胥旺等- Acta Geologica Sinica:新疆独山子泥火山喷出泥浆铁元素化学种特征

  • 兰州油气资源研究中心 (兰州分院)
  • 创建于 2019-01-16
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  与石油和天然气相关的泥火山实际上就是一种典型的油气苗,是寻找地下油气资源的直接天然标志。近些年的海底探查结果显示,海底天然气水合物的存在经常与海底泥火山分布密切相关,因此引发泥火山成为自然科学研究的新热点。我国新疆准噶尔盆地南缘由东向西依次分布着安集海、独山子、艾奇沟、白杨沟等众多泥火山(群),至今仍然喷出大量的石油、天然气、油田水、泥沙等地质流体。这些地质流体基本上都是穿过新近纪的红色陆相地层而喷溢到地表的。孢粉学研究结果显示,独山子泥火山喷出泥浆的粘土和细沙主要来自泥火山系统新近纪地层,但其颜色不是红色,而多呈现为灰色,甚至深黑色。其原因何在? 

  为了解释泥火山系统这些被运移的粘土泥沙颜色变化的机理与过程,兰州油气资源研究中心博士研究生胥旺在郑国东研究员的指导下,与国内外合作者一起对独山子正在活动的泥火山一个活跃喷口喷出的泥浆进行了一系列的矿物学和元素地球化学测试分析,特别是利用穆斯堡尔谱技术对这些喷出泥浆的铁元素赋存状态进行了详细研究,结果显示,与其母岩相比,溢出泥浆的矿物组成发生了明显变化,具体表现为粘土矿物的物相转化(由蒙脱石转化成绿泥石、伊利石等),赤铁矿和蒙脱石中的三价铁被还原,含有二价铁的菱铁矿等次生碳酸盐矿物的形成与沉淀,从而导致喷出泥浆呈现深灰色-黑色。这就预示着源自新近纪红色地层的细粒泥沙和粘土可能与泥火山系统的油气水等流体之间发生了复杂的固体-流体相互作用,从而导致地质流体自身和运移经过的围岩矿物发生复杂的化学反应。 

  来自于地下深处的石油和天然气和与其相伴随的油田水在由地下深部向上运移穿过上覆的新近纪红色陆相沉积岩的时候,由于较高的流体压力可以把地层中的细粒胶结物剥离混合,构成特殊的油气水泥地质流体,并相互夹杂携带着一起喷溢出地表,构成泥火山的油气水泥溢出现象。在其过程中,由于特殊的物理化学条件,油气水泥之间也将发生复杂的水岩化学反应,导致物质成分的变化。一方面,这些被携带的细粒泥沙和粘土,甚至包括油气水泥流经的固体围岩发生一系列的还原性蚀变作用,例如前面所提及的矿物成分和元素组成的变化,以及岩石物理性质的变化,由原有的红色转变为黄绿色、灰色,甚至黑色;另一方面,油气水地质流体自身的化学组成和同位素特征也发生了相应的氧化变化,特别是以甲烷等烃类物质为主的天然气被氧化,部分地转变为二氧化碳,然后释放到大气中,其温室效应将比甲烷等烃类物质直接释放降低很多,因为甲烷的温室效应比相同摩尔数的二氧化碳的温室效应高出22–23倍。这些由甲烷等石油烃被氧化后形成的二氧化碳可以溶于泥火山的地下水,形成重碳酸根离子,一旦遇到金属阳离子,就可能与其结合形成次生碳酸盐矿物,并沉淀在泥火山系统的运移通道和围岩以及喷出的泥浆中,从而产生特殊的“固碳”效应,其结果是直接减少了向大气释放的碳源(如图1)。同时,这也是独山子泥火山由新近纪地层中的红色细粒泥沙和粘土伴随油气水被运移到地表后已经成为灰黑色泥浆的根本原因。 

      图1 新疆独山子泥火山系统的有机-无机相互作用及“固碳”过程原理图 

    

  研究成果已经发表在知名地学杂志Acta Geologica Sinica(Xu et al., 2018. Iron Speciation of Mud Breccia from the Dushanzi Mud Volcano in the Xinjiang Uygur Autonomous Region, NW China). 

  原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1755-6724.13723 

 

责任编辑:黄巧