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遗迹化石及其对区域地质调查和油气勘探的作用

2017-12-29 9:56:38 来源:中国矿业报社 作者:白忠凯

遗迹化石是古代生物生活期间留存在沉积物表面或沉积物内部的各种生命活动的痕迹(如动物的潜穴、钻孔、爬痕、足迹、移迹和生物扰动等)被沉积物充填、埋藏后,再经后期成岩的石化作用而形成的。遗迹化石既不同于由生物体全部或部分被保留下来直接经过石化作用变成的实体化石,也不同于无机成因的各种沉积构造(如水平层理、交错层理、波痕和泥裂等),遗迹化石属于生物成因的构造。

古生物学家研究实体化石,用以解释古代环境。实体化石特征明显、容易鉴别,便于相互比较,并且有供详细研究和解释的外形和骨骼特征。遗迹化石有许多特点不同于遗体化石,而遗迹化石应用于沉积环境的研究,更有其特有的优点,即遗迹化石总是原地保存,不像一般实体化石那样具有再搬运或再沉积的可能性。遗迹化石代表生物生活期间一段活动的痕迹,更能集中体现造迹生物的生活习性与特征,不同的遗迹化石各有一个狭窄的分布范围,它们具有更加明显的指相意义,这有利于划分和判断沉积环境。同时,在砂岩和粉砂岩层中,一般实体化石缺乏,称之为哑层,而遗迹化石在这类岩层中却很丰富,从而弥补了这一缺陷。这正是遗迹化石研究得到重视和应用的主要原因。

目前,国内外对遗迹化石的研究方兴未艾,为古生物学提供了大量的资料,我国的一些学者对古生代海相型遗迹化石的研究比较多,而对陆相沉积的遗迹化石研究相对较少。

近几年来,国内外在遗迹化石的研究中,把遗迹化石同有机食物和地球化学微量元素的分布联系起来,对区域地质调查和研究区域石油、煤炭、锰矿、钾盐等沉积矿产的沉积条件发挥了一定作用,已引起地质工作者的重视。

在区域地质调查方面,虽然遗迹化石对地层学的意义似乎不像许多“标准化石”那样可以用来决定地层年代,但在一定范围的区域调查中,用含遗迹化石的某些层段来对比和划分地层也可以起到十分重要的作用。尤其是当地层的某些部分完全缺乏实体化石时,遗迹化石的重要性显得十分突出。我国各时代地层中保存着丰富的遗迹化石,它们和实体化石一样是地球历史中有机界生命遗留的重要证据和宝贵资料。经过系统、深入的研究,可以证明无论是实体化石还是遗迹化石,它们都可以作为划分对比地层的依据。从生物和环境之间的关系考虑,古生物化石(包括实体化石和遗迹化石)还可以为区域地质调查研究提供更多、更丰富的资料。

在油气勘探应用方面,地层中遗迹化石的存在对油气的运移、聚集有一定的影响。美国和加拿大的遗迹学家通过对遗迹化石及其组构进行精细研究、CT成像技术与三维可视化模拟等相结合的方式了解地下水及油气的渗透性,相关专家运用数字-光学钻孔成像工具对美国迈阿密第四系碳酸盐岩中生物潜穴系统进行了360°扫描成像和三维可视化模拟。研究表明,具有很好衬壁的生物潜穴系统形成的坚硬格架岩层中发育两种与遗迹化石及其组构相关的孔隙,即潜穴管内充填物被溶蚀后留下的孔隙和潜穴管外成岩作用较差的围岩被溶蚀后留下的孔隙;这些孔隙形成在向上变浅的潮下至近海旋回的中下部,并明显控制地下水的流动。计算机辅助的三维可视化模拟表明,通过潜穴孔隙系统的水流路径非常复杂,受到生物改造的沉积岩流体介质划分为渗透率反差大的“双渗透率体系”和渗透率反差小的“双孔隙度体系”。在“双渗透率体系”流体介质中,高渗透率部分仅作为运输通道,低渗透率部分的非生物扰动岩中的油气资源不能被开发出来。“双孔隙度体系”发育两种以上的流体相,生物扰动改造会使流体路径弯曲复杂,影响油气或地下水的产能。渗透率的提高和降低是储集层-流体-介质颗粒大小各自再分配的结果,流体-介质类型的改变不仅表现在总渗透率的改变上,还将影响毛细作用压力的分布。基于这些认识,可运用计算机三维可视化技术和核磁共振成像技术分析遭受生物扰动改造的储集层的特征,该方法在油气勘探开发中发挥了巨大的作用。□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

网站编辑:宫莉

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