从显微煤岩学角度探讨六盘水地区龙潭煤系低煤级煤的生烃状况

1、从显微煤岩学角度探讨六盘水地区龙潭煤系低煤级煤的生烃状况 3刘惠永翁成敏( 能源系 北京 100083)张爱云摘 要 从显微煤岩学角度探讨了贵州六盘水地区晚二叠世龙潭煤系煤的生烃状况 。研究表明 , 树皮体和基质镜质体是研究区煤岩显微组成中主要的两种富氢组分 , “富镜质体 较富树皮体”是主采煤层典型的煤岩组合特征 , 在成烃演化过程中 , 富氢镜质体和树皮体对生烃作出了主要贡献 。渗出沥青体充填于镜质体微裂隙或细小孔洞以及丝质体胞腔中 。这些微裂隙 和胞腔对煤成油的保存 、富集和运移起到关键作用 。显微组分间的这种配置关系为煤成油藏 的形成提供了非常有利的条件 。六盘水地区具有形成煤成油藏的

2、母质条件 , 同时在煤层中具 有较好的保存富集以及运移条件 , 如果存在有利的地质背景与之相配合 , 研究区煤成油藏的 勘探开发工作将具有十分乐观的前景 。关键词 富氢显微组分 煤成油 生烃状况 龙潭煤系 六盘水地区分类号 P6181113 ; P6181130引言六盘水地区位于贵州西部 、云贵高原的东部乌蒙山区 , 地跨水城 、盘县和六枝 3 个特区 。贵州晚二叠世龙潭煤系含煤盆地是我国南方重要的能源开发基地 , 素有 “西南煤都”之称 , 六盘水地区是其重要的组成部分 。近年来 , 六盘水地区龙潭煤系煤成烃资源潜力的研究日益得到重视 , 如 1988 年马兴祥1 在水城地区开展过针对主采煤

3、层的有机岩石学 、煤相及古泥炭沼泽演化等方面的研究 。为了客观地评价六盘水地区煤成烃资源潜力 , 着重于从显微煤岩学角度对龙潭煤系煤的有机质演化以及生烃状况进行探讨 。作者分别在水 城 、盘县和六枝地区进行系统的煤岩样品采集 。样品分为两类 : 全层煤样和分层煤样 。制 备块煤光片 、粉煤光片及煤薄片 , 进行了煤岩显微镜油浸反光 、透光镜鉴 、荧光观察 、镜 质体反射率测定 、显微组分定量等系列煤岩测试鉴定工作 。1煤的演化程度贵州晚二叠世沉积环境总体为近海型含煤岩系2 , 厚 1001 500 m , 一般 300 m 左右 。古地理环境为西高东低 、波状起伏的缓坡地形 。西部主要属滨海

4、三角洲环境 , 东部为宽阔的浅水碳酸盐岩台地 , 沉积相自西向东由陆相 过渡相 海相渐变过渡 。六盘水地 区龙潭煤系沉积相主要为一套以陆源碎屑岩为主的海陆交互相沉积体系 。分别由潮坪 泻收稿日期 : 1997 04 073 国家自然科学基金资助项目 ( 项目号 : 49572130) 的部分成果 。第一作者简介 : 刘惠永 , 男 , 1971 年出生 , 博士研究生 , 煤 、油气地质与勘探专业 。研究区煤的镜质体反射率 ( Ro ,r/ %) 测定结果表明 : 研究区的主采煤层有机质演化已达到成熟阶段 , 并且正在经历生烃的过程 。水城地区的镜质体反射率为 0169 %1102 % ,成熟

5、度较低 ; 盘县土城和六枝地区的镜质体反射率分别为 0174 % 0183 %和 1101 %1110 % , 成熟度中等 ; 盘县响水地区主采煤层煤的镜质体反射率为 1107 %1132 % , 成 熟度较高 。研究区煤的镜质体反射率组成一个变化系列 , 这对研究煤的成烃演化过程是十分有利的 。2 煤的显微组分分类与特征211显微组分分类六盘水地区龙潭煤系显微组分分类方案是作者参照国际硬煤显微组分分类方案 , 同时 根据我国烟煤显微组分分类方案以及本区煤岩显微组分特点进行划分的 , 具体分类方案见表 1 。由表可以看到 , 六盘水地区煤岩组成包括镜质组 、壳质组和惰质组 3 大显微组分 、1

6、4 个显微组分以及 8 个显微亚组分 。其中对煤生烃作出主要贡献的显微组分 ( 富氢显微组分) 是基质镜质体和树皮体 。表 1 龙潭煤系煤岩显微组分分类Ta ble 1Division of macerals of Longtan coal bearing f ormation显微组分组显微组分显微亚组分结构镜质体无结构镜质体基质镜质体 、均质镜质体团块镜质体 ( 胶质镜质体)镜质组镜屑体树皮体孢子体 角质体 、壳屑体 渗出沥青体 ( 树脂体)大孢子体 、小孢子体壳质组丝质体半丝质体 、微粒体 粗粒体 、惰屑体氧化丝质体 、火焚丝质体惰质组注 :括号内为极少见显微组分 。212显微组分特征煤的

