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岩浆热作用下有机质化学成份超前成熟牧场区煤的有机地球化学特征

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第18卷第1期 1989年6月 中国矿业大学学报 0I'o.2 浆热作用下有机质化学成份超前成熟 牧场区煤的有机地球化学特征 许云秋刘金钟徐耀山 摘 要 本文通机地球化学等综合方法(沥青 A 抽提、热解模拟、气相 色谱,扛外光谱 子腼磁共振等)研究了五牧场矿区大磨拐组澡系 中连续变质系列的褐煤——瘦煤。查出煤等有机岩具有Ⅱ型干酪根的富提出在岩浆热力作用下,有机质的化学成分超前于结构成熟,指出本区应注意 油,气的找寻。 一 关键词:岩浆热力作用,超前成熟,富型干酪根 岩浆侵入热的作用,加速了煤等有机岩中有机质的成熟。前人虽对岩浆热变煤的有机 地球化学性质作过一定研究,但系统的综合性研究少见。且前人的研究存在以下局限性: ①研究的煤样是在低煤阶烟煤的基础上,叠加岩浆热作用而变成的中、高变质烟煤,从未 见过褐煤受热直接形成多种烟煤的报导。②所用煤样多是接触变质煤。由于岩浆直接烤 热,有机质发生过剧地调正,挥发份大量逃逸,所以有机地球化学分析数椐往往不能全面 反映煤的灵敏组份—_芳核外官能团的演化特征。③所研究的煤化系列中,煤样采自不同地 区,因此煤的地球化学性质往往受到不同煤盆地的沉积环境和成煤母质不一的影响,而对 比研究中,这种影响无法准确消除。笔者研究的地区,由于地质条件的得天独厚,为研究 煤等有机质的演化提供了优厚的先决条件。 一 地质情况简介 伊敏煤田位于内蒙海拉尔,是一个中生代褐煤盆地。五牧场矿区位于伊敏煤盆地的次 级背斜中 煤系地层为上侏罗统扎赉诺尔群下段大磨拐图河组,厚约400米(图1) 其中有 从褐煤到瘦煤的连续变质序列 我们发现煤系中发育的那套“火山岩 ,实为一套超浅成的 中酸性火山——侵入岩(次火山岩)。通过对该区 次火山岩 、煤系沉积岩和煤层的地质, 地球化学研究,确定本区的煤是在低煤化(褐煤)基础上,叠加了岩浆热的作用而产生诸多种 烟煤。岩浆热主要通过挥发性物质以热液形式传递,未见煤层与岩浆岩直接接触 所研究 的煤样主要采自一个连续的钻孔岩芯(86—8为补足样品的不足,部分褐煤样采自相 维普资讯 (图2) 岩性 岩性岩相 群 组 段 度 及 【m 拄状 含攥特征 扎 墨 四 墨 ;_ 组 段 主要言煤段 赉 一 §量 太 = g 诺 三 磨 段 拐 一 一 雾 盆地边缘为台 田 煤昆.中心为 群 泥岩段 河 段 组 一 段 洪冲积相带 共 安 丁 峙 中酸中基性 火山岩 群 l ● :~F"ou ∞一M\ ’ o 、 1 l\ 一H 孔的编号 \ o 35 H、 2U 一长焰煤 挥发分等值线 卜气蝻}.探绳 一弱牯塘煤 圈1 含煤地层综台柱状图 圈2 煤层V 等值线图及勘探钻孔布置圈(据109队) 二、煤的岩石学及有机地球化学特征 1.煤岩组份殛有机元素组成特征 本区煤中含较多的矿物质,主要为同生粘土矿物,次为热液蚀变产物。 宏观煤岩类型多为亮暗煤和暗亮煤。其中镜质组约70%,丝质组约12%,稳定组约 7%,矿物质约15%左右。低煤阶煤在兰光照射下呈现较强的荧光,可见藻类残体、渗出 沥青体、萜稀体和油滴等(照片1、2)。扫描电镜下可见大量气孔构造,并见凝结沥青体 油滴的堆积(照片3、4)。 照片1基质中的藻类残体、萜稀体和 ’ 分散油滴,透射荧光60× 照片2木质镜煤胞腔中充填的油滴 透射荧光63× 维普资讯 × j}}【片4烟煤气孔中的油滴堆积,扫描电镜I 300× o 雪 j I.j I 0 。 ·。I{ 24 \ I 7 \ 』 謇 } 弓 F 1 2伽 雾 一 / !!! =j j 雾 J 基 基 | ==, 31 舅 \ I 碧 : 400 誉 霉 ] 墓 __ 罔3 86—81孔懈化参数的垂向变化 C 、H 、O 、V 及R。等煤化参数 在剖面上显现两次煤化跃变(表1、图3)。 