吉林松辽盆地白垩纪油页岩资源及成矿特征研究

刘 瑞，贾可心，路 放，王 启

（1．长春工程学院勘查与测绘工程学院，长春130021；2．吉林油田勘探开发研究院，吉林松原138000；3．吉林大学地球科学学院，长春130026）

吉林松辽盆地白垩纪油页岩资源及成矿特征研究

刘 瑞1，贾可心2，路 放1，王 启3

（1．长春工程学院勘查与测绘工程学院，长春130021；2．吉林油田勘探开发研究院，吉林松原138000；3．吉林大学地球科学学院，长春130026）

吉林省松辽盆地是我国重要的油页岩成矿区。油页岩层位主要赋存于白垩系的青山口组和嫩江组中。油页岩主要分布于青山口组一段和嫩江组一、二段地层中。温湿的气候条件、大量的藻类和浮游动植物，以及介形虫、植物等为油页岩的形成提供了有机物源。对松原地区油页岩的45个岩芯样品进行分析。嫩二段TOC平均值约为7．00%，高于嫩一段的5．80%。嫩一段的含油率平均值高于含油率为4．60%的嫩二段。青一段油页岩的TOC平均值为7．60%，含油率平均值为5．10%。

油页岩；松辽盆地；白垩纪；地层特征

0 引言

油页岩又称油母页岩，是一种低热值固态化石燃料。色浅灰至深褐，含有机质和矿物质［1］。油页岩中除含有有机成分外，还包含有碳、氢、氧、氮、硫等无机元素组分，岩石类型主要为黏土质和粉砂质岩石。油页岩经过低温干馏可获得页岩油，含油率大于3．5%，发热量不小于4．18MJ／kg［2］。油页岩作为一种非常规能源矿产，对于我国这样能源匮乏的国家有着十分重要的战略和经济意义。油页岩资源为填补我国能源紧缺状况、提高油气产量起着十分重要的作用。

松辽盆地是世界著名的白垩系陆相盆地之一，内部充填地层发育完全。其中坳陷阶段的青山口组和嫩江组沉积有厚层的含油页岩系，是研究白垩纪陆相盆地历史的典型地区［3］。松辽盆地（吉林部分）地处松辽平原东南部，区域上涵盖长春、四平、吉林、白城、松原等地区，总面积约45 000km2。松辽盆地内的中生代地层除局部产状较陡外，整体呈缓倾斜状态。盆地内的油页岩主要产于上白垩统青山口组（K2qn）一段和嫩江组（K2n）一、二段地层中。青山口组为一套以深湖至半深湖相为主的暗色细碎屑岩沉积；嫩江组在松辽盆地内分布范围最广，主要为黑色、灰黑色泥岩、页岩夹油页岩［4］。

本文通过对吉林省松辽盆地油页岩含矿地层和古地理环境分析，探讨了油页岩矿床的成矿环境和条件。为研究松辽盆地油页岩资源的分布规律和特征奠定基础，为寻找油页岩矿产资源提供依据。

1 地层特征

吉林松辽盆地结晶基底由绿片岩、片麻岩、花岗片麻岩和花岗岩组成的结晶基底和上部的巨厚中、新生代沉积岩组成［5］。中生代时期的吉林松辽地区处于湖相深水盆地环境，盆地构造格架呈现隆凹相间的古地理特征。区内的中生代上白垩系由下而上分别发育有沙河子组（K1sh）、营城组（K1yc）、登娄库组（K1d）、泉头组（K1q）、青山口组（K2qn）、姚家组（K2y）、嫩江组（K2n）、四方台组（K2s）和明水组（K2m）（表1）。

沙河子组分布范围较广。岩性组合可分为3部分，本组中—下部普遍见有煤层及碳质泥岩，是煤层气生成的有利层段。岩性主要以暗棕、灰绿色泥岩，深灰色泥岩、粉砂岩、灰白色砂岩及少量碳质泥岩甚至煤层为主，呈现由盆地边缘向盆地中心碎屑颗粒由粗变细的特征。营城组沉积早期可能广泛分布，但该组顶部剥蚀十分严重。岩性主要为灰、深灰色泥岩、粉砂岩、灰白色砂岩及少量碳质泥岩甚至煤层。登娄库组沉积时期是松辽盆地重大的构造属性转换期，岩性特征下部发育深灰、灰黑色泥岩夹含砾砂岩。上部地层主要为暗棕、灰绿色泥岩及细—粗砂岩组成。泉头组广泛分布，沉积厚度普遍较大。地层岩性以棕红、紫红、暗紫红色泥岩夹砂岩为主，中—上部多为灰、灰白色、灰绿色粉砂岩及砂岩互层（表1）。

