新疆吐鲁番市塔尔朗沟油页岩矿地质及有机质特征

郑国平 王哲 刘生元 宋必耀

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队 乌鲁木齐 830013）

油页岩矿产为近年来系统纳入开发利用的矿产资源类型，但以往各类地质调查和勘探均未给予重视，加之本类矿产需要利用分析成果方能确定，所以以往相关地质勘查成果中均缺乏相关资料。塔尔朗沟油页岩矿为近几年发现的能源类非金属矿产，矿区位于吐鲁番盆地西北部，大地构造位置处于准噶尔微板块所属吐哈地块（Ⅳ）与依连哈比尔尕-博格达晚古生代裂陷盆地（Ⅳ）交汇部位。区域上多发育有一系列中二叠世-中生代小型陆相沉积向斜盆地，塔尔朗油页岩矿即发育在塔尔朗盆地内。

1 地质矿产特征

1.1 地层

区内出露地层主要有上石炭统柳树沟组（C2l）、中二叠统大河沿组（P2dh）、塔尔朗组（P2t）、中二叠－早三叠统上仓房沟群（P2T1C1）、中二叠－早三叠统下仓房沟群（P2T1C2）、中－上三叠统克拉玛依组（T2－3k）、中三叠统黄山街组（T2hs）、上三叠统郝家沟组（T3hj）、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）和第四系冲洪积物（Qhapl）。其中塔尔朗组泥岩及粉砂质泥岩段为油页岩主要赋矿层位，通过工作将塔尔朗组进一步划分出2个岩性段，各段之间为整合接触，走向上岩性、厚度以及岩石特征等变化不大。北翼地层出露厚度较大，而南翼地层出露厚度小，地表第四系覆盖较强（图1）。

1.2 构造

矿区地处吐哈盆西北缘盆山结合带的山前，为一山间盆地，具有湖相古地理沉积环境和推覆构造背景。矿区内发育有塔尔郎向斜，总体为一复式向斜构造，位于塔尔朗沟南部沟口附近。复式向斜核部为三叠系，翼部为二叠系，长12千米，宽8千米，轴向近东西向，近三角形，轴线略往北凸出，两翼地层对称，倾角25～40°，翼部地层发育完整，核部掩盖较强。矿区内可见有一背斜两向斜，从北向南依次编号为：①号向斜；②号背斜；③号向斜。构造线呈封闭环状，总体上褶皱轴与构造线方向一致，为近东西向褶皱。向斜构造规模有限，对油页岩矿产影响不大。

1.3 赋矿层位及矿化特征

赋矿层位中二叠统塔尔郎组泥岩段为主要的油页岩赋矿层位，砂岩段未见油页岩。矿区含油泥页岩层呈带状延伸，其出露范围与盆地内复式向斜构造出露范围一致。矿带长10千米，宽130米，控制斜深约320米。该油页岩矿带向斜北翼位置，油页岩层出露厚度较大，样品中含油率也较高。含油泥页岩层向东西两侧变薄，含油率也有降低趋势。向斜南翼地层中含油泥页岩层较之北翼明显变薄，样品含油率也较低。含油泥页岩层中含油率随深度变化并不明显，实际评价过程中在钻孔中可以发现含油泥页岩中含油率仅与岩性粒度有关，即岩石越细、泥质成份越高、碳质成份越高，则样品中含油的可能性越大。

矿区向斜北翼泥岩段出露厚度较大且油页岩含油情况较好，而南翼塔尔朗组泥岩段受构造挤压作用及第四系覆盖影响，岩层出露厚度较小，油页岩含油率也逐渐降低。

矿化特征通过系统取样分析，地表探槽共采取了237件样品，其中仅有190件样品分析成果有矿化显示，分析品位0.05～3.86%；所施工的4 个钻孔共采取了110 件样品，其中有80 件样品分析成果有矿化显示，分析品位0.05～2.59%。综合槽探、钻探样品含油率分析成果，结合地表宏观地质特征，矿区具有以下矿化特征。

