《Journal of African Earth Sciences》：Organic matter characteristics, paleoenvironments, and petroleum potential of the Maastrichtian coals, Bida Basin, Nigeria
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本研究通过整合地球化学与岩石学方法，系统评估了尼日利亚Bida盆地帕蒂组煤层的烃源岩潜力。结果显示，煤层具有较高的TOC（1.46%-6.73%）、GP值（95.65-110.71 mg/g）和EOM（2485-45439 ppm），表明有机质生成与保存条件良好，源岩潜力中等至优质。显微组分分析显示镜质组为主（占比60%-80%），Pr/Ph比值（0.48-2.55）及CPI（>1）表明有机质主要源自陆源，沉积环境为近岸沼泽-泛滥平原。Tmax（405-430°C）显示热演化程度低，HI（6-18 mg HC/g TOC）和OI（2-7 mg Oi/g TOC）值较低，指示III型及II/III型有机质，以产气为主。该研究为Bida盆地煤层作为非常规烃源岩提供了关键数据，支持政府在内陆盆地石油勘探的政策转向。
奥卢索拉·J·奥乔（Olusola J. Ojo）|朱莫克·E·苏莱曼（Jumoke E. Sulaiman）|尤素夫·A·吉莫（Yusuf A. Jimoh）|苏拉朱·A·阿德波朱（Suraju A. Adepoju）|阿约德吉·阿韦（Ayodeji Awe）|努拉·A·耶尔瓦（Nura A. Yelwa）|摩西斯·O·阿德奥耶（Moses O. Adeoye）|布恩米·O·伊萨克（Bunmi O. Isaac）
尼日利亚奥耶埃基蒂（Oye Ekiti）联邦大学地质系，邮政信箱373
摘要
尽管有报道称该地区含有页岩潜力，但尼日利亚比达盆地（Bida Basin）煤炭的烃源岩特性仍不明确。本研究首次对所研究的煤炭进行了综合的地球化学和岩石学评估。研究的动机在于探讨煤炭可能释放的烃类物质，并进一步了解其石油资源潜力。研究选取了尼日尔河（Niger River）和贝努埃河（Benue River）交汇处阿格巴贾高原（Agbaja Plateau）露头处的煤炭样本。通过可提取有机物（Extractable Organic Matter, EOM）、岩石热解（Rock Eval Pyrolysis）、气相色谱-质谱（Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC-MS）及有机岩石学分析等方法，研究了煤炭的有机质特性、沉积环境及其烃类生成潜力。高总有机碳（Total Organic Carbon, TOC）含量、遗传潜力值（Genetic Potential, GP）（95.65 mg/g至110.71 mg/g）以及可提取有机物含量（2485 ppm至45439 ppm）表明该地区具备有利于有机质生成和保存的条件，煤炭及含煤页岩具有中等至优异的烃源潜力。样品中中等水平的氢指数（HI）和氧指数（OI），以及棱镜煤（vitrinite）的主导地位，以及Pr/n-C17与Ph/n-C18的比值，表明这些有机质属于易于生成气体和石油的III型和II/III型。其中，陆地来源的有机质占主导，同时存在一定量的水生有机质，这从C14-C35范围内的高分子量正烷烃及Pr/Ph比值（0.48至2.55）中得到证实，暗示了该地区曾处于亚氧化至缺氧环境。样品的最高热解温度（Tmax）为405-430°C，生物标志物比值（如CPI >1，低甾烷异构化）表明这些煤炭在热上尚未成熟。高胶化指数（Gelification Index, GI）和组织保存指数（Tissue Preservation Index, TPI）则反映了该地区在湿润森林沼泽环境中经历中等强度洪水后的良好组织保存情况。总体而言，这些煤炭及含煤页岩富含有机质，来源既包括水生也包含陆地成分，具有生成气体和液体的烃类潜力，但热上尚未成熟。
