新疆阜康大黃山—東臺(tái)子油頁巖礦層風(fēng)氧化特征分析

劉光濤

（特變電工股份有限公司，新疆 昌吉 831100）

大黃山—東臺(tái)子油頁巖礦區(qū)位于天山中段博格達(dá)山北麓，阜康市東南直線距離56 km 處，行政區(qū)劃隸屬阜康市和吉木薩爾縣管轄。

1 油頁巖礦層特征

研究區(qū)出露地層主要為二疊系、三疊系沉積地層，傾角一般在60°～82°，其分布情況為：主要為二疊系蘆草溝組（P2l），其次為二疊系烏拉泊組（P2wl）、井井子溝組（P2j）以及梧桐溝組（P2w），少量的三疊系韭菜園子組（T1j）、燒房溝組（T1s）以及中三疊系克拉瑪依組（T2-3k）。構(gòu)造形式主要為近東西向延伸的向斜、區(qū)域性大斷裂及少量的伴生斷裂構(gòu)造。蘆草溝組（P2l）又根據(jù)沉積環(huán)境劃分為三段，油頁巖礦層產(chǎn)于蘆草溝組且主要集中于二段，分布于東西向向斜的兩翼，均呈厚層狀。

二疊系蘆草溝組（P2l），分布于井井子溝組以北，在研究區(qū)內(nèi)大面積呈條帶狀出露，橫貫研究區(qū)東西。與下伏井井子溝組整合接觸，與上覆梧桐溝組斷層接觸，為瀉湖相陸源碎屑沉積，巖性以油頁巖為主，夾黑色頁巖和粉砂巖，含較多魚化石，是研究區(qū)主要的含油頁巖礦地層巖組。其又可細(xì)分為三個(gè)巖性段[1]。

一段（P2l1），出露于工作區(qū)南部，呈帶狀分布，與下伏地層井井子溝組呈整合接觸。主要巖性為深灰、灰黑色粉砂質(zhì)泥巖，灰黑色油頁巖，深灰、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖互層，局部夾白云質(zhì)泥巖，區(qū)內(nèi)出露厚度317.00 m。沉積特點(diǎn)為，物質(zhì)粒度：粗－細(xì)－粗、有機(jī)質(zhì)成分：無－有－無，反映出本段為淺湖相的沉積環(huán)境。本段所含油頁巖層多數(shù)＜1 m，并且油頁巖品質(zhì)較差，焦油產(chǎn)率多小于3.5%，不具工業(yè)意義，局部地方礦層焦油產(chǎn)率達(dá)5.1%，工業(yè)意義不大。

二段（P2l2），出露于工作區(qū)中部，與下伏的蘆草溝組一段整合接觸，研究區(qū)內(nèi)主要的含礦地層。巖性以灰黑、黑色油頁巖為主，夾薄層深灰、灰黑色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及白云巖、泥灰?guī)r薄層、透鏡體。沉積特點(diǎn)為水體相對(duì)較深、沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定、生物發(fā)育、有機(jī)質(zhì)沉積量較大。本段與一段、三段沉積旋回是連續(xù)的，但均以厚層的油頁巖與一段及三段人為區(qū)分，并且頂部油頁巖層厚大于底部。本段在研究區(qū)內(nèi)出露厚度達(dá)321.6 m。

三段（P2l3），出露于向斜核部。巖性以淺灰、深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，局部夾薄層灰黑色油頁巖。與二段地層整合接觸，下部為一層厚度達(dá)7 m的綠灰色粉砂質(zhì)泥巖、砂礫巖。油頁巖層厚度一般小于1 m，工業(yè)意義不大。本段厚度約為120.1 m。

蘆草溝組二段（P2l2）為研究區(qū)內(nèi)礦體的主要賦礦層位。研究區(qū)礦體分布剖面如圖1所示。

圖1 研究區(qū)礦體分布剖面圖

2 油頁巖礦層風(fēng)氧化特征

2.1 巖石結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)槽探及鉆探工程揭露，研究區(qū)出露的基巖，巖石結(jié)構(gòu)完整，風(fēng)化破碎程度較差，說明基巖抗風(fēng)化能力較強(qiáng)。Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ線等處呈厚層狀、焦油含量相對(duì)較高的巖石抗風(fēng)化能力更強(qiáng)。另根據(jù)鉆孔資料，殘坡積層下的基巖，巖石完整程度較好，油頁巖巖石色率均呈灰黑－黑色，無褪色現(xiàn)象，說明自然風(fēng)化氧化作用對(duì)礦層影響較輕[2]。

2.2 垂向上礦體各工業(yè)指標(biāo)的變化特征

本次研究在不同勘探線上的不同鉆孔中采集樣品，然后進(jìn)行工業(yè)指標(biāo)分析，包括焦油產(chǎn)率、水分、灰分和揮發(fā)分等，根據(jù)其結(jié)果，對(duì)其在垂直方向上的變化特征進(jìn)行研究。

