新疆烏魯木齊市米東新區(qū)油頁巖礦地質(zhì)特征及成因淺析

李明（新疆地礦局第二區(qū)調(diào)大隊(duì)　昌吉　831100）

新疆烏魯木齊市米東新區(qū)油頁巖礦地質(zhì)特征及成因淺析

李明
（新疆地礦局第二區(qū)調(diào)大隊(duì)昌吉831100）

研究區(qū)油頁巖賦存于上二疊統(tǒng)蘆草溝組第二巖性段（P2lb）中，是本次研究的重要目標(biāo)。地表油頁巖巖性主要為黑、褐黑色薄層狀油頁巖、渦卷狀油頁巖及紙片狀油頁巖。該地區(qū)受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，不論地表還是深部油頁巖礦層均具有同層褶曲，根據(jù)地表露頭產(chǎn)狀推測(cè)地表以下油頁巖礦層呈“L”型“U”型或“W”型，形態(tài)、空間分布特征發(fā)生了較大變化。地表油頁巖在不同地段含油率及厚度不相同，深部鉆孔中油頁巖含油率及厚度變化相對(duì)比較穩(wěn)定。根據(jù)薄片鑒定及其分析，油頁巖為一種近海型瀉湖相（內(nèi)陸海區(qū)）沉積礦產(chǎn)，并且是由有機(jī)質(zhì)和無機(jī)質(zhì)的膠體及碎屑物所組成。油頁巖的形成大致經(jīng)歷三個(gè)階段：一是生物的繁盛和有機(jī)質(zhì)的沉積；二是有機(jī)質(zhì)的成巖轉(zhuǎn)化；三是油頁巖形成后的自然演化。一、二兩個(gè)階段是必須的，第三階段對(duì)能否形成有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦床也有重要的影響。

油頁巖構(gòu)造運(yùn)動(dòng)含油率礦床特征成因

1　區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于天山中段博格達(dá)山北麓，地層區(qū)劃屬北疆-興安地層大區(qū)，北疆地層區(qū)，吉木薩爾地層小區(qū)。烏魯木齊至吉木薩爾油頁巖成礦帶西部，該成礦帶呈近東西向分布。西起烏魯木齊雅瑪里克山，東至奇臺(tái)的白楊河，斷續(xù)延長134km?？臻g上分東西兩段：西段西起烏魯木齊雅瑪里克山、紅雁池，經(jīng)蘆草溝、水磨溝、三工河至四工河，長65km，呈北東-南西向分布；東段西起白楊河（西溝），經(jīng)黃山街、西大龍口、北西溝、石廠溝、小龍口、韭菜園（東大龍口）至奇臺(tái)白楊河?xùn)|69km，呈北西-南東向分布。

區(qū)域上出露地層有石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系及第四系，二疊系出露較多。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線總體為北東東向，區(qū)內(nèi)覆蓋甚強(qiáng)。地層傾角普遍較陡，有一對(duì)長條狀共軛褶曲：七道灣向斜和七道灣背斜，褶皺軸線幾乎完全平行地層走向（圖1）。研究區(qū)內(nèi)侵入巖不發(fā)育。

圖1　構(gòu)造綱要圖

2　研究區(qū)地質(zhì)

2.1地層

礦區(qū)主要的賦礦地層為二疊系蘆草溝組（P2l），在礦區(qū)出露面積較大，呈北東-南西向帶狀展布，敘述如下：

⑴上二疊統(tǒng)蘆草溝組（P2l）是勘查區(qū)主要含礦地層，在勘查區(qū)內(nèi)大面積出露，局部被第四系覆蓋。主要由一套油頁巖、粉砂巖、砂質(zhì)頁巖夾白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r組成，具波痕及微層理，屬瀉湖相沉積。根據(jù)其巖性組合，該組可分兩個(gè)巖性段：

①上二疊統(tǒng)蘆草溝第一巖性段（P2la）：主要分布于勘查區(qū)內(nèi)，呈條帶狀東西向延伸橫貫全區(qū)，東部被第四系覆蓋，南部延伸出區(qū)外。主要巖性有灰褐色頁巖、粉砂巖夾油頁巖、粉砂質(zhì)白云巖、硬砂巖；厚617～824m。該組與下伏的下二疊統(tǒng)井井子溝組呈整合接觸，與上覆的上二疊統(tǒng)蘆草溝組第二巖性段為斷層接觸關(guān)系，局部呈整合接觸關(guān)系。