引言
冈瓦纳大陆（Gondwanaland）的分裂以及非洲板块与南美板块的漂移形成了包括比达盆地（Bida Basin）在内的一系列构造复合体（图1）。比达盆地是一个与裂谷相关的内陆盆地，其沉积物层序相对较浅且未受明显扰动（Obaje等人，2004年）。先前的研究表明，该盆地周围基底复合体中存在NW–SE走向的线性断层系统、明显的中心正异常区，以及尼日尔河谷两侧被主要断层切割的负异常区，这些都是典型的裂谷系统特征（Kogbe等人，1983年）。Salawu等人（2020年）和Salawu（2021年）利用遥感和航空磁数据绘制了基底复合体中的重要构造要素，提出了比达盆地的演化模型。他们认为，比达盆地的演化与贝努埃坳陷（Benue Trough）的构造发展密切相关，这一过程始于早侏罗世并持续到早白垩世，与几内亚湾（Gulf of Guinea）的开放同步。这一地质事件属于更广泛的西非裂谷系统的一部分。
关于比达盆地的地层框架，主要有三个主要岩层（图2）：底部的坎帕阶（Campanian）洛科贾组（Lokoja Formation）不整合地覆盖在古老的前寒武纪片麻岩、花岗岩和片岩之上，主要由分选较差的碎屑砂岩和砾岩组成，这些沉积物形成于盆地边缘附近的冲积和河流作用（Ojo和Akande，2003年）。马斯特里赫特阶（Maastrichtian）的帕蒂组（Patti Formation）与洛科贾组呈整合接触，岩性更为多样，包括砂岩、页岩、粘土岩以及含铁岩层和煤层。这些砂岩在岩石学上更为成熟，其沉积结构反映了近岸海洋环境（Ojo和Akande，2009年、2020年）。粘土质岩层（页岩、煤和粘土岩）形成于平静的海洋或非海洋沼泽及泛滥平原环境。较老的沉积序列之上是晚马斯特里赫特阶的阿格巴贾组（Agbaja Formation），主要由鲕状铁矿组成，反映了高能量海洋重塑作用（Bamidele和Ojo，2025年）。本研究重点分析了帕蒂组中新发现的煤层，通过生物标志物地球化学方法揭示其有机质来源、热成熟度及烃类生成潜力，提供了关于阿格巴贾、比达盆地煤炭的首批系统数据。
历史上，由于盆地较浅，加上早期研究认为该地区仅含有河流沉积的砂岩和含铁岩而无烃源岩，因此烃类勘探活动较为有限。然而，随着最近关于烃源岩的发现和市场动态的变化，比达盆地现已受到重视，并被列为前沿勘探目标（Obaje等人，2004年；Akande等人，2005年；Ojo等人，2020年；Aigbadon等人，2022年）。以往的研究主要针对页岩层进行石油资源评估，而忽略了煤炭的存在。
煤炭是一种富含有机质的沉积岩，可作为石油、天然气及非常规煤层气（unconventional coal bed methane）的烃源岩（Hunt，1996年）。在全球范围内，煤炭及其烃类生成潜力使其成为能源勘探和生产的重要资源。由于缺乏数据和政府机构的支持，尚未对该盆地进行系统的烃类勘探。然而，政府逐步加大了对内陆盆地（包括比达盆地）勘探的重视。近年来，在尼日利亚多个地区发现了煤炭矿床，如马伊甘加（Maiganga，贝努埃坳陷北部）、奥格瓦希阿萨巴（Ogwashi Asaba，尼日尔三角洲盆地）、阿韦（Awe，贝努埃坳陷中部）、奥耶阿马（Onyeama）和奥卡巴（Okaba，阿南布拉盆地）。这些煤炭的成分、资源潜力和烃类生成潜力已得到评估和报道（Jauro等人，2007年；Akande等人，2012年、2015年；Jimoh和Ojo，2022年）。有机地球化学研究表明，比达盆地具有较高的天然气生成潜力。