沥青质体和矿物沥青基质与沉积有机基质关系.pdf

中国矿业大学学报990 10 8 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH I NA U NI VERSI T Y O F M I NI NG T ECH NO LO G Y 1999年 第1期 第2 8 卷 Vo l . 2 8 No . 1 1999 沥青质体和矿物沥青基质与沉积有机基质关系 唐跃刚 姜 鹏 侯慧敏 杨小红 摘要 在综述了沥青质体和矿物沥青基质的研究现状和分析了吐哈盆地侏罗纪和华北渤海湾盆地新生界的烃源岩 及煤的基础上，初步提出了烃源岩沉积有机基质的分类，并与干酪根无定形体进行了对比研究，阐述了不同沥青 质体和矿物沥青基质类型光性特征、成因及生烃性. 为烃源岩评价提供了科学依据. 关键词 沥青质体，矿物沥青基质，沉积有机基质，分类 中图分类号 P 6 18 Co r r e l a t i o n o f Bi t u m i n i t e a n d M i n e r a l -Bi t u m i n o u s G r o u n d m a s s w i t h Se d i m e n t a r y O r g a n i c G r o u n d m a s s T a n g Yu e g a n g Ji a n g Pe n g H o u H u i m i n Ya n g Xi a o h o n g D e p a r t m e n t o f Re s o u r c e Ex p l o i t a t i o n En g i n e e r i n g , CU M T , Be i j i n g 10 0 0 8 3 A b s t r a c t T h e c u r r e n t s i t u a t i o n o f r e s e a r c h o n b i t u m i n i t e a n d m i n e r a l -b i t u m i n o u s g r o u n d m a s s i s d i s c u s s e d . O n b a s i s o f o b s e r v a t i o n a n d a n a l y s i s o f t h e s a m p l e s o f h y d r o c a r b o n s o u r c e r o c k s a n d c o a l s f r o m T u r p a n -H a m i Ba s i n a n d Bo h a i w a n Ba s i n o f No r t h Ch i n a , t h e c l a s s i f i c a t i o n o f s e d i m e n t a r y o r g a n i c g r o u n d m a s s i s p r e l i m i n a r i l y p r o p o s e d . T h e o p t i c a l c h a r a c t e r i s t i c s , g e n e s i s a n d h y d r o c a r b o n -g e n e r a t e d p o t e n t i a l o f d i f f e r e n t t y p e s o f b i t u m i n i t e a n d m i n e r a l -b i t u m i n o u s g r o u n d m a s s a r e d e s c r i b e d a n d c o m p a r e d w i t h a m o r p h o u s k e r o g e n . K e y w o r d s b i t u m i n i t e , m i n e r a l -b i t u m i n o u s g r o u n d m a s s , s e d i m e n t a r y o r g a n i c g r o u n d m a s s , c l a s s i f i c a t i o n 矿物沥青基质是油气源岩的最主要有机成分之一. 