新疆吐魯番市塔爾朗溝油頁巖礦地質及有機質特征

鄭國平 王哲 劉生元 宋必耀

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第一區域地質調查大隊 烏魯木齊 830013）

油頁巖礦產為近年來系統納入開發利用的礦產資源類型，但以往各類地質調查和勘探均未給予重視，加之本類礦產需要利用分析成果方能確定，所以以往相關地質勘查成果中均缺乏相關資料。塔爾朗溝油頁巖礦為近幾年發現的能源類非金屬礦產，礦區位于吐魯番盆地西北部，大地構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。區域上多發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育在塔爾朗盆地內。

1 地質礦產特征

1.1 地層

區內出露地層主要有上石炭統柳樹溝組（C2l）、中二疊統大河沿組（P2dh）、塔爾朗組（P2t）、中二疊－早三疊統上倉房溝群（P2T1C1）、中二疊－早三疊統下倉房溝群（P2T1C2）、中－上三疊統克拉瑪依組（T2－3k）、中三疊統黃山街組（T2hs）、上三疊統郝家溝組（T3hj）、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）和第四系沖洪積物（Qhapl）。其中塔爾朗組泥巖及粉砂質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 構造

礦區地處吐哈盆西北緣盆山結合帶的山前，為一山間盆地，具有湖相古地理沉積環境和推覆構造背景。礦區內發育有塔爾郎向斜，總體為一復式向斜構造，位于塔爾朗溝南部溝口附近。復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°，翼部地層發育完整，核部掩蓋較強。礦區內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。構造線呈封閉環狀，總體上褶皺軸與構造線方向一致，為近東西向褶皺。向斜構造規模有限，對油頁巖礦產影響不大。

1.3 賦礦層位及礦化特征

賦礦層位中二疊統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。礦區含油泥頁巖層呈帶狀延伸，其出露范圍與盆地內復式向斜構造出露范圍一致。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現含油泥頁巖中含油率僅與巖性粒度有關，即巖石越細、泥質成份越高、碳質成份越高，則樣品中含油的可能性越大。

礦區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，結合地表宏觀地質特征，礦區具有以下礦化特征。

圖1 新疆吐魯番市塔爾朗溝油頁巖礦區地質圖

（1）垂向上，賦油層位主要為中二疊統塔爾朗組泥巖段，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量不多。造成該現象的原因可能是由于礦區內油頁巖層多為薄層狀，出露寬度一般為5－30cm，與黑色泥質粉砂巖、粉砂質泥巖等巖層多呈互層狀產出。而實際工作中取樣規格多為2m左右，造成分析結果出來后，礦（化）層被夸大，油頁巖樣品含油率普遍不高。

2 油頁巖有機質特征

2.1 油頁巖品質特征

（1）含油率

含油率是指油頁巖中頁巖油（焦油）所占的質量分數，是界定油頁巖礦產資源概念的指標，也是最重要的評價指標。2006 年吉林大學“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：3.5%＜w≤5%、5%＜w≤10%、w＞10%。由表1 可以看出礦區油頁巖含油率分布在3.88-4.36%之間，平均為4.03%，表明本區的油頁巖品質較差。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明顯的負相關，半焦可作為油頁巖品質快速評價的重要參數（圖2-a）。而揮發組分（損失組分）與含油率呈現明顯的正相關（圖2-b），表明在低溫干餾過程中還存在一些輕質烴類揮發到大氣之中，應注意其綜合利用。在含油率與揮發組分交會圖中還可見三個特殊的點（點群2），其揮發組分的含量與含油率無相關性，含油率較低，揮發組分很高，說明油頁巖還存在碳酸鹽巖等一些易熱解揮發的礦物。

表1 礦區部分油頁巖含油率特征表

（2）灰分

灰分是指單位質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量。它既是區別高含碳油頁巖與煤資源的關鍵指標，又是衡量油頁巖品質的參數。該參數越低，油頁巖的有機質含量越高、品質越好。總體上，低灰分油頁巖一般灰分產率小于65%、含油率大于10%；而高灰分油頁巖一般灰分產率介于65%-90%，含油率介于3.5%-10%。礦區油頁巖灰分在75.39-82.65 之間，屬于高灰分油頁巖（表2、圖3）。

（3）揮發分

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

表2 礦區油頁巖工業分析表

圖2 礦區油頁巖含油率與半焦、揮發組分相關性圖解

圖3 礦區油頁巖含油率與灰分、揮發分含量關系圖解

（4）發熱量

發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燃料價值的重要參數。通過對礦區油頁巖和富有機質泥巖發熱量分析，其發熱量主要介于2063-4175J/g 之間（表2），平均值達2706J/g。通過對發熱量與含油率、揮發分比較分析可知，三者呈明顯的正相關關系；發熱量與灰分呈負相關關系（圖4）。在含油率與發熱量關系圖解中存在一個特殊點（點1），其發熱量很高，含油率很低，表明其有機質豐度較高，但是有機質偏向生氣，不易生油。

2.2 有機質類型

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

圖4 油頁巖發熱量與含油率、揮發分、灰分關系圖解

表3 礦區有機碳、熱解分析表

圖5 油頁巖有機質類型判別圖解