表1 吉林松辽盆地南部中生代白垩系地层特征表

青山口组下部为灰、深灰色泥岩与灰白色粉—细砂岩互层，并夹有劣质油页岩，富含介形类生物化石；上部棕红、褐紫红泥岩夹灰白、灰绿色粉—细砂岩。表现为水进沉积，地质年代跨越6．6Ma。青山口期由于盆地范围的扩大，形成了本地区重要的油页岩成矿期。油页岩的累积厚度一般为4～14m［6］。

藻类是最重要的油页岩有机质母源。嫩江组沉积时期，盆地水体较深，湖盆范围扩大，形成了湖泛沉积。嫩江组构成了本区另一含油页岩的层位。嫩江组时期潮湿、炎热的气候环境为微生物的繁盛提供了极好的环境条件［7］，也为油页岩的沉积奠定了基础。

除了嫩江组和青白口组之外，在明水组沉积时期也见有薄层的油页岩。但可能是由于当时的气候和环境条件使得藻类等生物繁盛的时期较短，以致于无法形成有工业意义的油页岩含矿层位。四方台组和姚家组沉积时期的气候环境条件均以炎热干燥的沉积环境为主，形成了红色的泥质、粉砂质沉积，局部可含有薄层的油页岩沉积（表1），但是工业意义不大。

2 岩相古地理条件

吉林地区松辽盆地在白垩纪时期主要属于断陷盆地发育时期，在盆地沉降过程中，伴随有断层活动和火山作用。进入晚白垩世，火山活动趋于减弱，可见有碎屑岩、煤层和油页岩沉积。

早白垩世时期，沉积有沙河子组、营城组、登娄库组、泉头组地层，属于盆地断陷形成的初期阶段［8］。断裂活动强烈、盆地沉降幅度较大。该时期在岩相古地理特征上表现为有底位域（LST）、高水进域（TST）和高位域的（HST）的浅湖、河流等沉积，层序底部发育有冲积扇和河流相沉积［5］。

青山口组沉积主要为深水相的暗色湖盆沉积，属温湿气候下的湖侵、湖泛沉积。温湿的气候条件使得细菌、藻类和浮游动植物等低等的水生生物大量繁盛和发育，构成了有机质沉积的重要物质来源［6－7］。刘招君等［5］人研究认为该时期Rb／Sr、Th／U值较低，代表了一种湿润、温暖的气候条件。该气候条件非常适合藻类生物、浮游动植物的生长发育，较深的湖水环境为油页岩的形成和保存提供了极好的环境条件，形成了高含油率的油页岩层位。

姚家组沉积时期湖盆面积变小，气候也变得炎热干燥。沉积了以棕红色泥岩、灰白色砂岩互层为主的岩石。本段地层形成时间约为1．9Ma。发育水进域（TST）的浅湖沉积和高位域（HST）的浅湖、河流等沉积物，低位域（LST）不发育。

嫩江组时期是松辽盆地湖盆发育的鼎盛时期，以嫩二段湖盆最大［7］。岩性为灰白色泥岩、浅灰、灰绿色粉砂质泥岩、粉砂岩中夹黄褐色油页岩，富含叶肢介、介形类生物化石［9－10］。形成年代跨越5．5Ma。嫩江组沉积时期属于水进域（TST）的浅湖沉积和高位域（HST）的浅湖、河流等沉积物。油页岩主要沉积于嫩江组一、二段时期。

3 油页岩成矿特征

吉林松辽盆地油页岩成矿区的形成与该地区中生代造山作运动密切相关。中生代该地区处于一个由洋壳向陆壳下俯冲的时期，俯冲的结果导致该地区陆壳岩石圈增厚。增厚的陆壳岩石圈此时处于一个重力不稳定的状态，因而诱发了岩石圈的拆沉构造作用［3］。由于早白垩世的造山作用形成的势能差而导致重力滑脱，从而产生了区域拉张应力。区域性的拉张应力作用使得松辽盆地形成了中生代裂谷盆地［5］。下断上坳的叠合式结构是伸展盆地的共性特征，是由其演化阶段的构造属性所决定的。

