新疆吐魯番市塔爾朗溝油頁巖礦地質(zhì)及有機質(zhì)特征

鄭國平 王哲 劉生元 宋必耀

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊 烏魯木齊 830013）

油頁巖礦產(chǎn)為近年來系統(tǒng)納入開發(fā)利用的礦產(chǎn)資源類型，但以往各類地質(zhì)調(diào)查和勘探均未給予重視，加之本類礦產(chǎn)需要利用分析成果方能確定，所以以往相關(guān)地質(zhì)勘查成果中均缺乏相關(guān)資料。塔爾朗溝油頁巖礦為近幾年發(fā)現(xiàn)的能源類非金屬礦產(chǎn)，礦區(qū)位于吐魯番盆地西北部，大地構(gòu)造位置處于準噶爾微板塊所屬吐哈地塊（Ⅳ）與依連哈比爾尕-博格達晚古生代裂陷盆地（Ⅳ）交匯部位。區(qū)域上多發(fā)育有一系列中二疊世-中生代小型陸相沉積向斜盆地，塔爾朗油頁巖礦即發(fā)育在塔爾朗盆地內(nèi)。

1 地質(zhì)礦產(chǎn)特征

1.1 地層

區(qū)內(nèi)出露地層主要有上石炭統(tǒng)柳樹溝組（C2l）、中二疊統(tǒng)大河沿組（P2dh）、塔爾朗組（P2t）、中二疊－早三疊統(tǒng)上倉房溝群（P2T1C1）、中二疊－早三疊統(tǒng)下倉房溝群（P2T1C2）、中－上三疊統(tǒng)克拉瑪依組（T2－3k）、中三疊統(tǒng)黃山街組（T2hs）、上三疊統(tǒng)郝家溝組（T3hj）、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）和第四系沖洪積物（Qhapl）。其中塔爾朗組泥巖及粉砂質(zhì)泥巖段為油頁巖主要賦礦層位，通過工作將塔爾朗組進一步劃分出2個巖性段，各段之間為整合接觸，走向上巖性、厚度以及巖石特征等變化不大。北翼地層出露厚度較大，而南翼地層出露厚度小，地表第四系覆蓋較強（圖1）。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)地處吐哈盆西北緣盆山結(jié)合帶的山前，為一山間盆地，具有湖相古地理沉積環(huán)境和推覆構(gòu)造背景。礦區(qū)內(nèi)發(fā)育有塔爾郎向斜，總體為一復(fù)式向斜構(gòu)造，位于塔爾朗溝南部溝口附近。復(fù)式向斜核部為三疊系，翼部為二疊系，長12千米，寬8千米，軸向近東西向，近三角形，軸線略往北凸出，兩翼地層對稱，傾角25～40°，翼部地層發(fā)育完整，核部掩蓋較強。礦區(qū)內(nèi)可見有一背斜兩向斜，從北向南依次編號為：①號向斜；②號背斜；③號向斜。構(gòu)造線呈封閉環(huán)狀，總體上褶皺軸與構(gòu)造線方向一致，為近東西向褶皺。向斜構(gòu)造規(guī)模有限，對油頁巖礦產(chǎn)影響不大。

1.3 賦礦層位及礦化特征

賦礦層位中二疊統(tǒng)塔爾郎組泥巖段為主要的油頁巖賦礦層位，砂巖段未見油頁巖。礦區(qū)含油泥頁巖層呈帶狀延伸，其出露范圍與盆地內(nèi)復(fù)式向斜構(gòu)造出露范圍一致。礦帶長10千米，寬130米，控制斜深約320米。該油頁巖礦帶向斜北翼位置，油頁巖層出露厚度較大，樣品中含油率也較高。含油泥頁巖層向東西兩側(cè)變薄，含油率也有降低趨勢。向斜南翼地層中含油泥頁巖層較之北翼明顯變薄，樣品含油率也較低。含油泥頁巖層中含油率隨深度變化并不明顯，實際評價過程中在鉆孔中可以發(fā)現(xiàn)含油泥頁巖中含油率僅與巖性粒度有關(guān)，即巖石越細、泥質(zhì)成份越高、碳質(zhì)成份越高，則樣品中含油的可能性越大。

礦區(qū)向斜北翼泥巖段出露厚度較大且油頁巖含油情況較好，而南翼塔爾朗組泥巖段受構(gòu)造擠壓作用及第四系覆蓋影響，巖層出露厚度較小，油頁巖含油率也逐漸降低。

礦化特征通過系統(tǒng)取樣分析，地表探槽共采取了237件樣品，其中僅有190件樣品分析成果有礦化顯示，分析品位0.05～3.86%；所施工的4 個鉆孔共采取了110 件樣品，其中有80 件樣品分析成果有礦化顯示，分析品位0.05～2.59%。綜合槽探、鉆探樣品含油率分析成果，結(jié)合地表宏觀地質(zhì)特征，礦區(qū)具有以下礦化特征。

圖1 新疆吐魯番市塔爾朗溝油頁巖礦區(qū)地質(zhì)圖

（1）垂向上，賦油層位主要為中二疊統(tǒng)塔爾朗組泥巖段，砂巖段含礦層位較少，其它巖石地層單元基本不含油頁巖礦體。

（2）縱向上，含油率變化相對較穩(wěn)定。在塔爾朗向斜北翼塔爾朗組泥巖段含油率相對較高，在向斜南翼油頁巖出露厚度較小，含油率偏低。

（3）對礦區(qū)地表油頁巖層進行了刻線取樣，樣品含油率較高，有多個樣品含油率達8%以上。地表探槽中刻槽取樣，雖眾多樣品普遍達到礦化標準，但達邊界品位的樣品數(shù)量不多。造成該現(xiàn)象的原因可能是由于礦區(qū)內(nèi)油頁巖層多為薄層狀，出露寬度一般為5－30cm，與黑色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖等巖層多呈互層狀產(chǎn)出。而實際工作中取樣規(guī)格多為2m左右，造成分析結(jié)果出來后，礦（化）層被夸大，油頁巖樣品含油率普遍不高。

