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湖南科技职业学院位于湖南省长沙市,是一所由湖南省人民政府与中华职业教育社共建的省属公办普通高等职业院校,为“国家示范性高等职业院校建设计划”骨干高职院校立项建设单位。
截至2020年7月,学校拥有雨花校区和暮云校区,占地面积近千亩;有在校生13000多人,教职工678名(其中专任教师458名);设有8个二级学院。2019年招生专业33个。
师资力量
截至2012年3月,湖南科技职业学院共有教职工649名,其中专任教师358名,专任教师中教授20名,副教授、高级工程师、高级工艺美术师等177名,全国模范教师1名,省级优秀教师1名,省级专业带头人8名,省级青年骨干教师13名;省级优秀专业教学团队有5个。
省级优秀专业教学团队(5个):软件技术教学团队(江文)、室内设计技术教学团队(张塔洪)、数控技术教学团队(曾宪章)、装潢艺术设计教学团队(吴波)、高分子材料加工教学团队(杨中文)。
一、晋县凹陷烃源岩有机岩石学特征
晋县凹陷的盐湖相烃源岩在岩石学特征上与江汉盐湖盆地烃源岩具有较好的可比性,均表现为具有较高的碳酸盐矿物含量(>20%),岩性上属于灰质或白云质或白云质泥岩、泥灰(云)岩,而非一般的泥岩。这可能是盐湖相烃源岩在岩石学上的共同特征。
作为比较,对晋县凹陷盐湖相共计11个烃源岩进行了显微组分定量。结果表明,晋县凹陷烃源岩中显微组分含量仅占全岩体积的0.2%~1.9%,平均仅为0.8%;含矿物沥青基质在内的显微组分含量也仅占全岩体积的6.2%~60.5%,平均为25.4%。与江汉盆地盐湖相烃源岩相比,无论是有“形态”的显微组分含量,还是含矿物沥青基质在内的显微组分含量均偏低。这表明所采集的晋县凹陷烃源岩样品的有机质丰度低于江汉盆地盐湖相烃源岩。从另一个侧面也说明,盐湖环境烃源岩在其形成的地质历史时期,高盐度、强还原的环境并不利于形态显微组分的富集,大多数有机质可能赋存于矿物沥青基质中。
在显微组分组成上,晋县凹陷烃源岩同样也具有惰性组分贫乏的特点(表8-1)。与江汉盆地烃源岩相比较,其沙四段烃源岩在显微组分组成上和潜江组烃源岩并无明显的差别,均具有腐泥组发育、相对发育镜质组和壳质组的特点,而孔店组烃源岩则含有较高比例的陆源高等植物成分,低等水生生源的比例相对较低(图8-1)。
表8-1 晋县凹陷烃源岩显微组分含量与分布
晋县凹陷烃源岩在富氢组分含量上可占全岩体积的0.2%~1.0%,平均占全岩体积的0.5%(表8-2)。从层位上来说,沙四段烃源岩富氢组分含量较高,平均为全岩体积的0.6%,而东营组烃源岩富氢组分含量仅占全岩体积的0.2%。与江汉盆地烃源岩相比,其富氢组分含量仅为江汉盆地烃源岩的1/3。
在晋县凹陷烃源岩中,也分布一定数量的矿物沥青基质,但其含量明显低于江汉盆地烃源岩,其含量可占全岩体积的4.8%~58.6%,平均为24.5%。从层位上看,沙四段烃源岩中的矿物沥青基质的含量约为孔店组烃源岩的2倍。镜下观察,晋县凹陷烃源岩中矿物沥青基质的荧光强度普遍弱于江汉盆地烃源岩,这表明其中隐含的有机质要少于江汉盆地烃源岩。