7、显微煤岩特征能从微观尺度反映各显微单组分的性状及其演化特征 ,能够反映煤层有机质的生烃变化以及演化历程 。作者主要描述富氢显微组分 ( 基质镜质体和树皮体) 、丝质体以及微粒体的特征 , 因为它们对研究本区煤的生烃状况是十分重要的 。镜下观察表明 : 基质镜质体在油浸反光镜下呈灰色 , 局部较均一 , 常混有粘土矿物质 并胶结着其他显微组分 。镜质体中具有一定数量的微裂隙和细小孔洞 。树皮体在油浸反光及透光下 , 具有较清楚的细胞结构 , 方形细胞呈叠瓦状排列 , 局部 树皮体遭受凝胶化作用较强 , 反射色与基质镜质体较接近 , 但仍可清晰看出其细胞结构(图版 1) , 容易从形态上予以区分

8、。按形态特点树皮体主要分为单层型 、多层型及多层环带型 。树皮体多以面积较大的片状 、长条带状 、透镜状 、团块状 、碎片状产出 (图版2 , 3 , 5) , 有的树皮体较均一地呈薄层状分布于基质镜质体中 , 有的树皮体围绕粗粒 体产出 , 有的树皮体条带为氧化丝质体所环绕包围 。镜下观察到树皮体富集的视域内 , 小 孢子体相对比例也较高 , 表明树皮体与小孢子体具有共生产出的特点 , 这一特征在我国南 方南通 萍乡地区也有所表现 。惰质组以氧化丝质体和火焚丝质体为主 , 其中火焚丝质体胞腔保存完好 ( 图版 4) , 氧化丝质体具有大小不一的细胞腔结构 。半丝质体作为一种过渡组分 , 多以

9、碎片状产 出 , 反光强度低于丝质体 。微粒体呈分散或聚集状分布在基质镜质体中 。微粒体是煤化作 用过程中 , 富氢组分热演化而产生的次生显微组分3 , 具有一定的活性 , 按其光性特征 划归惰质组 。微粒体的存在是液态烃类形成的重要证据 。3富氢显微组分的荧光特征及意义作者在对研究区煤岩样品普遍观测的同时 , 重点研究了富氢显微组分的荧光特征 。所采用的荧光观察条件为 : 蓝光激发 、干物镜 , 40 、照相目镜 , 313 、中间镜筒系数 , (1125 0125) 。观察表明 : 树皮体 、角质体 、小孢子体以及渗出沥青体均有较强的荧光显示 , 荧光色 从绿色 黄色 橙黄色变化 , 基质

10、镜质体显示弱荧光 。树皮体的不同分层具有差异性的荧光 ( 图版 6) , 有的学者称为荧光分馏现象4 。其特征为内部荧光强 , 呈黄色 ; 外部荧光弱 , 呈橙黄色 , 有的荧光性更弱 。其原因既与植物原始母质有关 , 又与受到不同的凝胶化作用的影响有关 , 也与后期的成烃演化经历有着 必然的联系 。这种荧光分级现象说明树皮体曾经历了成烃过程并达到一定的程度 , 在此过程中 , 生物地球化学作用及热解成烃作用起了关键作用 。基质镜质体显示暗褐色 、棕褐色荧光 , 当混有矿物质时荧光强度减弱 , 反映出基质镜 质体的富氢特点 。有的基质镜质体荧光很强 , 有的均质镜质体荧光强于基质镜质体 。基质

11、 镜质体的荧光特征与其富氢特点有关 。研究区煤层有机质演化程度正值成熟阶段 , 处于煤成烃的最佳时期 , 基质镜质体富氢除吸附了自身在热演化过程中产出的烃类外 , 还与烃类 浸染作用及自身的多孔性吸附了树皮体产出的可溶有机质有关 , 这可能是本区基质镜质体 富氢的主要原因 。富氢镜质体作为重要的生油母质已受到越来越多学者的重视5 , 研究 区煤中基质镜质体的荧光特征对其煤成烃的研究具有重要的意义 。小孢子体荧光为浅黄 色 , 不同个体的荧光强度具有差异性 。角质体多为薄壁角质体 , 具有浅黄色荧光 。渗出沥青体是研究区煤中又一种十分重要的次生显微组分 。其重要意义在于 , 它是研 究区煤的有机

