新疆米泉油页岩矿区地质特征及矿床成因分析

邓如军 李明 徐登峰

摘要：新疆米泉油页岩矿区位于哈萨克斯坦板块（一级构造单元）准噶尔微型板块（二级构造单元）之准噶尔中新生代拗陷（三级构造单元）内，该成矿区相当于准噶尔晚古生代陆缘盆地范围，区内是沉积型油气、煤、油页岩及其他非金属成矿的有利地区。芦草沟组为该区的含油页岩层位，其中第二岩性段为主要的赋矿层位，调查结果显示米泉油页岩矿床成矿作用主要受到沉积、成岩以及构造运动的影响，该矿床为近海型泻湖、海湾沉积，属近海型油页岩矿床。

关键词：米泉油页岩；地质特征；矿床成因

1.区域成矿背景

新疆米泉油页岩矿位于博格达（弧后裂陷盆地）铜-铁-金-铀-锰-钛-硼-油页岩-石油-天然气-磷-沸石-盐类-高岭土矿带西部，该油页岩矿带呈近东西向分布。西起乌鲁木齐雅玛里克山，东至奇台的白杨河。按1999年新疆维吾尔自治区地质矿产局编著的《新疆维吾尔自治区岩石地层》中区划方案，该区域一带地层区划属北疆-兴安地层大区，北疆地层区，吉木萨尔地层小区（图1）。区域上出露地层有石炭系、二叠系、侏罗系、第三系及第四系，二叠系出露较多。矿区处于博格达（弧后裂陷盆地）铜-铁-金-铀-锰-钛-硼-油页岩-石油-天然气-磷-沸石-盐类-高岭土矿带西部。该成矿区相当于准噶尔晚古生代陆缘盆地范围，区内是沉积型油气、煤、油页岩及其他非金属成矿的有利地区。周边有很多正在开采煤矿，煤矿赋矿层位为下侏罗统八道湾组和中侏罗统西山窑组。

2.矿区地质特征分析

2.1地层

矿区出露的地层主要有二叠系、侏罗系及第四系。

（1）二叠系。二叠系为油页岩矿赋存地层，在矿区出露面积较大，呈北东—南西向带状展布，出露有上二叠统井井子沟组（P2jn）、上二叠统芦草沟组（P2l）、上二叠统红雁池组（P2h）、上二叠统泉子街组（P2q）和上二叠统梧桐沟组（P2wt），具体叙述如下：

①上二叠统井井子沟组（P2jn）。上二叠统井井子沟组（P2jn）分布在矿区东南部及以南，出露范围较大，呈北东—南西向条带状展布，两侧向东、向南延伸出区外。主要岩性为灰绿色、灰兰色硬砂岩、硬砂质长石砂岩、泥岩、粉砂岩、凝灰岩、砂砾岩夹灰岩。②上二叠统芦草沟组（P2l）。是矿区主要含矿地层，在矿区内大面积出露，局部被第四系覆盖。主要由一套油页岩、粉砂岩、砂质页岩夹白云岩、白云质灰岩组成，具波痕及微层理，属泻湖相沉积。③上二叠统红雁池组（P2h）。上二叠统红雁池组（P2h）分布在矿区西南部，呈带状，西部被第四系覆盖，南部延伸出区，主要岩性为灰绿色硬砂岩、砂砾岩、泥岩、泥灰岩、炭质页岩；厚362m～ 928m。与下伏的上二叠统芦草沟组第二岩性段整合接触，与上覆的上二叠统泉子街组呈整合接触关系。④上二叠统泉子街组（P2q）。上二叠统泉子街组（P2q）分布在白杨沟南沟到芦草沟一带，呈北东—南西向，呈带状或不规则面状出露，区内被第四系覆盖较多，南部、西部延伸出区，主要岩性为紫红色砾岩、泥岩夹硬砂岩；厚532m～1052m。与下伏的上二叠统红雁池组大部分地段呈整合接触，部分地段为断层接触关系，与上覆的上三叠统小泉沟组呈整合接触关系。⑤上二叠统梧桐沟组（P2wt）。上二叠统梧桐沟组（P2wt）零星出露于矿区西南部，面状分布，延伸出区，第四系覆盖严重。主要岩性为灰黄色含玛瑙砾岩及硬砂岩组成，夹灰黑色泥岩、炭质页岩。属内陆湖相沉积；厚529m～ 735m。与下伏的下—中三叠统仓房沟群呈整合接触，部分地段为断层接触关系，与上覆的下侏罗统八道湾组呈断层接触关系。

