新疆米泉油頁巖礦區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，該成礦區相當于準噶爾晚古生代陸緣盆地范圍，區內是沉積型油氣、煤、油頁巖及其他非金屬成礦的有利地區。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，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地質礦產局編著的《新疆維吾爾自治區巖石地層》中區劃方案，該區域一帶地層區劃屬北疆-興安地層大區，北疆地層區，吉木薩爾地層小區（圖1）。區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。該成礦區相當于準噶爾晚古生代陸緣盆地范圍，區內是沉積型油氣、煤、油頁巖及其他非金屬成礦的有利地區。周邊有很多正在開采煤礦，煤礦賦礦層位為下侏羅統八道灣組和中侏羅統西山窯組。

2.礦區地質特征分析

2.1地層

礦區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，在礦區出露面積較大，呈北東—南西向帶狀展布，出露有上二疊統井井子溝組（P2jn）、上二疊統蘆草溝組（P2l）、上二疊統紅雁池組（P2h）、上二疊統泉子街組（P2q）和上二疊統梧桐溝組（P2wt），具體敘述如下：

①上二疊統井井子溝組（P2jn）。上二疊統井井子溝組（P2jn）分布在礦區東南部及以南，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、凝灰巖、砂礫巖夾灰巖。②上二疊統蘆草溝組（P2l）。是礦區主要含礦地層，在礦區內大面積出露，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。③上二疊統紅雁池組（P2h）。上二疊統紅雁池組（P2h）分布在礦區西南部，呈帶狀，西部被第四系覆蓋，南部延伸出區，主要巖性為灰綠色硬砂巖、砂礫巖、泥巖、泥灰巖、炭質頁巖；厚362m～ 928m。與下伏的上二疊統蘆草溝組第二巖性段整合接觸，與上覆的上二疊統泉子街組呈整合接觸關系。④上二疊統泉子街組（P2q）。上二疊統泉子街組（P2q）分布在白楊溝南溝到蘆草溝一帶，呈北東—南西向，呈帶狀或不規則面狀出露，區內被第四系覆蓋較多，南部、西部延伸出區，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，與上覆的上三疊統小泉溝組呈整合接觸關系。⑤上二疊統梧桐溝組（P2wt）。上二疊統梧桐溝組（P2wt）零星出露于礦區西南部，面狀分布，延伸出區，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，與上覆的下侏羅統八道灣組呈斷層接觸關系。

（2）侏羅系。侏羅系在礦區出露面積較少，主要分布于北部和西部，呈北東—南西向帶狀展布，區內出露下侏羅統八道灣組（J1b）、下侏羅統三工河組（J1s）、中侏羅統西山窯組（J2x），具體述如下：

①下侏羅統八道灣組（J1b）。下侏羅統八道灣組（J1b）分布于礦區北部，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—中三疊統倉房溝群呈整合接觸，與下伏的上三疊統小泉溝組為斷層接觸關系，與上覆的下侏羅統三工河組呈整合接觸關系。②下侏羅統三工河組（J1s）。下侏羅統三工河組（J1s）分布于礦區北部，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。與下伏的下侏羅統八道灣組呈整合接觸，與上覆的中侏羅統西山窯組呈整合接觸關系。③中侏羅統西山窯組（J2x）。中侏羅統西山窯組（J2x）分布于礦區北部，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。與下伏的下侏羅統三工河組呈整合接觸，與上覆的中侏羅統頭屯河組整合接觸。

2.2構造特征

礦區內斷裂構造不十分發育，較大規模的斷裂為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，西側則發育于第二段中。其次，在礦區中可見次級裂理構造發育。

礦區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，賦礦層位比較穩定，走向上較穩定延伸，礦區因受到逆沖推覆塊體的影響，發生褶皺變形，21線-22a線間的賦礦巖層發生倒轉。

3.礦床特征

該油頁巖礦床位于烏魯木齊市米東新區鐵廠溝地區，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2006年～2012年的總體調查，對礦區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，對礦區油頁巖煤層進行了進一步劃分和劃分。以此類推，礦區共劃定了12個礦層，其中有12個工業礦床和12個低品位礦床，全部發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，甚至擠壓和重現的特征。

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；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，這一地區層抬升為濱湖環境，陸源碎屑物的大量注入和停止，改變了生物的生活環境，抑制浮游植物的生長和發育，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、向南逐漸相變為粉砂巖、砂巖，礦體減薄變為礦化帶，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。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在震蕩中持續下沉，保持了兩個時期有利于藻類的細菌發生發育的古地理、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，陸地帶來的養分豐富。環境非常適合藻類和微生物的生長和發育，并且夾雜大量的物質長期持續生長和死亡。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，如果盆地繼續下沉并被深埋，并且達到了產油的閾值濕度（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濟價值的油頁巖沉積物。礦區的油頁巖是在中生代沉積后，地表因斷裂而升高并被保存。礦區夾在油頁巖中的砂巖和粉砂巖中經常含有瀝青質。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進入成熟階段，并且有可能產生石油。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油頁巖形成的古地理環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，這類油頁巖礦床經常與煤共生，礦層厚度一般較厚，可達數十米，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。

參考文獻：

[1]王嶼濤.準噶爾盆地南緣東段油頁巖[J].新疆石油地質， 1990（03）： 85.

[2]楊滿倉.新疆烏魯木齊市米東油頁巖礦地質特征及成因淺析[J].冶金管理， 2019， 365（03）： 79-80.

[3]白云來，馬龍，吳武軍.西北地區油頁巖地質特征、資源現狀及其開發利用條件分析[J].中國地質， 2007（06）： 161-166.

[4]李明.新疆烏魯木齊市米東新區油頁巖礦地質特征及成因淺析[J].新疆有色金屬， 2016（05）： 29-32.

[5]高智梁，康永尚，劉人和，拜文華.準噶爾盆地南緣蘆草溝組油頁巖地質特征及主控因素[J].新疆地質， 2011， 29（02）： 189-193.