在富氢组分组成上,晋县凹陷烃源岩仍以藻类体为主要的富氢组分,壳屑体、孢子体为常见组分,其他富氢组分罕见。与江汉盆地烃源岩相比,孢子体在富氢组分中所占的比例有所下降,而壳屑体所占的比例高达20%~40%(表8-2、图8-2)。
图8-1 晋县凹陷烃源岩显微组分组成三角图
图8-2 晋县凹陷烃源岩富氢组分组成三角图
表8-2 晋县凹陷烃源岩富氢组分内组成
二、烃源岩氯仿沥青A宏观化学组成
晋县凹陷沙四段和孔店组盐湖相沉积的烃源岩中有机质丰度较低,其TOC大多小于0.8%,但氯仿沥青A的含量相对较高,一般介于0.1%~0.3%之间,显示出较高的有机质转化率(A/TOC介于0.2~0.7,图8-3),这也是盐湖相膏泥岩互层的烃源岩中常有的地质现象,且往往与盐岩造成的排烃不畅有关。但是这类烃源岩中较低的有机质丰度决定了这类烃源岩的生烃能力是不高的,这与江汉盐湖盆地烃源岩具有较高的有机质丰度形成了鲜明的对照。
在氯仿沥青A族组成上晋县凹陷的沙四段和孔店组盐湖相烃源岩呈现出饱和烃含量相对较低,而芳烃含量相对较高(>20%),饱芳比较低(<2)的特征(表8-3)。但对于江汉盆地盐湖相烃源岩而言,尽管在氯仿沥青A族组成中饱和烃含量也较低,但其芳烃馏分含量更低(<10%),而饱芳比较高(>2.0)。由此可见,晋县凹陷和江汉盆地的盐湖相烃源岩在氯仿沥青A族组成上存在明显的差异。造成这一差异的原因可能有两个,其一是两种盐湖相沉积环境的水化学性质存在差别,晋县凹陷盐湖相沉积水体可能属硫酸型,而江汉盆地则可能以氯化物型为主,而硫酸盐的介质条件可能更有利于芳构化作用和硫化芳烃的形成,其二是所研究的烃源岩中有机质成熟度存在差异,其中晋县凹陷烃源岩中有机质成熟度(Ro=0.3%~1.0%)普遍高于江汉盆地烃源岩(0.3%~0.6%)。
图8-3 晋县凹陷赵芯2井烃源岩常规地化指标地球化学剖面
表8-3 晋县凹陷和江汉盆地盐湖相烃源岩沥青A 族组成
三、烃源岩饱和烃馏分分布与组成
晋县凹陷的盐湖相烃源岩中的正构烷烃系列有三种分布形成,其一是正构烷烃呈现明显的偶碳优势,CPI1<1.0,大部分烃源岩呈现出这一分布特征;其二是正构烷烃系列具有明显的奇碳优势,CPI>1.5;其三是正构烷烃系列呈现前主峰nC16和nC17为主峰的单峰态分布。这三种分布形式在地质剖面上交替出现(图8-4),表明即使是盐湖环境,也是复杂多变的,这与江汉盆地的情况相似。
图8-4 晋县凹陷赵芯2井烃源岩链烷烃参数地球化学剖面
图8-5 晋县凹陷和江汉盆地盐湖相烃源岩组成三角图
(a)Pr/Ph、Pr/nC17和Ph/nC18组成三角图;(b)C27、C28、C29甾烷组成三角图
在类异戊二烯烷烃系列组成中,iC13~iC20植烷系列是其优势组分,在某些烃源岩中也可检测到丰富的iC2+0类异戊二烯烷烃,植烷优势是晋县凹陷盐湖相烃源岩的共同特征,几乎所有烃源岩的Pr/Ph均小于0.5(图8-4),大部分烃源岩的Pr/nC17和Ph/nC18分别介于0.5~1.0和2~5之间,显示出盐湖环境强还原的沉积特征。但是与江汉盆地相比,两者间则存在一定差异,如图8-5(a)所示,晋县凹陷盐湖相烃源岩中的植烷优势没有江汉盆地强烈,其中大部分烃源岩中植烷优势的强度与江汉盆地潜四段烃源岩相当,而潜四段烃源岩的植烷优势是潜江组烃源岩中最弱的。由于植烷系列类异戊二烯烷烃的生物来源较为复杂,它不仅可来源于叶绿素的植醇侧链,又可来源于嗜盐细菌、喜氧细菌和厌氧细菌。两种盐湖环境中水介质条件的不同造成的古生态条件的差异可能是其内在原因。
