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沿着玄武岩找油(访李扬鉴高级工程师)  

2014-01-17 09:11:59|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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沿着玄武岩找油

——访李扬鉴高级工程师

李扬鉴,1934年出生于广东揭西,1955年毕业于东北工学院(今东北大学)。化工部化学矿产地质研究院教授级高级工程师,政府特殊津贴获得者,长期从事地质构造研究。先后在国内外学术刊物、学术会议公开发表了《若干构造地质理论问题的新认识》、《中国东部中、新生代断陷盆地成因机制新模式》、《论纵弯褶曲构造应力场及其断裂系统的分布》等多篇论文,并著有《大陆层控构造导论》一书,创立了大陆层控构造学说,解决了板块构造学说无法解决的大陆地质问题。曾获化工部科技进步奖一、二、三等奖各一项。

 

本刊记者(以下简称“记”):您对石油成因的争论如何看?

李扬鉴先生(以下简称“李”):石油有机说、无机说争论了一百多年,虽然观点不同,但是他们双方都各有长短。我认为石油的成因是多元的。在地质学的早期阶段,存在各种各样的学说,虽然每种学说都有它的学术根据,但也有它的局限性和片面性,争论到最后大家走到了一起,都是一家人。比如说,最早的火成论和水成论、灾变论和均变论,等等。所以,有机说、无机说双方争论了那么多年,都有些固执己见。

我们再讲具体一点。比如说,有机说认为油气都是由干酪根有机质演变而来的。但是现在根据地球化学的研究,有机说有很多致命的弱点,无机说就抓住这些东西攻击它。它主要有下列三大弱点:

第一,干酪根里面的氢很稀少,而烃类的主要成分是氢,严重缺氢的干酪根演变成氢含量非常丰富的烃,氢从何而来?

第二,就是温度。实验室里一般温度在240摄氏度以上的条件下,才能让烃源岩中的干酪根裂解出烃类物质来。而实际上,盆地中埋藏于地下的烃源岩地温一般只有几十百把摄氏度,相差很多,那么使干酪根演变成烃所需的热能又从哪里来?有机说为了自圆其说,又搞了个时间补偿理论,用长时间来补偿温度的不足。结果无机说又提出,打个比方,鸡蛋在100摄氏度能够煮熟,但把它放到20摄氏度的环境里1000年也没法熟。

第三,有机质加氢合成烃的实验表明,在反应过程中除了需要较高的温度和较强的压力之外,还得有铁族元素的催化,但是这些元素是沉积岩里所缺少的。在新疆原油中有33种元素,超过中国岩石圈陆壳平均含量1~3个数量级,含有18种生物中未发现的元素,也有较丰富的热液成矿的亲铁元素铁、钴、镍、锰,这些元素从哪里来?

记:有机说者是如何反驳的呢?

李:有机说呢也有反驳的理由,说你们主张无机说,既然是无机油气应该到处都有,干嘛还要到盆地来?盆地是沉积环境,就说明油气跟沉积是有密切关系的,沉积物里就有很多有机质。这样一来无机说者有点难回答。实际上,两者之间恰恰在这里找到了共同点,因为谁都离不开构造的控制。

我是搞构造的,杜乐天先生是搞地球化学的,根据他的研究,这些来自软流层的地幔流体里头有氢、碱金属、碳、氧、氮、硫和各种金属元素,而且是高温的,包括玄武质岩浆。当这些东西上涌到中地壳塑性层时,由于该层的温度、压力与实验室中的条件大体相当,所以它们可以在其中进行费-托合成反应,形成烃类。实际上,油田里头也不断有这种无机的天然气发现。现在天然气的无机证据是越来越多了,也得到了大家的承认。后来有机说者就退了一步,说无机成因油气是有的,但不是主要的。

在这个问题上,我把杜乐天先生的地幔流体的研究成果和目前已知的地质事实结合在一起,再用我的大陆层控构造理论将他们统一起来。因为不管是有机还是无机,都跟地幔流体有关,都受一定的地质构造控制。把这些问题说清楚,对油气资源的预测会有重大的意义。

记:杜乐天教授提出了碱性的地幔汁,那玄武质岩浆跟碱性地幔汁是不是一个东西呢?