②上二疊統(tǒng)蘆草溝組第二巖性段（P2lb）：為一套瀉湖相陸源碎屑沉積，呈帶狀或不規(guī)則狀展布，基本上橫貫勘查區(qū)中南部，區(qū)內(nèi)第四系覆蓋較多，向南延伸出區(qū)外。主要巖性為灰黑色油頁巖、粉砂巖夾少量白云質(zhì)長石砂巖、鈣質(zhì)白云巖；含動(dòng)物化石。厚293～787m。與下伏上二疊統(tǒng)蘆草溝組第一巖性段呈斷層接觸關(guān)系、局部呈整合接觸關(guān)系，與上覆紅雁池組呈整合接觸關(guān)系。該巖性段以含有機(jī)質(zhì)、含粉砂泥質(zhì)巖為主，是本次勘查的主要賦礦層位。

⑵第四系區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育，主要分布于水系兩側(cè)及山前低洼地帶，主要有下更新統(tǒng)冰水沉積層（Q1fgl）、上更新統(tǒng)洪積層（Q3pl）及上更新統(tǒng)-全新統(tǒng)沖積-洪積層（Q3+4al+pl）。

2.2構(gòu)造

2.2.1斷 裂

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不十分發(fā)育，較大規(guī)模的斷裂為F3。

F3斷裂位于礦區(qū)中部，斷層長20km。走向50°，西段轉(zhuǎn)向260°，傾向南，傾角大于70°，南盤上沖。該斷層使北盤地層多倒轉(zhuǎn)向南，沿線巖石破碎、蝕變。東側(cè)該斷層北盤為蘆草溝組第二巖性段與南盤為蘆草溝組第一巖性段，西側(cè)上下盤均為蘆草溝組第二巖性段。

其次，在礦區(qū)中可見次級(jí)裂理構(gòu)造發(fā)育。

2.2.2褶 皺

礦區(qū)褶皺主要有白楊嶺背斜、澇壩溝向斜和七道灣向斜。

白揚(yáng)嶺背斜僅出露其北翼部分，該背斜核部出露地層為上二疊統(tǒng)井井子溝組（P2jn），翼部為上二疊統(tǒng)蘆草溝組（P2l），褶皺軸線為北東-南西向，轉(zhuǎn)折端位于礦區(qū)內(nèi)甘溝，北翼地層傾向北西，南翼地層傾向南東。

澇壩溝向斜礦區(qū)內(nèi)出露不完整，向斜核部出露的地層為上二疊統(tǒng)泉子街組（P2q），翼部地層為上二疊統(tǒng)紅雁池組（P2h）及蘆草溝組第二巖性段（P2lb），褶皺軸線為北東-南西向，轉(zhuǎn)折端位于礦區(qū)內(nèi)澇壩溝，北翼地層產(chǎn)狀傾向南東，南翼地層產(chǎn)狀傾向北西。

七道灣向斜，分布于礦區(qū)北側(cè)，區(qū)內(nèi)長約2km，寬約0.3km，西寬東窄，整體被強(qiáng)烈覆蓋。區(qū)內(nèi)軸線方向65°～70°，軸部出露西山窯組。兩翼地層不甚對(duì)稱，南翼傾角67°～85°，北翼傾角40°～60°。

2.3含油率分析及賦礦層位

2.3.1含油率分析

⑴礦區(qū)地表油頁巖帶含油率。根據(jù)含油率樣品分析成，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1、圖2。含油率1%～3.5%，約占76%；含油率3.5%～5%約占12%；含油率＞5%約占6%。最高含油率為13.2%，平均含油率2.57%。變化系數(shù)58.08，變化較大。

表1　米東新區(qū)油頁巖礦區(qū)地表含油率統(tǒng)計(jì)一覽表

圖2　地表油頁巖含油率統(tǒng)計(jì)直方圖

⑵礦區(qū)深部油頁巖帶含油率。根據(jù)含油率樣品分析成果，對(duì)礦區(qū)油頁巖帶38個(gè)鉆孔地質(zhì)資料及5 363件樣品進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表2、圖3。含油率一般1%～3.5%約占41%；含油率一般3.5%～5%約占34%；含油率＞5%約占22%。最高含油率為25.25%，平均含油率4.05%。變化系數(shù)50.32，變化較穩(wěn)定。

