新疆吐魯番市塔爾朗溝油頁巖有機顯微組分及特征

鄭國平 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）

新疆吐魯番市塔爾朗溝油頁巖礦位于吐魯番盆地西北部，塔爾朗溝南部溝口附近。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)。2002 年，西北大學柳益群等研究了塔爾朗溝的油頁巖和含油鈣質(zhì)結核，進行了部分樣品飽和烴氣相色譜分析，認為吐哈地區(qū)中二疊統(tǒng)塔爾朗組烴源巖厚度一般為100～200米，最厚達400米，主要分布于塔爾朗溝、二塘溝、照壁山一帶臺北凹陷北部，是吐哈盆地油氣藏形成的重要供烴層位。目前資料顯示，以塔爾朗組中上部為代表的含油頁巖沉積地質(zhì)體，在吐魯番盆地西北緣一系列小型陸相山前盆地出露廣泛，在桃樹園北東桃東溝至塔爾朗溝，塔爾朗組雖掩蓋較強，但在向斜北東翼已發(fā)現(xiàn)含油頁巖層段厚達200余米，可見延伸5 千米以上。對礦區(qū)油頁巖層開展深入研究，有助于了解礦區(qū)油頁巖品質(zhì)特征。

1 顯微礦物特征

礦區(qū)內(nèi)含油頁巖的礦石類型為粉砂質(zhì)油頁巖，巖石類型有頁巖、粉砂質(zhì)頁巖。

灰褐色、灰黑色頁巖：泥質(zhì)結構，微層理構造、塊狀構造，巖石主要由泥質(zhì)和有機質(zhì)層紋組成，互層狀產(chǎn)出，條帶狀分布。有機質(zhì)層紋呈棕褐色、黑色，含量一般在68～83%，主要為顯微隱晶-顯微鱗片狀粘土礦物；在泥質(zhì)中含有粉砂，一般小于15%，以長石（鈉長石）為主，少量石英（多晶石英），呈次棱角狀-次圓狀，粒徑小于0.06毫米。常含瀝青，一般2～3%，鱗片狀、紋線狀，粒徑0.03～0.4毫米，具干縮裂紋特征。

灰黑色粉砂質(zhì)頁巖：粉砂-泥質(zhì)結構，微層理構造。巖石由粉砂（25%～30%）泥質(zhì)（68%～75%）組成。在巖石中含有粉砂質(zhì)石英和長石、長軸與層理一致，沿層理有方解石的層紋。有機質(zhì)（＜1%）沿不規(guī)則網(wǎng)脈狀裂紋充填，或為瀝青質(zhì)（2%-3%）呈鱗片狀、紋線狀，粒徑0.03-0.8毫米，具干縮裂紋特征。

深灰褐色白云質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖：粉砂泥質(zhì)結構，微層理構造。巖石由粉砂（25%）、泥質(zhì)（52%）、微晶白云巖（20%）組成。在巖石中含有粉砂質(zhì)石英和長石，分布不均勻與白云石形成微層理構造。瀝青（少量-3%）呈鱗片狀、線頭狀平行排列，具干縮裂紋。

2 有機顯微組分特征

油頁巖中有機顯微組分只占巖石總量較少或很少的一部分，但這部分物質(zhì)卻是決定該種巖石是否為油頁巖以及其品質(zhì)好壞的關鍵性因素。油頁巖有機顯微組分的分類命名通常采用煤巖學及有機巖石學的比較成熟的方案，這種方案在烴源巖研究中已經(jīng)得到廣泛應用，其優(yōu)點是既考慮了有機組分的成因，同時也兼顧到了它們的生油氣傾向和潛力。

礦區(qū)油頁巖有機顯微組合分析結果見表1，有機顯微組分及其分類列于表2。

表1 油頁巖顯微組合樣分析結果表

表2 油頁巖有機顯微組分及分類

2.1 腐泥組

在深水沼澤相、湖相及淺海相中，繁殖大量藻類等低等植物，它們是形成油頁巖生油組分的主要原始質(zhì)料。樣品中均發(fā)現(xiàn)有保存完好，粒徑0.1～0.2mm的腐泥物質(zhì)，但其含量極少。在腐泥基質(zhì)體及礦物瀝青基質(zhì)中，常見藻類碎屑體，系藻類體降解不完全的殘余碎屑。腐泥基質(zhì)體是微生物降解比較徹底的產(chǎn)物，除藻類等原始母質(zhì)外，還包括細菌生命活動過程中新生物質(zhì)：細菌遺體與排泄物。腐泥組生油潛力較大，與其原始母質(zhì)性質(zhì)息息相關。油頁巖中腐泥組質(zhì)含量一般為3.2～12.5%，中等油頁巖含量4.1～7.6%，優(yōu)質(zhì)油頁巖含量大于10%。根據(jù)生源物種類和腐泥化作用程度強弱等因素，可以將腐泥組細分為藻類體和瀝青質(zhì)體。