李:它们都包含在地幔流体里。比如说我们单位搞的钾盐,这是典型的沉积矿产,但是它离开深部地幔流体成矿物质的供应,根本就形成不了。说来说去,不管是油气也好还是其他矿产也好,即使是典型的沉积矿产,它们一般都离不开深部物质和热能的供应,离不开来自深部地幔流体的作用。

记:就是杜教授所说的“热液成矿”?

李:对。对原来搞矿产的学者来说,热液这种观点好接受,把这个问题抓住了以后,许多问题都可以迎刃而解。回过头来还要谈,地幔流体是怎么分布的?它是怎么上来的?实际上,地幔流体赋存于软流层中,至于它是怎么上来的,则不同的构造有不同的控制方式。就拿当今中国东部控制含油气盆地的上地壳正断层来说吧。这些控制来自软流层的玄武质岩浆活动的上地壳正断层,至今仍然被人误认为是切穿岩石圈的深大断裂。然而地球物理测深资料表明,这些断裂一般都终止于中地壳塑性层。

记:这些只下切到中地壳塑性层的上地壳正断层及其断陷盆地,怎么会引起深部软流层中的玄武质岩浆喷溢呢?

李:这里有个演化过程。位于中地壳塑性层之上的上地壳正断层上盘,在自身重力作用下的受力状态,类似于以下伏中地壳塑性层为弹性基础、以断层面为自由端的弹性基础悬臂梁。该盘在梁的强大弯矩和剪切力作用下,趋向断层面沉降幅度变大,盆地呈箕状产出,进行楔状沉积,盆地处于断陷阶段。箕状盆地沉降幅度往往达数千米。断陷盆地基底在沉降过程中,势必要排走下伏中地壳塑性层物质。其中部分熔融物质在上地壳压力作用下,沿上地壳正断层上侵和喷溢,成为中酸性侵入岩火山岩,其他的则随中地壳塑性层其他物质,侧迁到毗邻的重力作用较弱的下盘,促使该盘上地壳向上掀斜成断隆山,造成断隆山与断陷盆地如影随形,两者组成了盆-山系。断隆山的中地壳塑性层增厚,重力作用加强,阻慢了中地壳塑性层物质侧迁,降低了断陷盆地沉降速率。这时断隆山在隆升过程中,也带动了断层上盘沉积物抬升,使沉积中心向盆地中央方向迁移,从而结束了楔状沉积,转为向斜状沉积,盆地从断陷阶段演变到断坳阶段。

断陷多深,便排走下伏层多厚的物质,从而引起该部位地壳重力失衡、软流层上拱和上覆岩石圈地幔及下地壳横弯隆起。隆起轴部物质被压向两翼,并产生纵向张性断裂,导致地幔流体涌入中地壳塑性层,促使该层局部乃至全部基性化。随后地幔流体又从中地壳塑性层沿上地壳正断层上升,所以控制玄武质岩浆活动的断裂,不一定是切穿岩石圈的深大断裂。这个时期,地幔流体既可以在中地壳塑性层适宜的温压条件下合成无机的油气,也可以涌上盆地与其中的烃源岩进行反应生成“有机”的石油。所以在松辽盆地的同一区域,既有“有机”的石油,也有无机二氧化碳气田。这种现象在东海陆架盆地也可见到。在该盆地的同一地区,无机的二氧化碳和甲烷气田与“有机”的油田“和平共处”。

记:盆地基底在沉降过程中,虽然排走了下伏中地壳塑性层物质,但其上面盆地也会有充填物不断流入补充吧?怎么该部位地壳会造成重力失衡呢?