随着吉林松辽盆地区域性沉降作用的发生，盆地内不断有周围的河流注入到盆地中，使得古松辽盆地湖区面积增大、湖水深度加大，再加上偶尔有附近海洋中的海水倒灌，造成本区的湖泊呈现水体分层现象。密度大的、致密缺氧的海水下沉，富氧水体上升。湖水密度分层现象阻碍了水体的对流和交换，从而造成湖盆底部的水体处于一个缺氧、富含有机质的还原环境。青山口组和嫩江组沉积时期的松辽盆地就此成为一个富含微体和动植物化石的缺氧环境条件，造成了黑色泥岩和油页岩沉积，形成了油页岩层。

综合松辽盆地中生代油页岩发育的构造、古气候环境特点、沉积环境以及古生物特征，可以看出在中生代时期、尤其是白垩纪时期吉林松辽盆地处于一个温暖潮湿的近海陆相环境。青山口一段和嫩江组一段油页岩主要赋存于该段地层的中下部。嫩江组二段油页岩赋存于该段地层的最下部。对吉林松辽盆地中部的油页岩矿床进行岩心取样，获得了10口井的累积油页岩厚度25．79m，钻孔油页岩的获取率达93．9%（表2）。采取了45个样品进行有机碳含量（TOC）分析，嫩二段TOC值平均值约为7．00%，嫩一段TOC平均值5．80%，前者TOC值明显后者。嫩二段含油率平均值为4．20%，要略低于嫩一段的4．60%。青一段油页岩的TOC平均值为7．60%，含油率平均值5．10%，青一段的油页岩含油率高于嫩江组。青山口组油页岩的发热量为3．25MJ／kg，要明显优于嫩一、二段油页岩2．44 MJ／kg的发热量。吉林松辽盆地油页岩的总体特征是含油率较低、厚度较薄，但分布稳定、资源储量大。

4 结语

吉林松辽盆地中生代白垩纪时期处于洋壳向陆壳下俯冲时期，诱发了岩石圈陆壳拆沉作用的发生，形成了中生代裂谷盆地。白垩纪温暖潮湿的气候条件使得藻类、孢粉等微体生物，以及鱼类、被子植物等生物大量繁盛，它们共同构成了油页岩矿床有机物质来源。吉林松辽盆地的油页岩主要发育在上白垩统青山口组一段和嫩江组一、二段地层中，油页岩总厚度可达26m。青白口组TOC值、含油率和发热量均较嫩江组高。吉林松辽盆地的油页岩含油率不高，但分布广泛、资源储量大，成为了我国重要的陆相油页岩成矿区。

表2 吉林松辽盆地油页岩钻孔取芯统计表

［1］Bussell I S．Oil Shale Developments［M］．New York：Nova Science Publishers，2009．

［2］刘招君，孟庆涛，柳蓉．中国陆相油页岩特征及成因类型［J］．古地理学报，2009，11（1）：105－114．

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［5］刘招君，孟庆涛，贾建亮，等．陆相盆地油页岩成矿规律：以东北地区中、新生代典型盆地为例［J］．吉林大学学报：地球科学版，2012，42（5）：1286－1297．

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The Research on Cretacious Period Oil Shale Resources and Mineralization Characteristics of Songliao Basin in Jilin Province

LIU Rui，etc．
（School of Prospecting ＆Surveying Engineering，Changchun Institute of Technology，Changchun130021，China）

Songliao basin is the most important oil shale mineralization area in China．The oil shale layer mainly occurs in the Qingshankou Formation and Nenjiang formation of Cretaceous period．Oil shale is mainly distributed in the 1stsection of Qingshankou formation as well as 1stand 2ndsection of Nenjiang formation．The suitable environmental of warm and humid climate，agreat amount of algae，and plankton，ostracods，and some other plants provide organic resources for the formation of oil shale．Through the analysis to 45oil shale samples in Songyuan area，the results show that the average TOC value in the 2ndsection of Nenjiang formation is about 7．00%，which is higher than 5．80%of 1stsection in Nenjiang formation．The average value of oil－containing rate in 1stsection of Nenjiang formation is higher than the 2ndsection which is about 4．60%．The average TOC value of 1stsection of Qingshankou formation is 7．60%，and average oil－containing value is 5．10%．

oil shale；Songliao basin；Cretacious period；strata feature

P618．12

A

1009－8984（2016）02－0068－03

10．3969／j．issn．1009－8984．2016．02．016

2016－03－28

吉林省科技发展计划项目（20140101166JC）

刘瑞（1963－），男（汉），吉林，博士，教授主要研究宝玉石资源及环境矿物材料。