泥质沉积物和泥岩中的有机粘土复合体

【摘要】： 本文选取多种泥质沉积物和泥岩，采用不同的处理方法和先进的分析手段，揭示其中有机质的赋存方式及其与蒙皂石、伊利石等粘土矿物的关系，探讨有机质聚集、沉积和保存的规律。 由海洋和湖泊泥质沉积物的分离和测试研究，以及泥岩的显微和热分析可知，在泥岩和泥质沉积物中存在多种类型的有机质，它们以不同的方式结合和聚合，包括存在于粘土矿物层间的有机质(有机粘土复合体)、聚合有机质(无定形物)和生物碎屑有机质三种类型。这三种类型与水体中有机质的存在形式相对应，反映了海洋和湖泊水体、泥质沉积物和泥岩中的有机质在形成、聚集和保存上具有的紧密联系。这对从整体上认识有机质聚集方式、不同类型有机质在成烃过程中的差异和贡献，以及探讨全球或区域碳循环均具有重要的意义。 经分离和显微分析后，水体、泥质沉积物和泥岩中除了生物碎屑有机质外，还有大量的无生物结构以及在泥岩中局部富集和顺层富集的有机质聚合体，是有机质聚集和保存的另一种重要方式。通过H_2O_2处理和显微分析，发现聚合有机质中常与粘土矿物和黄铁矿共生，表明聚合有机质是有机质之间、有机质与粘土矿物或其它无机物质之间相互聚集而成，对粘土矿物和无机物质在有机质聚集和保存中的作用应引起充分地重视。 由激光粒度仪进行的颗粒分级分析及显微分析可以看出，有机质与粘土矿物不论在泥质沉积物，还是在泥岩中都紧密共生，除了生物有机质和聚合有机质外，结合紧密的是大量的可溶有机质，构成了有机粘土复合体。借鉴土壤的分析方法，提出了有机粘土复合度参数，试图对泥质沉积物和泥岩中的有机质和粘土矿物的复合程度进行定量判别研究。初步分析发现，不论在何种泥质沉积物中，特别是在泥岩中有机粘土复合体的复合度均较高，表明有机粘土复合体存在的普遍性，同时也提出了对有机粘土复合度分析方法进一步改进的问题。 泥岩中含有大量的有机质是众所周知的事实，但是，不同的温度条件下进行的XRD和热对比分析发现，粘土矿物的层间由于有机质的进入，其层间距和热特征发生改变，成功地证明了在泥质沉积物和泥岩中的可溶有机质大量地保存于粘土矿物的层间，这对有机质的生烃将产生重大影响。对粘土矿物和不同类型的泥岩的对比分析发现，蒙皂石是层间有机质聚集的主要贡献者，即使在埋藏深度大于2000m的泥岩，其中仍然有粘土矿物层间有机质，证明粘土矿物层间有机质是泥岩和泥质沉积物中有机质的一种重要的存在形式。同时，这也预示着粘土矿物的类型和性质，将决定与有机质结合方式和存在形式，因而，在生产实践和理论研究中应重视粘土矿物在有机质保存和转化中的作用。 对泥岩进行的差热—色谱分析，发现在250℃以前是蒙皂石层间水(伊利石的吸附水)和泥岩中C15的轻组份吸附烃排出期；在350℃至450℃是泥岩中粘土矿物层间有机质的释放期，并且以C15以上的重组份为主，与原油的组份相近，反映了粘土矿物层间对有机质的容纳量很大，因此，应充分重视粘土矿物的演化与有机质的生烃关系；500℃是粘土矿物层间水的第二次排出期，这是由于粘土矿物层间有机质的释放，解放了被束缚的层间水而滞后排出；450℃-550℃及更高的温度是有机质的裂解烃排出期，以C15以下的轻组份为主。由此可以看出，粘土矿物层间不仅仅吸附一些轻组份的有机质，通过形成有机粘土复合体可以容纳大量的重组份有机质，其键合方式与粘土矿物的层间水有着密切的关系，这对探讨烃源岩的排烃特征具有重要的意义。 通过XRD、热分析和差热—色谱分析发现，红色泥岩和浅色泥岩也存在有机粘土复合体，在粘土矿物层间含有C10—C15等较重组份的有机质，这表明在强氧化的条件下粘土矿物也能很好地保护有机质，进一步证明有机粘土复合体对有机质保存的重大意义。 有机粘土复合体在自然界中广泛存在，是有机质形成、聚集和保存的重要方式。有机质与粘土矿物在自然界中常相互依存和共生，探讨二者间的关系，回归地质状态下有机质的基本特征，对研究有机质的生烃和保存，分析碳循环，以及认识古气候环境变化等都具有重要的理论和实际意义，因此，对它的研究应引起更充分的重视。

【学位授予单位】：同济大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：P588.2