李:不错,下面排走物质上面补充物质,地壳厚度并无多大变化。但是被排走的中地壳塑性层物质平均密度为2.8克/立方厘米,新补充的沉积物平均密度只有2.3克/立方厘米,两者差别较大,所以还是引起该部位重力失衡,软流层大幅度上拱。盆地演化到最后,地幔流体广泛大规模上涌,玄武岩发育,油气资源也主要在这个时期形成,从而引起上覆岩石圈全面大幅度沉降,形成披盖状沉积,使断陷盆地又从断坳阶段转入坳陷阶段。许多专家学者称这个阶段的沉降为热沉降,认为是地壳散热引起的冷缩。但是根据松辽盆地的研究资料,这个阶段由于高温的地幔流体大量上涌,地壳不是变冷而是变热。

综上所述,地幔流体中粘度较大、活动性较差的玄武质岩浆,其活动强度可以作为该地区地幔流体活动强度和油气资源丰富程度的标志。渤海湾盆地玄武岩厚逾1000米,其油气资源储量便为我国各油田之冠。而与其毗邻的同时形成的南华北盆地,由于基本无玄武岩活动,油气资源便十分贫乏。海拉尔盆地与松辽盆地为同一动力背景同一时期的产物,也是由于前者缺乏玄武岩,又无坳陷阶的披盖沉积,因而其油气储量无法与玄武岩活动频繁、坳陷阶段沉积最大厚度达3000多米的后者相比拟。东海陆架盆地油气资源的分布更为典型。在同一个坳陷中,其中一个凹陷一口钻井钻遇了基性火山岩,便成为该坳陷中迄今为止唯一发现了油气田的凹陷。在另一个坳陷的一个凹陷南部,由于有三口钻井钻遇拉斑玄武岩,该区便成为当今东海陆架盆地油气资源最富集的场所。

记:您对过去根据有机说总结出来的“生、储、运、盖、圈、保”油气藏形成的六大条件作何评价?

李:过去总结出来的这些条件,除了“生”需要结合地幔流体这一关键性因素作出新的思考之外,其他条件都是从生产实践总结出来的行之有效的宝贵经验,值得珍惜。

记:您举了这个盆-山系的例子,来证明玄武岩与油气资源的关系,但是,除了盆-山系之外,还有其他构造类型以不同的方式对地幔流体上涌进行控制吗?

李:有。就我目前的研究,在中国大陆至少还有两种构造类型以不同的方式促使地幔流体上涌:一种是由盆-山系演变而成的仰冲型冲叠造山带及其压陷盆地;另一种就是青藏高原这样的巨型纵弯隆起厚皮构造带。