12、质进入成熟阶段和液态石油形成的证据 。荧光镜下观察到渗出沥青体显示橙 黄色荧光并具有两种存在形式 , 一种是以充填镜质体微裂隙或细小孔洞形式产出 ( 图版 7) , 另一种是作为丝质体胞腔充填物出现 (图版 8) , 两种存在形式均表明渗出沥 青体经历了一定的初次运移过程 , 另一方面也证明了煤中微裂隙或细小孔洞以及丝质体胞 腔可以作为煤成液态烃类的储集场所和运移通道 , 煤成液态烃类通过这些通道可以在烃类自身饱和压力和外部应力驱动下排出 。张爱云等 1 南通 萍乡晚二叠世龙潭煤系有机质聚集与烃源岩潜力 1 “八五”科研成果 , 1994 。4显微组分组合类型在上述工作的基础上 , 作者进行了

13、显微组分的定量工作 , 定量结果对评价研究区煤岩显微单组分的生烃演化和生烃贡献是十分重要的 。显微组分定量结果见表 2 。由表看出 ,在研究区显微煤岩组成中 , 镜质组含量占 42166 %77141 % , 其中基质镜质体占绝对优 势 ; 壳质组含量占 0125 %23119 % , 其中树皮体占绝对优势 ; 惰质组含量占 16135 %36103 % , 其中丝质体为主要组分 。表 2 龙潭煤系显微组分定量结果Ta ble 2Results of macerals counting of Longtan coal bearing f ormation样 品 号V / %I / %E/ %M

14、 / %12123451231212345678910111213141531447143913361376102817745195451513313344158531245013551110661566113659145591117019061105641205112022111171961814018161271781010017187211342217221105281342110522111171281412201988167216711421116710211231186614051423147315131131159115901972163112411012147110901491

15、186110711180146219819141810518113151804163101353113212311366104214321792143012581090198211721130194214601251155113311650193217031412167213601693151910911911159518511210162614991384160115511601142019321632193012411751411119161591195014011862123219601883182314121141121115511422147615601961136113641050

16、1780161013921640161012521190174016691630188注 : V : 11 均质镜质体 ; 21 基质镜质体 。 I : 11 丝质体 ; 21 半丝质体 ; 31 微粒体 ; 41 粗粒体 ; 51 惰屑体 。 E :11 树皮体 ; 21 角质体 ; 31 孢子体 。 M : 11 粘土矿物 ; 21 黄铁矿 、菱铁矿 、石英等 。为了更清楚地了解本区煤的显微组分的组成状况 , 作者根据镜质组与树皮体含量将龙潭煤系 煤 分 为 4 类 : 富 镜 质 体 含 树 皮 体 煤 ( 镜 质 体 含 量 大 于 40 % , 树 皮 体 含 量 小 于15 %)

17、、富镜质体较富树皮体煤 (镜质体含量大于 40 % , 树皮体含量为 15 %25 %) 、富 镜质体富树皮体煤 (镜质体含量大于 40 % , 树皮体含量为 25 %40 %) 及树皮煤 ( 镜质体含量小于 40 % , 树皮体含量大于 40 %) 。“富镜质体 较富树皮体”是六盘水主采煤层煤的典型显微组合特征 。更有意义的是 , 具有这种组合特征的煤中同时含有较多的显示胞腔结构的丝质体 , 正是这些胞腔成为煤成液态烃类的储集场所和运移通道之一 。 上述研究表明 : 研究区有机质热演化正处于成熟阶段 , 恰是煤成油形成的最佳时期 ,一方面以富氢组分为主的典型组合决定了大量液态烃类的形成 ;

18、另一方面 , 镜质体的微裂 隙和细小孔洞除吸附自身产生的烃类外 , 也吸附大量由树皮体产生并运移出来的烃类 。丝质体的胞腔对液态烃类的保存和运移起着重要作用 。无疑 , “富镜质体 较富树皮体”的组合特征很好地说明了六盘水地区煤岩显微组合对煤成液态烃类的贡献以及对液态烃类的运移和保存所起的关键作用 。5煤成液态烃的储积和初次运移探讨研究区低煤级煤中富氢显微组分普遍存在 。其中富氢镜质体平均含量为 49 % , 树皮体平均含量为 16 % , 富氢显微组分组成了煤成液态烃类主要的贡献组分 。煤具有较强的脆性 , 易产生微裂隙 。当煤变质处于镜质体反射率 Ro 018 %阶段时 ,随着煤中孔隙度的

