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

（新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局第一區域地質調查大隊 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。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結核，進行了部分樣品飽和烴氣相色譜分析，認為吐哈地區中二疊統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現含油頁巖層段厚達200余米，可見延伸5 千米以上。對礦區油頁巖層開展深入研究，有助于了解礦區油頁巖品質特征。

1 顯微礦物特征

礦區內含油頁巖的礦石類型為粉砂質油頁巖，巖石類型有頁巖、粉砂質頁巖。

灰褐色、灰黑色頁巖：泥質結構，微層理構造、塊狀構造，巖石主要由泥質和有機質層紋組成，互層狀產出，條帶狀分布。有機質層紋呈棕褐色、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。

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

深灰褐色白云質粉砂質頁巖：粉砂泥質結構，微層理構造。巖石由粉砂（25%）、泥質（52%）、微晶白云巖（20%）組成。在巖石中含有粉砂質石英和長石，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，但這部分物質卻是決定該種巖石是否為油頁巖以及其品質好壞的關鍵性因素。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得到廣泛應用，其優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料。樣品中均發現有保存完好，粒徑0.1～0.2mm的腐泥物質，但其含量極少。在腐泥基質體及礦物瀝青基質中，常見藻類碎屑體，系藻類體降解不完全的殘余碎屑。腐泥基質體是微生物降解比較徹底的產物，除藻類等原始母質外，還包括細菌生命活動過程中新生物質：細菌遺體與排泄物。腐泥組生油潛力較大，與其原始母質性質息息相關。油頁巖中腐泥組質含量一般為3.2～12.5%，中等油頁巖含量4.1～7.6%，優質油頁巖含量大于10%。根據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體。

藻類體具有藻類生物的結構和形態，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。根據其結構和形態，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。礦區內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，較大的層狀藻熒光性強，層狀藻在有機質豐度較低的泥巖中分布較少，在有機質豐度高的油頁巖中分布較多，均勻分布在礦物瀝青基質中。礦區內層狀藻含量一般為0～3.42%，平均含量為1.56%。

瀝青質體主要出現在油頁巖和腐泥煤中，是低等植物藻類或類脂物質受到瀝青化作用而產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。油頁巖中的瀝青質體常與礦物相互混合成礦物瀝青基質。礦區內瀝青質體含量一般為0～3.63%，平均含量為1.49%。

綜上所述可以看出，礦區內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，區內油頁巖屬一般品質油頁巖。

2.2 殼質組

油頁巖中殼質組含量一般為3.6～7.6%，中等油頁巖含量4.1～5.4%，優質油頁巖含量大于7%。殼質組顯微組分也是重要的生油組分之一，是泥巖、碳質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，由于其化學性質比較穩定，經過長距離搬運后尚能保存或基本保存其原始形態。礦區富有機質沉積巖中的殼質組主要包含孢子體、角質體、熒光體、葉綠素體、樹脂體、木栓質體。區內油頁巖樣品中殼質組分含量較高為其特征之一，少數油頁巖生油組分以殼質組分為主，形成相當富集的薄層，但其焦油產出率通常不高，最多能達到差質油頁巖水平。

孢子體來源于高等植物，根據其大小可以分為大孢子體（＞0.1mm）和小孢子體（＜0.1mm）。礦區富有機質沉積巖中的孢子體主要為小孢子體，多呈蠕蟲狀或環狀分散分布，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。區內顯微組合成果顯示，油頁巖孢子體含量一般為18.40～75.95%，平均含量為50.82%。角質體一般呈長條帶狀，外邊緣平滑、內邊緣呈鋸齒狀，末端多呈尖角狀；礦區富有機質沉積巖發育的角質體類型主要為薄壁角質體，在反射白光下呈灰黑色，反射熒光下呈橘黃色或紅褐色。區內角質體含量一般為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轉化而成的一種強熒光性的組分，沒有內部結構，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，多在淺水區域出現；樹脂體是由植物分泌的樹脂等類脂物質形成的組分，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。礦區內樹脂體含量一般為1.71～6.05%，平均含量為3.85%；木栓質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。煤和碳質泥巖樣品中極少量出現。

綜上所述可以看出，礦區內油頁巖中殼質組平均百分含量22.04%，按殼質組百分含量標準來劃分油頁巖品質，礦區油頁巖屬優質品質油頁巖。

2.3 鏡質組

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

綜上所述可以看出，礦區內油頁巖中鏡質組平均百分含量19.56%，按鏡質組百分含量標準來劃分油頁巖品質，礦區油頁巖屬一般品質油頁巖。

2.4 惰質組

是成煤植物的木質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，即絲質體、半絲質體、粗粒體、菌類體和碎屑惰質體。煤層或泥炭層中，鏡質組在數量上往往數倍于惰質組，甚至更多，但在油頁巖中情況相反，惰質組含量通常多于鏡質組。推測礦區內顯微組分經過較長距離搬運，原始沉積的部分鏡質組分在搬運過程中逐步氧化成半絲質體，改變了鏡質組和惰質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，其次為殼質組，鏡質組和絲質組幾乎可以忽略不計。統計資料表明，生油組分含量＜5%的樣品，按現時標準可能暫時都屬于非油頁巖（黑色頁巖）或差質油頁巖；生油組分含量5～10%的樣品，屬于差質油頁巖或中等油頁巖；生油組分含量＞10%的樣品，應屬于優質油頁巖。礦區內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，礦區內油頁巖品質為一般品質油頁巖（或差質油頁巖）。