金属矿床和油气藏：沉积盆地中的两个亲兄弟*

胡煜昭，任涛

昆明理工大学 国土资源工程学院，昆明 650093

在一般人的心目中，金属矿床是岩浆形成的，是无机成因，而石油则是浮游生物和藻类死亡后，先形成油质母岩，继而在高温和压力作用下形成，是有机成因，两者似乎是不相关的。即使是一些矿床研究人员，也认为油气藏和金属矿两者是风马牛不相及的。这也难怪，因为在100年前，现代矿床学的创始人、美国著名地质学家林格伦教授就认为，地球上的矿床主要是岩浆作用形成的。这种思想对以后矿床学的研究产生了深远的影响。另外，金属矿床勘查和油气勘探在全球范围内都分属不同的工业部门，因而对它们的研究和勘探是割裂的现状也就不难理解了。

然而在自然界，我们可以看到油气藏与金属矿床常常生长在一起，就像亲兄弟一样亲密，其例子不胜枚举。比如：在美国，一个紧邻MVT铅锌矿的油田已经生产原油7 500万桶[1]；在哈萨克斯坦的楚-萨雷苏盆地，砂岩型铅锌铜矿床与油气藏是相伴相随的[2]。我国的例子也不少，如在塔里木盆地西缘乌恰县的乌拉根铅锌矿床之东约5 km的杨叶残留油藏(图1)，依然还有原油渗出，同时在乌拉根铅锌矿床的矿石中可见大量的油迹和沥青(图2)。向新疆喀什和阿图什等城市供气的乌恰县阿克莫木气田(图1)，储气层与乌拉根铅锌矿赋矿地层同为下白垩统克孜勒苏组[3]，在该气田以北8～9 km同层位的地层具有较好的铅锌矿化，新疆的地质人员目前正在进行铅锌矿勘查。在著名的塔中气田，塔12井在深达5 200 m的气层中发现较多的闪锌矿物[4]。在萨热克盆地中，萨热克砂岩型铜矿床的矿石中也发现有沥青(图2)。黔西南地区是世界重要的卡林型金矿床分布区之一，其中烂泥沟金矿床西邻为规模巨大的赖子山古油藏(古油藏，即在地质历史中形成的，但现今已经破坏而不能利用的油藏)，矿床中也发现有脉状沥青(图2)，水银洞金矿和丫他金矿矿石中也存在大量的沥青[5]。最近，我国地质工作者在晴隆锑矿西部也发现了一个古油藏，沥青储量在37万t以上[6](图2)。在黔东，规模巨大的麻江古油藏其原始石油储量可达16亿t[7]，与大庆油田规模相似，而且在古油藏及其周围存在为数不少的砂岩型铅锌矿床和锑汞矿床[8]。云南兰坪-思茅盆地中兰坪砂岩型铅锌矿床，储量位列世界第七，亚洲最大，其矿石中有原油显示和沥青[5]。在云南昭通MVT铅锌矿床的坑道中也可见脉状沥青。

图1 塔西南地区金属矿床与有机矿床空间关系[3]

在一些金属矿床的流体包裹体中，可见独立的原油或者烃类气体等有机质，如云南兰坪金顶铅锌矿床包裹体中发现了原油包裹体，在贵州水银洞金矿床包裹体中发现了烃类气体[9]。然而，在更多的金属矿床流体包裹体中，有机质特别是烃类气体是与其他气体或者液体混合在一起的。人们利用拉曼光谱仪对单个包裹体气体进行检测，而对群体包裹体气体则利用气相色谱仪进行检测，发现沉积盆地金属矿床普遍含有甲烷和乙烷等烃类气体。南盘江盆地卡林型金矿床(如烂泥沟和水银洞)和晴隆锑矿床的流体包裹体气体成分与盆地中的双江气藏气体成分及比例具有相似之处(表1)，即除H2O之外，主要成分依次为CO2、N2和CH4。

表1 部分金属矿床包裹体气体成分及双江气藏成分一览表

一些油气田的原油和天然气中含有丰富的金属，如V、Ni、Mo、U、Hg、Au、Pb和Zn等金属元素，个别则达到金属矿的工业品位或规模。比如德国北部一气田天然气中含4 000～5 000 t的汞金属储量，相当于4～5个大型汞矿规模[10]。我国胜利油田以及尼日利亚和前苏联的一些油田原油样品中Au分别为1～2 ppm(1 ppm=10-6)、几个ppm和几个到100 ppm[10]，已经达到工业金矿的开采品位。一些稠油样品中V和Ni可达到矿石级[10]。

我国著名的矿床学家涂光炽教授及其研究团队，在20世纪80年代已经注意到金属矿与石油的关系，并作了初步研究，构架起了油气藏与金属矿床研究的桥梁[11]。近几年的一些研究显示，沉积盆地中的金属矿床和油气藏存在着密不可分的关系，概括来讲，存在着紧邻的空间关系、密切的物质交换和时间关系。

