新疆米泉油頁巖礦區(qū)地質特征及礦床成因分析

鄧如軍 李明 徐登峰

摘要：新疆米泉油頁巖礦區(qū)位于哈薩克斯坦板塊（一級構造單元）準噶爾微型板塊（二級構造單元）之準噶爾中新生代拗陷（三級構造單元）內，該成礦區(qū)相當于準噶爾晚古生代陸緣盆地范圍，區(qū)內是沉積型油氣、煤、油頁巖及其他非金屬成礦的有利地區(qū)。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，調查結果顯示米泉油頁巖礦床成礦作用主要受到沉積、成巖以及構造運動的影響，該礦床為近海型瀉湖、海灣沉積，屬近海型油頁巖礦床。

關鍵詞：米泉油頁巖；地質特征；礦床成因

1.區(qū)域成礦背景

新疆米泉油頁巖礦位于博格達（弧后裂陷盆地）銅-鐵-金-鈾-錳-鈦-硼-油頁巖-石油-天然氣-磷-沸石-鹽類-高嶺土礦帶西部，該油頁巖礦帶呈近東西向分布。西起烏魯木齊雅瑪里克山，東至奇臺的白楊河。按1999年新疆維吾爾自治區(qū)地質礦產(chǎn)局編著的《新疆維吾爾自治區(qū)巖石地層》中區(qū)劃方案，該區(qū)域一帶地層區(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)（圖1）。區(qū)域上出露地層有石炭系、二疊系、侏羅系、第三系及第四系，二疊系出露較多。礦區(qū)處于博格達（弧后裂陷盆地）銅-鐵-金-鈾-錳-鈦-硼-油頁巖-石油-天然氣-磷-沸石-鹽類-高嶺土礦帶西部。該成礦區(qū)相當于準噶爾晚古生代陸緣盆地范圍，區(qū)內是沉積型油氣、煤、油頁巖及其他非金屬成礦的有利地區(qū)。周邊有很多正在開采煤礦，煤礦賦礦層位為下侏羅統(tǒng)八道灣組和中侏羅統(tǒng)西山窯組。

2.礦區(qū)地質特征分析

2.1地層

礦區(qū)出露的地層主要有二疊系、侏羅系及第四系。

（1）二疊系。二疊系為油頁巖礦賦存地層，在礦區(qū)出露面積較大，呈北東—南西向帶狀展布，出露有上二疊統(tǒng)井井子溝組（P2jn）、上二疊統(tǒng)蘆草溝組（P2l）、上二疊統(tǒng)紅雁池組（P2h）、上二疊統(tǒng)泉子街組（P2q）和上二疊統(tǒng)梧桐溝組（P2wt），具體敘述如下：

