传播石油知识,弘扬石油精神

古环境变迁留给人类的宝贵财富——钾盐

原创
油气 钾盐
石油知识

世界各地开采的钾盐矿大多用来生产农业所需的化肥。在化工产品中,钾盐是十分重要的原料,人类对钾盐的重视程度不断提高——因为它和油气也有着密切的关系。

宝贵的财富

众所周知,钾盐在农业生产中有着举足轻重的作用,它能使农作物根系发育、枝杆粗壮、增加分蘖,促进蛋白质和淀粉的合成,增加农作物抗病、抗旱、抗寒的能力,大大提高农产品的产量与质量。

中国要用只占世界7%的耕地养活占世界20%的人口,因此,提高单产是我国农业的根本出路,而做到这一点的关键是科学种田、科学用肥,确保氮、磷、钾的合理比例。据联合国有关统计,至20世纪90年代初,世界各国使用氮、磷、钾的平均比例为100∶59∶ 49,其中发达国家为100∶68∶64。我国至20世纪90年代中期,生产的化肥中,氮、磷、钾的比例为100∶15∶0.2。比例严重失调,导致我国农业生产出现明显的“报酬递减”现象,化肥增产效益显著下降,调整化肥比例已成为燃眉之急。进入21世纪,随着国内大量钾盐矿的发现,以及国际合作开发利用的展开,这种矛盾得到了一些缓解。

钾盐除了用作化肥之外,还是重要的化工原料。氯化钾经过加工后,钾制品达—百余种。主要产物有碘化钾、溴化钾、氰化钾、硝酸钾、氯酸钾、高锰酸钾、氢氧化钾等,分别可用于火柴、焰火、黑色炸药、玻璃、陶瓷、印染、制革、电池、制皂、农药、医药等工业,也可用于航空汽油、钢铁和铝合金的热处理,钾盐在工农业生产和科学研究中的应用越来越广泛。

古环境变迁的产物

纵观我国及世界各地的大中型钾盐矿无一不是大自然变迁的产物。

在我国华北地区,从距今约2.3亿年前的三叠纪开始,海水就逐渐退出了,但在局部地区还残留有小片的海域,或者留与海洋相连的通道,一旦全球海平面上升,海水就有可能“倒灌”回一些低洼地区。在山东省泰安县大汶口西部,距今约5800-3700万年前曾发生了几次海水泛滥,海水沿江湾、河谷及古地形低洼处倒灌,并沿通道进入部分湖泊,改变了湖水性质,由淡水变成了半咸水、咸水。许多淡水生物被适应海水的生物取代,留下了“海侵”的证据。后来,气候变得越来越炎热干燥,湖水被蒸发,在湖底沉积了石膏、钙、硝、石盐和钾盐。之后,气候再次变得潮湿,雨量丰沛,湖水和河水带来的泥沙逐渐填平了这一带,把钾盐等深深地埋入了地下。

1980年7月,在大汶口盆地1086米深处钻到了1.18公尺厚的钾盐层,确认钾盐远景储量944万吨。这一小型钾盐矿的成功勘探,使地质矿产专家认识到在我国东部辽阔的陆相沉积环境中,盐类物质来源有限,不可能发现大型钾矿;曾遭受海水灌溉且大面积覆盖的地区,盐类物质来源丰富,有可能找到大型钾矿;没有发生大范围海侵,但有古海水通道的地区也有可能找到钾盐矿。

我国东部有中新代发育的数百个沉积盆地,海水只曾达到过24个盆地,地质学家们“跟踪追击”,在其中的十个盆地找到了钾盐矿,包括山东东营、汶口,江苏丰县盆地、洪泽盆地,湖北的江汉盆地等。可惜的是,由于海水到达的时间短、范围小,在我国东部仅找到了小型钾矿。

在我国西部,罗布泊盆地位于塔里木盆地的东端,是那里最低洼的部分,历史上曾经是一个鸟飞不过、波涛浩渺的大湖。由孔雀河、塔里木河注入的水有进无出,成为当地钾盐类物质的沉聚中心。

在自然环境变迁与人为破坏双重因素的影响下,罗布泊湖区年蒸发量达到了降雨量的300倍之多,使得那里成为极端的干旱气候,强烈的蒸发环境,加之地表浅层水体和潜水中的钾盐类物质受蒸发-吸收作用而被积聚于地表,日积月累就在这个位于亚洲腹地、距海洋遥远的盆地形成了一个巨大的钾盐库。

在我国西北地区内陆盆地柴达木也形成了一个极为罕见的巨大“盐库”,初步查明,那里的岩盐储量为600多亿吨,占已探明的全国盐储量一半之多,现已建成年产近100万吨的钾肥厂。从地质学角度讲,柴达木盆地是一个海相残余弧后盆地,是一个继承性的干旱区域,那里的盐类物质主要来自地层深处,是由蒸发作用被吸上来的。古湖泊也是一种大型钾盐矿形成的“摇篮”。

在加拿大的萨斯卡彻温省南部,发育了世界级的特大钾盐矿,在距今3.2亿年前的泥盆纪,那一带是广阔海洋,经历了几千万年的海水沉淀后,形成了巨厚的钾盐层,海水退去给人类留下了宝贵的财富。当地的钾肥远销世界各地,我国也曾大量进口。

神奇的油盐共生

沉积盆地中盐体积含量超过沉积体积的10%可称为含盐盆地。地球上含油气盆地和具远景的含油气盆地有近200个,在120余个盆地内发现了工业性油气田,其中58%的油气田与含盐的地层有关。这些含盐盆地控制的已探明石油储量和天然气储量分别为全球的89%和80%,含盐盆地中发现的油气储量占有绝对优势。含盐盆地研究是目前世界含油气盆地研究的热点之一,与盐构造相关的油气藏将是今后极为重要的油气储量增长点。