前已述及，沉积盆地金属矿床和油气藏存在密切的空间关系。在构造位置上，它们的分布也有一定的规律性。以古隆起控制的金属矿床和油气藏为例，金属矿床一般位于古隆起对应的披覆背斜的顶部，而油气藏位于披覆背斜的翼部，比如晴隆锑矿床与晴隆古油藏[12](图3)、乌拉根铅锌矿床与杨叶残留油藏[13]。此外，金属矿床与油气藏的层位也是同一层位或者相近层位，如：下白垩统克孜勒苏组既是乌拉根铅锌矿床的赋矿层位，也是阿克莫木气田的储层；上二叠统玄武岩既是晴隆锑矿床的赋矿层位，也是晴隆古油藏以及四川盆地周公山气藏的储层[12]。

至于物质关系，在原油中含V、Ni、Mo、U、Hg、Au、Cu、Pb和Zn等40多种金属元素，有时可为金属矿床的形成提供金属元素，比如与黔东汞、锑和金矿床共生的古油藏中也含有较为丰富的Hg、Sb和Au元素[8]。相对而言，有机质在金属元素的迁移和聚集中的作用，以及金属元素在石油和天然气形成过程中的催化作用[14-15]的研究则较为薄弱，很多机理还没有搞清楚。

图3 晴隆锑矿床及古油藏分布剖面图

重要的是，石油和天然气可作为一种还原剂，将盆地流体中的硫酸根离子还原成硫离子或者硫氢根离子，为金属硫化物的形成提供大量的硫离子[5,16]。它们的反应式如下，该反应也被称为硫酸盐的热化学还原反应(thermochemical sulfate reduction，简称TSR反应)：

沉积盆地金属矿床流体包裹体成分中的原油、沥青、烃类气体、二氧化碳气体、硫化氢气体等(表1)，就是上述TSR反应的产物。

同位素测年法是利用放射性元素核衰变规律测定岩石和矿物年龄的方法。当含有放射性同位素的岩石和矿物形成后，与周围环境隔绝的放射性同位素(母体)不断地衰变而减少，衰变产生的稳定同位素(子体)则在岩石和矿物中相应积累。通过准确地测定矿物和岩石中同位素母体和子体的含量，根据放射性衰变定律可计算出该岩石和矿物的形成年龄。随着同位素测年的不断进步，并对金属矿床与油气藏共伴生关系的精细解剖，以及石油生成、油藏形成和热演化的综合研究的深入，人们对金属矿床和油气藏形成的时间序列已经基本弄清楚了。

第一种情况是，金属矿床的形成与油藏的形成是基本同时的，金属矿床与石油密切共生，你中有我，我中有你。新疆乌恰阿克莫木气田储层的自生伊利石K-Ar测年表明[17-18]，该地区油气藏形成于38.55～32.6 Ma和23.32～18.79 Ma两个年龄段(Ma为地质时间单位，1 Ma=100万年)。然而，乌拉根铅锌矿中可见大量的沥青和油斑，两者是共生关系，由此可推断，乌拉根铅锌矿床也应形成于上述时期。铅同位素研究揭示，黔东地区铅锌矿床形成年龄为510～433 Ma[19]，而根据热演化分析古油气藏的形成年龄为加里东晚期[8]，两者的形成年龄较为相近。水银洞金矿成矿年龄为235 Ma左右[20]，与该矿中原油聚集成藏的年龄相近[21]。

第二种情况是，金属矿床的形成要晚于古油藏的形成，有的还要晚于气藏的形成，有的则与气藏的形成时间较为接近。最近，地质工作者对在晴隆锑矿床发现的古油藏的研究表明，泥盆系生油岩的生油高峰为约254 Ma，在约235 Ma聚集成油藏，而在晚三叠世至侏罗纪时期上述古油藏演化为气藏，锑矿床的成矿年龄为148 Ma，其形成要晚于古油藏和古气藏的形成 (图3)。Re-Os同位素测年显示，烂泥沟金矿床的形成年龄为204～193 Ma[20]，与临近赖子山古油藏演化成气藏的年龄相近[21]。

然而第三种情况，油气藏的形成要晚于金属矿床的形成，实例较少，仅在个别金属矿中有发现，但是成藏与成矿的关系还未见有研究。

金属矿床与油气藏成矿关系的研究对于金属矿床与油气藏的找矿勘探，也具有实际意义。如以往认为，沉积盆地金属矿床附近一般难以有油气藏的保存，因为岩浆的作用，金属矿床在形成时已将油田破坏了——这种观点在油气评价和选区时应该抛弃。又比如，在一个古隆起之上披覆背斜中，金属矿床一般分布于古隆起的高点所对应位置，而古油藏一般分布于古隆起的斜坡的对应位置。因此，当知道古油藏位置时，金属矿床的相对位置就可以判断出来，反之亦然。