藻類體具有藻類生物的結構和形態(tài)，一般在油頁巖中含量較多，是生油潛力最大的有機顯微組分。根據(jù)其結構和形態(tài)，可以分為層狀藻類體和結構藻類體。結構藻類體大小在20～300μm之間，外邊緣普遍不規(guī)則，表面呈海綿狀或蜂窩狀結構，在反射白光下，呈灰色-深灰色，具有微突起。結構藻類體的熒光性很強，在反射熒光下呈橙黃色或黃綠色，偶見其被黃鐵礦交代。礦區(qū)內(nèi)油頁巖結構藻含量一般為10.7～1.27%，平均含量為8.09%。層狀藻類體是含油頁巖系泥巖中主要的有機質(zhì)來源，在垂直層理的切面中呈紋層狀或短線條狀，具有中等-強熒光性，不顯示藻類的原始結構特征和形態(tài)，較大的層狀藻熒光性強，層狀藻在有機質(zhì)豐度較低的泥巖中分布較少，在有機質(zhì)豐度高的油頁巖中分布較多，均勻分布在礦物瀝青基質(zhì)中。礦區(qū)內(nèi)層狀藻含量一般為0～3.42%，平均含量為1.56%。

瀝青質(zhì)體主要出現(xiàn)在油頁巖和腐泥煤中，是低等植物藻類或類脂物質(zhì)受到瀝青化作用而產(chǎn)生的無定型有機組分，常常充填在其他顯微組分的縫隙中。在反射白光下呈深灰色、黑色，反射熒光下呈黃褐色。油頁巖中的瀝青質(zhì)體常與礦物相互混合成礦物瀝青基質(zhì)。礦區(qū)內(nèi)瀝青質(zhì)體含量一般為0～3.63%，平均含量為1.49%。

綜上所述可以看出，礦區(qū)內(nèi)油頁巖中腐泥組平均百分含量3.71%，按腐泥組百分含量標準來劃分油頁巖品質(zhì)，區(qū)內(nèi)油頁巖屬一般品質(zhì)油頁巖。

2.2 殼質(zhì)組

油頁巖中殼質(zhì)組含量一般為3.6～7.6%，中等油頁巖含量4.1～5.4%，優(yōu)質(zhì)油頁巖含量大于7%。殼質(zhì)組顯微組分也是重要的生油組分之一，是泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤中常見的有機顯微組分，具有明顯的熒光性。其原始母質(zhì)主要來自植物的繁殖器官和表皮組織及排泄物，由于其化學性質(zhì)比較穩(wěn)定，經(jīng)過長距離搬運后尚能保存或基本保存其原始形態(tài)。礦區(qū)富有機質(zhì)沉積巖中的殼質(zhì)組主要包含孢子體、角質(zhì)體、熒光體、葉綠素體、樹脂體、木栓質(zhì)體。區(qū)內(nèi)油頁巖樣品中殼質(zhì)組分含量較高為其特征之一，少數(shù)油頁巖生油組分以殼質(zhì)組分為主，形成相當富集的薄層，但其焦油產(chǎn)出率通常不高，最多能達到差質(zhì)油頁巖水平。

孢子體來源于高等植物，根據(jù)其大小可以分為大孢子體（＞0.1mm）和小孢子體（＜0.1mm）。礦區(qū)富有機質(zhì)沉積巖中的孢子體主要為小孢子體，多呈蠕蟲狀或環(huán)狀分散分布，偶見呈小孢子堆分布，長度在5μm左右，在反射白光下呈灰黑色，反射熒光下呈黃色。區(qū)內(nèi)顯微組合成果顯示，油頁巖孢子體含量一般為18.40～75.95%，平均含量為50.82%。角質(zhì)體一般呈長條帶狀，外邊緣平滑、內(nèi)邊緣呈鋸齒狀，末端多呈尖角狀；礦區(qū)富有機質(zhì)沉積巖發(fā)育的角質(zhì)體類型主要為薄壁角質(zhì)體，在反射白光下呈灰黑色，反射熒光下呈橘黃色或紅褐色。區(qū)內(nèi)角質(zhì)體含量一般為1.27～17.09%，平均含量為11.45%；熒光體是由植物分泌的油脂類物質(zhì)轉(zhuǎn)化而成的一種強熒光性的組分，沒有內(nèi)部結構，多呈橢圓狀，反射白光下呈灰黑色，反射熒光下呈亮黃色或亮綠色，在油頁巖中有少量分布；葉綠素體通常來自能夠進行光合作用的植物樹葉，個體很小，熒光下為紅色斑點狀，多在淺水區(qū)域出現(xiàn)；樹脂體是由植物分泌的樹脂等類脂物質(zhì)形成的組分，多呈圓形、條帶狀，反射白光下呈灰黑色，反射熒光下呈翠綠色或亮黃色，因排烴作用生成滲出瀝青體。在油頁巖中常見。礦區(qū)內(nèi)樹脂體含量一般為1.71～6.05%，平均含量為3.85%；木栓質(zhì)體是由木栓化細胞壁形成的組分，凝膠體充填在細胞腔中，多為疊瓦狀構造，反射白光下呈灰黑色，反射熒光下呈黃色。煤和碳質(zhì)泥巖樣品中極少量出現(xiàn)。

