青海省侏羅系油頁巖成礦模式研究

李永紅

(青海煤炭地質局，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質沉積巖，低溫干餾可獲得頁巖油，含油率≥3.5%，有機質含量較高，主要為腐泥型和混合型，其發熱量一般不小于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工作薄弱。通過青海省地勘基金項目-青海省侏羅系油頁巖資源調查評價項目的開展，系統梳理總結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小煤溝組(J1x)、中侏羅統石門溝組(J2s)和北祁連中侏羅統窯街組(J2y)及中祁連中侏羅統江倉組(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出；瀉湖成因的油頁巖賦存于較厚的深色泥灰巖、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青山組、嫩江組為代表[6]。

根據油頁巖的4種沉積成因，結合青海省侏羅系油頁巖調查評價工作對油頁巖賦存層位(中、下侏羅統)的認識，對侏羅系油頁巖賦存層段進行篩選[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，區別在于油頁巖底、中、頂有中、細粒砂巖，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，為湖灣沼澤沉積環境。C類型常見于小煤溝組、窯街組，通常為一個正旋回，油頁巖與細粒沉積物共生，為穩定的湖灣沉積環境。D類型細碎屑沉積物層段通常夾有砂巖，為湖灣沉積環境，常受三角洲分流河道進積的干擾，穩定性較差。

2 油頁巖成礦模式

根據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-深湖相油頁巖有機質來源以自生生產力為主，主要有三種情況：一是處于欠補償，即自生有機質的堆積速度很慢，而陸源有機質的供給幾乎停止，在水體長期分層情況下，幾乎所有的有機質都得到了保存。二是藻類的勃發，在這種情況下，湖泊自身生態環境具有高生產力，雖然有一定的外來陸源有機質，但相對于湖泊自生的有機質來說只占很少一部分。所謂“勃發”，就是藻類在一定的環境條件下、在一定的時期內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。三是湖泊的水體環境突然改變，導致生物迅速死亡，造成了自身有機質輸入大于陸源輸入。

湖灣相油頁巖有機質來源主要有兩種，一是來自早期覆水沼澤的有機質堆積，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質豐富的油頁巖。

青海省侏羅系半深湖-深湖相油頁巖成礦模式通常表現為中等含油率、厚度大的特點。在盆地演化過程中，半深湖-深湖沉積環境多發育在穩定的沉降階段，長期缺氧環境為有機質保存提供了良好的條件。溫暖濕潤的氣候條件下，有利于形成穩定的森林植被，更有利于化學風化作用的加強(圖2)，一方面降低了碎屑物質的來源，提高了沉積物有機質相對碎屑物的含量；另一方面，豐富的降雨量帶來了充足的溶解營養物質，湖泊初始生產力大幅度提高，從而發育較厚的油頁巖。在此過程中，深湖相重力流沉積帶來陸源碎屑、有機物和一部分氧氣，并且一定程度上破壞了湖底的穩定分層，因此，重力流作用對油頁巖形成是不利因素。中侏羅世晚期，柴北緣湖盆發育，含油頁巖的石門溝組上段在半深湖-深湖沉積環境下廣泛沉積，油頁巖多在靠近物源一側的濱淺湖至半深湖-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境極易發生改變，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。湖沼相油頁巖有機質來自沼澤時期的水生植物，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，自身又有很高的生產力，不斷堆積的有機質得到了較好的保存。與半深湖-深湖相油頁巖相比，湖灣相油頁巖有機質供應快速而充足。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造剝蝕邊界的控制，多形成于沉積初期填平補齊階段，油頁巖多在湖灣沉積環境的中心附近富集。

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造背景。半深湖-深湖沉積環境相對于湖灣沉積環境構造背景趨于穩定，重力流影響較小，環境穩定性好，油頁巖能夠穩定持續的發育，單層厚度、累積厚度較大，發育范圍廣；湖灣沉積環境構造背景不穩定，受三角洲進積影響較大，環境穩定性較差，油頁巖受其影響而斷續發育，單層厚度、累積厚度較薄，發育范圍較小。從有機物供應來看，湖灣相油頁巖常與煤層伴生，有機物表現為原地、快速、充足的供應，使得油頁巖含油率較半深湖-深湖相高，但厚度相對較薄。沉積環境不同使得水深及有機物供應源產生分布差異，導致兩種油頁巖成礦模式富集中心分布不同。

3 典型礦區

3.1 小峽礦區

小峽礦區位于西寧盆地東部，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，局部具交錯層理，為水動力較強的河道沉積環境。窯街組下段的上部為細碎屑沉積，以泥巖、煤層、油頁巖為主，夾粉砂巖薄層。油頁巖層位、厚度較穩定，多位于煤層之上或煤層之間，呈互層產出，為典型的湖灣沉積環境。

窯街組上段以粉砂巖為主，為三角洲、濱淺湖沉積環境，有機質來源不如半深湖-深湖和湖灣沉積環境豐富，達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)，由外向內三角洲平原、三角洲前緣、湖灣依次呈環帶狀分布。湖灣沉積環境下砂泥比在0.4以下，泥巖等細碎屑沉積物發育較好，向外砂泥比逐漸升高。物源來自礦區南部的古隆起，表現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境的中心附近發育富集，湖灣以外環境，油頁巖和煤層逐漸減薄至尖滅，反應原地堆積的有機質逐漸減少，不能為油頁巖的形成提供足夠的有機物來源。

3.2 魚卡礦區

魚卡礦區位于柴北緣中部，中侏羅統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-細粒砂巖、泥巖為主，夾薄煤層，為三角洲平原沉積環境；中部為一套灰黑色粉砂巖夾細砂巖、泥巖的巖性組合，粉砂巖波狀層理較發育，為濱淺湖沉積環境；上部為一套全區發育的巨厚層灰黑色泥頁巖，為半深湖-深湖沉積環境，較穩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后期構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-深湖沉積環境中富集。

4 結論

(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上，認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出，含油率較半深湖-深湖相高，但厚度相對較薄。

(3)小峽礦區油頁巖主要在湖灣環境的中心附近發育富集，湖灣以外環境，煤層逐漸減薄至尖滅，反應原地堆積的有機質逐漸減少，不能為油頁巖的形成提供足夠的有機物來源。

(4)魚卡礦區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-深湖沉積環境中富集。