李永紅

(青海煤炭地質(zhì)局，西寧 810001)

0 引言

油頁巖，又稱油母頁巖，是一種高灰分的固體可燃有機(jī)質(zhì)沉積巖，低溫干餾可獲得頁巖油，含油率≥3.5%，有機(jī)質(zhì)含量較高，主要為腐泥型和混合型，其發(fā)熱量一般不小于4.19MJ /kg[1-5]。

青海省油頁巖大多賦存在侏羅系，但針對侏羅系油頁巖的地質(zhì)工作薄弱。通過青海省地勘基金項(xiàng)目-青海省侏羅系油頁巖資源調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目的開展，系統(tǒng)梳理總結(jié)侏羅系油頁巖巖性組合特征，研究油頁巖成礦模式，以期為今后侏羅系油頁巖找礦工作提供一定的指導(dǎo)借鑒意義，避免勘查工作部署的盲目性。

1 油頁巖巖性組合類型

青海省侏羅系油頁巖主要賦存在柴北緣下侏羅統(tǒng)小煤溝組(J1x)、中侏羅統(tǒng)石門溝組(J2s)和北祁連中侏羅統(tǒng)窯街組(J2y)及中祁連中侏羅統(tǒng)江倉組(J2j)。

從沉積角度油頁巖可劃分為大型坳陷湖泊，小型斷陷湖泊、湖灣，瀉湖和海陸交互相四種成因。大型坳陷湖泊成因的油頁巖主要賦存于半深湖-深湖環(huán)境形成的暗色泥頁巖中；小型斷陷湖泊、湖灣成因的油頁巖通常與煤層互層產(chǎn)出；瀉湖成因的油頁巖賦存于較厚的深色泥灰?guī)r、泥巖之中，常夾有石膏鹽層，這種成因的油頁巖以西藏羌塘盆地的夏里組油頁巖為代表；海陸交互相成因的油頁巖沉積較少，以松遼盆地的白堊紀(jì)青山組、嫩江組為代表[6]。

根據(jù)油頁巖的4種沉積成因，結(jié)合青海省侏羅系油頁巖調(diào)查評價(jià)工作對油頁巖賦存層位(中、下侏羅統(tǒng))的認(rèn)識，對侏羅系油頁巖賦存層段進(jìn)行篩選[6]。青海省侏羅系油頁巖常見巖性組合有A、B、C、D四種類型(圖1)。A類型為從粉砂巖至泥巖、油頁巖向上變細(xì)的序列，油頁巖通常賦存于大段灰黑色泥巖之中，呈較厚的單層，或呈薄層與泥巖、頁巖互層，常位于泥頁巖段頂部，為半深湖-深湖沉積環(huán)境，此類型在江倉組上段、石門溝組上段較為常見。B類型見于柴北緣石門溝組，大體與A類型相似，區(qū)別在于油頁巖底、中、頂有中、細(xì)粒砂巖，甚至還有粒度更粗的砂礫巖，這些砂巖或單一層狀、或相互組合成較薄正粒序旋回，為半深湖-深湖沉積環(huán)境的水下重力流沉積，可以說是A類型的特殊情況。C、D兩類型與A、B兩類型區(qū)別較大，屬油頁巖與煤層伴生類型，油頁巖通常位于煤層之上，也可與其互層，也有可能位于煤層之下，為湖灣沼澤沉積環(huán)境。C類型常見于小煤溝組、窯街組，通常為一個(gè)正旋回，油頁巖與細(xì)粒沉積物共生，為穩(wěn)定的湖灣沉積環(huán)境。D類型細(xì)碎屑沉積物層段通常夾有砂巖，為湖灣沉積環(huán)境，常受三角洲分流河道進(jìn)積的干擾，穩(wěn)定性較差。

2 油頁巖成礦模式

根據(jù)青海省侏羅系油頁巖賦存巖性組合類型及形成影響因素分析，認(rèn)為油頁巖成礦模式主要有半深湖-深湖相和湖灣相兩種(表1)。

半深湖-深湖相油頁巖有機(jī)質(zhì)來源以自生生產(chǎn)力為主，主要有三種情況：一是處于欠補(bǔ)償，即自生有機(jī)質(zhì)的堆積速度很慢，而陸源有機(jī)質(zhì)的供給幾乎停止，在水體長期分層情況下，幾乎所有的有機(jī)質(zhì)都得到了保存。二是藻類的勃發(fā)，在這種情況下，湖泊自身生態(tài)環(huán)境具有高生產(chǎn)力，雖然有一定的外來陸源有機(jī)質(zhì)，但相對于湖泊自生的有機(jī)質(zhì)來說只占很少一部分。所謂“勃發(fā)”，就是藻類在一定的環(huán)境條件下、在一定的時(shí)期內(nèi)可以形成單屬種的極度生長和富集，形成“白水” “紅水”或“赤潮”。藻類勃發(fā)造成的直接后果是以紋層的形式沉積下來，無論是海洋沉積，還是湖泊沉積，藻類紋層都極為普遍。藻類紋層常由單種化石或殘骸所組成，同時(shí)藻類紋層韻律性沉積。不但不同的藻類紋層可以組成韻律，而且藻類紋層可以與陸源碎屑或碳酸鹽礦物紋層組成韻律。三是湖泊的水體環(huán)境突然改變，導(dǎo)致生物迅速死亡，造成了自身有機(jī)質(zhì)輸入大于陸源輸入。

