安塞建华镇地区瓦窑堡组油页岩特征及成因探讨

2014-12-15王文波

地下水 2014年6期

王文波，杜娜，马晔，张勇

(陕西省核工业地质局二二四大队，陕西西安710024)

油页岩作为常规油气的补充能源，在我国资源丰富且分布广泛，目前我国已发现的油页岩主要分布于20个省(自治区)、47个盆地和80个含矿区，油页岩资源为71 997 199×108t，其中查明资源量 500.49 × 108t，潜在资源 6 698.89 ×108t[1]。陕西省内已发现的油页岩产区主要为彬县、铜川－黄陵两地，但经历40多年的煤炭、石油资源的勘查开发，在许多地区已发现油页岩潜力区，但是整体油页岩查明程度较低，分布规律不清，缺乏相应的成矿理论及模式来指导勘探。

陕西省内的油页岩主要为陆相湖泊沉积，主要分布于上三叠统延长组、瓦窑堡组及中侏罗世延安组、安定组地层内，多与煤、油气伴生。以往矿产勘查过程中，对煤、石油关注程度较高，已初步确定了各区域的煤、石油分布规律，但是对油页岩的调查开展较晚，其空间分布特征与工业性能与成矿规律尚需要进一步研究。

图1 鄂尔多斯盆地大地构造图

本文选取安塞建华镇地区瓦窑堡组油页岩为例，讨论其分布特征及成矿规律。有助于开展油页岩陆相湖泊沉积体系的成矿预测与资源勘探。

1 区域地质概况

安塞建华镇地区瓦窑堡组油页岩区位于鄂尔多斯断块(Ⅰ1)伊陕单斜区(Ⅰ13)延安单斜(Ⅰ13－2)次级构造的西部(见图1)，鄂尔多斯盆地是以中生代陆相沉积为主体的大型内陆沉积盆地，是我国重要的含油、煤、天然气的克拉通古盆[2]。安塞地区自下而上发育有奥陶系海相碳酸盐岩、石炭－新近系浅海－河流湖泊相碎屑岩、第四系风积黄土层。本区含油地层为上三叠统延长组，含煤地层为上三叠统瓦窑堡组。含油页岩地层为上三叠统延长组、瓦窑堡组。延长组油页岩目前已作为可采油层进行了初步开采利用，但是由于含油率较低，渗透性较差，其开采利用率较低，瓦窑堡组油页岩由于受煤炭、石油经济价值影响，一直未得到应有的重视和研究。

图2 研究区3号油页岩厚度等值线图

2 油页岩地质特征

2.1 油页岩分布特征

安塞建华镇地区油页岩的具体层位为瓦窑堡组，即延长组顶部第五段(T3y5)，区域上为长1+长2油层组。整体为隐伏地层，区域上瓦窑堡组以灰黄、灰黑色泥质岩与粉、细砂互层为主，以发育多层煤线、薄煤层或黑色页岩为主要特征的陆相地层，其底界以一层含煤(或煤线)砂、泥岩与下伏延长组整合接触，与上覆富县组不整合接触，以紫红色为主的砂、泥岩层为上覆富县组开始[3]。安塞建华镇地区瓦窑堡组主要特点是发育一套灰白色中细粒砂岩与深灰色泥岩、粉砂岩，以灰白色中粒长石石英砂岩及钙质砂岩为主，次为灰～灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层，少量炭质泥岩、油页岩，局部地段夹有黄铁矿结核及粘土岩。顶部多遭受剥蚀，厚度160～235 m。

依据该地区5个钻孔资料，建华镇地区瓦窑堡组含油页岩为3层，按照受沉积微相变动影响，其整体层位横向较为稳定，但厚度变化较大，约为0.8～2.2 m，其中的砂岩或页岩夹层略有变化，纵向上略有差异。油页岩的发育与该区瓦窑堡组沉积相带的展布特征关系较为密切，具体表现为该区瓦窑堡组整体为一套湖泊及湖泊边缘相沉积体系，在半深湖沉积环境中，腐泥层及薄煤层较为发育，油页岩厚度最大，最厚处可达5.5 m，而在湖泊边缘及冲蚀地带，以细粒砂岩为主，形成的油页岩及煤层均较薄，发育较差。根据钻孔资料初步研究，发现该区油页岩在中东部较厚，向西北方向受后期河流冲刷剥蚀逐渐变薄。

油页岩内植物化石组合主要发育 Neocalamites sp.和Cladophlebis so.，动物化石组合主要为 Shaanxiconcha cf.subeiliptica及 Darwinula liulingchuanensis，明确体现了三叠系晚期的微动荡的渐变沉积环境。

