安塞建華鎮(zhèn)地區(qū)瓦窯堡組油頁(yè)巖特征及成因探討

王文波，杜 娜，馬 曄，張 勇

(陜西省核工業(yè)地質(zhì)局二二四大隊(duì)，陜西 西安710024)

油頁(yè)巖作為常規(guī)油氣的補(bǔ)充能源，在我國(guó)資源豐富且分布廣泛，目前我國(guó)已發(fā)現(xiàn)的油頁(yè)巖主要分布于20個(gè)省(自治區(qū))、47個(gè)盆地和80個(gè)含礦區(qū)，油頁(yè)巖資源為71 997 199×108t，其中查明資源量 500.49 × 108t，潛在資源 6 698.89 ×108t[1]。陜西省內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的油頁(yè)巖產(chǎn)區(qū)主要為彬縣、銅川－黃陵兩地，但經(jīng)歷40多年的煤炭、石油資源的勘查開(kāi)發(fā)，在許多地區(qū)已發(fā)現(xiàn)油頁(yè)巖潛力區(qū)，但是整體油頁(yè)巖查明程度較低，分布規(guī)律不清，缺乏相應(yīng)的成礦理論及模式來(lái)指導(dǎo)勘探。

陜西省內(nèi)的油頁(yè)巖主要為陸相湖泊沉積，主要分布于上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組、瓦窯堡組及中侏羅世延安組、安定組地層內(nèi)，多與煤、油氣伴生。以往礦產(chǎn)勘查過(guò)程中，對(duì)煤、石油關(guān)注程度較高，已初步確定了各區(qū)域的煤、石油分布規(guī)律，但是對(duì)油頁(yè)巖的調(diào)查開(kāi)展較晚，其空間分布特征與工業(yè)性能與成礦規(guī)律尚需要進(jìn)一步研究。

圖1 鄂爾多斯盆地大地構(gòu)造圖

本文選取安塞建華鎮(zhèn)地區(qū)瓦窯堡組油頁(yè)巖為例，討論其分布特征及成礦規(guī)律。有助于開(kāi)展油頁(yè)巖陸相湖泊沉積體系的成礦預(yù)測(cè)與資源勘探。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

安塞建華鎮(zhèn)地區(qū)瓦窯堡組油頁(yè)巖區(qū)位于鄂爾多斯斷塊(Ⅰ1)伊陜單斜區(qū)(Ⅰ13)延安單斜(Ⅰ13－2)次級(jí)構(gòu)造的西部(見(jiàn)圖1)，鄂爾多斯盆地是以中生代陸相沉積為主體的大型內(nèi)陸沉積盆地，是我國(guó)重要的含油、煤、天然氣的克拉通古盆[2]。安塞地區(qū)自下而上發(fā)育有奧陶系海相碳酸鹽巖、石炭－新近系淺海－河流湖泊相碎屑巖、第四系風(fēng)積黃土層。本區(qū)含油地層為上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組，含煤地層為上三疊統(tǒng)瓦窯堡組。含油頁(yè)巖地層為上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組、瓦窯堡組。延長(zhǎng)組油頁(yè)巖目前已作為可采油層進(jìn)行了初步開(kāi)采利用，但是由于含油率較低，滲透性較差，其開(kāi)采利用率較低，瓦窯堡組油頁(yè)巖由于受煤炭、石油經(jīng)濟(jì)價(jià)值影響，一直未得到應(yīng)有的重視和研究。