19、降低 ( 6 %) , 煤中微裂隙作为煤成烃类初次运移主要通道的地位显得更为突出和重要6 。该区煤中基质镜质体和均质镜质体具有较丰富的微裂隙和细小孔洞 。煤中树皮体及与其共生产出的小孢子体往往富集成微层状 , 展布于基质镜质体 “基质”中 。随煤级的跃升 , 煤成熟度增加 , 微裂隙更加发育 , 同时煤成油的大量产生造成煤体内部烃类饱和压力的增高 , 进一步形成了次生的微裂隙与孔洞 , 并促使各级别以及各显微组 分间的微裂隙相互连通 。主要表现为显微组分内部微裂隙的增多以及组分间裂隙连通性能 的增强 。这些因素创造出煤成液态烃类初次运移的良好条件 。研究区煤中煤成液态烃主要储积在镜质体微裂隙或

20、细小孔洞以及丝质体胞腔中 , 具有 较好的储积条件 ; 煤所处的特殊变质阶段决定了煤中微裂隙成为组分间液态烃类初次运移 的主要通道 ; 丝质体胞腔不仅作为煤成液态烃类的储积场所 , 也作为另一种形式的运移通 道 。上述因素说明研究区煤成油具有良好的生成 、储积和初次运移条件 , 这也是有必要对 该区煤成烃类资源进一步深入研究的重要意义之所在 。6结论与认识(1) 煤的镜质体反射率测定结果表明 : 六盘水地区主采煤层的有机质演化已达到成熟阶段 , 并且正经历着重要的生烃过程 。(2) 基质镜质体的荧光特征表明了基质镜质体的富氢特点 ; 树皮体的荧光分馏现象证 实树皮体经历了生烃过程并达到一定的热

21、演化程度 ; 渗出沥青体和微粒体的出现也是液态 烃类生成的有力证据 。(3) 渗出沥青体具有两种存在形式 , 一种是以充填镜质体微裂隙或细小孔洞形式产 出 ; 另一种是作为丝质体胞腔充填物出现 , 表明液态烃类曾经历过初次运移过程 。这一特征是有机质进入成熟阶段和煤成油形成的重要标志 。(4) 依据研究区煤岩显微组分的组成和性质 , “富镜质体 较富树皮体”是研究区主采煤层典型的煤岩组合特征 。在成烃演化历程中 , 富氢镜质体和树皮体对生烃作出重要的贡献 ; 煤所处的特殊变质阶段决定了煤中微裂隙成为显微组分间液态烃类初次运移的主要通 道 , 镜质体的微裂隙或细小孔洞以及丝质体的胞腔则对煤成油的

22、保存 、富集和运移起了关 键作用 。组分间的这种配置关系为煤成油藏的形成提供了非常有利的条件 。(5) 六盘水地区具有煤成油藏形成的母质条件 , 同时在煤层中具有较好的保存富集以 及运移条件 。如果存在有利的地质背景与之相配合 , 研究区煤成油藏的勘探开发工作将具 有十分乐观的前景 。马兴祥 1 贵州水城晚二叠世主煤层 ( C605 、C409) 的岩石学研究与煤相及古泥炭沼泽的演化 : 博士学位论文 1北京 : 中国矿业大学 , 1988向英富 , 陈宗富 1 贵州晚二叠世沉积相及其演变规律探讨 1 贵州地质 , 1989 , 6 ( 3) : 191201斯塔赫 E1 斯塔赫煤岩学教程 1

23、 杨起译 1 北京 : 煤炭工业出版社 , 1990吴俊 1 我国南方龙潭煤系镜亮煤 、藻烛煤 、树皮煤成烃规律研究 1 中国煤田地质 11993 , 5 ( 2) : 2333 王飞宇 1 煤与陆源有机质生油岩有机岩石学特点及评价 1 石油勘探与开发 11994 , 21 ( 4) : 3035 黄第藩 , 华阿新 , 王铁冠等 1 煤成油地球化学新进展 1 北京 : 石油工业出版社 , 1992123456LOW2RA NK COAL HYD ROCA RBO N GENERATI NG STATEOF LO GNTA N COAL BEA RI NG FO RMATIO N I N L

24、I UPA NS HUI A REA OF GUIZ HO U P RO VI NCELiu Huiyo ngWo ng ChengminZhang Aiyun( Chi na U ni versi t y of Geosciences , Bei ji n g , 100083)AbstractLiupanshui area is an impo rtant energy base in So ut h China . The aut ho rs mainly discusst he coal hydrocarbo n generating state of Lo ngtan coal be

25、aring fo r matio n t hro ugh microlit holo2 gy. Based o n kinds of related f acto rs , following co nclusio ns are made : bar kinite and esmocolli2 nite are t wo impo rtant kinds of hydrocarbo n2rich macerals , and t he special microlit hot ype gro upof main coal bed is “vit rinite richest2bar kinite richer”. They pay mo re co nt ributio n to t he hy2drocarbo n2generating p rocess. Bit uminite exist s as t he microf ract ure2filling , micro2hole2filling and f usinite2cell2cavit y2filling. This special kind o