2.2.1 焦油產(chǎn)率變化

對(duì)不同勘探線，不同鉆孔取樣進(jìn)行焦油產(chǎn)率分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 垂向上焦油產(chǎn)率變化曲線

除ZK Ⅷ-1 孔隨垂直深度的增加焦油產(chǎn)率增加外，其他各線變化均無規(guī)律或規(guī)律性不強(qiáng)。

2.2.2 水分變化

對(duì)不同勘探線，不同鉆孔取樣進(jìn)行水分變化檢測(cè)分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 垂向上水分變化曲線

根據(jù)分析結(jié)果，除ZK Ⅳ-1 孔隨垂直深度的增加水分逐漸減少外，其他各孔變化均無規(guī)律或規(guī)律性不強(qiáng)。

2.2.3 灰分變化

對(duì)不同勘探線的不同鉆孔取樣進(jìn)行灰分變化檢測(cè)分析，結(jié)果如圖4所示。

圖4 垂向上灰分變化曲線

根據(jù)分析結(jié)果，除ZK Ⅳ-1、ZK Ⅵ-1 孔隨垂直深度的增加灰分含量變化平緩，ZKJ Ⅱ-2 變化較平緩?fù)?，其他各線變化均較大，無固定規(guī)律。

2.2.4 揮發(fā)分變化

對(duì)不同勘探線，不同鉆孔取樣進(jìn)行揮發(fā)分變化檢測(cè)分析，結(jié)果如圖5所示。

圖5 垂向上揮發(fā)分變化曲線

根據(jù)分析結(jié)果，除ZKJ Ⅱ-1、ZKJ Ⅱ-2、ZK Ⅳ-1 孔隨垂直深度的增加揮發(fā)分變化平緩?fù)?，其他鉆孔呈無規(guī)律變化。

2.2.5 風(fēng)化氧化結(jié)果分析

理論上，隨著垂直深度的增加，水分、揮發(fā)分等指標(biāo)應(yīng)呈規(guī)律增加或降低趨勢(shì)，但從本區(qū)研究統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，上述各項(xiàng)指標(biāo)的變化均表現(xiàn)為無規(guī)律；從巖石的結(jié)構(gòu)特征及各工業(yè)分析指標(biāo)的變化特征看，研究區(qū)總體上風(fēng)化氧化特征表現(xiàn)不是特別顯著。

此外，根據(jù)探礦工作在礦層中所采樣品的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，地表采集569 件樣品，焦油含量最大值25.80%，平均6.90%；地下采集984 件樣品，焦油含量最大值22.80%，平均6.0%，即地表焦油含量最大值及平均值顯著高于地下。采集樣品進(jìn)行巖石基本性質(zhì)分析，地表1 193 件，焦油含量平均值4.22%，離散系數(shù)3.82；地下鉆孔中1 635 件，焦油含量平均值4.60%，離散系數(shù)2.66，地表離散系數(shù)明顯高于地下。此統(tǒng)計(jì)結(jié)果說明，巖石中焦油含量地表離散程度及礦層中地表最大值、平均值顯著高于地下[3]。

雖然本區(qū)總體風(fēng)化氧化帶特征表現(xiàn)不是特別顯著，但上述結(jié)果的形成原因跟一定程度的風(fēng)化氧化相關(guān)，尤其是地表風(fēng)化氧化作用。由于風(fēng)氧化作用，巖石中焦油類物質(zhì)發(fā)生遷移并形成次生富集，使地表局部焦油產(chǎn)率增高，局部則降低，離散度增大。此現(xiàn)象同樣從區(qū)內(nèi)油頁巖礦層的分布特征可以得到印證，同一油頁巖礦層組，地下鉆孔中呈巨厚層狀，至地表則出現(xiàn)夾石增加、礦層分枝和分叉等現(xiàn)象。

3 結(jié)論

在對(duì)油頁巖礦層分布特征分析的基礎(chǔ)上，本研究從巖石結(jié)構(gòu)特征和垂向上礦體各工業(yè)指標(biāo)的變化特征入手分析油頁巖礦層風(fēng)氧化特征，研究區(qū)整體上風(fēng)化氧化特征表現(xiàn)不是特別顯著。根據(jù)礦層、巖石中所采樣品的分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，由于一定的風(fēng)化氧化作用，地表巖石中焦油類物質(zhì)發(fā)生遷移并形成次生富集，使局部焦油產(chǎn)率增高，局部則降低，離散度增大，同時(shí)，同一油頁巖礦層，地下鉆孔中呈巨厚層狀，至地表則出現(xiàn)夾石增加、礦層分枝和分叉等現(xiàn)象，地表存在一定的風(fēng)化氧化特征。