严格意义上说，它是一种有机与无机混合基质，不属于形态 显微组分，其中有机物质往往是亚显微尺度的. 荧光方法是鉴别矿物沥青基质的有效手段，其荧光特征取决于其 中“隐含”的有机质性质. 矿物沥青基质中的有机基质实际上是基质沥青质体［1］. 沥青质体与基质沥青质体，两 者的差异在于物质相同而浓度不同. 矿物沥青基质比形态显微组分含有更多的具油气倾向的有机质，被矿物沥青基 质吸附的类脂物质的数量和成熟度，决定了矿物沥青基质的荧光强度和荧光色. 在未熟阶段，矿物沥青基质以强的 正变化为特征；成熟阶段为负变化；过熟阶段则没有变化，由此间接地证明有亚微观有机质存在. T e i c h m u l l e r 197 7 及Cr e a n e y 198 0 将矿物沥青基质和沥青质体区分出不同类型 藻的、腐质的 ，它们相当于石油孢粉学家在透 射光下研究干酪根富集样时划分的无定形或腐泥组分． 1 研究现状及意义 T e i c h m u l l e r 197 7 将沥青质体划分出3种类型，Va n G i j z e l 198 1 将沥青质体称为并划分为无定形体A ，B，C， Ro b e r t 198 0 称为腐泥基质，M u k h o p a d h y a y 198 5 称为腐泥质体Sa p r o p e l i n i t e ，并划分出Ⅰ，ⅡA和ⅡB3种类型，同 时将矿物与有机质的混合物区分出矿物稳定体 M i n e r a l o l i p t i n i t e , 对应于矿物沥青基质 、矿物镜质体 M i n e r a l o v i t r i n i t e 、矿物惰质体 M i n e r a l o i n e r -t i n i t e ［2 ］. T h o m p s o n 198 6 将无定形分为A , B, C, D 型［3］. 肖贤明 1992 在前人研究基础上区分出沥青质体A 和沥青质体B，后者主要产于腐殖相中［4］. 金奎励等对无定形体进行了离子 探针研究，七五期间在研究气源岩有机成分及干酪根组分课题中探讨了矿物沥青基质的荧光性与油气的关系［5］. 张鹏飞、金奎励 1997 研究吐-哈盆地煤沼沉积环境中将矿物沥青基质区分出来源于菌藻的矿物沥青基质B和来源 于高等植物类脂物降解的矿物沥青基质A ［6 ］. 王铁冠、钟宁宁等 1995 在研究低熟油气形成的课题中发现矿物沥 青基质具有丰富的微生物生源以及高等植物生源经微生物改造形成的生物标志物. 不同地区、层位、岩性，矿物沥 青基质的数量上有较大的差异，与其特定的沉积环境、物源输入条件等有关. 一般，强还原环境、细菌等微生物发 育的沉积期，有利于矿物沥青基质的形成. 矿物沥青基质至少有四种可能来源∶沉积期原生细分散成分；机械破碎 或生物降解的细分散同生有机质；细菌微生物降解作用残留的代谢产物；成岩期矿物吸附和结合的烃类浸染物. 次 生矿物沥青基质含量与烃源岩有机碳含量无关，与微生物生源输入有关［7 ］. f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 1/ 990 10 8 . h t m （第 1／4 页）2 0 10 -3-2 3 15 56 36 中国矿业大学学报990 10 8 综上所述，源岩中沥青质体和矿物沥青基质研究目前还存在如下分歧、难点和不足 1 由于传统观点认为它们单一地来源于藻，而忽视了它们的微生物来源和高等植物降解来源；正由于不用演 化的观点和单一地看问题，从而忽略了它们形成的多期性. 而恰恰正是沥青质体和矿物沥青基质的多源性和多期 性，使得它们更加复杂. 2 正因为矿物沥青基质中的有机质呈基质状，大多数研究者只注意它与粘土矿物混合的体积数量，而忽略这 种混合物单位体积下有机质-基质沥青质体的浓度、类型和生源，从而不能很好地评价它的生烃性，并且在暗色 泥岩的生烃性对煤成油的贡献中，难于与煤层对比. 