圖2 研究區(qū)3號(hào)油頁(yè)巖厚度等值線圖

2 油頁(yè)巖地質(zhì)特征

2.1 油頁(yè)巖分布特征

安塞建華鎮(zhèn)地區(qū)油頁(yè)巖的具體層位為瓦窯堡組，即延長(zhǎng)組頂部第五段(T3y5)，區(qū)域上為長(zhǎng)1+長(zhǎng)2油層組。整體為隱伏地層，區(qū)域上瓦窯堡組以灰黃、灰黑色泥質(zhì)巖與粉、細(xì)砂互層為主，以發(fā)育多層煤線、薄煤層或黑色頁(yè)巖為主要特征的陸相地層，其底界以一層含煤(或煤線)砂、泥巖與下伏延長(zhǎng)組整合接觸，與上覆富縣組不整合接觸，以紫紅色為主的砂、泥巖層為上覆富縣組開(kāi)始[3]。安塞建華鎮(zhèn)地區(qū)瓦窯堡組主要特點(diǎn)是發(fā)育一套灰白色中細(xì)粒砂巖與深灰色泥巖、粉砂巖，以灰白色中粒長(zhǎng)石石英砂巖及鈣質(zhì)砂巖為主，次為灰～灰黑色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖及煤層，少量炭質(zhì)泥巖、油頁(yè)巖，局部地段夾有黃鐵礦結(jié)核及粘土巖。頂部多遭受剝蝕，厚度160～235 m。

依據(jù)該地區(qū)5個(gè)鉆孔資料，建華鎮(zhèn)地區(qū)瓦窯堡組含油頁(yè)巖為3層，按照受沉積微相變動(dòng)影響，其整體層位橫向較為穩(wěn)定，但厚度變化較大，約為0.8～2.2 m，其中的砂巖或頁(yè)巖夾層略有變化，縱向上略有差異。油頁(yè)巖的發(fā)育與該區(qū)瓦窯堡組沉積相帶的展布特征關(guān)系較為密切，具體表現(xiàn)為該區(qū)瓦窯堡組整體為一套湖泊及湖泊邊緣相沉積體系，在半深湖沉積環(huán)境中，腐泥層及薄煤層較為發(fā)育，油頁(yè)巖厚度最大，最厚處可達(dá)5.5 m，而在湖泊邊緣及沖蝕地帶，以細(xì)粒砂巖為主，形成的油頁(yè)巖及煤層均較薄，發(fā)育較差。根據(jù)鉆孔資料初步研究，發(fā)現(xiàn)該區(qū)油頁(yè)巖在中東部較厚，向西北方向受后期河流沖刷剝蝕逐漸變薄。

油頁(yè)巖內(nèi)植物化石組合主要發(fā)育 Neocalamites sp.和Cladophlebis so.，動(dòng)物化石組合主要為 Shaanxiconcha cf.subeiliptica及 Darwinula liulingchuanensis，明確體現(xiàn)了三疊系晚期的微動(dòng)蕩的漸變沉積環(huán)境。

2.2 油頁(yè)巖巖礦特征

建華鎮(zhèn)地區(qū)油頁(yè)巖宏觀上呈灰黑、黑色，粉色為棕褐色，略呈油脂光澤，呈片狀、似層狀結(jié)構(gòu)，參差狀、貝殼狀斷口，硬度較小。物質(zhì)組成以粘土礦物為主，砂質(zhì)成分次之，顯示了半深湖－淺源沉積的特征。據(jù)油頁(yè)巖X衍射分析結(jié)果(見(jiàn)表1)可以看出，巖石中石英占24.6% ～46.7%，伊蒙混層占11% ～39.5%，高嶺石占 12% ～45%，綠泥石占 8.5% ～14%。

表1 油頁(yè)巖X衍射分析結(jié)果表

2.3 油頁(yè)巖工業(yè)特征

本次共采集建華鎮(zhèn)地區(qū)油頁(yè)巖樣7件，分別進(jìn)行了工業(yè)分析、葛金分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2和3。

表2 油頁(yè)巖工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 油頁(yè)巖低溫干餾分析結(jié)果表

由表2、表3可以看出，建華鎮(zhèn)地區(qū)油頁(yè)巖含油率中等，較為穩(wěn)定，均大于5%，平均為8.26%，灰分含量較大，均大于70%，揮發(fā)分較低，屬高灰分中低揮發(fā)分油頁(yè)巖。