在生物标志物组成中,晋县凹陷烃源岩的一个重要特点就是特别富含孕甾烷和升孕甾烷以及C27~C29甾烷系列,在某些烃源岩样品的饱和烃馏分几乎完全由各种甾类化合物组成,而链烷烃的含量极低。值得注意的是晋县凹陷的盐湖相烃源岩中甾烷系列呈现出两种分布模式。如图8-6所示,其一是正常的甾烷分布,如赵芯2井2324m沙四段烃源岩;但是在某些层段烃源岩中可检测到一个基峰为m/z218的新的甾烷系列,其保留位置和保留时间不同于αββ构型的异构甾烷,其碳数分布为C26~C28,而非C27~C29,而且这些烃源岩样品中C21、C22孕甾烷和升孕甾烷的基峰也非m/z217而是m/z218。在含有丰富的这类特殊甾烷的烃源岩中,单芳甾烷系列的组成较没有这一特殊甾烷的烃源岩中的单芳甾烷组成显得更加复杂,其立体异构体的数量远远超过普通样品中的单芳甾烷,这一分布特征与江汉盆地烃源岩则存在本质的差别。此外,晋县凹陷盐湖相的大部分烃源岩以富含孕甾烷系列而有别于江汉盆地烃源岩,如在江汉盆地烃源岩中孕甾烷系列与C27~C29甾烷之比基本都小于3%,但晋县凹陷的大部分烃源岩中,这一比值常大于10%,最高可达90%(图8-7),这也是晋县凹陷盐湖相烃源岩在甾烷组成上的重要特征。造成这一差异的原因除了成熟度因素外,原始成烃母质的不同可能是一个主要影响因素。
图8-6 晋县凹陷赵芯2井烃源岩甾烷、单芳甾烷系列分布特征
(a)赵芯2井,Es4,2324.8m;(b)赵芯2井,Es4,2621.5m;(c)赵芯2井,Ek,3006m;(d)赵芯2井,Ek,3167m
在C27~C29甾烷碳数组成中,晋县凹陷的大部分烃源岩相对富含C29甾烷。这一组成特征与江汉盆地潜三、四段烃源岩相当,而与潜一~二段烃源岩存在明显差异(图8-5b),因此,从有机质生源构成和沉积环境性质上,晋县凹陷的盐湖相烃源岩与江汉盆地潜三至潜四段烃源岩具有较好的可比性,反映出其沉积特征可能是相似的。
在三萜烷组成中,藿烷系列是其优势组分,且具有明显的C35升藿烷的优势,显示出盐湖环境强还原的沉积特征。此外,晋县凹陷大部分盐湖相烃源岩中具较高含量的伽马蜡烷(图8-8),其伽马蜡烷指数介于0.1~0.6之间,但基本都小于1.0。在伽马蜡烷指数与Pr/Ph和Ph/nC18的关系图中,晋县凹陷的烃源岩与江汉盆地潜三、四段烃源岩聚集成一组,显示出植烷优势相对较弱,伽马蜡烷指数相对较低的特征,而江汉盆地潜一、二段烃源岩则以强的植烷优势和高的伽马蜡烷指数有别于上述烃源岩。因此,从沉积环境的性质和沉积特征上看,晋县凹陷沙四段和孔店组沉积时的环境与江汉盆地潜三、四段沉积特征具有一定的相似性,而水化学性质和古生态条件的不同又使得其生物标志物分布与组合呈现出自身的特殊性。
图8-7 晋县凹陷与江汉盆地烃源岩孕甾烷系列相对含量分布直方图
图8-8 晋县凹陷和江汉盆地烃源岩伽马蜡烷指数与Pr/Ph,Ph/nC18关系图
四、烃源岩芳烃馏分的分布与组成
如前所述,晋县凹陷盐湖相烃源岩氯仿沥青A的芳烃含量明显偏高,其芳烃馏分的化学组成是否也存在与众不同的特性呢?
