众所周知海水是咸的,湖水是淡的,然而世界上也有很多咸水湖,在中国最著名的咸水湖就是青海湖。地质学家们通过大量的研究发现,湖水的盐度和天然气的生成有很大的关系。
几千万年前,位于我国青海省的柴达木盆地是西北低东南高的地势,沉积中心在西北部。大约三千万年前,柴达木盆地北部的阿尔金山脉隆起抬升,西北部地势变高,沉积中心也由西北部逐渐向东南方向迁移至现今的三湖地区。由于当地气候干旱,降水少,河流注入的水也少,蒸发的水远远高于输入的水,导致沉积中心的湖水盐度逐渐升高。随着盐度逐渐增加,一些嗜盐性生物大量繁殖。物极必反,嗜盐生物对盐度的忍耐程度也有一定范围,过高的盐度就会抑制生物的繁殖,湖水中的生物数量反而不如中等盐度的多。总体上,低盐度时生物数量并不少,但是生物容易腐烂;中等盐度时生物多,生物容易保存下来;高盐度时生物容易保存,但是生物数量少。所以,中等盐度的湖泊富集更多的有机质(图1)。
图1 盐度对有机质富存影响关系模式示意图
这些生物一代代死去,它们的尸骸沉积在了湖底。由于咸水湖中有很多盐分,湖底又缺乏氧气,使生物遗体不会被细菌分解,就好像腌咸鱼一样,可以大量地长期被保存下来。这些生物遗体加上附近河流带来的一些植物枝叶、泥沙不断地堆积加厚,埋藏深度逐渐加大。随着地层温度升高、压力增大,生物体中的脂肪和蛋白质逐渐发生复杂的物理化学反应生成天然气。我们发现在柴达木湖水中沉积下来的一些盐类物质也参与了天然气的生成和转化过程,这些盐类物质在油气生成的不同阶段起到促进或是抑制的作用,其深层次的原因在于是否降低了“活化能”(图2)。所谓活化能就是,可以把反应前后的两种物质看成起点和终点,要到达终点需要翻过一座山,这座山就是活化能了。所以活化能越低到达终点就越快。
图2 原始岩石与加入盐类岩石的生烃特征对比图
根据一些地球化学参数,地质学家们可以判断天然气的母源:陆上植物还是低等水生生物。早期湖水中心在柴西南地区,面积大,低等生物和少量陆生植物(如芦苇)是主要的天然气母源。随着阿尔金山脉抬升,湖水中心向东扩展,面积缩小,在柴西北地区,更多的陆生植物带到湖水中,与低等生物一同作为天然气的母源(图3)。
至此,我们初步揭开了漫长的地质历史中柴达木盆地西部的天然气是如何由湖水中的生物和陆上植物,在盐类物质的参与下,一步一步转化而来的。
项目简介:
国家自然科学基金面上项目“氯化盐浓度对气源岩生成天然气组成的影响(41272159)”由中国石油大学(北京)地球科学学院刘成林教授负责,起止年限为2013年1月-2016年12月。受项目资助,研究团队已发表论文14篇,其中在AAPG Bulletin、Energy & Fuels、Journal of Petroleum Science and Engineering、Journal of Natural Gas Science and Engineering等期刊发表SCI收录文章5篇,在地学前缘、天然气地球科学等期刊发表EI收录文章8篇。资助出版专著1部,参加美国石油地质学家学会(AAPG)年会、美国地质学会(GSA)年会、国际盐湖会议、全国天然气学术年会、全国有机地球化学学术会议等国内外会议十次,其中“咸化湖盆相天然气地球化学特征”获得2014年全国天然气学术年会优秀论文。依托项目培养博士生1名,硕士生10名。