①上二疊統(tǒng)井井子溝組（P2jn）。上二疊統(tǒng)井井子溝組（P2jn）分布在礦區(qū)東南部及以南，出露范圍較大，呈北東—南西向條帶狀展布，兩側向東、向南延伸出區(qū)外。主要巖性為灰綠色、灰蘭色硬砂巖、硬砂質長石砂巖、泥巖、粉砂巖、凝灰?guī)r、砂礫巖夾灰?guī)r。②上二疊統(tǒng)蘆草溝組（P2l）。是礦區(qū)主要含礦地層，在礦區(qū)內大面積出露，局部被第四系覆蓋。主要由一套油頁巖、粉砂巖、砂質頁巖夾白云巖、白云質灰?guī)r組成，具波痕及微層理，屬瀉湖相沉積。③上二疊統(tǒng)紅雁池組（P2h）。上二疊統(tǒng)紅雁池組（P2h）分布在礦區(qū)西南部，呈帶狀，西部被第四系覆蓋，南部延伸出區(qū)，主要巖性為灰綠色硬砂巖、砂礫巖、泥巖、泥灰?guī)r、炭質頁巖；厚362m～ 928m。與下伏的上二疊統(tǒng)蘆草溝組第二巖性段整合接觸，與上覆的上二疊統(tǒng)泉子街組呈整合接觸關系。④上二疊統(tǒng)泉子街組（P2q）。上二疊統(tǒng)泉子街組（P2q）分布在白楊溝南溝到蘆草溝一帶，呈北東—南西向，呈帶狀或不規(guī)則面狀出露，區(qū)內被第四系覆蓋較多，南部、西部延伸出區(qū)，主要巖性為紫紅色礫巖、泥巖夾硬砂巖；厚532m～1052m。與下伏的上二疊統(tǒng)紅雁池組大部分地段呈整合接觸，部分地段為斷層接觸關系，與上覆的上三疊統(tǒng)小泉溝組呈整合接觸關系。⑤上二疊統(tǒng)梧桐溝組（P2wt）。上二疊統(tǒng)梧桐溝組（P2wt）零星出露于礦區(qū)西南部，面狀分布，延伸出區(qū)，第四系覆蓋嚴重。主要巖性為灰黃色含瑪瑙礫巖及硬砂巖組成，夾灰黑色泥巖、炭質頁巖。屬內陸湖相沉積；厚529m～ 735m。與下伏的下—中三疊統(tǒng)倉房溝群呈整合接觸，部分地段為斷層接觸關系，與上覆的下侏羅統(tǒng)八道灣組呈斷層接觸關系。

（2）侏羅系。侏羅系在礦區(qū)出露面積較少，主要分布于北部和西部，呈北東—南西向帶狀展布，區(qū)內出露下侏羅統(tǒng)八道灣組（J1b）、下侏羅統(tǒng)三工河組（J1s）、中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x），具體述如下：

①下侏羅統(tǒng)八道灣組（J1b）。下侏羅統(tǒng)八道灣組（J1b）分布于礦區(qū)北部，呈北東—南西向帶狀展布，第四系覆蓋嚴重。主要巖性為灰色、灰黃色泥巖、粉砂巖、砂巖、礫巖夾煤、菱鐵礦；厚663m～869m。與下伏的下—中三疊統(tǒng)倉房溝群呈整合接觸，與下伏的上三疊統(tǒng)小泉溝組為斷層接觸關系，與上覆的下侏羅統(tǒng)三工河組呈整合接觸關系。②下侏羅統(tǒng)三工河組（J1s）。下侏羅統(tǒng)三工河組（J1s）分布于礦區(qū)北部，呈北東—南西向帶狀展布，第四系覆蓋嚴重，主要巖性為灰綠色泥巖、砂巖、粉砂巖、局部夾薄煤層；厚278m～ 672m。與下伏的下侏羅統(tǒng)八道灣組呈整合接觸，與上覆的中侏羅統(tǒng)西山窯組呈整合接觸關系。③中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x）。中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x）分布于礦區(qū)北部，呈北東—南西向帶狀展布，第四系覆蓋嚴重，主要巖性為黃灰色硬砂巖、泥巖、炭質頁巖、砂礫巖夾薄煤層、菱鐵礦、粘土巖；厚79m～965m。與下伏的下侏羅統(tǒng)三工河組呈整合接觸，與上覆的中侏羅統(tǒng)頭屯河組整合接觸。

2.2構造特征

礦區(qū)內斷裂構造不十分發(fā)育，較大規(guī)模的斷裂為F3。該斷層使北盤地層多倒轉向南，沿線巖石破碎、蝕變。該斷裂中東段為蘆草溝組第一段與第二段的分界線，西側則發(fā)育于第二段中。其次，在礦區(qū)中可見次級裂理構造發(fā)育。

礦區(qū)褶皺主要有白楊嶺背斜、澇壩溝向斜和七道灣向斜。通過多年野外工作和室內綜合整理分析，認識總結，認為蘆草溝組為該區(qū)的含油頁巖層位，其中第二巖性段為主要的賦礦層位，第一巖性段下部夾薄層油頁巖?？傮w上，賦礦層位比較穩(wěn)定，走向上較穩(wěn)定延伸，礦區(qū)因受到逆沖推覆塊體的影響，發(fā)生褶皺變形，21線-22a線間的賦礦巖層發(fā)生倒轉。