（2）侏罗系。侏罗系在矿区出露面积较少，主要分布于北部和西部，呈北东—南西向带状展布，区内出露下侏罗统八道湾组（J1b）、下侏罗统三工河组（J1s）、中侏罗统西山窑组（J2x），具体述如下：

①下侏罗统八道湾组（J1b）。下侏罗统八道湾组（J1b）分布于矿区北部，呈北东—南西向带状展布，第四系覆盖严重。主要岩性为灰色、灰黄色泥岩、粉砂岩、砂巖、砾岩夹煤、菱铁矿；厚663m～869m。与下伏的下—中三叠统仓房沟群呈整合接触，与下伏的上三叠统小泉沟组为断层接触关系，与上覆的下侏罗统三工河组呈整合接触关系。②下侏罗统三工河组（J1s）。下侏罗统三工河组（J1s）分布于矿区北部，呈北东—南西向带状展布，第四系覆盖严重，主要岩性为灰绿色泥岩、砂岩、粉砂岩、局部夹薄煤层；厚278m～ 672m。与下伏的下侏罗统八道湾组呈整合接触，与上覆的中侏罗统西山窑组呈整合接触关系。③中侏罗统西山窑组（J2x）。中侏罗统西山窑组（J2x）分布于矿区北部，呈北东—南西向带状展布，第四系覆盖严重，主要岩性为黄灰色硬砂岩、泥岩、炭质页岩、砂砾岩夹薄煤层、菱铁矿、粘土岩；厚79m～965m。与下伏的下侏罗统三工河组呈整合接触，与上覆的中侏罗统头屯河组整合接触。

2.2构造特征

矿区内断裂构造不十分发育，较大规模的断裂为F3。该断层使北盘地层多倒转向南，沿线岩石破碎、蚀变。该断裂中东段为芦草沟组第一段与第二段的分界线，西侧则发育于第二段中。其次，在矿区中可见次级裂理构造发育。

矿区褶皱主要有白杨岭背斜、涝坝沟向斜和七道湾向斜。通过多年野外工作和室内综合整理分析，认识总结，认为芦草沟组为该区的含油页岩层位，其中第二岩性段为主要的赋矿层位，第一岩性段下部夹薄层油页岩。总体上，赋矿层位比较稳定，走向上较稳定延伸，矿区因受到逆冲推覆块体的影响，发生褶皱变形，21线-22a线间的赋矿岩层发生倒转。

3.礦床特征

该油页岩矿床位于乌鲁木齐市米东新区铁厂沟地区，横跨芦草沟、铁厂沟和白杨河三大体系。矿床主要存于上二叠统的芦草沟组（P2lb），并受到地层的严格控制。评估的矿床全部在上二叠统芦草沟组的第二岩性段中，这是该勘探的重要目标。2013年，根据2006年～2012年的总体调查，对矿区的油页岩煤层进行了工程加密控制，对含油量样品的测试结果进行综合分析和研究后，根据其地质特征，油页岩品位夹杂物去除厚度和厚度的要求和原则，对矿区油页岩煤层进行了进一步划分和划分。以此类推，矿区共划定了12个矿层，其中有12个工业矿床和12个低品位矿床，全部发生在芦草沟组第二岩性段。在第一岩性段的上部也有油页岩，由于仅进行少量的挖沟控制且油页岩缝相对较薄，因此难以评估。整个区域共有12个矿床，这些矿床通常分布在21号线和30号线之间，这些矿床都具有分叉、合并，甚至挤压和重现的特征。

严格受地层控制，与矿区的构造线一致，矿区西部21线至22a线间矿层走向为北东东-南西西，倾向南南东；26线以东矿层倾向北西西，总体倾角在地表一般在58°～80°，深部矿层倾角局部变缓；不论地表还是深部油页岩矿层均具有同层褶曲，且较发育。矿层最大控制长度11800m，各矿层单工程平均厚度1.04m～61.88m。矿区内12个矿层平均含油率4.91%，矿层最大含油率25.25%，最小含油率0.6%。

需要说明，地表探槽中含油率样品，测试成果跳跃性大，主要原因可能是地表油页岩样品由于风化、水分缺失等所造成，因此无法直接利用其成果圈定矿层，仅仅作为控制了地表矿层和矿化地段。