3 由于沥青质体和矿物沥青基质是源岩的主要有机成分，在干酪根提纯制备过程中，酸类对沉积有机质的水 解作用以及重液浮选方法的局限性，碳的质量分数损失率约为5. 8 ％［7 ］，矿物沥青基质中有机物不可能全部回收 成干酪根的无定形组分，故源岩和干酪根中组分的有机溶解性含义有明显差别，表征生烃组分有差异. 4 由于反射光与荧光结合的源岩研究优于透射光干酪根研究方法，既表征有机质绝对丰度，又保持沉积有机 质的原始产状，研究矿物沥青基质向沥青质体，甚至向富氢基质镜质体过渡，研究其成因及共生关系等有极大的 优势，然而矿物沥青基质中“隐含”有机质的数量和质量较难用光学镜来确定，因而影响了对矿物沥青基质的深 入研究. 因此，采用电镜等超微方法、高强度荧光和各类微探针等特殊方法对其量化势在必行. 5 未见系统地综合地研究源岩的主要有机成分-矿物沥青基质及沥青质体，尤其是它们的成因、来源、有机 和无机结构、热演化以及生烃性. 正由于矿物沥青基质和沥青质体在成因和演化的特殊性及其在源岩中的地位，因此正确评价它们的类型、形 成期次及生烃性，是低熟和成熟源岩研究中无法回避的问题. 因此，采用特殊的技术手段，多学科综合系统地研究 矿物沥青基质和沥青质体的问题，为煤油气源岩评价及勘探提供科学依据. 这正是研究沥青质体和矿物沥青基质的 来源、形成期次及生烃作用的原因和意义所在. 2 沉积有机基质分类的提出 笔者在大量分析吐哈盆地侏罗纪煤及其泥岩和华北渤海湾盆地新生界泥岩及部分煤等全岩和干酪根样的观察 分析的基础上，提出如表1沉积有机基质的分类. 表1 烃源岩沉积有机基质的分类方案 T a b l e 1 T h e c l a s s i f i c a t i o n o f s e d i m e n t a r y o r g a n i c g r o u n d m a s s i n s o u r c e r o c k s 全 岩 干 酪 根［4］成 因生烃性 藻质有 机基质 无结构（层状）藻类体 藻质沥青质体 藻质矿物沥青基质 荧光 无定形 组 藻类无定形体 粒状无定形体 菌解无定形体A 藻类不完全分解产物 藻类强烈分解产物 生油 很好 混质有 机基质 混质沥青质体 混质矿物沥青基质 菌解无定形体B 混质无定形体 ［8 ］ 藻、细菌、非藻浮游生物、动物软体及疑源 类等强烈分解产物 生油很 好 壳质有 机基质 壳质沥青质体 壳质矿物沥青基质 菌解无定形体C 壳质无定形体 壳质降解产物 生油 好 腐殖有 机基质 腐殖沥青质体 荧光基质镜质体 荧光胶质镜质体 菌解无定形体D 高等植物及其类脂物降解产物 煤成 油气 好 镜质有 机基质 基质镜质体 胶质镜质体 矿物镜质体 无荧光 组 腐殖无定形体 高等植物木质纤维组织凝胶化作用 生气 好 惰质有 机基质 惰质基质体 矿物惰质基质 惰质无定形体 高等植物木质纤维组织 及其它产物丝炭化作用 生气 少量 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 1/ 990 10 8 . h t m （第 2 ／4 页）2 0 10 -3-2 3 15 56 36 中国矿业大学学报990 10 8 所谓沉积有机基质是指沉积岩中以基质形式胶结有机形态组分或/ 和矿物等物质的有机质，也可以是充填于 形态有机组分或/ 和矿物等物质的有机质. 烃源岩中沥青质体和矿物沥青基质，干酪根中无定形体，煤中基质镜质 体等等都属于此范畴. 无论是分散型还是富集型沉积有机质，无论是烃源岩还是煤，有机组成中有机基质总是含量 最多，大多超过50 ，占主导地位. 无论是烃源岩全岩片中无结构藻类体、沥青质体、矿物沥青基质、基质镜质 体、矿物镜质体和矿物惰质体，还是干酪根中无定形体，它们大多总是大于对应的形态组分，即使是有机质富集 型的煤，基质镜质体一般是多于其它组分的. 它们类型多，数量大，变化大，在成烃作用、煤的液化成型炼焦等方 面，都起着重要的作用. 