碳沥青与钒矿物伴生机理研究

Researchers have been discovering the origin relationship between petroleum and metal minerals. Studies of organic matters’ influencing mechanism on metal mineralization are bases for this project. The discovery of the anthraxolite deposits rich in vanadium during the period of petroleum gelogical survey in the Qaidam basin makes the applicants think it over: what role does vanadium play and how does it enrich in the process of petroleum generation from hydrocarbon source rocks, and the evolution of light oil to heavy oil, asphalt, even anthraxolite.The anthraxolite deposits in Tanjianshan group at Lianhegou section in the northern Qaidam basin will be taken as case studies.The hydrocarbon source rocks of anthraxolite,and source and occurrence of vanaium in varies zones will be detemined. With different conditions of temperature, pressure and medium,organic matter hydrocarbon generation and vanadium mineral evolution will be simulated and researched. The composition and structure evolution of anthraxolite and vanadium mineral in the above process will be analyzed in detail. The paragenesis model of anthraxolite and vanadium will be built and their main controlling factors will be determined. A large amount of field geological surveys,interdisciplinary complementray, and existed test instruments and equipments will make this research available. The project achievements will be meaningful not only to petroleum and metal ore origin theory, but also to their exploration in the Qaidam basin and others with similar geological background.

前人研究表明油气生成与金属矿物之间关系密切，并开展了有机质对金属成矿的影响研究。在柴达木盆地前期工作中发现碳沥青中普遍含有较高丰度的钒，这就引起相关思考：在烃源岩生成油气并逐步演化为重油、沥青过程中，钒矿物是如何赋存、富集？它与有机质生烃是否有相互作用？以柴达木盆地北部联合沟滩涧山群碳沥青为解剖对象，确定碳沥青的烃源岩，分析源岩中钒的丰度与赋存状态，探讨碳沥青中钒的来源，并分析不同区带中碳沥青与钒的赋存关系。通过模拟不同温度、压力、介质条件下有机质生烃与钒矿物演化过程，研究碳沥青与钒矿物富集过程中成分与结构变化以及伴生机理，建立碳沥青与钒矿物伴生模式，提出碳沥青与钒矿物富集的主控因素。野外地质调查、多学科交叉与已有实验模拟方法确保项目研究的可行性，有望解决热演化过程中有机质与钒矿物成分及结构演化的科学问题，对丰富有机-无机能源矿产相互作用理论、油气及金属矿勘探研究具有理论与实践意义。

金属元素在有机质或油气中的富集是普遍存在的现象，但是目前金属钒在碳沥青中的富集成因及有机质与钒元素之间相互作用机理尚不明确。我国黑色岩系广泛发育，其中柴达木盆地北部滩涧山地区、扬子板块湘西地区不仅出露黑色岩系，而且拥有广泛的碳沥青分布，同时也是丰富的钒矿富集区，这为黑色岩系中碳沥青与钒矿物伴生机制的研究提供了有利条件。本次研究明确了黑色岩系中碳沥青与钒的赋存形式，建立起碳沥青与钒矿物伴生的成因模式，厘清了钒浓度对有机质生烃过程的影响，并提出了黑色岩系中碳沥青及钒的富集模式。主要认识包括：（1）黑色岩系中碳沥青镜下呈球状、片状、流动状、镶嵌状结构，充填于岩石的裂缝、溶蚀孔、粒间孔中。扫描电镜下未发现钒矿物的明显结晶矿体，表明钒矿不是单独成矿，而是以分散形式存在于粘土矿物、有机质中或与其他金属氧化物结合；（2）对黑色岩系中有机地球化学的研究发现，不同地区黑色岩系中有机质丰度差异较大，有机质类型相同，主要为I或Ⅱ1型，且均已达到高成熟甚至过成熟阶段。同时，黑色岩系无机地球化学特征显示钒元素相对大陆地壳明显富集，且与有机质丰度呈现较好的正相关关系；（3）Rock-Eval热解实验结果显示适当浓度钒的化合物的加入能够降低有机质生烃的表观活化能，对烃源岩生烃有一定促进作用。高斯数值模拟显示，低浓度钒的化合物可以降低C-C键及C-H键断裂所需要的离解能量，高浓度钒的化合物降低活化能的作用弱于低浓度钒的化合物，而钒的化合物浓度对C-O键断裂影响微弱，且不同价态的钒对于有机质生烃过程的影响机理有所不同；（4）有机质与钒的伴生机制主要有三种，即微生物成矿作用、有机质吸附作用、粘土矿物的吸附作用。在这三种作用的影响下，钒等金属赋存于沉积岩中，从而伴随着有机质生烃、油气演化的全过程，最终被富集在固体沥青中不再发生迁移。.本研究极大地推动了金属钒对有机质生烃影响机理及钒与有机质伴生机制这一科学问题的研究，对促进该领域油气与金属矿产勘探具有重要的理论与实践意义。