新疆烏魯木齊市米東新區油頁巖礦地質特征及成因淺析

李明（新疆地礦局第二區調大隊　昌吉　831100）

新疆烏魯木齊市米東新區油頁巖礦地質特征及成因淺析

李明
（新疆地礦局第二區調大隊昌吉831100）

研究區油頁巖賦存于上二疊統蘆草溝組第二巖性段（P2lb）中，是本次研究的重要目標。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。該地區受構造運動影響，不論地表還是深部油頁巖礦層均具有同層褶曲，根據地表露頭產狀推測地表以下油頁巖礦層呈“L”型“U”型或“W”型，形態、空間分布特征發生了較大變化。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比較穩定。根據薄片鑒定及其分析，油頁巖為一種近海型瀉湖相（內陸海區）沉積礦產，并且是由有機質和無機質的膠體及碎屑物所組成。油頁巖的形成大致經歷三個階段：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、二兩個階段是必須的，第三階段對能否形成有經濟價值的礦床也有重要的影響。

油頁巖構造運動含油率礦床特征成因

1　區域地質背景

研究區大地構造位置位于天山中段博格達山北麓，地層區劃屬北疆-興安地層大區，北疆地層區，吉木薩爾地層小區。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，東至奇臺的白楊河，斷續延長134km。空間上分東西兩段：西段西起烏魯木齊雅瑪里克山、紅雁池，經蘆草溝、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）至奇臺白楊河東69km，呈北西-南東向分布。

區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。區內構造線總體為北東東向，區內覆蓋甚強。地層傾角普遍較陡，有一對長條狀共軛褶曲：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）。研究區內侵入巖不發育。

圖1　構造綱要圖

2　研究區地質

2.1地層

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

⑴上二疊統蘆草溝組（P2l）是勘查區主要含礦地層，在勘查區內大面積出露，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、白云質灰巖組成，具波痕及微層理，屬瀉湖相沉積。根據其巖性組合，該組可分兩個巖性段：

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

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

⑵第四系區內廣泛發育，主要分布于水系兩側及山前低洼地帶，主要有下更新統冰水沉積層（Q1fgl）、上更新統洪積層（Q3pl）及上更新統-全新統沖積-洪積層（Q3+4al+pl）。

2.2構造

2.2.1斷 裂

礦區內斷裂構造不十分發育，較大規模的斷裂為F3。

F3斷裂位于礦區中部，斷層長20km。走向50°，西段轉向260°，傾向南，傾角大于70°，南盤上沖。該斷層使北盤地層多倒轉向南，沿線巖石破碎、蝕變。東側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，西側上下盤均為蘆草溝組第二巖性段。

其次，在礦區中可見次級裂理構造發育。

2.2.2褶 皺

礦區褶皺主要有白楊嶺背斜、澇壩溝向斜和七道灣向斜。

白揚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井井子溝組（P2jn），翼部為上二疊統蘆草溝組（P2l），褶皺軸線為北東-南西向，轉折端位于礦區內甘溝，北翼地層傾向北西，南翼地層傾向南東。

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

七道灣向斜，分布于礦區北側，區內長約2km，寬約0.3km，西寬東窄，整體被強烈覆蓋。區內軸線方向65°～70°，軸部出露西山窯組。兩翼地層不甚對稱，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礦區地表油頁巖帶含油率。根據含油率樣品分析成，統計結果見表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58.08，變化較大。

表1　米東新區油頁巖礦區地表含油率統計一覽表

圖2　地表油頁巖含油率統計直方圖

⑵礦區深部油頁巖帶含油率。根據含油率樣品分析成果，對礦區油頁巖帶38個鉆孔地質資料及5 363件樣品進行了統計分析，結果見表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50.32，變化較穩定。

表2　米東新區油頁巖礦區深部含油率統計一覽表

圖3　深部鉆孔油頁巖含油率統計直方圖

⑶含油率特征。綜合探槽、鉆探含油率成果，結合地表宏觀地質特征，對比后，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較穩定。相比較，在礦區西段15線～0線之間，東段16線～26線之間含油率偏高，且連續性較好。