然而，在现行的有机显微组分分类中，各类有机基质却处在一个不重要的位置上，既没有 设大组，也没有设亚组，甚至连显微组分都不算，如国际硬煤显微组分分类中，基质镜质体仅为亚组分. 另外，沥 青质体和矿物沥青基质的划分过于简单，完全不适应烃源岩评价. 分类建立在反射荧光和油浸反射白光分析上，并参照干酪根透光分析，对全岩按成因类型划分六类有机基 质；对于矿物沥青基质，虽然不是显微组分，但由于它对生烃的重要性，将其分别归入相应的类别中；与干酪根 的对比，以肖贤明的分类［4］为主，参照杨陆武的分类［8 ］. 3 各类型有机基质特征与意义 3. 1 藻质有机基质 无结构藻类体是藻类不完全降解的结果. 在垂直层理方向上，无结构藻类体可成层状，部分层状藻类体属于此 类，在平行层理面上呈基质状，可胶结结构藻类体等形态组分. 无结构藻类体可分为A ，B两种，无结构藻类体A 为 密集分布的薄层，厚为2 ～3μm ，长10 0 μm 以上，强的柠檬色或金黄色荧光，可为粒状结构. 在吐哈盆地的七克台 组烃源岩和胜利油田沙三段烃源岩中分布广. 无结构藻类体B为分散状小薄层，呈长条状，可密集堆积，具黄色荧 光，正变化. 可过渡为薄壁结构藻类体，酷似中小孢子，内缘平整，外缘有齿. 这在吐哈盆地柯柯亚矿正槽煤，中 原油田濮深8 井沙一段和大港油田岐口沙二段烃源岩中广泛分布. 藻质沥青质体为藻类的强烈分解产物，M u k i 198 5 称为腐泥质体Ⅰ. 荧光下为较强、均匀的绿黄色或黄色，呈 均匀的条状或海绵状，弱荧光负变化多，但也见有弱荧光正变化，在同一光片中可见藻类体. 也属T e i c h m u l l e r 的沥 青质体Ⅱ. 藻质矿物沥青基质，与藻质沥青质体同源，荧光下弱黄色、灰绿黄色，为云雾状、絮状物胶结粘土等矿 物颗粒，荧光色随基质中混杂细晶粘土等或无机质含量增多而减弱呈暗黄灰色. 在胜利油田沙三段和歧口沙二段烃 源岩中大量可见. 藻质沥青质体和藻质矿物沥青基质对应的干酪根组分为菌解无定形体A . 3. 2 混质有机基质 混质沥青质体，可为大量疑源类、非藻浮游植物、动物有机质、细菌和其它类脂物等强烈分解所得. M u k i 称 为腐泥质体ⅡA. 荧光下为褐黄、黄褐色或褐色均匀团块形或透镜体, T e i c h m u l l e r 称为沥青质体I . 极强正荧光变化, 蓝 色荧光激发一段时间后，呈强的黄色荧光，可为腐泥煤基质, 又叫沥青质体A ［4］. 电镜下为真正的“无定形基 质”［8 ］. 混质矿物沥青基质为弱的褐色、灰褐色荧光，正荧光变化为灰黄色. 对应干酪根中为无定形体B. 抚顺油页 岩、黄骅坳陷烃源岩和东濮沙一段烃源岩分布较多. 3．3 壳质有机基质 壳质沥青质体为壳质组分如角质体、木栓质体、其它类脂物和细菌等 降解物，荧光下为弱－中等强度褐色、 浅褐色、褐黄色，为粒状、条纹状和小透镜状，荧光正变化至黄色，粒状结构，可见壳质碎屑. M u k i 198 5 称为腐 泥体ⅡB. 壳质矿物沥青基质为弱的灰黄色荧光，粒状基质，正荧光变化. 与干酪根无定形体C对应. 在黄骅坳陷烃源 岩、吐哈煤系烃源岩中分布，在腐泥腐植煤和腐植煤中可出现. 3. 4 腐殖有机基质 腐殖沥青质体，不定性条带状基质，褐色、红褐色荧光，表面均匀，荧光正变化，反射油浸物镜下为灰黑 色，常有暗褐色内反射，又称沥青质体B［4］. 它们是高等植物类脂物的降解产物, M u k i 198 5 称为腐殖腐泥体. 荧光 基质镜质体和胶质镜质体，其荧光可能来自于镜质体吸附的次生烃，也可能来自于所共生类脂物的降解产物，也 可能为内部包含的超微类脂体所发荧光. 腐殖矿物沥青基质常见于Ⅱ2和Ⅲ型烃源岩中，暗褐色或暗红褐色荧光， 弱的荧光正变化，与干酪根无定形体D 相对应. 吐哈柯柯亚正槽煤与东濮、黄骅和辽河烃源岩常可见. 3. 5 镜质有机基质 基质镜质体和胶质镜质体是标准的煤和III型烃源岩的有机基质. 事实上，基质镜质体也是胶质镜质体和碎屑镜 质体的混合物，由于强烈凝胶化，使碎屑镜质体不显. 它们是高等植物木质纤维经强烈凝胶化作用产物. 无荧光， 油浸反光下为灰色. 矿物镜质体为粘土等沉积矿物与凝胶化镜质体共生物，无荧光，油浸反光下，矿物呈细粒浸染 状分布于镜质体中，与干酪根腐植（镜质）无定形体相对应. 