總體來(lái)說(shuō)，含油率與固定碳含量呈正相關(guān)，與灰分含量呈負(fù)相關(guān)，隨著固定碳含量增大，含油率增加，發(fā)熱量增大，隨著灰分含量減少，含油率增大，發(fā)熱量增大。

3 油頁(yè)巖成礦規(guī)律

安塞建華鎮(zhèn)地區(qū)瓦窯堡組油頁(yè)巖主要發(fā)育于中－低水位體系域中，沉積巖相帶為潮坪相和湖泊相。古構(gòu)造條件和氣候演化特征對(duì)區(qū)內(nèi)的油頁(yè)巖形成和演化起著至關(guān)重要的作用。

3.1 古構(gòu)造條件控礦規(guī)律本區(qū)位于鄂爾多斯斷塊、伊陜單斜、延安單斜次級(jí)構(gòu)造西部，整體為一套單斜內(nèi)部發(fā)育的向西傾伏近東西向鼻狀隆起構(gòu)造，鼻狀隆起呈現(xiàn)了較平緩的波狀起伏特征，自安定組下，侏羅系、三疊系背斜構(gòu)造上下疊置，位置基本一致，顯示了構(gòu)造的繼承性和穩(wěn)定性雙重特征，反映了燕山運(yùn)動(dòng)早期，本區(qū)曾經(jīng)歷了一次南北向擠壓應(yīng)力作用。而在本區(qū)油頁(yè)巖主要發(fā)育于淺水體系域。油頁(yè)巖沉積位置、沉積厚度與鼻狀隆起基本一致，體現(xiàn)了湖泊邊緣相的前緣沉積特點(diǎn)。

圖3 安塞地區(qū)油頁(yè)巖含油率與固定碳相關(guān)圖

圖4 安塞地區(qū)油頁(yè)巖含油率與灰分相關(guān)圖

3.2 古氣候控礦規(guī)律

依據(jù)本區(qū)油頁(yè)巖及含炭泥巖的測(cè)試分析結(jié)果，顯示了本區(qū)粘土礦物組合所相應(yīng)的古氣候演化規(guī)律。一般認(rèn)為，自生蒙脫石易形成于干濕交替的氣候環(huán)境[4]，而氣候溫暖潮濕有利于高嶺石的形成和保存[5]，伊利石形成于寒冷少雨的氣候條件下。本區(qū)瓦窯堡組含油頁(yè)巖段中粘土礦物組合為伊利石、蒙脫石、綠泥石、高嶺石。在垂向上，伊利石、蒙脫石成分呈現(xiàn)頻繁波動(dòng)變化特征，反映了在含油頁(yè)巖段沉積時(shí)期氣候呈現(xiàn)濕潤(rùn)－干旱交替的變化演化特征。

受古氣候干濕交替影響，本區(qū)油頁(yè)巖呈現(xiàn)多層發(fā)育、單層較薄的特點(diǎn)。就以油頁(yè)巖與上下泥頁(yè)巖相比較而言，氣候較為濕潤(rùn)，浮游生物繁盛，少量油頁(yè)巖夾層內(nèi)可見(jiàn)明顯化石印痕，而在炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖內(nèi)，植物化石明顯增多，長(zhǎng)期的氣候變化導(dǎo)致了水動(dòng)力條件緩慢變動(dòng)，形成了特殊、穩(wěn)定的湖泊邊緣沉積環(huán)境，為本區(qū)油頁(yè)巖形成和保存提供了有利條件。

3.3 古物源沉積條件

鄂爾多斯盆地三疊－侏羅世為陸相盆地快速發(fā)展的時(shí)期，區(qū)域內(nèi)河湖分布廣闊，沼澤密布，周圍森林較為茂盛，為鄂爾多斯盆地重要的成油、成煤時(shí)期。

