烃类逸散过程中的流-岩相互作用研究-以鄂尔多斯盆地为例

以鄂尔多斯盆地东北部中生界漂白砂岩为切入点，将野外露头地质、岩矿特征实际观察和大量的岩矿地球化学测试分析相结合，点的微观剖析与区域相关地层特征的宏观对比相印证，天然气逸散的直接证据和流-岩作用的蚀变结果融为一体，天然气运移聚集-逸散的期次与盆地演化-改造的阶段及其地质背景相关联，探讨在中生代盆地演化末期盆地抬升消亡阶段和晚白垩世以来的后期改造阶段，古生界天然气逸散的证据、行为和其地质效应，从而揭示油气逸散过程中流体-岩石相互作用过程和蚀变成因机制。研究将逸散油气与围岩相互作用后形成的已不具烃类特征的产物与直接显示油气逸散的过程及结果相结合，对其追根溯源，可能为深入探讨和全面评价油气逸散及其规模这一国际难题提供了新的重要途径和判识标志。

为查明鄂尔多斯盆地东北部延安组顶部漂白砂岩形成背景及流-岩作用机制，通过野外考察、岩石学、主要元素和稀土元素分析、稳定同位素和流体包裹体研究，结合研究区东北部天然气逸散的地质特征，对蚀变岩石及其围岩进行对比研究，确立了蚀变产物的基本特征及形成机制。宏观显示漂白砂岩与红色砂岩相伴而生，侧向渐变从南向北依次出现白色、微红和红色；漂白、弱漂白砂岩中见到斑点状褐铁矿结核，部分漂白砂岩中见透镜状铁质结核，局部可见铁质沿裂隙充填。微观特征显示，红色砂岩基质被氧化铁浸染成棕红色，而漂白砂岩显示干净，同一样品在漂白与弱漂白微红接触部位出现颜色分界，且前者中铁矿物从中心向边部颜色出现逐渐变浅的现象；主量元素结果表明，漂白砂岩中总铁含量低于弱漂白及红色砂岩。X-衍射结果显示，漂白砂岩矿物组成以高岭石为主，且含量高于红色砂岩。SEM结果证实，漂白砂岩中的高岭石主要为折扇状、蠕虫状和书页状，而红色原岩中则为碎屑片状高岭石，反映了母岩的特征，表明漂白砂岩中有自生高岭石的形成。漂白砂岩与红色原岩的颜色变化、岩石、地球化学特征指示了漂白砂岩的形成环境与化学还原性流体有关。流体地球化学研究表明，研究区漂白现象形成与上古生界煤成气关系密切。方解石胶结物碳氧同位素分析显示，其δ13C较轻，小于-10‰，指示有机碳源供给；石英次生加大边和方解石胶结物中均发育气烃及气液烃包裹体，成分主要为CO2和CH4，这也为方解石中存在有机碳源提供了佐证，说明最可能的是烃类气体；紧邻漂白砂岩底板的有机质条带生物标志物特征显示，研究区经历过成熟度较高的烃类作用，而研究区内泥岩和煤层有机质成熟度低，Ro值总体小于0.5%，表明为外来的成熟度较高的有机质；紧邻漂白砂岩分布区的北部油气苗证实存在天然气逸散。综合分析表明，漂白砂岩形成是由于上古生界天然气逸散后与岩石发生流体-岩石相互作用，使得铁迁移或以黄铁矿形式沉淀从而漂白。该研究对厘定近地表油气、特别是天然气的逸散（几乎无迹）提供了新的途径和间接标志，为流岩作用研究提供了基础地质信息。