③礦區總體礦層地質特征相似，地表出露巖性與深部層位聯系相對較好，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%。由此認為，地表風化影響，對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綜合整理分析、認識總結，認為蘆草溝組為該區的含油頁巖層位，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。總體上，賦礦層位走向上延伸比較穩定，礦區因受到逆沖推覆塊體的影響，發生褶皺變形，礦帶東部的賦礦巖層發生倒轉。

圖4　米東新區油頁巖礦平面地質圖

3　礦床特征

油頁巖礦床位于烏魯木齊市米東新區鐵廠溝一帶，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蘆草溝組中，嚴格受地層層位和斷裂構造控制。所評價的礦層均產出于上二疊統蘆草溝組第二巖性段（P2lb）中，是本次研究的重要目標。

在此前工作的基礎上，通過進行對礦區的油頁巖礦層工程加密控制，對含油率樣品測試成果進行綜合分析研究后，結合鉆探資料，按照地質特征、油頁巖品位、夾石剔除等要求及原則，礦區共圈出了礦層12個，可采的工業礦層12個，均產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出，因只對其進行了少量的槽探控制且油頁巖礦層較薄，故難以進行評價。礦層總體特征基本相同，呈層狀、似層狀、透鏡狀產出，沿走向、傾向上，礦層均具有分叉、合并甚至尖滅、再現特征。嚴格受地層控制，與礦區的構造線一致，礦區西部21線至22a線間礦層走向為北東東-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，在礦區西部15線附近，地表為連續的小型褶皺且較發育，根據地表露頭產狀及深部鉆探驗證推測地表以下油頁巖礦層呈“L”型“U”型或“W”型，形態、空間分布特征發生了較大變化（圖5）。

綜合探槽、鉆孔含油率成果，結合地表宏觀地質特征，認為由于受沉積環境、物質來源、成巖作用的影響，油頁巖的礦化與巖石組合及其巖性關系密切。蘆草溝組礦化強度不論在時間、空間上呈現出不均一性。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礦區礦化長度地表斷續最長約13 000m，礦化寬390～470m。礦化最好地段分東西兩段，在礦區西段15線～0線之間、東段16線～26線之間礦化較集中。

⑶少數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，又具有一定的儲油性能。

⑷從地表探槽樣品與深部含油率統計對比，表明深部礦化要強于地表，且礦化相對連續。

圖5　研究區26號勘查線剖面圖

4　礦床成因

油頁巖的形成大致經歷三個階段：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、二兩個階段是必須的，第三階段對能否形成有經濟價值的礦床也有重要的影響。

⑴生物繁盛和有機質的沉積作用。準噶爾地區在石炭紀末一二疊紀晚期，天山海槽逐漸關閉。在晚二疊世中期，瀉湖的上部水體（40～80m）能量高、流動性好，陽光充足、濕度適宜，陸地帶來的礦物質豐富養料，是陸源注入物少的清水環境，適宜于藻類和微生物的生長發育，長期大量物源源不斷的生長與死亡。湖的下部水體能量低，細粒的懸浮物質限制溶解氧分子的增加，形成還原環境，有利于有機質的保存。由于盆地的持續下沉，形成有機質長期大量堆積，為該處油頁巖的形成奠定了物質基礎。

⑵有機質的成巖作用。有機質一旦沉積下來就進入了成巖作用階段。首先生物體在沉積物的表面發生物化學降解作用，蛋白質和碳水化合物被水解，其中一些作為微生物養料。接著殘余物通過縮聚作用結合形成相當于富非酸和腐植酸的褐色組分。在繼續深埋的過程中不斷增加縮聚作用和官能團的損失，造成非溶解作用的不斷發展，導致從富非酸演變的腐植酸，最后形成不溶有機質-干酪根。這些有機組分為微粒有機質的形式分散在無機組分之中，共同形成了油頁巖。

⑶油頁巖的自然演化。油頁巖形成后，如盆地繼續下沉和深埋，達到生油門限濕度（深度），深成熱解作用就開始了，干酪根就會被熱解為石油，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濟價值的油頁巖礦床。礦區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。

礦區油頁巖所夾的砂巖、粉砂巖中常含有瀝青質。這些瀝青質的存在說明：一是在成巖作用的末期所合成的游離烴；二是礦區油頁巖形成后，可能短期進入深成熱解階段，是熱解所生成的瀝青質。表明這些有機質演化已進入成熟階段，生油是可能的。事實區內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