3. 6 惰质有机基质 无荧光，油浸反光下为灰白色. 惰质基质体（又叫丝炭化基质），粒状结构，基质状，常胶结孢子体、藻类体 角子体等稳定组分，如吐哈盆地哈密露天矿4号煤中所谓“沥青煤”中基质. 它们的成因可为上述各类沥青质体的 进一步氧化或碳化作用（成熟作用）下脱烃残余而成. 另一种丝炭化基质为均匀无结构基质，可为腐植凝胶进一步 氧化形成，也可为再循环有机质. 矿物惰质体为细粒、微粒状丝炭化基质与细粒浸染粘土等矿物的共生物. 对应的 干酪根组分为惰质无定形体. f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 1/ 990 10 8 . h t m （第 3／4 页）2 0 10 -3-2 3 15 56 36 中国矿业大学学报990 10 8 致 谢 淮南工业学院唐修义教授、石油大学王铁冠教授和中国地质大学张秀仪教授对本文提供了许多建议，中国矿 业大学北京校区任德贻教授、金奎励教授、曹代勇教授、邵龙义教授、王延斌博士和杜美利博士为本课题提供多 方面的关心和支持. 国家自然科学基金委员会和石油天然气总公司为课题提供了经费支助. 在此一并致谢. *国家自然科学基金资助项目 497 7 2 132 作者简介 唐跃刚，男，1958 年生，副教授，工学博士 作者单位 中国矿业大学资源开发工程系 北京 10 0 0 8 3 参考文献 1 St a c h E, M a c k o w s k y M -T , T e i c h m l l e r M e t a l . 斯塔赫煤岩学教程. 杨起，李宝方，黄家福等译. 北京煤炭工业 出版社, 1990 . 30 2 ～30 4 2 M u k h o p a d h y a y P K , H a g e m a n n H W a n d G o r m l y J R. Ch a r a c t e r i z a t i o n o f k e r o g e n a s s e e n u n d e r t h e a s p e c t o f m a t u r a t i o n a n d h y d r o c a r b o n g e n e r a t i o n . Er d o l K o h l e , 198 5, 38 7 ～18 3 T h o m p s o n C L a n d D e m b i c k i H Jr . O p t i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f a m o r p h o u s k e r o g e n a n d t h e h y d r o c a r b o n -g e n e r a t i n g p o t e n i a l o f s o u r c e r o c k s . I n t e r n a t i o n a l Jo u r n a l o f Co a l G e o l o g y , 198 6 , 6 2 2 9～2 49 4 肖贤明著. 有机岩石学及其在油气评价中的应用. 广州广东科技出版社, 1992 . 42 ～6 3 5 李树枝，金奎励. 无定形体离子探针研究. 石油与天然气地质，1990 , 2 4 36 5～37 1 6 张鹏飞，金奎励，王 涛等. 吐哈盆地含煤沉积与煤成油. 北京煤炭工业出版社, 1997 . 142 ～155 7 王铁冠，钟宁宁，侯读杰等著. 低熟油气形成机理与分布. 北京石油工业出版社, 1995. 2 7 ～40 8 杨陆武. 中国陆相低成熟无定形有机质有机岩石学及地球化学研究 ［博士学位论文］. 北京中国矿业大学北 京校区，1998 收稿日期 1998 -0 5-2 9 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 1/ 990 10 8 . h t m （第 4／4 页）2 0 10 -3-2 3 15 56 36