图1 新疆吐鲁番市塔尔朗沟油页岩矿区地质图

（1）垂向上，赋油层位主要为中二叠统塔尔朗组泥岩段，砂岩段含矿层位较少，其它岩石地层单元基本不含油页岩矿体。

（2）纵向上，含油率变化相对较稳定。在塔尔朗向斜北翼塔尔朗组泥岩段含油率相对较高，在向斜南翼油页岩出露厚度较小，含油率偏低。

（3）对矿区地表油页岩层进行了刻线取样，样品含油率较高，有多个样品含油率达8%以上。地表探槽中刻槽取样，虽众多样品普遍达到矿化标准，但达边界品位的样品数量不多。造成该现象的原因可能是由于矿区内油页岩层多为薄层状，出露宽度一般为5－30cm，与黑色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等岩层多呈互层状产出。而实际工作中取样规格多为2m左右，造成分析结果出来后，矿（化）层被夸大，油页岩样品含油率普遍不高。

2 油页岩有机质特征

2.1 油页岩品质特征

（1）含油率

含油率是指油页岩中页岩油（焦油）所占的质量分数，是界定油页岩矿产资源概念的指标，也是最重要的评价指标。2006 年吉林大学“全国油页岩资源评价”将油页岩含油率边界品位定位w＞3.5%，并将其分为低、中、高三个品质：3.5%＜w≤5%、5%＜w≤10%、w＞10%。由表1 可以看出矿区油页岩含油率分布在3.88-4.36%之间，平均为4.03%，表明本区的油页岩品质较差。大量的暗色泥岩和油页岩测试表明，含油率与半焦组分呈现明显的负相关，半焦可作为油页岩品质快速评价的重要参数（图2-a）。而挥发组分（损失组分）与含油率呈现明显的正相关（图2-b），表明在低温干馏过程中还存在一些轻质烃类挥发到大气之中，应注意其综合利用。在含油率与挥发组分交会图中还可见三个特殊的点（点群2），其挥发组分的含量与含油率无相关性，含油率较低，挥发组分很高，说明油页岩还存在碳酸盐岩等一些易热解挥发的矿物。

表1 矿区部分油页岩含油率特征表

（2）灰分

灰分是指单位质量油页岩分析样品在（800±10）℃条件下完全燃烧后剩余的残渣质量。它既是区别高含碳油页岩与煤资源的关键指标，又是衡量油页岩品质的参数。该参数越低，油页岩的有机质含量越高、品质越好。总体上，低灰分油页岩一般灰分产率小于65%、含油率大于10%；而高灰分油页岩一般灰分产率介于65%-90%，含油率介于3.5%-10%。矿区油页岩灰分在75.39-82.65 之间，属于高灰分油页岩（表2、图3）。

（3）挥发分

挥发分是指单位质量的油页岩分析样品在920摄氏度左右封闭空间内燃烧损失的组分。有机质丰度是影响其含量的重要因素，矿区油页岩挥发分介于14.70-21.49%之间，平均值高达17.63%，属于挥发组分相对较高的油页岩（表2）。油页岩含油率与灰分呈现明显的正相关（图3）。

表2 矿区油页岩工业分析表

图2 矿区油页岩含油率与半焦、挥发组分相关性图解

图3 矿区油页岩含油率与灰分、挥发分含量关系图解

（4）发热量

发热量是指单位重量的油页岩完全燃烧后所放出的全部热量，是评价油页岩作为工业燃料价值的重要参数。通过对矿区油页岩和富有机质泥岩发热量分析，其发热量主要介于2063-4175J/g 之间（表2），平均值达2706J/g。通过对发热量与含油率、挥发分比较分析可知，三者呈明显的正相关关系；发热量与灰分呈负相关关系（图4）。在含油率与发热量关系图解中存在一个特殊点（点1），其发热量很高，含油率很低，表明其有机质丰度较高，但是有机质偏向生气，不易生油。

2.2 有机质类型

有机质类型是反映烃源岩质量好坏的重要指标，是决定有机质生烃能力和生烃属性的重要因素。矿区泥岩和油页岩氢指数（HI）介于294-537mg/g之间，平均为481mg/g，氧指数（OI）为6-48mg/g，HIOI 判别图解显示其有机质类型主要为II 型。S2 和TOC 的点群关系显示，其有机质类型也以II 型为主。矿区油页岩和泥页岩的Tmax介于441-444℃之间，表明有机质处于未熟-低熟阶段。HI-Tmax图解曲线显示，其有机质类型主要以II1为主，含少量的I型有机质。光片镜下可见大量的腐泥组分和结构藻，含少量的镜质体和孢子体，说明油页岩和泥岩中的有机质主要以湖泊低等生物为主，含少量的陆源有机质（表3，图5）。

图4 油页岩发热量与含油率、挥发分、灰分关系图解

表3 矿区有机碳、热解分析表

图5 油页岩有机质类型判别图解