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白垩纪火山灰与页岩气和油田的关系

发布时间:2018-05-14 浏览次数:30

恐龙王朝末期的巨大火山爆发引发了一系列事件,导致从德克萨斯州到蒙大拿州的美国页岩油气田的形成。赖斯大学的地质学家说,像宾夕法尼亚州和俄亥俄州的马塞勒斯这样的老页岩气田,可能是在数亿年前类似的火山爆发形成的。照片由维基共享资源提供

从火山爆发的巨大爆发到恐龙王朝末期的营养丰富的灰烬引发了一系列事件,导致从德克萨斯州到蒙大拿州形成页岩气和油田。

这是Rice大学地质学家本周在Nature Publishing的在线期刊Scientific Reports上发表的一项新研究的结论。

“关于这些页岩矿床的一个事情是它们发生在地球历史上的某个时期,其中一个是白垩纪时期,这是恐龙时代左右,”研究主要作者Cin-Ty Lee说,他是教授兼主席赖斯的地球,环境和行星科学系。 “这大约在9000万到1亿年前,这与今天美国西部太平洋沿岸的弧形火山爆发大致相同。”

在过去的20年中,水平钻井和水力压裂技术的发展促成了美国在“非常规”领域的能源热潮,这一领域包括页岩气和“白垩纪”油田的“紧”油,如白垩纪的鹰福特和Mowry以及老的Barnett和Bakken。

A)取自Cao等人的白垩纪地图中大洋俯冲带上方的大陆岩浆弧(红线)的范围。星号显示的场地DR11的位置。 (B)从文献汇编的大陆弧(黑线,左垂直轴)和碎屑U / Pb锆石年龄(红线,右垂直轴)的时间长度。大陆弧长度基于花岗岩深成带时间编译,并不一定与总俯冲长度一致。科学报告,第8卷,文章编号:4197(2018)doi:10.1038 / s41598-018-22576-3

“这些类型的天然气和石油都在细小的微孔中,从几百万分之一米直到几千分之一米,”李说。 “这些沉积物只能在水平钻井的狭窄条带下进行,而且油气被锁在这些小口袋里,只能用于水力压裂等技术。”

李说,古代火山爆发与非常规页岩碳氢化合物之间总存在暗示。在西德克萨斯州的实地考察期间,他和米斯学生注意到暴露在岩石中的数百个灰烬层可以追溯到白垩纪时期,因为北美西部的许多地方都位于浅海之下。

其中一次出行是在2014年发生的,而Lee和Rice的同事们也在研究美国太平洋沿岸白垩纪时期的弧形火山如何通过加强二氧化碳的火山产生来影响地球的气候。

“之前我们看到过灰烬层,但在这个地方我们可以看到有很多这样的灰烬层,这让我们思考,”李说。 Lee,研究生Hehe Jiang和Rice大学生Elli Ronay,Jackson Stiles和Matthew Neal决定与壳牌石油公司的同事Daniel Minisini合作,调查灰渣层,他一直在量化灰分层的确切数量方面做了大量工作。

由于来自密西西比河和阿查法拉亚河的营养丰富的径流,墨西哥湾北部通常形成耗氧“死亡地带”,这些河流在2012年可以从国际空间站看到棕褐色和绿棕色羽状物。营养物质 - 丰富的火山灰可能会产生类似的死角,从德克萨斯州到蒙大拿州产生页岩油气田。 (照片由NASA / GSFC / Aqua MODIS提供)

“这几乎是连续的,”李说。 “至少每隔一万年就有一层灰烬层。”

李说,该小组确定,灰分来自数百个跨越约1000万年的火山爆发。这些层被运到加利福尼亚火山源东边几百英里的地方。烟尘通过几英里进入大气并飘过海洋的羽流吹到海底后沉积在海底。 Lee和学生分析了Rice的地球化学设施中的灰烬层样本。

“他们的化学成分看起来不像他们离开火山时的样子,”他说。 “大部分原有的磷,铁和二氧化硅都不见了。”

这让人想起今天经常在河口附近形成的海洋“死亡地带”。农场的过度施肥将这些河流中的大量磷排出。当它撞击海洋时,浮游植物吞噬营养物质并迅速繁殖,从水中吸取所有可用的氧气,留下一个“死亡”区域,没有鱼类和其他生物。

李怀疑白垩烟灰羽可能造成了类似的影响。为了确定灰烬是否能够提供足够的营养,李和他的团队使用锆和钛等微量元素将灰层与火山源相匹配。通过比较来自这些来源的岩石样品和耗尽的灰分,团队能够计算缺少多少磷,铁和二氧化硅。

“通常情况下,水柱底部不会有任何有机物沉积,因为其他生物会在它下沉之前吃掉它,”Lee说。 “我们发现,从这个火山灰进入海洋的磷量比今天进入世界所有海洋的磷的总量还要多10倍。这足以提供一个缺氧的死区,在那里碳可以一直输出到沉积物中。“

灰烬和海洋死区的结合足以形成碳氢化合物。

“为了产生具有经济价值的碳氢化合物矿藏,你必须集中精力,”Lee说。 “在这种情况下,它被集中,因为灰烬驱动了生物生产力,这就是有机碳流入的地方。”

Lee说页岩气和致密油层没有在灰层中发现,但似乎与它们有关。由于这些图层非常薄,它们并没有出现在能源公司用来寻找非常规事件的地震扫描中。 Lee说,发现数百个密集的灰层可能是一个非常规的迹象,可能会让工业地质学家寻找在扫描中会出现的灰层的大块性质。

“这对海洋环境的性质也有影响,”他说。 “今天,磷对海洋也是一种限制性营养物质,但从这些火山向海洋输入磷和铁具有重大的古环境和生态后果。”

虽然已发表的研究专门针对白垩纪和北美,但Lee说,在地球上其他时间和地点的弧火山爆发也可能导致其他富含烃的页岩矿床。

“我怀疑他们可以,”他说。 “阿根廷的Vaca Muerta油田与我们正在研究的年龄相同,并且落后于同一弧线。随着时间的推移,岩石记录会变得更加不完整,但就其他美国页岩而言,宾夕法尼亚州的马塞勒斯在奥陶纪时期已被放置4亿多年前,而且它也与灰烬有关。“

该研究由美国国家科学基金会,古根海姆基金会和美国地质学会资助。

发表:Cin-Ty A. Lee等人,“火山灰作为白垩纪增强型有机碳埋藏的驱动因素”,Scientific Reports,第8卷,文章编号:4197(2018)doi:10.1038 / s41598-018- 22576-3

资料来源:莱斯大学David Ruth


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