其中,第一次煤化跃变较明显,约发生在1 45m—l 90。增 加,C 、H 同步增长,O 、V 则下降,剧增鼬々深度>C r、H r、O 普资讯 (即R。的增加迟滞于有机元素的调正) C 、H 、O 元素的调正,主要 为芳核外官能团的绝对数量和相对比例的变化,R。的增长决定于芳核的有序化排列和 缩聚程度的增高 本区煤化过程处于高温 低压的地质条件,有利于官能团的演化,不 利于芳核的缩聚和芳环层间的紧密结合,从而导致R。增加的相对停滞 煤的脱氧过程 较正常变质条件下更为急剧,在93.457.2 增加了20%、H 增加 了13%,O 强烈的脱氧导致煤中联接各芳核的氧桥的不足,造成煤的粘 结性偏低,在煤化系列中缺少肥煤而产生弱粘结煤。 襄l 86品深度 R。 元 蠢i%) V {%) C H 0 (%) . 93 45 0 35 70 03 4 96 22 7【 44 40 】2710 0.39 7l 96 5.23 23 08 134.00 0 43 74 52 5 07 18 70 41 o0 0 o 43 77 05 5 37 0 42 67 35 0 58 80.58 551 12 06 39 32 I 83 50 O 89 85【5 5 56 7.6l 34 7I 0 0+96 86 94 5.6I 6 27 33 60 221.40 0 99 85 88 5 75 6 85 3】04 266. 15 87 20 5 30 58.60 27300 【.2l 87 99 5 30 5 l 3 28【0 302.30 】35 87 8】 5 26 5 35 2542. 344 2O l 38 88 98 5 2【 4.04 24.64 345 80 1.44 88.6【】 4 79 24 30 357.50 1 48 88 84 504 4 96 2347 400 00 l 53 89 43 4 0 4.49 2I 29 40 I 55 89 39 4 96 4】52 458.60 1 60 89 20 4 77 4 3 2l 1· 量l 0 U Z o 0. 图4 8、O/C 投影在V、/C、O/4) 阴影区是Ⅲ型干酪根H/C O/度增加而变化的轨迹(据本区煤的投影点在R。较小时 大都落在阴影区上部,随着R。的增大则 进入阴影区,说明本区低成熟度的煤较之 同煤阶的Ⅲ型干酪根有较强的生烃能力, 反映了成煤母质的富.煤中可溶有机质及饱和烃气相色谱 分析 对部分中变质烟煤及褐煤做了氯仿沥 青 A 抽提及抽提物族组份分离,并对饱和 烃做了气相色谱分析,数据觅表2、表4。 维普资讯 ‘A 丰度殛族组份百分台- 深度 R。 抽提 沥青 可溶物丰度 族组份 (%) 饱和烃 孔号 样号 岩性 时问 A 芳烃 (m) (%) ● (mg/ 饱和烃 劳烃 非烃 沥青质 107 107·20 褐煤 0 35 120 04166 5 2075 17.24 矗034 40.24 .8 107 10755.4 褐煤 048 0.53 6488 14.85 2 35.78 3766 1.27 8I 81—52 183煤 0 89 0.5647 0.13 29.20 5 32 52 0.68 8l 8100 8 烟煤 1 52 0 9l勰 7D2 362 0.26 72 8 泥岩 0.0261 0.2008 18.39 0 39.95 25.86 1.青 A 含量是衡量可溶物丰度的指标。它随着R。的增加呈抛物线状变化,本区煤 在R。=0.89%时即达极大值。R。与正常变质煤相比略低,其原因与富与 R。增加的迟滞性有关。 总烃/沥青 A 随R。的增加而增加,但并非线性关系,在R。1%以后则缓慢增长。反映了有机 质化学成份的演化超前于结构的演化(图5)。 饱和烃/芳烃随R。增加急剧下降,因煤化过程中饱和烃易于从晶核中脱落,芳烃 则相对增高。本区煤的饱/芳高于同等R。的深变质煤(图6,表2),与刘厚仁在内蒙淮 格尔、鄂尔多斯侏罗纪采集的3中多数为气煤以下煤化程度(表 3),饱/芳均20 >875 4 Ⅱ.