晋县凹陷盐湖相烃源岩芳烃馏分的化学组成呈现出两种情况:其一是以沙四段典型的未成熟烃源岩为代表,其芳烃馏分主要由烷基色瞒、双芳甾烷、烷基苯系列组成(图8-9),常规多环芳烃萘、菲、屈系列含量较低,含硫化合物以烷基苯并噻吩和烷基二苯并噻吩为主,检测不到长链烷基四氢噻吩和烷基噻吩系列的硫化物,含硫化合物的含量不超过20%,烷基色瞒组成表现为C1MTTC>C2MTTC>C3MTTC,这一特征与江汉盆地与部分烃源岩芳烃馏分的化学组成相似,显示出常规盐湖环境沉积的特征。
图8-9 晋县凹陷盐湖相两类烃源岩芳烃馏分GC-MS总离子流图
(a)赵芯2井,Es4,2854.5m;(b)赵芯2井,Es4,2314.8m
其二是成熟度相对较高的沙四段、孔店组烃源岩为代表,这类烃源岩的芳烃馏分的化学组成呈现出常规多环芳烃萘、菲、屈系列的含量异常的低,其中大部分烃源岩中萘系列的含量小于5%,菲系列含量小于1.0%,而屈系列在总离子流图上几乎检测不出来。但在这类烃源岩的芳烃馏分中也存在丰富的硫化物,且以稠环化合物为主。如图8-7(a)所示,在赵芯2井埋深为2854.5m的沙四段烃源岩的芳烃馏分中几乎完全由3-5环的稠环有机硫化物组成,它们包括烷基二苯并噻吩[图8-10(a)],烷基苯并萘噻吩[图8-10(b)],烷基苯并噻吩并苯并噻吩[图8-10(c)],烷基苯并苯并噻吩并苯并噻吩[图8-10(d)],这四类化合物占该样品芳烃馏分的92.34%。大部分所研究的烃源岩样品中芳烃馏分的组成特征与这一样品相似,这也是晋县凹陷盐湖相烃源岩在芳烃馏分组成上的一个重要特征,显示出较高的缩合程度和较高的成熟度。
图8-10 晋县凹陷赵芯2井烃源岩中芳烃馏分含硫芳烃组成特征
(a)烷基二苯并噻吩系列;(b)烷基苯并萘噻吩系列;(c)烷基苯并噻吩并苯并噻吩系列(d)烷基苯并苯并噻吩并苯并噻吩系列
通过对芳烃馏分GC-MS在RIC进行定性和相对定量的统计分析,发现晋县凹陷烃源岩芳烃馏分组成特征存在一定的差异。如图8-11所示,晋县凹陷盐湖相大部分烃源岩的芳烃馏分中都富含3~5环的含各类含硫芳烃化合物,其含量介于70%~95%之间,其丰度之高是其他盐湖相烃源岩无法比拟的。含硫化合物的这一分布与组成特征也明显不同于江汉盆地盐湖相烃源岩。如前所述,江汉盆地盐湖环境烃源岩中的含硫芳烃主要是些长链的烷基四氢噻吩、噻吩和苯并噻吩,三环的烷基二苯并噻吩系列的含量极低,没有检测到三环以上的稠环含硫芳烃化合物。从含硫化合物的相对含量上看,江汉盐湖盆地的烃源岩芳烃馏分中含硫化合物的含量也低于晋县凹陷盐湖相烃源岩。
综上所述,尽管江汉盆地潜江组烃源岩和晋县凹陷沙四段和孔店且烃源岩均属盐湖相沉积,但它们在生物标志物分布与组成和芳烃馏分组成特征上均存在很大差异。依据两沉积单元烃源岩岩性和盐类沉积的不同,反映出两沉积凹陷沉积水体的化学性质是明显不同的,它也可能是造成烃源岩在生物标志物分布与组成和芳烃馏分组成存在差异的主要原因。就现有的文献资料来看,还未见有烃源岩中存在高丰度稠环含硫芳烃化合物的报道,对这类化合物形成的地质-地球化学条件目前还无从知晓。因此,加强不同盐湖环境之间的对比研究对认清硫化物形成的地质条件和控制因素是有意的。
五、晋县凹陷烃源岩有机质演化程度
如前所述,确定烃源岩中有机质演化程度主要依据镜质体反射率Ro,同时参照岩石热解峰温Tmax和生物标志物成熟度参数,表8-4则是所研究的晋县凹陷盐湖相烃源岩的各成熟度参数。
