Svalbard 群岛以北巴伦支海的 近地表沉积与油气生成

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1、引言和地质背景

北极地区是主要的油气勘探前沿地区之一。欧洲在北极地区的油气勘探大部分集中在南巴伦支海,而人们对斯瓦尔巴群岛(Svalbard archipelago)以北的挪威大陆架和大陆坡了解较少,斯瓦尔巴群岛以西是叶尔马克高原(Yermak Plateau),以北和以东是南森盆地(Nansen Basin)(图1)。尚不清楚该地区是否存在比新生代更老的沉积岩。有些人认为斯瓦尔巴以北缺失了下第三系和中生代沉积层,其他人认为该地区存在这些岩层,只不过被深水盆地的新第三纪沉积物所覆盖。该区域的叶尔马克高原应该具备晚侏罗世和下第三系(海相)烃源岩,虽然目前仅仅是推测。大套的第四纪和新生代沉积组合出现在斯瓦尔巴特群岛以北,大部分来自剥蚀运移:①早新生代该地区局部隆起,②随后冰河侵蚀和来自南部的大量沉积物重新再分布。这些沉积物中是否含有效烃源岩仍不确定。然而,根据估算厚度和潜在下覆中生代沉积层序推断,深层富含总有机碳的岩石生烃是有可能的。此外,如果下覆基底含拉伸型大陆地壳,斯瓦尔巴群岛和叶尔马克高原之间可能保留了古生代沉积物。但是,这些沉积物的准确厚度和组成仍不清楚。迄今为止,还没从钻井岩心样品中获取巴伦支海以北区域及南森盆地的地层深部岩性、沉积物厚度和组成。因此,勘探潜在油气藏必须采用间接方法,这些方法包括地球物理勘探、近地表地球化学勘探以及海底沉积物内运移烃类的检测和分析。

图1 地理位置示意图及采样点

2、海洋沉积物中的吸附(束缚)气

在近海区域,油气勘探涉及检测和分析,它们从近地表以宏观渗流方式运移过来的原油和天然气,近地表海底沉积物中烃类的地球化学分析可以指示最近的(主动或被动)或过去的(微观)渗流现象。海底沉积物样品通常通过重力取心获取。它们可能含有已发生运移的烃类,烃类形式包括:①孔隙空间中的自由气态烃类,②溶于孔隙水中的烃类,③通过吸附或附着的方式“束缚”到矿物基质或有机物的烃类,例如碳酸盐岩中的流体包裹体,④可以从沉积有机物中萃取的高分子量烃类。自由气和溶解气通常用顶空分析法研究,而“吸附”或“束缚”(下文这两个术语为同义词)烃类气体可以通过机械搅拌或研磨以及酸处理的方式从沉积物中释放出来。自由气、溶解气和吸附气大多由轻烃(C1-C7)组成,但也包含稳定气体,例如:CO2、N2 及少量惰性气体。然而,沉积物吸附甲烷和更高级烃类的详细机理,人们仍未完全弄清,尚有争议。分子可以通过吸附作用(吸附或吸收)束缚在有机物或矿物质颗粒孔隙的表面。吸附能力与微孔体积和比表面积成正比,在有机质中的吸附能力比在无机物(如黏土矿物或碳酸盐)上的吸附能力更强。

3、结果与讨论

在欣洛彭海峡边缘海床和相邻南森盆地南部、斯瓦尔巴特群岛东以北和叶尔马克高原东部边缘(图1)进行重力取心,并对岩心取样品进行全岩、天然气和孔隙水地球化学分析。由于吸附气的分析需要大量的沉积物,针对相邻吸附气采样深度的样品进行体积和孔隙水分析。

接下来分析研究区最近的渗流活动、全岩地球化学分析和吸附气地球化学分析、可萃取烃类、吸附气和可萃取烃类的来源——古渗流,冰川和冰川消退的外来输入或其他来源进行讨论。

4、结论

本文研究了叶尔马克高原东部、欣洛彭海峡斜坡和南森盆地中的吸附气和样品中沉积物萃取烃类的成分和同位素标志。南森盆地(>600 ppb 湿沉积物)南部样品中的吸附气浓度偏高,其丰度最高。孔隙水的甲烷浓度非常低,未发现主动渗流的标志。潜在烃源岩的成熟度低可解释吸附气(甲烷到丙烷)的同位素特征。然而,叶尔马克高原东部、欣洛彭海峡和南森盆地南部之间存在差异,后两者的镜质体反射率约0.6%,叶尔马克高原东部的成熟度稍高(镜质体反射率0.8%~0.9%)。C1 / C2+比和甲烷同位素组成较高暗示叶尔马克高原东部存在大量II 型与少量III 型烃源岩混合的迹象,而对于欣洛彭海峡沉积物和南森盆地的吸附气,显示存在II 型烃源岩。两份挑选出来的样品还研究了可萃取有机物。叶尔马克高原和南森盆地南部的样品含有高分子量的烃类和长链正构烷烃(正构脂肪醇和固醇类),说明是未成熟的陆生植物来源。吸附气和可萃取有机物的分析以及一维建模结果有两个合理解释:①天然气(也可能含有更高级的烃类)来源于从深层烃源岩中运移上来的烃类,大部分可萃取有机物为冰体搬运,来源是斯瓦尔巴特群
岛。②烃类气体和可萃取有机物均为外来物源。目前更倾向于第一种解释,因为一维建模显示生油过程有可能发生在南森盆地和叶尔马克高原东部。观察认为,总有机碳的丰度和吸附气并没有相关性,岩石的热分解数据也表明最新沉积物中的大量有机质比已知烃源岩的成熟度更低,斯瓦尔巴特群岛的煤层也支持上述假设。因此,源自II 型海相烃源岩的古流体向上流动是叶尔马克高原东部和欣洛彭海峡
特别是相邻的南森盆地南部吸附气的最合理解释。

 

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