3.礦床特征

該油頁巖礦床位于烏魯木齊市米東新區(qū)鐵廠溝地區(qū)，橫跨蘆草溝、鐵廠溝和白楊河三大體系。礦床主要存于上二疊統(tǒng)的蘆草溝組（P2lb），并受到地層的嚴格控制。評估的礦床全部在上二疊統(tǒng)蘆草溝組的第二巖性段中，這是該勘探的重要目標。2013年，根據(jù)2006年～2012年的總體調查，對礦區(qū)的油頁巖煤層進行了工程加密控制，對含油量樣品的測試結果進行綜合分析和研究后，根據(jù)其地質特征，油頁巖品位夾雜物去除厚度和厚度的要求和原則，對礦區(qū)油頁巖煤層進行了進一步劃分和劃分。以此類推，礦區(qū)共劃定了12個礦層，其中有12個工業(yè)礦床和12個低品位礦床，全部發(fā)生在蘆草溝組第二巖性段。在第一巖性段的上部也有油頁巖，由于僅進行少量的挖溝控制且油頁巖縫相對較薄，因此難以評估。整個區(qū)域共有12個礦床，這些礦床通常分布在21號線和30號線之間，這些礦床都具有分叉、合并，甚至擠壓和重現(xiàn)的特征。

嚴格受地層控制，與礦區(qū)的構造線一致，礦區(qū)西部21線至22a線間礦層走向為北東東-南西西，傾向南南東；26線以東礦層傾向北西西，總體傾角在地表一般在58°～80°，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，且較發(fā)育。礦層最大控制長度11800m，各礦層單工程平均厚度1.04m～61.88m。礦區(qū)內12個礦層平均含油率4.91%，礦層最大含油率25.25%，最小含油率0.6%。

需要說明，地表探槽中含油率樣品，測試成果跳躍性大，主要原因可能是地表油頁巖樣品由于風化、水分缺失等所造成，因此無法直接利用其成果圈定礦層，僅僅作為控制了地表礦層和礦化地段。

4.礦床成因分析

4.1油頁巖的成礦地質條件

從古生代到第三紀各時代都有油頁巖產(chǎn)出，世界各地都有油頁巖礦床分布。這些礦床的形成均受地層、巖性、巖相、成巖作用及構造等地質條件的控制，米泉油頁巖也不例外。

（1）沉積作用。蘆草溝組上部和下部為黑色碳質泥巖、頁巖，中部為油頁巖。它們形成于瀉湖-海灣環(huán)境，但有機質的來源卻大不相同。油頁巖為湖內自生生物，黑色頁巖來源于陸生植物。這表明古地理、古氣候生物類型的控制作用。蘆草溝組中部的油頁巖被砂巖分為上下油頁巖，這段砂巖的沉積特征說明，這一地區(qū)層抬升為濱湖環(huán)境，陸源碎屑物的大量注入和停止，改變了生物的生活環(huán)境，抑制浮游植物的生長和發(fā)育，控制著油頁巖有機質的貧乏與富集。從縱向上看，地層與巖相控制著上、下油頁巖礦床的形成。從橫向上看，總的趨勢上下油頁巖段向東、向南逐漸相變?yōu)榉凵皫r、砂巖，礦體減薄變?yōu)榈V化帶，后為粉砂巖取代；向西礦體和礦化帶延長百余千米，品質有變好的趨勢，因此，在橫向上巖性的變好控制著礦床的形成。

（2）成巖的作用。前已述及，浮游植物和細菌生物化學降解作用、縮聚作用、非溶解作用，才能轉化為干酪根，富集在油頁巖中，如果埋藏深度不夠，完不成上述三個轉化階段，有機質不能解化為生油母，則有可能形成藻煤等類型礦產(chǎn)。因此，完整的成巖作用是控制油頁巖礦床形成的重要地質條件。