綜上所述可以看出，礦區(qū)內(nèi)油頁巖中殼質(zhì)組平均百分含量22.04%，按殼質(zhì)組百分含量標準來劃分油頁巖品質(zhì)，礦區(qū)油頁巖屬優(yōu)質(zhì)品質(zhì)油頁巖。

2.3 鏡質(zhì)組

植物的木質(zhì)纖維組織受凝膠化作用形成鏡質(zhì)組，在反射白光下呈灰色，反射熒光下不發(fā)光，呈黑色。鏡質(zhì)組分在煤系和煤層中占據(jù)優(yōu)勢地位，但在油頁巖中所見甚少，僅占1.1-3.2%。而且主要都是經(jīng)過搬運和再沉積的鏡質(zhì)碎屑體，粒度細小，通常具有磨圓形態(tài)，但個別樣品可見較大的鏡質(zhì)體碎屑，為次棱角狀。所見組分主要為無結構鏡質(zhì)體。鏡質(zhì)組分在干餾過程中也可以產(chǎn)生煤焦油，然而含量極少，對油頁巖評價幾乎無關緊要。根據(jù)植物結構保存程度，可以將鏡質(zhì)組分為結構鏡質(zhì)體、非結構鏡質(zhì)體和碎屑鏡質(zhì)體。結構鏡質(zhì)體是在顯微鏡下能看到植物細胞壁的鏡質(zhì)組分，反射白光下呈灰色條帶狀。無結構鏡質(zhì)體在顯微鏡下看不到植物細胞壁，礦區(qū)碎屑鏡質(zhì)體在暗色泥巖和油頁巖中常見。半鏡質(zhì)組是惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組之間的過渡組分，同樣根據(jù)植物結構保存程度，可以將半鏡質(zhì)組分為結構半鏡質(zhì)體、非結構半鏡質(zhì)體和碎屑鏡質(zhì)體。在反射白光下其顏色比鏡質(zhì)組分略淺，在反射熒光下不發(fā)光。礦區(qū)內(nèi)油頁巖樣品主要由無結構半鏡質(zhì)體組成。

綜上所述可以看出，礦區(qū)內(nèi)油頁巖中鏡質(zhì)組平均百分含量19.56%，按鏡質(zhì)組百分含量標準來劃分油頁巖品質(zhì)，礦區(qū)油頁巖屬一般品質(zhì)油頁巖。

2.4 惰質(zhì)組

是成煤植物的木質(zhì)纖維組織在絲炭化作用下形成的顯微組分，可劃分成五個顯微組分，即絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體、粗粒體、菌類體和碎屑惰質(zhì)體。煤層或泥炭層中，鏡質(zhì)組在數(shù)量上往往數(shù)倍于惰質(zhì)組，甚至更多，但在油頁巖中情況相反，惰質(zhì)組含量通常多于鏡質(zhì)組。推測礦區(qū)內(nèi)顯微組分經(jīng)過較長距離搬運，原始沉積的部分鏡質(zhì)組分在搬運過程中逐步氧化成半絲質(zhì)體，改變了鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組在原始沉積中的正常比例。

油頁巖的巖石特征在于其有機組分含量，更確切地說，油頁巖的本質(zhì)特征在于其生油組分含量。前已闡明，腐泥組生油貢獻率最高，其次為殼質(zhì)組，鏡質(zhì)組和絲質(zhì)組幾乎可以忽略不計。統(tǒng)計資料表明，生油組分含量＜5%的樣品，按現(xiàn)時標準可能暫時都屬于非油頁巖（黑色頁巖）或差質(zhì)油頁巖；生油組分含量5～10%的樣品，屬于差質(zhì)油頁巖或中等油頁巖；生油組分含量＞10%的樣品，應屬于優(yōu)質(zhì)油頁巖。礦區(qū)內(nèi)含油泥頁巖樣品分析結果顯示，基本分析樣中生油組分含量均＜5%，結合有機顯微組分特征分析結果可以初步確認，礦區(qū)內(nèi)油頁巖品質(zhì)為一般品質(zhì)油頁巖（或差質(zhì)油頁巖）。