峨眉山大火成岩省(ELIP)相关石油热裂解成气再评估:对二叠纪末环境危机驱动机制的新启示

【字体: 时间:2025年05月17日 来源:Nature Communications 14.7

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  针对二叠纪末全球变暖与大灭绝成因争议,本研究重新评估 ELIP 相关石油热裂解成气过程,发现热液活动多期性、甲烷生成量及排放规模存在关键不确定性,质疑 ELIP 甲烷为主要驱动因素,为揭示古环境危机机制提供新视角。

  
约 2.6 亿年前的二叠纪末,地球经历了一场毁灭性的全球变暖和生物大灭绝事件,超过 90% 的海洋生物和 70% 的陆地脊椎动物消失。这一时期的环境剧变成因长期困扰科学界,其中一种主流观点认为,中国峨眉山大火成岩省(Emeishan Large Igneous Province, ELIP)喷发引发的石油热裂解甲烷大规模释放,是导致气候灾难的 “元凶”。然而,这一假说存在诸多争议,例如甲烷生成量的估算是否准确、热液活动的来源是否单一等关键问题尚未明确。为了厘清这些科学谜题,长江大学与中国石油勘探开发研究院的研究团队针对 ELIP 相关的油气地质过程展开深入研究,成果发表于《Nature Communications》,为重新认识二叠纪末环境危机的驱动机制提供了重要依据。

研究团队采用了多项关键技术方法:通过 U-Pb 同位素测年确定热液活动期次,结合流体包裹体测温、沥青反射率分析揭示成岩热演化历史;利用 Re-Os 同位素测年技术限定油气充注时间;通过岩石学观察(如蜂窝状结构、热液白云岩)和地球化学分析(稀有气体同位素)追溯流体来源;并基于盆地模拟和地质统计学方法评估甲烷生成规模。

热液活动的多期性与 ELIP 的局限性


研究发现,安岳气田的热液活动并非单一由 ELIP 引发,而是存在三期不同时代的热液事件:约 5.53 亿年、4 亿年和 2.59 亿年(仅最晚一期与 ELIP 相关)。尽管 ELIP 被比作 “炼焦炉”,但安岳气田位于 ELIP 外缘,距离最近的二叠纪火山储层超过 100 公里,且仅局部发现薄岩墙。地球动力学模拟显示,ELIP 对外部区域的热影响有限,深大断裂的热液扩散范围和持续时间不足以支撑大规模石油热裂解所需的高温环境。

甲烷生成的主控因素与 ELIP 贡献存疑


陈等人认为 ELIP 是四川盆地中部甲烷生成的唯一触发因素,但研究指出,安岳地区的最大埋藏温度(约 250°C)与甲烷生成温度吻合,而烃源岩(如埃迪卡拉系陡山沱组)在坳陷中心的深埋过程中已具备热裂解条件。焦沥青(pyrobitumen)的形成时间多在晚侏罗世之后,远晚于 ELIP 活动期(二叠纪末)。Re-Os 测年显示,油气生成年龄为 4.14 亿年左右,天然气生成年龄更晚至 7800 万年,均与 ELIP 无直接关联,表明甲烷主要源于长期埋藏的热演化而非火山活动。

甲烷排放量估算的方法论缺陷


陈等人基于焦沥青分布面积和产气强度估算甲烷总量达 2.01×101? m3,并假设 99.5% 释放至大气。但这一计算存在多重问题:其一,焦沥青在碳酸盐岩中的分布极不均匀,仅高渗透断裂带的沥青含量超过 1.0 wt%,多数区域不足 0.2 wt%,采用平均含量推算全域会显著高估体积;其二,油裂解实验的参考样品与实际原油化学成分可能存在差异,且次生蚀变(如生物降解、热化学硫酸盐还原 TSR)会改变产气率;其三,构造圈闭的实际含油柱高度远低于假设的 100 米,且古油藏分布不连续,真实成气面积仅为计算值的 1% 左右。此外,若工业记录的现存甲烷为 ELIP 后残留,则需封闭体系假设,与陈等人的开放体系模型矛盾,进一步削弱其排放估算的合理性。

研究结论与科学意义


本研究系统质疑了 ELIP 通过石油热裂解引发大规模甲烷排放的假说,指出热液活动的多期性、甲烷生成的埋藏主导性及排放量估算的夸大性,表明 ELIP 在安岳气田的甲烷贡献微乎其微。这一成果挑战了 “大火成岩省甲烷驱动大灭绝” 的传统观点,强调需重新审视其他环境因子(如火山二氧化碳、海洋缺氧等)在二叠纪末危机中的作用。研究为深部油气成藏机制与古气候演化的交叉研究提供了新范式,也为理解大规模火山活动与生物灭绝的耦合关系开辟了新思路。

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