三疊世時(shí)期，由于印支運(yùn)動(dòng)，鄂爾多斯盆地四周逐漸普遍抬升，海水逐漸退出鄂爾多斯盆地，至中晚三疊世，鄂爾多斯盆地進(jìn)入了大型內(nèi)陸差異沉積盆地的形成和發(fā)展時(shí)期，形成了凹陷中心偏南部的不對(duì)稱多中心的凹陷，發(fā)育了完整的河流－湖泊相 (陸相)碎屑巖沉積體系，形成了典型的超大型內(nèi)生式含油系統(tǒng)[6]。晚三疊世早期，鄂爾多斯盆地中心位于南部銅川－韓城一帶，晚期的盆地中心遷移到延安以北子長(zhǎng)一[7]。在三疊世晚期，在永坪組、瓦窯堡組內(nèi)產(chǎn)有介形蟲(chóng)－雙殼類化石及豐富的植物化石，地層內(nèi)含大量煤線及炭質(zhì)泥巖，表現(xiàn)為溫帶－亞熱帶溫濕潤(rùn)氣候。在水流作用下，帶來(lái)了豐富的有機(jī)質(zhì)，在為水生生物提供養(yǎng)料的同時(shí)也提供了大量的原始成油有機(jī)質(zhì)。

根據(jù)對(duì)瓦窯堡組橫向變化、縱向變化研究得知，在三疊世晚期－侏羅世早期，盆地中心進(jìn)一步東移，本區(qū)西部逐漸裸露，在河流作用的沖蝕下，頂部逐漸被剝蝕搬運(yùn)，逐漸搬運(yùn)至東部地區(qū)，形成了東部下部油頁(yè)巖發(fā)育層數(shù)較多，上部發(fā)育較少的特點(diǎn)，且富縣組具備明顯變厚的特點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)安塞建華鎮(zhèn)地區(qū)上三疊統(tǒng)瓦窯堡組形成于河流－潮坪－湖泊沉積體系，含油頁(yè)巖三層，自東向西，厚度逐漸減小，層序較為明顯，多形成于湖泊邊緣、潮坪沼澤地帶。

(2)建華鎮(zhèn)地區(qū)油頁(yè)巖含油率中等，含油率與含碳量、灰分含量關(guān)系密切。

(3)盆地古沉積演化控制油頁(yè)巖分布，通過(guò)對(duì)盆地古沉積演化可以為古氣候研究提供依據(jù)，同時(shí)通過(guò)古沉積演化、氣候變化也可以幫助預(yù)測(cè)油頁(yè)巖分布，指導(dǎo)開(kāi)發(fā)與利用。

[1]劉招君，楊虎林，等.中國(guó)油頁(yè)巖[M].北京:石油工業(yè)出版社.2009.102 －104.

[2]趙俊峰，劉池洋，喻林，等.鄂爾多斯盆地中生代沉積和堆積中心遷移及其地質(zhì)意義[J].地質(zhì)學(xué)報(bào).2008，82(4):540－552.

[3]陜西省地質(zhì)礦產(chǎn)局.陜西省巖石地層[J].武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社.1992.145 －224.

[4]孟慶濤，樺甸盆地始新統(tǒng)油頁(yè)巖巖石地球化學(xué)特征及富集規(guī)律研[D].究長(zhǎng)春:吉林大學(xué).2010.

[5]藍(lán)先洪.黏土礦物作為古氣候指標(biāo)礦物的探討[J].地質(zhì)科技情報(bào).I990，9(4):31 －35.

[6]劉池洋，趙紅格，小軍，等.鄂爾多斯盆地演化－改造的時(shí)空坐標(biāo)及其成藏(礦)響應(yīng)[J].地質(zhì)學(xué)報(bào).2006，80(5):617－638.

[7]趙宏剛，陳全紅，王文武，等.鄂爾多斯盆地南部上三疊統(tǒng)層序地層學(xué)研究[J].西北地質(zhì).2003，36(4):35－38.