2.2 油页岩岩矿特征

建华镇地区油页岩宏观上呈灰黑、黑色，粉色为棕褐色，略呈油脂光泽，呈片状、似层状结构，参差状、贝壳状断口，硬度较小。物质组成以粘土矿物为主，砂质成分次之，显示了半深湖－浅源沉积的特征。据油页岩X衍射分析结果(见表1)可以看出，岩石中石英占24.6% ～46.7%，伊蒙混层占11% ～39.5%，高岭石占 12% ～45%，绿泥石占 8.5% ～14%。

表1 油页岩X衍射分析结果表

2.3 油页岩工业特征

本次共采集建华镇地区油页岩样7件，分别进行了工业分析、葛金分析，分析结果见表2和3。

表2 油页岩工业分析实验结果

表3 油页岩低温干馏分析结果表

由表2、表3可以看出，建华镇地区油页岩含油率中等，较为稳定，均大于5%，平均为8.26%，灰分含量较大，均大于70%，挥发分较低，属高灰分中低挥发分油页岩。

总体来说，含油率与固定碳含量呈正相关，与灰分含量呈负相关，随着固定碳含量增大，含油率增加，发热量增大，随着灰分含量减少，含油率增大，发热量增大。

3 油页岩成矿规律

安塞建华镇地区瓦窑堡组油页岩主要发育于中－低水位体系域中，沉积岩相带为潮坪相和湖泊相。古构造条件和气候演化特征对区内的油页岩形成和演化起着至关重要的作用。

3.1 古构造条件控矿规律本区位于鄂尔多斯断块、伊陕单斜、延安单斜次级构造西部，整体为一套单斜内部发育的向西倾伏近东西向鼻状隆起构造，鼻状隆起呈现了较平缓的波状起伏特征，自安定组下，侏罗系、三叠系背斜构造上下叠置，位置基本一致，显示了构造的继承性和稳定性双重特征，反映了燕山运动早期，本区曾经历了一次南北向挤压应力作用。而在本区油页岩主要发育于浅水体系域。油页岩沉积位置、沉积厚度与鼻状隆起基本一致，体现了湖泊边缘相的前缘沉积特点。

图3 安塞地区油页岩含油率与固定碳相关图

图4 安塞地区油页岩含油率与灰分相关图

3.2 古气候控矿规律

依据本区油页岩及含炭泥岩的测试分析结果，显示了本区粘土矿物组合所相应的古气候演化规律。一般认为，自生蒙脱石易形成于干湿交替的气候环境[4]，而气候温暖潮湿有利于高岭石的形成和保存[5]，伊利石形成于寒冷少雨的气候条件下。本区瓦窑堡组含油页岩段中粘土矿物组合为伊利石、蒙脱石、绿泥石、高岭石。在垂向上，伊利石、蒙脱石成分呈现频繁波动变化特征，反映了在含油页岩段沉积时期气候呈现湿润－干旱交替的变化演化特征。

受古气候干湿交替影响，本区油页岩呈现多层发育、单层较薄的特点。就以油页岩与上下泥页岩相比较而言，气候较为湿润，浮游生物繁盛，少量油页岩夹层内可见明显化石印痕，而在炭质泥岩、砂质泥岩内，植物化石明显增多，长期的气候变化导致了水动力条件缓慢变动，形成了特殊、稳定的湖泊边缘沉积环境，为本区油页岩形成和保存提供了有利条件。

3.3 古物源沉积条件

鄂尔多斯盆地三叠－侏罗世为陆相盆地快速发展的时期，区域内河湖分布广阔，沼泽密布，周围森林较为茂盛，为鄂尔多斯盆地重要的成油、成煤时期。

三叠世时期，由于印支运动，鄂尔多斯盆地四周逐渐普遍抬升，海水逐渐退出鄂尔多斯盆地，至中晚三叠世，鄂尔多斯盆地进入了大型内陆差异沉积盆地的形成和发展时期，形成了凹陷中心偏南部的不对称多中心的凹陷，发育了完整的河流－湖泊相 (陆相)碎屑岩沉积体系，形成了典型的超大型内生式含油系统[6]。晚三叠世早期，鄂尔多斯盆地中心位于南部铜川－韩城一带，晚期的盆地中心迁移到延安以北子长一[7]。在三叠世晚期，在永坪组、瓦窑堡组内产有介形虫－双壳类化石及丰富的植物化石，地层内含大量煤线及炭质泥岩，表现为温带－亚热带温湿润气候。在水流作用下，带来了丰富的有机质，在为水生生物提供养料的同时也提供了大量的原始成油有机质。

根据对瓦窑堡组横向变化、纵向变化研究得知，在三叠世晚期－侏罗世早期，盆地中心进一步东移，本区西部逐渐裸露，在河流作用的冲蚀下，顶部逐渐被剥蚀搬运，逐渐搬运至东部地区，形成了东部下部油页岩发育层数较多，上部发育较少的特点，且富县组具备明显变厚的特点。