先谈第一种。这种构造类型对油气资源的控制,是我近些年才发现的。鄂尔多斯盆地油气资源比较丰富,起初我想用盆-山系观点来解释,但又觉得该盆地内部并无上地壳正断层及其断陷盆地存在,久久不得其解。后来我发现该盆地西缘从前寒武纪开始,一直存在着一条近南北向的贺兰裂谷(断陷盆地),其西边为阿拉善古陆(断隆山)。三叠纪时期,由于中三叠世与晚三叠世之间和三叠纪与侏罗纪之间,先后于俄罗斯和加拿大两地发生两起巨大的陨星逆向撞击事件,使地球自转角速度急剧变慢,从而派生了强烈的自赤道指向两极的经向惯性力和自西向东的纬向惯性力,造成全球性的两期造山运动。它们在印支半岛和我国称为印支运动。在北半球自南而北的经向惯性力,使受东西向商丹上地壳走滑正断层控制的南秦岭地槽(断陷盆地)基底底部刚性的结晶基底,先后两次向其北侧秦岭地轴(断隆山)中地壳塑性层进行顺序俯冲,俯冲距离达50多千米。在俯冲过程中,结晶基底俯冲岩板上覆盖层被刮削下来,形成向南褶皱倒转仰冲推覆的南秦岭冲褶带。俯冲岩板则在俯冲过程强烈的挤压力和摩擦力作用下,分别发生超高压、高压变质作用,并使北秦岭中地壳塑性层物质产生选择性重熔,形成花岗质岩浆岩及其各种丰富的金属和非金属矿床。自西向东的两期纬向惯性力,则使阿拉善断隆山上地壳先后两次向东侧贺兰断陷盆地应变空间仰冲推覆,由西而东形成两条南北向长达600千米的压陷盆地。断隆山上地壳在向断陷盆地仰冲推覆过程中,其下伏中地壳塑性层顶部便出现了虚脱空间,引起该部位围压急剧下降,产生强烈的吸入作用;同时推覆体的重力也对断陷盆地深部上拱的软流层施行强烈的挤压,促使其中地幔流体大规模涌向断隆山。随后沿鄂尔多斯盆地各个大的不整合面进入盆地中部隆起带,形成多层次油气资源。中国石油勘探开发研究院西北分院的张景廉研究员赞成我这种观点,并邀请我合作。根据该观点,有关地质事实得到了合理的解释,在盆地中下侏罗统包尔汉图群中也发现了玄武岩、安山岩、凝灰岩。于是,2009年我们共同完成了《鄂尔多斯盆地深部地壳构造特征与油气成藏》一文,发表于《新疆石油地质》第30卷第2期。我想这种构造类型的油气资源,在中国西部不会少见。对于中国东部海域几个油气田,我原来只对渤海湾盆地有所了解,其他几个盆地并不熟悉。近两三年,中国地质科学研究院邀请我参加他们的东海和南海课题。起初我只阅读了一些有关的构造资料,发现东海陆架盆地东部坳陷的新竹凹陷和南海南部的曾母、文莱-沙巴和巴拉望等盆地也属于压陷盆地类型,它们也有玄武岩或蛇绿岩,便根据我既有的理论进行分析,得出这些盆地应该有油气的结论。他们告诉我,新竹凹陷台湾已经开采了三十来年,南海南部这些盆地国外也正在大力开采,这些事实使上述观点得到了印证。

当前国内学术界往往把压陷盆地称为前陆盆地,其实两者的构造背景、构造层次不同。压陷盆地的前身是盆-山系,是断隆山整个上地壳向断陷盆地仰冲推覆的产物,属于厚皮构造。前陆盆地是徐士1883年提出的概念,它的前身是陆缘斜坡,相当于上述南秦岭印支冲褶带南侧扬子地台上的凹陷,局限于盖层的薄皮构造。它与深部并无直接联系,对油气不起什么控制作用。

记:还有另一种构造类型吧?

李:现在再谈第二种构造类型。青藏高原上地壳经过了印支运动以来历次的造山运动,已经“焊接”成一个刚硬的整体。因而中始新世以来在印支板块一再推挤下,便作为一个整体一次次纵弯隆起。在上地壳纵弯隆起过程中,其轴部便产生虚脱空间和强烈吸入作用,导致青藏高原周围地区的中、下壳物质大规模顺层涌入,使高原地壳厚度大增。顺便说一下,龙门山地震带2008年发生的汶川大地震,便可能是四川盆地中地壳塑性层物质大规模涌入青藏高原所致。青藏高原地壳厚度增加后,势必迫使下伏岩石圈地幔向下弯曲成山根。岩石圈地幔在向下横弯过程中,其轴部外侧便产生自下而上发育的张性断裂,为软流层的地幔流体大规模涌入地壳打开了通道,从而在下地壳形成了巨厚的壳幔混合熔融层。这些进入地壳的地幔流体,在上面虚脱空间的吸引下,还上升到中地壳顶部,促使该部位物质也部分熔融,产生不同性质的岩浆。于是,在班公湖-怒江断裂带两侧的青藏高原厚皮纵弯隆起带轴部的地壳中,存在着两个低速低阻层。上部低速低阻层位于中地壳塑性层顶部,埋深20~25千米,层厚10~13千米。下部低速层则位于埋深50~56千米以深的下地壳,厚度10~30千米。

如上所述,青藏高原的中、下地壳充满了地幔流体。所以青藏高原的大幅度隆升,不但没有破坏油气的聚集,反而为其腹地和周边压陷盆地油气资源的形成,提供了丰富的物质和热能来源。青藏高原的基性岩浆及其有关矿产很丰富,但其自身丰富的油气资源现在还未得到证实。

记:我们之前拜访了肖序常院士,他认为蛇绿岩跟油气之间有关联,您认为玄武岩与油气有关系,都是“幔源说”,原理上是一样吗?