湖灣相油頁巖有機(jī)質(zhì)來源主要有兩種，一是來自早期覆水沼澤的有機(jī)質(zhì)堆積，二是來自湖灣低等水生植物。湖灣為一弱氧化-弱還原、水體相對比較閉塞的沉積環(huán)境，其水生植物很繁盛、水流閉塞，很少有外來物源干擾，能夠與煤層伴生形成有機(jī)質(zhì)豐富的油頁巖。

青海省侏羅系半深湖-深湖相油頁巖成礦模式通常表現(xiàn)為中等含油率、厚度大的特點(diǎn)。在盆地演化過程中，半深湖-深湖沉積環(huán)境多發(fā)育在穩(wěn)定的沉降階段，長期缺氧環(huán)境為有機(jī)質(zhì)保存提供了良好的條件。溫暖濕潤的氣候條件下，有利于形成穩(wěn)定的森林植被，更有利于化學(xué)風(fēng)化作用的加強(qiáng)(圖2)，一方面降低了碎屑物質(zhì)的來源，提高了沉積物有機(jī)質(zhì)相對碎屑物的含量；另一方面，豐富的降雨量帶來了充足的溶解營養(yǎng)物質(zhì)，湖泊初始生產(chǎn)力大幅度提高，從而發(fā)育較厚的油頁巖。在此過程中，深湖相重力流沉積帶來陸源碎屑、有機(jī)物和一部分氧氣，并且一定程度上破壞了湖底的穩(wěn)定分層，因此，重力流作用對油頁巖形成是不利因素。中侏羅世晚期，柴北緣湖盆發(fā)育，含油頁巖的石門溝組上段在半深湖-深湖沉積環(huán)境下廣泛沉積，油頁巖多在靠近物源一側(cè)的濱淺湖至半深湖-深湖過渡帶上富集。

圖1 侏羅系油頁巖巖性組合類型圖Figure 1 Jurassic oil shale lithologic association types

表1 侏羅系油頁巖成礦條件對比表

圖2 侏羅系油頁巖成礦模式圖Figure 2 Jurassic oil shale mineralization model

湖灣相油頁巖以三角洲-淺湖沉積體系為特征，三角洲與三角洲之間的淺湖環(huán)境極易發(fā)生改變，淺水湖泊被淤淺后，大面積沼澤化，形成的泥炭層與廢棄的三角洲平原上的泥炭層連成一片，在淺湖沉積之上形成煤層。之后由于構(gòu)造沉降和降水作用，潛水面上升，不利于煤的形成，而利于油頁巖的形成(圖2)。由于沉積物不斷向湖盆中心堆積，導(dǎo)致湖平面下降，不利于油頁巖的形成，而利于煤的形成。湖沼相油頁巖有機(jī)質(zhì)來自沼澤時(shí)期的水生植物，湖泛作用潛水面上升后，不利于植物的生長，水生植物死亡堆積，由于水動(dòng)力微弱，無法帶入新的氧氣，水底的氧氣因氧化前沉積的有機(jī)物氧化作用很快消耗殆盡，只有靠近水面處有氧氣的存在。同時(shí)，自身又有很高的生產(chǎn)力，不斷堆積的有機(jī)質(zhì)得到了較好的保存。與半深湖-深湖相油頁巖相比，湖灣相油頁巖有機(jī)質(zhì)供應(yīng)快速而充足。從小煤溝組、窯街組湖灣相油頁巖展布情況看，湖灣環(huán)境分布范圍較小，沉積基底多凹凸不平，分布范圍受古隆起、沉積相變邊界和后期構(gòu)造剝蝕邊界的控制，多形成于沉積初期填平補(bǔ)齊階段，油頁巖多在湖灣沉積環(huán)境的中心附近富集。

從兩種油頁巖成礦模式的差異可以看出，兩種成礦模式處于不同的構(gòu)造背景。半深湖-深湖沉積環(huán)境相對于湖灣沉積環(huán)境構(gòu)造背景趨于穩(wěn)定，重力流影響較小，環(huán)境穩(wěn)定性好，油頁巖能夠穩(wěn)定持續(xù)的發(fā)育，單層厚度、累積厚度較大，發(fā)育范圍廣；湖灣沉積環(huán)境構(gòu)造背景不穩(wěn)定，受三角洲進(jìn)積影響較大，環(huán)境穩(wěn)定性較差，油頁巖受其影響而斷續(xù)發(fā)育，單層厚度、累積厚度較薄，發(fā)育范圍較小。從有機(jī)物供應(yīng)來看，湖灣相油頁巖常與煤層伴生，有機(jī)物表現(xiàn)為原地、快速、充足的供應(yīng)，使得油頁巖含油率較半深湖-深湖相高，但厚度相對較薄。沉積環(huán)境不同使得水深及有機(jī)物供應(yīng)源產(chǎn)生分布差異，導(dǎo)致兩種油頁巖成礦模式富集中心分布不同。