表2　米東新區(qū)油頁巖礦區(qū)深部含油率統(tǒng)計(jì)一覽表

圖3　深部鉆孔油頁巖含油率統(tǒng)計(jì)直方圖

⑶含油率特征。綜合探槽、鉆探含油率成果，結(jié)合地表宏觀地質(zhì)特征，對(duì)比后，具有如下特征：

①垂向上含油率富集的層位為蘆草溝組第二巖性段的上中部。

②橫向上含油率變化相對(duì)較穩(wěn)定。相比較，在礦區(qū)西段15線～0線之間，東段16線～26線之間含油率偏高，且連續(xù)性較好。

③礦區(qū)總體礦層地質(zhì)特征相似，地表出露巖性與深部層位聯(lián)系相對(duì)較好，但從含油率比較，地表平均含油率2.57%低于深部平均含油率4.05%。由此認(rèn)為，地表風(fēng)化影響，對(duì)礦層的含油率有一定的影響。

2.3.2賦礦層位

通過多年野外工作和室內(nèi)綜合整理分析、認(rèn)識(shí)總結(jié)，認(rèn)為蘆草溝組為該區(qū)的含油頁巖層位，其中第二巖性段為主要的賦礦層位，次為第一巖性段（下部夾薄層油頁巖）見圖4?？傮w上，賦礦層位走向上延伸比較穩(wěn)定，礦區(qū)因受到逆沖推覆塊體的影響，發(fā)生褶皺變形，礦帶東部的賦礦巖層發(fā)生倒轉(zhuǎn)。

圖4　米東新區(qū)油頁巖礦平面地質(zhì)圖

3　礦床特征

油頁巖礦床位于烏魯木齊市米東新區(qū)鐵廠溝一帶，橫跨了蘆草溝、鐵廠溝、白楊河三大溝系。礦層賦存于上二疊統(tǒng)蘆草溝組中，嚴(yán)格受地層層位和斷裂構(gòu)造控制。所評(píng)價(jià)的礦層均產(chǎn)出于上二疊統(tǒng)蘆草溝組第二巖性段（P2lb）中，是本次研究的重要目標(biāo)。

在此前工作的基礎(chǔ)上，通過進(jìn)行對(duì)礦區(qū)的油頁巖礦層工程加密控制，對(duì)含油率樣品測(cè)試成果進(jìn)行綜合分析研究后，結(jié)合鉆探資料，按照地質(zhì)特征、油頁巖品位、夾石剔除等要求及原則，礦區(qū)共圈出了礦層12個(gè)，可采的工業(yè)礦層12個(gè)，均產(chǎn)于蘆草溝組第二巖性段。第一巖性段中的上部也有油頁巖層的產(chǎn)出，因只對(duì)其進(jìn)行了少量的槽探控制且油頁巖礦層較薄，故難以進(jìn)行評(píng)價(jià)。礦層總體特征基本相同，呈層狀、似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，沿走向、傾向上，礦層均具有分叉、合并甚至尖滅、再現(xiàn)特征。嚴(yán)格受地層控制，與礦區(qū)的構(gòu)造線一致，礦區(qū)西部21線至22a線間礦層走向?yàn)楸睎|東-南西西，傾向南南東，總體傾角在60°～75°；26線以東礦層傾向北西西，地表總體傾角一般在58°～80°。全區(qū)深部礦層傾角局部變緩；不論地表還是深部油頁巖礦層均具有同層褶曲，在礦區(qū)西部15線附近，地表為連續(xù)的小型褶皺且較發(fā)育，根據(jù)地表露頭產(chǎn)狀及深部鉆探驗(yàn)證推測(cè)地表以下油頁巖礦層呈“L”型“U”型或“W”型，形態(tài)、空間分布特征發(fā)生了較大變化（圖5）。

綜合探槽、鉆孔含油率成果，結(jié)合地表宏觀地質(zhì)特征，認(rèn)為由于受沉積環(huán)境、物質(zhì)來源、成巖作用的影響，油頁巖的礦化與巖石組合及其巖性關(guān)系密切。蘆草溝組礦化強(qiáng)度不論在時(shí)間、空間上呈現(xiàn)出不均一性。礦化特征如下：