Obaje等人（2011年、2020年）发现了潜在的页岩烃源岩、石油渗漏现象，并通过一维充填模型估算北部比达盆地含有6.23亿桶石油。Ojo等人（2020年）在马斯特里赫特阶帕蒂组的页岩中发现陆地来源的III型有机质和高TOC值，表明该地区有机质浓度较高。对比达盆地页岩和含铁岩的无机地球化学分析表明，该地区曾处于缺氧至亚氧化环境，具有湿润的古气候，有利于形成优质烃源岩（Bamidele和Ojo，2025年；Ojo等人，2025年）。尽管先前研究提供了帕蒂组中页岩的一些数据，但煤炭的烃源岩特性、有机岩相及烃类生成潜力仍不甚明确，这构成了对该盆地石油系统评估的不足。因此，有必要评估比达盆地煤炭作为烃源岩的潜力。这项研究旨在通过提供基础性的有机地球化学数据，降低勘探风险，符合政府通过内陆盆地提升石油储备的政策方向。研究目标包括：（i）利用总有机碳（TOC）、岩石热解（Rock-Eval）和可提取有机物（EOM）定量评估马斯特里赫特阶煤炭的烃源岩潜力；（ii）通过生物标志物和岩石学方法确定有机质的来源及古环境条件；（iii）利用煤岩相模型判断古沼泽类型；（iv）综合这些发现以评估比达盆地的石油潜力。
为实现这些目标，我们采用了结合有机地球化学（岩石热解和生物标志物）与有机岩石学的综合方法，以提供全面而准确的评估结果。这种多指标方法将有助于更深入地了解盆地的地质特征和经济资源，特别是煤炭作为烃源岩的潜力。这些研究结果将为盆地勘探提供重要基准数据，并完善相关勘探模型。
材料与方法
本研究使用的样品及实验室处理技术细节如下所示。
岩性序列
图3展示了帕蒂组含煤露头的三个岩性剖面。这些剖面的平均总厚度约为60米，从底部的页岩开始，依次经过粉砂岩和砂质粉砂岩，最终形成细粒砂岩。页岩呈灰色至深色，具有层理结构，在某些地方呈块状。粉砂岩层理较薄，且普遍保存有明显的波状层理结构。
总有机碳（TOC）和岩石热解数据
总有机碳（TOC）分析结果...
讨论
本研究的主要优势在于采用了综合性的分析方法，包括岩石热解、可提取有机物（EOM）分析、生物标志物（Pr/Ph和CPI）及矿物成分分析。另一个优势是高质量且一致的有机地球化学和岩石学数据集。然而，要更精确地预测烃类相、生成时间和分布，还需要更多的地下数据、盆地建模及更先进的地球化学分析。
结论
总有机碳（TOC）、岩石热解、生物标志物地球化学及有机岩石学分析的整合运用，为了解阿格巴贾煤炭和含煤页岩的来源、质量及沉积环境提供了全面见解。这是首次对这类岩石进行综合评估的研究。本研究的关键优势在于分析方法的综合性和数据的一致性。
作者贡献声明
阿约德吉·阿韦（Ayodeji Awe）：负责研究方法设计、数据管理。
摩西斯·O·阿德奥耶（Moses O. Adeoye）：负责研究方法设计、数据管理。
布恩米·伊萨克·奥耶科拉（Bunmi Isaac Oyekola）：负责研究方法设计、数据管理。
奥卢索拉·约翰逊·奥乔（Olusola Johnson Ojo）：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、方法设计、数据管理、概念构思。
朱莫克·埃丝特·苏莱曼（Jumoke Esther Sulaiman）：负责撰写、初稿撰写、方法设计。
未引用参考文献
Abbassi等人，2016年；Grice等人，2005年；ISO 7404-5；Obaje等人，2020年。
利益冲突声明
作者声明没有可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
感谢尼日利亚TETFUND国家研究基金（NRF）对本次研究的资助。感谢拉多克阿金托拉大学（Ladoke Akintola University）石油地球化学系的T. Adedosu教授在生物标志物鉴定方面提供的技术支持。同时感谢四位匿名审稿人对提高论文质量的宝贵建议和贡献。