（3）構造運動。構造運動使準格爾區(qū)在震蕩中持續(xù)下沉，保持了兩個時期有利于藻類的細菌發(fā)生發(fā)育的古地理、古氣候；保持水體能量與沉積速度之間平衡的沉積環(huán)境；保持成巖左右的快速進行；并在成巖后斷裂抬升，保護油頁巖不被深成熱解。因此，構造運動是控制油頁巖礦床形成和自然演化的一重要地質條件。這些地質條件都是油頁巖礦床的主要找礦標志。

4.2礦床成因分析

油頁巖的大致經(jīng)歷三個階段：一是生物的繁盛和有機質的沉積；二是有機質的成巖轉化；三是油頁巖形成后的自然演化。一、二兩個階段是必需的，第三階段對能否形成有經(jīng)濟價值的礦床也有重要的影響。

（1）生物繁盛和有機質的沉積作用。在準噶爾地區(qū)石炭紀末期至二疊紀末期，天山海槽逐漸關閉。在晚二疊世中部，瀉湖的上層水體（40m～80m）能量高、流動性好，陽光和濕度充足，陸地帶來的養(yǎng)分豐富。環(huán)境非常適合藻類和微生物的生長和發(fā)育，并且夾雜大量的物質長期持續(xù)生長和死亡。湖泊下部能量較低，細小的懸浮物限制了溶解氧分子的增加，形成了還原環(huán)境，有利于有機物的保存。由于盆地的不斷沉降，長期以來積累了大量的有機質，為該地區(qū)油頁巖的形成奠定了物質基礎。

（2）有機質的成巖作用。有機物一旦沉積，便進入成巖階段。首先，生物體在沉積物表面發(fā)生生化降解，蛋白質和碳水化合物被水解，其中一些被用作微生物飼料。然后，殘余物通過縮合而聚結，形成相當于次膦酸和腐殖酸的棕色組分。在進一步掩埋的過程中，官能團的縮合和損失增加，導致不溶性的不斷發(fā)展，導致腐殖酸從豐富的非酸中釋放出來，最終形成不溶性有機質干酪根。這些有機成分以顆粒狀有機物的形式分散在無機成分中，共同形成油頁巖。

（3）油頁巖的自然演化。油頁巖形成后，如果盆地繼續(xù)下沉并被深埋，并且達到了產(chǎn)油的閾值濕度（深度），則開始深度熱解，干酪根將被熱解成油，而油頁巖將成為油源巖。因此，在形成油頁巖后，應將其保持在節(jié)流極限溫度（深度）以上，不完全熱解或不剝落地抬升至地面，以便保存后形成具有經(jīng)濟價值的油頁巖沉積物。礦區(qū)的油頁巖是在中生代沉積后，地表因斷裂而升高并被保存。礦區(qū)夾在油頁巖中的砂巖和粉砂巖中經(jīng)常含有瀝青質。這些瀝青質的存在表明：一個是在成巖作用結束時合成的游離烴；另一個是熱解形成的瀝青質，在礦區(qū)油頁巖形成后短時間內可能進入深層熱解階段。這表明這些有機物的演化已經(jīng)進入成熟階段，并且有可能產(chǎn)生石油。實際上白草溝溝組是很好的油氣儲集層。

4.3油頁巖的礦床類型

油頁巖的礦床類型主要根據(jù)油頁巖形成的古地理環(huán)境分為海型和內陸湖波兩類。內陸湖泊型是指在內陸湖泊條件下形成的，這類油頁巖礦床經(jīng)常與煤共生，礦層厚度一般較厚，可達數(shù)十米，但橫向變化大，含油率低。近海型是指在大陸邊緣的瀉湖、海灣及其他海域海環(huán)境下形成的油頁巖。一般是油頁巖與碳酸鹽類巖石共生，分布面積廣，礦層數(shù)多，但每層厚度不大，含油率高，可達37%。米泉油頁巖為近海型瀉湖、海灣沉積，具有上述特征，應屬近海型油頁巖礦床。

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