4.矿床成因分析

4.1油页岩的成矿地质条件

从古生代到第三纪各时代都有油页岩产出，世界各地都有油页岩矿床分布。这些矿床的形成均受地层、岩性、岩相、成岩作用及构造等地质条件的控制，米泉油页岩也不例外。

（1）沉积作用。芦草沟组上部和下部为黑色碳质泥岩、页岩，中部为油页岩。它们形成于泻湖-海湾环境，但有机质的来源却大不相同。油页岩为湖内自生生物，黑色页岩来源于陆生植物。这表明古地理、古气候生物类型的控制作用。芦草沟组中部的油页岩被砂岩分为上下油页岩，这段砂岩的沉积特征说明，这一地区层抬升为滨湖环境，陆源碎屑物的大量注入和停止，改变了生物的生活环境，抑制浮游植物的生长和发育，控制着油页岩有机质的贫乏与富集。从纵向上看，地层与岩相控制着上、下油页岩矿床的形成。从横向上看，总的趋势上下油页岩段向东、向南逐渐相变为粉砂岩、砂岩，矿体减薄变为矿化带，后为粉砂岩取代；向西矿体和矿化带延长百余千米，品质有变好的趋势，因此，在横向上岩性的变好控制着矿床的形成。

（2）成岩的作用。前已述及，浮游植物和细菌生物化学降解作用、缩聚作用、非溶解作用，才能转化为干酪根，富集在油页岩中，如果埋藏深度不够，完不成上述三个转化阶段，有机质不能解化为生油母，则有可能形成藻煤等类型矿产。因此，完整的成岩作用是控制油页岩矿床形成的重要地质条件。

（3）构造运动。构造运动使准格尔区在震荡中持续下沉，保持了两个时期有利于藻类的细菌发生发育的古地理、古气候；保持水体能量与沉积速度之间平衡的沉积环境；保持成岩左右的快速进行；并在成岩后断裂抬升，保护油页岩不被深成热解。因此，构造运动是控制油页岩矿床形成和自然演化的一重要地质条件。这些地质条件都是油页岩矿床的主要找矿标志。

4.2矿床成因分析

油页岩的大致经历三个阶段：一是生物的繁盛和有机质的沉积；二是有机质的成岩转化；三是油页岩形成后的自然演化。一、二两个阶段是必需的，第三阶段对能否形成有经济价值的矿床也有重要的影响。

（1）生物繁盛和有机质的沉积作用。在准噶尔地区石炭纪末期至二叠纪末期，天山海槽逐渐关闭。在晚二叠世中部，泻湖的上层水体（40m～80m）能量高、流动性好，阳光和湿度充足，陆地带来的养分丰富。环境非常适合藻类和微生物的生长和发育，并且夹杂大量的物质长期持续生长和死亡。湖泊下部能量较低，细小的悬浮物限制了溶解氧分子的增加，形成了还原环境，有利于有机物的保存。由于盆地的不断沉降，长期以来积累了大量的有机质，为该地区油页岩的形成奠定了物质基础。

（2）有机质的成岩作用。有机物一旦沉积，便进入成岩阶段。首先，生物体在沉积物表面发生生化降解，蛋白质和碳水化合物被水解，其中一些被用作微生物饲料。然后，残余物通过缩合而聚结，形成相当于次膦酸和腐殖酸的棕色组分。在进一步掩埋的过程中，官能团的缩合和损失增加，导致不溶性的不断发展，导致腐殖酸从丰富的非酸中释放出来，最终形成不溶性有机质干酪根。这些有机成分以颗粒状有机物的形式分散在无机成分中，共同形成油页岩。

（3）油页岩的自然演化。油页岩形成后，如果盆地继续下沉并被深埋，并且达到了产油的阈值湿度（深度），则开始深度热解，干酪根将被热解成油，而油页岩将成为油源岩。因此，在形成油页岩后，应将其保持在节流极限温度（深度）以上，不完全热解或不剥落地抬升至地面，以便保存后形成具有经济价值的油页岩沉积物。矿区的油页岩是在中生代沉积后，地表因断裂而升高并被保存。矿区夹在油页岩中的砂岩和粉砂岩中经常含有沥青质。这些沥青质的存在表明：一个是在成岩作用结束时合成的游离烃；另一个是热解形成的沥青质，在矿区油页岩形成后短时间内可能进入深层热解阶段。这表明这些有机物的演化已经进入成熟阶段，并且有可能产生石油。实际上白草沟沟组是很好的油气储集层。

4.3油页岩的矿床类型

油页岩的矿床类型主要根据油页岩形成的古地理环境分为海型和内陆湖波两类。内陆湖泊型是指在内陆湖泊条件下形成的，这类油页岩矿床经常与煤共生，矿层厚度一般较厚，可达数十米，但横向变化大，含油率低。近海型是指在大陆边缘的泻湖、海湾及其他海域海环境下形成的油页岩。一般是油页岩与碳酸盐类岩石共生，分布面积广，矿层数多，但每层厚度不大，含油率高，可达37%。米泉油页岩为近海型泻湖、海湾沉积，具有上述特征，应属近海型油页岩矿床。

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