图8-11 晋县凹陷某些盐湖相烃源岩中芳烃馏分化学组成柱状图
BTH—烷基苯并噻吩系列;DBTH—烷基二苯并噻吩系列;BHTH—烷基苯并萘噻吩系列DHBNTH—烷基二氢苯并萘噻吩系列;BBTH—烷基苯并噻吩并苯并噻吩系列;BBTH—烷基苯并苯并噻吩并苯并噻吩系列;图中其他代号见图5-27
表8-4 晋县凹陷盐湖相烃源岩成熟度参数
续表
注:C29I1-C2920S/(20S+20R);C29I2-C29ββ/(αα+ββ);C31I1-C3122S/(22S+22R);C32I1-C3222S/(22S+22R)。
通过比较表中各成熟度参数,可以发现晋县凹陷盐湖相烃源岩的镜质体反射率Ro和Tmax值均不高。当埋深小于3000m时,Ro小于0.70%,Tmax<440℃,反映出这些烃源岩中有机质演化程度不高,这些烃源岩中有机质目前仍处于低演化阶段。但其生物标志物成熟度参数则相对较高,大多数烃源岩中C29甾烷的异构化参数介于0.4~0.5之间,显示出较高的成熟度,表明它们已处于成熟阶段。由此可以看出,由生物标志物成熟度参数所反映出的成熟度与镜质体反射率Ro和Tmax值所反映出的成熟度两者间不匹配,前者明显高于后者,如何解释这一“异常”现象呢?
曾宪章等(1989)指出Ro<0.5%的未成熟生油岩中出现相对高丰度的“地质型”甾烷是一种客观规律,并认为它们可能是由以游离状态分布于地质体中的甾类分子化石异构化作用的结果。Rukolltter等(1986)的研究发现在高盐沉积环境形成的未成熟沉积中可出现相对丰富的ββ异构甾烷的现象,但与此伴随的20 S构型甾烷的丰度仍很低,并显示出未成熟的特征,此时ββ异构甾烷与20 S和20 R所反映出的成熟度是不匹配的。
晋县凹陷盐湖相不仅存在丰富的ββ构型甾烷,而且也存在丰度较高的20 S构型甾烷,尽管ββ异构甾烷的丰度较20 S构型甾烷的丰度高,但此两种构型甾烷所反映出的成熟度基本是一致的。值得注意的是在这些富含地质构型甾烷烃源岩中的上下均出现了生物构型占绝对优势的烃源岩,而这部分烃源岩无疑是典型的未成熟烃源岩。依据这些烃源岩中氯仿沥青A转化率和热解参数中烃指数,可以排除这些烃源岩受运移烃影响的可能性,而且这些具有丰富地质构型甾烷的烃源岩中的生物标志物分布特征与所研究的原油存在明显的差异,这也排除了运移烃浸染的可能性。此外,在这些甾烷异构化已达到平衡的烃源岩中存在丰富的热稳定性不高的单芳甾烷这一事实,也说明这些烃源岩的热演化程度不高,因为正常情况下这类标志物只存在成熟度较低的地质样品中。由此可以认为,在实际成熟度较低的烃源岩中存在丰富的地质构型甾烷是晋县盐湖相烃源岩的一个客观存在,而且它只出现在某些特殊的烃源岩中。高盐度和特殊的水化学条件可能是出现上述现象的重要地质条件。但是从20 S构型甾烷丰度高以及由甲基菲指数换算的反射率Rc来判断,这些烃源岩还是经历了一定的演化程度,只是在这一特殊的地质条件下,甾烷的异构化作用的进程快于正常地质条件下出现的情况,结果就导致较低成熟烃源岩中出现丰富的地质构型甾烷的情况。这些烃源岩中存在的丰富的稠环含硫芳烃可能也与此有关,而不是反映高的成熟度造成的。由于甾烷成熟度参数失去了其原有的成熟度意义,在这种情况下利用甲基菲指数和由甲基菲指数换算的反射率Rc常能较好地反映有机质成熟度。
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