我国在塔里木、渤海湾、江汉、四川等地区的勘探也发现了与钾盐、磷酸盐岩有关的油气聚集。从盆地性质来看,盐构造主要发育在克拉通、裂谷和前陆三类盆地中,同时盐层对油气成藏要素具有控制作用。

在蒸发盐形成之前,水体盐度升高初期,生物种类虽然较少,但单个物种的产率急剧增加,有机物质大量生成。高盐度水体容易形成还原环境,有机质易于保存,形成厚度较大的优质烃源岩。在蒸发岩形成初期,由于水体盐度增加或不同盐度水体的混合,底部水体近于停滞,因此造成湖底还原环境,易于保存有机质。与其他类型的烃源岩相比,含盐的沉积层内有机碳含量比较可观,可作为生油岩。含盐盆地发育前期多为裂陷和大型凹陷,具备广泛发育生油岩的沉积条件,因此,其油气源岩多数较丰富,为油气成藏提供了充足的物质基础。

由于盐层的封闭性好、突破压力高,而且膏盐层埋藏达到一定深度脱出近一半体积的结晶水转化成硬石膏,这些水进入相邻的地层孔隙中,使其相邻地层压力异常,形成油气的超压封闭层。滨里海盆地盐下大型油气田具有异常高压特征,说明深部储层的含油性往往与异常高压带的存在有密切关系,而异常高压的形成与盆地内区域性厚盐层的封闭作用有直接关系。盐下的超高压也可以产生超压裂缝,使得储层孔隙度大大增高。如我国渤海湾盆地膏盐区发育异常高压,渤南洼陷异常压力与膏盐层的分布关系明显。

在各种地质作用下,盐层的运动会引起盆地和盆地内沉积地貌的变化,继而在特殊的沉积类型中产生复杂的垂向层序。同时在埋藏条件下,大规模的盐岩溶解会产生上覆地层的崩塌和沉陷,从而在盐丘之间产生一些构造和岩性圈闭,形成油气藏。

含盐盆地最主要的盖层为盐岩地层,其次为黏土岩。对全球大型油气田(藏)盖层岩性的统计表明,常规油气资源的直接盖层主要有泥页岩和盐(膏)岩两种类型。虽然泥页岩盖层分布最广,比例最大(占80%以上),但泥页岩所封盖的石油储量仅占全球石油储量的22%;而分布面积仅占8%的盐(膏)盖层,却封盖了全球总油气储量的55%。

统计中国13个主要含气盆地,其中4个盆地发育膏盐岩,勘探发现气田165个,占全国气田总数的40%,探明气层气储量15718.6亿立方米,占全国气层气总储量的36%。盐岩是最好的油气藏区域盖层,含盐盆地盐下易于形成大型、特大型油气田。与泥质岩类、碳酸盐岩类盖层相比,盐膏层具有良好的封闭性能。我国塔里木盆地克拉2井的库姆格列木群含膏盐泥岩就是非常优质的区域盖层。在滨里海和阿姆河等盆地,盐直接覆盖礁体和碳酸盐岩储层,形成巨型油气田。勘探滨里海盆地周边的油气资源主要分布在盐下层系,发现了多个大型或者巨型油气田,如田吉兹、卡拉恰甘纳克、阿斯特拉罕、肯基亚克等油气田。

由于盐体的运动,促进了油气的二次运移成藏。含盐盆地的输导体系具有特殊性,除常见的断裂、储层、不整合等运移通道外,根据实验模拟结果,盐运动本身可形成新的特殊输导体系,含盐盆地的油气储量主要集中在盐下。

许多含盐盆地中都形成了大型或特大型油气田,如美国墨西哥湾70%以上的油气都产于盐构造相关圈闭中,我国境内的渤海湾、塔里木、四川、江汉等油田也都发现了与盐构造相关的含油气圈闭。从含盐盆地目前已发现油气田的成藏模式来看,在成藏要素和成藏机理等方面都有一定的差别,但均与盐层有密切关系。

根据全球范围内的油气发现,含盐盆地油气分布特征鲜明:盐下多发育生油岩,易形成巨型油气藏,且以岩性地层油气藏为主,如滨里海盆地,盐下发现卡拉恰甘纳克、田吉兹、卡沙甘、肯基亚克、阿斯特拉罕等巨型盐下礁体油田,盐下油藏数量只占10%,但储量占90%。来自盐上油源的油气藏受控于盐上输导体系。盐上油气主要聚集于盐伴生圈闭。

我国塔里木盆地的库车含盐盆地北部山前地带,盐层不是很发育,构造活动强烈,在盐下常形成叠瓦状冲断带,断层往往断穿盐层,甚至到达地表,这样油气很难保存。克拉苏构造带膏盐层发育,未被断层断块,因此,该区油气前景较好。在南部,由于远离天山的构造挤压,加上盐层广泛分布,所以有利于油气的聚集和保存。

随着技术手段的进步,沉积盆地内油-盐共生的奥秘正在逐步解开,含盐盆地油气地质与成藏系统研究必将向微观化、数字化和动态化发展,同时,一些传统的技术方法也将发挥新的作用,人类将在地球上找到更多的油气资源。

作者:王大锐

评论
无限探索者
少师级
随着技术手段的进步,沉积盆地内油-盐共生的奥秘正在逐步解开,人类将在地球上找到更多的资源。
2022-08-05
坦 荡 荡
贡士级
地球为人类提供了宝贵的资源,人类应该保护赖以生存的地球。
2022-08-05
华科普
太傅级
纵观我国及世界各地的大中型钾盐矿无一不是大自然变迁的产物:古环境变迁留给人类的宝贵财富,人类要珍惜并好好利用!
2022-08-05