腐植—_扁泥型 1O—20 25o—875 47 Ⅱ,腐 .腐植 2 5一】0 100 3—3O Ⅲ腐植型 400℃时才产生热解轻烃。 另外,中、低变质煤样的峰、显示母质的多糠性。 让 .一 、、小,一 一 吼 一 维普资讯 ■热解色谱参数 \爹 样\敷 R。% Pr/r/敷 主峰碳 0 .32 0 75 57 I 2.5 1.49 l 80 8I—9 0 37 0 3I 1 20 0.67 I 5_8 0 07 48 1.63 090 1.04 28 14 3.91 0.82 10卜北 0.50 1.52 0 27 8.00 7 17 I 6l 1.50 82 68 3 8 4.3'8 18—2矗 .22 1.51 109— 7 0 96 O 87 0 31 2 86 1.96 1.23 109.03 2,41 0.32 6 37 8 3.29 0.96 81—52 1.29 0 74 0.28 2.92 9l4 .75 8弛 0 62 0..21 I 3 13 73 l6 l 52 0.24 0 62 0.54 28 13 34 38 1 07 8 59 0 20 0 36 0 69 1—31 14 16.6I 0.77 (2)R。增加, 峰中随氧的脱失,杂原子化合物急剧减少,正构烷烃和正构烯烃逐 渐增加,芳烃的相对含量则随R。增大而略减。单环芳烃 双环和十三环芳烃的比值呈 缓波状变化,可知芳烃的聚合与成熟度并非正相关 类异戊阃二烯烷烃和类异戊二烯烯烃 随R。增加而降低,前者降低较小,后者降低较大,在R。>0.5%时仅有痕量。 总括上述,据热解分析所得参数, 达20 59、区煤等有机质母 质近于Ⅱ型干酪根;峰显示了母质的多源性。热解过程中L.明显偏低于 正常变质煤 I—C )。异戊间二烯烷烃和 类异戊间二烯烯烃急剧减少等,都反映了岩浆热对有机质的快速裂解。根据褐煤热模拟温 度和产烃量关系来测定产烃鼍。 根据热模拟研究与可溶有机质抽提物的研究,二者结论是一致的。通过多种方法的系 统研究’达到互相验证的目的。 此外,还通过红外光谱、子顺磁共振等方法进行了研究,结论相同,限 于篇幅,此处从略。 “)样号目】一9(R =7 图l 3 P 峰色谱图抽) 维普资讯 (6、c) 三,结 论 本文采用多种方法综合地研究了煤的变质问题,不仅有效地解决了该区煤的变质成因, 而且揭示了该区有机岩的特征及煤化过程中有机质的演化,得出以下结论: l、岩浆侵人所造成的高温、低压环境,使有机质的核外官能团被迅速激活,引起长 链断开,杂原子团分解以及0、s、c.—出现 …而芳核缩聚到有序排列则相对迟缓,造成了有机质的化学成份超前于结构成熟。 2、由于五牧场区煤为近Ⅱ型干酪根的富以煤系中大量的黑色泥岩、粉砂岩 必为富具有较强的生烃能力,故应注意区内油、气藏的找寻。 3.岩浆侵人,对煤田和油.气田有破坏性的一面,也有有利的一面。当岩浆侵人于 低煤阶盆地,有机质化学成分超前成熟可能导致烟煤的形成和油、气聚集。 我国广布中、新生代褐煤和低煤阶烟煤盆地,大地构造的活动性决定了许多煤田中有 岩浆侵人(经常未暴露),这就启示我们在类似的地质条件下注意找寻烟煤和油、气藏。 工作中得到东蒙公司地质局陈广雅总工、崔汝森处长的支持,得到109队李世峰总 工、张文柱和时崇云工程师等的具体帮助,大庆石油开发研究院地化室韩芳工程师等为样 品化验提供了方便和保证,在此表示感谢。 维普资讯 :89年 参考文献 (1) 乌立言等:《生油岩热解快速定量评价》,科学出版社,1986年。 (2) 第三届全国有机地球化学会议:《有机地球化学论文集》,内部版,1986年。 (3) 科学院地球化 研究所,《有机地球化学》,科学出版社,1982~a [4) 石油工业部勘探培训中心:《石油地质实验新技术》,内部版,1982年。 of et to is by of of ; lt is as in of of 1 he of of by of be in 1 维普资讯
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