3 典型礦區(qū)

3.1 小峽礦區(qū)

小峽礦區(qū)位于西寧盆地東部，窯街組直接沉積于花崗巖基底之上，油頁巖賦存于窯街組下段的上部。窯街組下段的下部主要為灰白-灰黃色粗粒砂巖、中粒砂巖，夾灰綠-灰黑色泥巖、粉砂巖薄層。砂巖具波狀層理，局部具交錯(cuò)層理，為水動(dòng)力較強(qiáng)的河道沉積環(huán)境。窯街組下段的上部為細(xì)碎屑沉積，以泥巖、煤層、油頁巖為主，夾粉砂巖薄層。油頁巖層位、厚度較穩(wěn)定，多位于煤層之上或煤層之間，呈互層產(chǎn)出，為典型的湖灣沉積環(huán)境。

窯街組上段以粉砂巖為主，為三角洲、濱淺湖沉積環(huán)境，有機(jī)質(zhì)來源不如半深湖-深湖和湖灣沉積環(huán)境豐富，達(dá)不到油頁巖富集的有利條件。

從窯街組下段巖相古地理圖看(圖3)，由外向內(nèi)三角洲平原、三角洲前緣、湖灣依次呈環(huán)帶狀分布。湖灣沉積環(huán)境下砂泥比在0.4以下，泥巖等細(xì)碎屑沉積物發(fā)育較好，向外砂泥比逐漸升高。物源來自礦區(qū)南部的古隆起，表現(xiàn)為窯街組向南整體逐漸減薄，直至沉積缺失。從油頁巖等厚線分布看，油頁巖主要在湖灣沉積環(huán)境的中心附近發(fā)育富集，湖灣以外環(huán)境，油頁巖和煤層逐漸減薄至尖滅，反應(yīng)原地堆積的有機(jī)質(zhì)逐漸減少，不能為油頁巖的形成提供足夠的有機(jī)物來源。

3.2 魚卡礦區(qū)

魚卡礦區(qū)位于柴北緣中部，中侏羅統(tǒng)分大煤溝組和石門溝組，油頁巖賦存在石門溝組上段。石門溝組上段底部以中-細(xì)粒砂巖、泥巖為主，夾薄煤層，為三角洲平原沉積環(huán)境；中部為一套灰黑色粉砂巖夾細(xì)砂巖、泥巖的巖性組合，粉砂巖波狀層理較發(fā)育，為濱淺湖沉積環(huán)境；上部為一套全區(qū)發(fā)育的巨厚層灰黑色泥頁巖，為半深湖-深湖沉積環(huán)境，較穩(wěn)定的油頁巖賦存在這套巨厚層泥頁巖頂部，油頁巖多與薄層泥頁巖互層產(chǎn)出，局部地段油頁巖夾薄層砂巖，為重力流形成的事件沉積。

圖3 窯街組下段巖相古地理及油頁巖等厚線圖Figure 3 Yaojie Formation lower member lithofacies, paleogeographic and oil shale isopach map

圖4 石門溝組上段巖相古地理及油頁巖等厚線圖Figure 4 Shimengou Formation upper member lithofacies, paleogeographic and oil shale isopach map

從魚卡礦區(qū)石門溝組上段巖相古地理看(圖4)，物源來自西北和東南方向，由西北和東南方向向中部依次分布有三角洲平原、三角洲前緣、濱淺湖、半深湖-深湖沉積環(huán)境，砂泥比亦隨之逐漸降低。尕秀東部、二井田南部以及北山大部分地段石門溝組上段經(jīng)后期構(gòu)造抬升遭受剝蝕而缺失。油頁巖分布在半深湖-深湖、濱淺湖、三角洲前緣單元中，主要在濱淺湖-半深湖-深湖沉積環(huán)境中富集。

4 結(jié)論

(1)青海省侏羅系油頁巖常見巖性組合有A、B、C、D四種類型。其中A、B兩類型為半深湖-深湖沉積，C、D兩類型為湖灣沉積。

(2)根據(jù)青海省侏羅系油頁巖巖性組合類型，在分析油頁巖成礦條件的基礎(chǔ)上，認(rèn)為青海省侏羅系油頁巖有半深湖-深湖和湖灣兩種成礦模式。半深湖-深湖相成礦模式形成的油頁巖含油率中等、厚度大。湖灣相成礦模式形成的油頁巖常與煤層伴生互層產(chǎn)出，含油率較半深湖-深湖相高，但厚度相對較薄。

(3)小峽礦區(qū)油頁巖主要在湖灣環(huán)境的中心附近發(fā)育富集，湖灣以外環(huán)境，煤層逐漸減薄至尖滅，反應(yīng)原地堆積的有機(jī)質(zhì)逐漸減少，不能為油頁巖的形成提供足夠的有機(jī)物來源。

(4)魚卡礦區(qū)油頁巖分布在半深湖-深湖、濱淺湖、三角洲前緣單元中，主要在濱淺湖-半深湖-深湖沉積環(huán)境中富集。