in paleo-oil reservoir.

Key words:bitumen in paleo-oil reservoir;geochemical characteristic;source of bitumen;genesis of bitumen;Qinglong antimony deposit

文章编号：1673-064X(2016)02-0044-06

文献标识码：A

DOI：10.3969/j.issn.1673-064X.2016.02.007

中图分类号：TE122.3

作者简介：王鹏鹏(1989-)，男，硕士研究生，主要从事沉积盆地金属及油气勘查研究。E-mail:604100866@qq.com

基金项目：国家自然科学基金(编号：41362007)；国土资源部我国典型金属矿科学基地研究(编号：20091107)；全国危机矿山西南地区典型层控矿床成矿规律总结科研项目(编号：20089943)

收稿日期：2015-11-06