2 油頁巖有機質(zhì)特征

2.1 油頁巖品質(zhì)特征

（1）含油率

含油率是指油頁巖中頁巖油（焦油）所占的質(zhì)量分數(shù)，是界定油頁巖礦產(chǎn)資源概念的指標，也是最重要的評價指標。2006 年吉林大學(xué)“全國油頁巖資源評價”將油頁巖含油率邊界品位定位w＞3.5%，并將其分為低、中、高三個品質(zhì)：3.5%＜w≤5%、5%＜w≤10%、w＞10%。由表1 可以看出礦區(qū)油頁巖含油率分布在3.88-4.36%之間，平均為4.03%，表明本區(qū)的油頁巖品質(zhì)較差。大量的暗色泥巖和油頁巖測試表明，含油率與半焦組分呈現(xiàn)明顯的負相關(guān)，半焦可作為油頁巖品質(zhì)快速評價的重要參數(shù)（圖2-a）。而揮發(fā)組分（損失組分）與含油率呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)（圖2-b），表明在低溫干餾過程中還存在一些輕質(zhì)烴類揮發(fā)到大氣之中，應(yīng)注意其綜合利用。在含油率與揮發(fā)組分交會圖中還可見三個特殊的點（點群2），其揮發(fā)組分的含量與含油率無相關(guān)性，含油率較低，揮發(fā)組分很高，說明油頁巖還存在碳酸鹽巖等一些易熱解揮發(fā)的礦物。

表1 礦區(qū)部分油頁巖含油率特征表

（2）灰分

灰分是指單位質(zhì)量油頁巖分析樣品在（800±10）℃條件下完全燃燒后剩余的殘渣質(zhì)量。它既是區(qū)別高含碳油頁巖與煤資源的關(guān)鍵指標，又是衡量油頁巖品質(zhì)的參數(shù)。該參數(shù)越低，油頁巖的有機質(zhì)含量越高、品質(zhì)越好。總體上，低灰分油頁巖一般灰分產(chǎn)率小于65%、含油率大于10%；而高灰分油頁巖一般灰分產(chǎn)率介于65%-90%，含油率介于3.5%-10%。礦區(qū)油頁巖灰分在75.39-82.65 之間，屬于高灰分油頁巖（表2、圖3）。

（3）揮發(fā)分

揮發(fā)分是指單位質(zhì)量的油頁巖分析樣品在920攝氏度左右封閉空間內(nèi)燃燒損失的組分。有機質(zhì)豐度是影響其含量的重要因素，礦區(qū)油頁巖揮發(fā)分介于14.70-21.49%之間，平均值高達17.63%，屬于揮發(fā)組分相對較高的油頁巖（表2）。油頁巖含油率與灰分呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)（圖3）。

表2 礦區(qū)油頁巖工業(yè)分析表

圖2 礦區(qū)油頁巖含油率與半焦、揮發(fā)組分相關(guān)性圖解

圖3 礦區(qū)油頁巖含油率與灰分、揮發(fā)分含量關(guān)系圖解

（4）發(fā)熱量

發(fā)熱量是指單位重量的油頁巖完全燃燒后所放出的全部熱量，是評價油頁巖作為工業(yè)燃料價值的重要參數(shù)。通過對礦區(qū)油頁巖和富有機質(zhì)泥巖發(fā)熱量分析，其發(fā)熱量主要介于2063-4175J/g 之間（表2），平均值達2706J/g。通過對發(fā)熱量與含油率、揮發(fā)分比較分析可知，三者呈明顯的正相關(guān)關(guān)系；發(fā)熱量與灰分呈負相關(guān)關(guān)系（圖4）。在含油率與發(fā)熱量關(guān)系圖解中存在一個特殊點（點1），其發(fā)熱量很高，含油率很低，表明其有機質(zhì)豐度較高，但是有機質(zhì)偏向生氣，不易生油。

2.2 有機質(zhì)類型

有機質(zhì)類型是反映烴源巖質(zhì)量好壞的重要指標，是決定有機質(zhì)生烴能力和生烴屬性的重要因素。礦區(qū)泥巖和油頁巖氫指數(shù)（HI）介于294-537mg/g之間，平均為481mg/g，氧指數(shù)（OI）為6-48mg/g，HIOI 判別圖解顯示其有機質(zhì)類型主要為II 型。S2 和TOC 的點群關(guān)系顯示，其有機質(zhì)類型也以II 型為主。礦區(qū)油頁巖和泥頁巖的Tmax介于441-444℃之間，表明有機質(zhì)處于未熟-低熟階段。HI-Tmax圖解曲線顯示，其有機質(zhì)類型主要以II1為主，含少量的I型有機質(zhì)。光片鏡下可見大量的腐泥組分和結(jié)構(gòu)藻，含少量的鏡質(zhì)體和孢子體，說明油頁巖和泥巖中的有機質(zhì)主要以湖泊低等生物為主，含少量的陸源有機質(zhì)（表3，圖5）。

圖4 油頁巖發(fā)熱量與含油率、揮發(fā)分、灰分關(guān)系圖解

表3 礦區(qū)有機碳、熱解分析表

圖5 油頁巖有機質(zhì)類型判別圖解