⑴從層位上看礦化集中在蘆草溝組第二巖性段的上中部。

⑵礦區(qū)礦化長度地表斷續(xù)最長約13 000m，礦化寬390～470m。礦化最好地段分東西兩段，在礦區(qū)西段15線～0線之間、東段16線～26線之間礦化較集中。

⑶少數(shù)鉆孔見到了重油及沿裂隙賦存的稠油等明顯的油氣顯示，在各個(gè)鉆孔中也見到賦存于裂隙的干瀝青。說明該套巖層既是生油層，又具有一定的儲(chǔ)油性能。

⑷從地表探槽樣品與深部含油率統(tǒng)計(jì)對(duì)比，表明深部礦化要強(qiáng)于地表，且礦化相對(duì)連續(xù)。

圖5　研究區(qū)26號(hào)勘查線剖面圖

4　礦床成因

油頁巖的形成大致經(jīng)歷三個(gè)階段：一是生物的繁盛和有機(jī)質(zhì)的沉積；二是有機(jī)質(zhì)的成巖轉(zhuǎn)化；三是油頁巖形成后的自然演化。一、二兩個(gè)階段是必須的，第三階段對(duì)能否形成有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦床也有重要的影響。

⑴生物繁盛和有機(jī)質(zhì)的沉積作用。準(zhǔn)噶爾地區(qū)在石炭紀(jì)末一二疊紀(jì)晚期，天山海槽逐漸關(guān)閉。在晚二疊世中期，瀉湖的上部水體（40～80m）能量高、流動(dòng)性好，陽光充足、濕度適宜，陸地帶來的礦物質(zhì)豐富養(yǎng)料，是陸源注入物少的清水環(huán)境，適宜于藻類和微生物的生長發(fā)育，長期大量物源源不斷的生長與死亡。湖的下部水體能量低，細(xì)粒的懸浮物質(zhì)限制溶解氧分子的增加，形成還原環(huán)境，有利于有機(jī)質(zhì)的保存。由于盆地的持續(xù)下沉，形成有機(jī)質(zhì)長期大量堆積，為該處油頁巖的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

⑵有機(jī)質(zhì)的成巖作用。有機(jī)質(zhì)一旦沉積下來就進(jìn)入了成巖作用階段。首先生物體在沉積物的表面發(fā)生物化學(xué)降解作用，蛋白質(zhì)和碳水化合物被水解，其中一些作為微生物養(yǎng)料。接著殘余物通過縮聚作用結(jié)合形成相當(dāng)于富非酸和腐植酸的褐色組分。在繼續(xù)深埋的過程中不斷增加縮聚作用和官能團(tuán)的損失，造成非溶解作用的不斷發(fā)展，導(dǎo)致從富非酸演變的腐植酸，最后形成不溶有機(jī)質(zhì)-干酪根。這些有機(jī)組分為微粒有機(jī)質(zhì)的形式分散在無機(jī)組分之中，共同形成了油頁巖。

⑶油頁巖的自然演化。油頁巖形成后，如盆地繼續(xù)下沉和深埋，達(dá)到生油門限濕度（深度），深成熱解作用就開始了，干酪根就會(huì)被熱解為石油，油頁巖就成為生油巖了。因此，油頁巖形成后應(yīng)維持在油門限溫度（深度）之上，不或不完全被熱解，或抬升到地表附近不被剝蝕，這樣保存下來才能形成有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的油頁巖礦床。礦區(qū)油頁巖就是中生界沉積之后，由斷裂作用抬升地表，得以保存下來。

礦區(qū)油頁巖所夾的砂巖、粉砂巖中常含有瀝青質(zhì)。這些瀝青質(zhì)的存在說明：一是在成巖作用的末期所合成的游離烴；二是礦區(qū)油頁巖形成后，可能短期進(jìn)入深成熱解階段，是熱解所生成的瀝青質(zhì)。表明這些有機(jī)質(zhì)演化已進(jìn)入成熟階段，生油是可能的。事實(shí)區(qū)內(nèi)北蘆草溝組就是良好的生油層。

收稿：2016-03-15

10.16206/j.cnki.65-1136/tg.2016.05.011