李:原理是一样的。根据一些学者的研究,事实上蛇绿岩是镁铁质-超镁铁质岩石组合,它们都是来自软流层(前中生代为异常地幔),与玄武岩浆来源相同。

记:多年来的学术生涯,让您最感动的是什么?

李:我是个喜欢理论思维的人,也常常享受到理论思维的乐趣。当我的思路对头,抓到了问题的实质时,便产生了顿悟,一通百通。这时我感到自然界是多么有序多么和谐啊。天人合一,从而获得了无与伦比的美的享受。我想这是对一个探索者最高的奖赏吧。Ω

 

后记:对李扬鉴先生的采访是在河北涿州他的家中进行的,因为是崔永强博士的临时推荐我们才知道李先生的,所以,事先的准备不够充分,没来得及读先生的主要作品,只是从网上的资料得知,先生曾被错化为右派,在劳改队里待了二十二年。采访中,我们也谈到了他当年的坎坷,但先生的语气一直那么平和沉静,毫无怨怼之气。回来后读先生的书,才了解他当年经历过多么漫长深重的痛苦。李先生的文章写得是极有锋芒的,在科学观点上毫不含糊,但对个人际遇,却极富包容性。他的回忆录里有批判、有思考,但没有抱怨,更没有仇恨,他把一切苦难都注入到自己的心底,释放出的只是对真理、对祖国的爱,这是和祖国同在、和祖国一体的那种人,看到他,就看见我们的祖国了。

 

深度阅读推荐

1、李扬鉴、张星亮、陈延成著 《大陆层控构造导论》,地质出版社,1996年5月第一版。印数1300册。

这是一本中国地质学家独创性的理论著作,对大陆地质构造的原因做出了不同于西方板块学说的解释,在大陆地质上,是对板块学说的颠覆,板块学说解释不了大陆地质构造上的问题,在陆海一体的地质上,或可认为是对板块学说的完善。此书当为地质学说史上的经典之作,遗憾的是今日中国地质学界对它的冷漠。自1996年出版以来,再未重印过,笔者是从旧书网上淘来的此书。

和一切创新性的科学著作一样,要想真正读懂这本书。就得先读一下普通地质学和板块学,只有有了这些“旧学”的前提,才能看出本书的创新在何处。

 

2、李扬鉴著 《一个探索者的人生》,南方日报出版社,2010年3月第一版。

此书为地质学家李扬鉴先生的个人回忆录。李先生命运坎坷,1957年被错划为右派,判有期徒刑五年,此后共在劳改队磨难22年。但此书并不是对自己命运的“诉苦”之作,而是以一种与祖国同在的心态,将这些苦难经历转化成科学发现的正能量。此书价值有三:

第一,以一个普通的、社会最底层的知识分子的眼光,真实地记录了近六十年的历史,具有重要的史料价值。

第二,表现了一名真心具有科学意识的现代知识分子对现代文明性质的深刻认识。比如他认为,在工业文明,特别是知识经济的时代,不能再以农业文明、小农经济的暴力统治原则作为社会秩序的基础。比如他对当前中国科学界“崇洋崇美”的婢女心态的批评,等等,均有强烈的现实意义。

第三,对他的“大陆层控构造”理论的形成过程和具体思路,有详细的交代,可作为《大陆层控构造导论》的“形成史”来读,对理解该理论,有助推作用。

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