喻梓靚 （中國礦業(yè)大學(xué) （北京）煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083）

朱華鈺 （長江大學(xué)研究生院，湖北 武漢430100）

我國能源結(jié)構(gòu)為富煤、貧油、少氣。油頁巖作為非常規(guī)油氣資源，儲量僅次于煤炭，其熱解可得到類似原油的頁巖油和可替代天然氣的煤氣，作為常規(guī)能源的補(bǔ)充，對改變我國能源結(jié)構(gòu)，具有非常重要的戰(zhàn)略意義。我國是世界上油頁巖儲量豐富的國家之一，同時我國的油頁巖是一種蘊(yùn)藏量十分豐富卻幾乎未被很好利用的礦產(chǎn)資源。以遼寧西部 （以下簡稱 “遼西”）建昌盆地九佛堂組油頁巖為例，筆者在揭露該區(qū)油頁巖發(fā)育地層的基礎(chǔ)上，闡述了遼西建昌盆地九佛堂組油頁巖的巖石學(xué)特征和油頁巖的沉積地球化學(xué)特征。

1 工區(qū)概況

遼西建昌盆地構(gòu)造上位于中朝地臺燕山臺褶帶遼西臺陷朝陽穹褶斷束的南段，是遼寧西部地區(qū)中生代沉積盆地之一，沉積了較厚的中生界地層。中生界包括下三疊統(tǒng)紅砬組 （T1h），下侏羅統(tǒng)興隆溝組（J1x）、北票組 （J1b），中侏羅統(tǒng)藍(lán)旗組 （J2lq），上侏羅統(tǒng)土城子組 （J3t），下白堊統(tǒng)義縣組 （K1y）、九佛堂組 （K1jf）和沙海組 （K1sh）。該區(qū)油頁巖主要發(fā)育于K1jf地層中。K1jf主要為一套湖泊相碎屑巖，以黏土巖、粉砂巖為主，砂巖、礫巖多發(fā)育于下部和上部；厚度一般為1100～2800m；平行不整合于K1y之上。研究區(qū)的湖泊相區(qū)內(nèi)及前辮狀河三角洲是油頁巖生成的有利環(huán)境，且湖泊是油頁巖生成的主要沉積環(huán)境。研究區(qū)內(nèi)油頁巖沉積的終止與沉凝灰?guī)r或其他凝灰質(zhì)巖石的沉積有關(guān)，而后者與鄰區(qū)火山噴發(fā)事件及研究區(qū)的地質(zhì)環(huán)境不穩(wěn)定性有關(guān)。油頁巖可采部分可直接作為替代能源，不可采部分與其他烴源巖共同組成K1jf烴源巖系，顯然油頁巖會大幅度提高烴源巖總體的有機(jī)質(zhì)豐度及生油巖的級別，展示出研究區(qū)油頁巖良好的勘查潛力。

2 油頁巖沉積學(xué)特征

2．1 油頁巖發(fā)育的層位和巖石學(xué)特征

2．1．1 油頁巖的發(fā)育層位

遼西建昌盆地在九佛堂組一段至五段 （K1jf1～K1jf5）中，除上部K1jf4、K1jf5之外，其他各段均有油頁巖發(fā)育，其中，K1jf1發(fā)育了2個油頁巖 （礦）層組，K1jf2發(fā)育了3個油頁巖 （礦）層組，九佛堂組三段上亞段 （K1jfu3）發(fā)育了3個油頁 （礦）巖層組。各段油頁巖 （礦）層或?qū)咏M發(fā)育的層位如表1。

表1 建昌盆地九佛堂組油頁巖露頭發(fā)育層位表

2．1．2 油頁巖的巖石學(xué)特征

油頁巖在巖石學(xué)中一般定義為含有一定數(shù)量干酪根 （＞10%）的頁巖，含油率多為4%～20%［1］，作為一種礦產(chǎn)資源在 “全國油頁巖資源［2］”將油頁巖定義為一種高灰分的固體可燃有機(jī)礦產(chǎn)，低溫干餾可獲得頁巖油，含油率大于3．5%，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，主要為腐泥質(zhì)、腐殖質(zhì)或混合型，其發(fā)熱量一般大于等于4187J／g［2］。也就是說，從礦產(chǎn)資源的角度，不論是頁巖，還是其他巖石，只要其含油率或發(fā)熱量達(dá)到上述指標(biāo)，就可以稱之為油頁巖。從巖石學(xué)的角度，通過野外露頭、手標(biāo)本、巖石薄片、點(diǎn)酸試驗(yàn)和巖石化學(xué)分析綜合研究，研究區(qū)內(nèi)油頁巖的巖石類型可分為以下幾種：

1）灰黑－棕黑色泥巖 單層呈?。袑訝睿|(zhì)地較純，具均勻?qū)永砘蛩綄永?。除四合?dāng)?shù)貐^(qū)的大杖子、張家窩鋪和三家子地區(qū)之外，研究區(qū)大部分油頁巖屬此類型，油頁巖層厚度大，分布廣。

2）灰黑－棕黑色頁巖 單層厚度較小，一般為薄層狀，質(zhì)地較純，頁理發(fā)育，呈頁片狀，這種油頁巖研究區(qū)發(fā)育較少，僅在報馬營子－原家洼剖面的喇嘛溝高速公路上的油頁巖礦組3－1及歪脖杖子剖面油頁巖礦層3－1－2等少數(shù)地點(diǎn)出露 （表1）。

3）青灰色鈣質(zhì)泥巖 通常具水平層理，含少量炭屑，點(diǎn)滴稀冷鹽酸起泡比較劇烈。偏光顯微鏡下所見方解石泥晶體積分?jǐn)?shù)為20%～40%。這一巖石類型在研究區(qū)內(nèi)僅見于卅二道灣－窟窿山剖面油頁巖礦組2－3中 （表1）。

4）灰黑－棕黑色含鈣粉砂巖 這種油頁巖通常具小型交錯層理、變形層理和條帶狀構(gòu)造。粉砂體積分?jǐn)?shù)一般為65%～70%，其余部分為泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)及粉晶、細(xì)晶方解石。其中粉砂主要為石英，少量長石，粒徑為0．01～0．08mm，極少數(shù)石英碎屑粒徑＞0．1mm，呈棱角狀－次棱角狀。方解石體積分?jǐn)?shù)為5%～20%，有散布狀和條帶狀兩種分布形式，散布狀的晶粒多小于0．02mm，屬細(xì)粉晶，少數(shù)為粉晶集合體，晶粒呈它形，分布不均勻；條帶狀者主要為方解石細(xì)晶集合體，系粉晶重結(jié)晶而成，晶粒多為0．1～0．3mm，晶粒多為半自形，方解石集合體構(gòu)成的條帶厚多為0．6～2mm，既可見方解石條帶與深色富有機(jī)質(zhì)的陸源粉屑紋層平行分布，又可見半自形 （個別達(dá)自形）的方解石晶粒切穿深色富有機(jī)質(zhì)的陸源粉屑紋層的現(xiàn)象，成為其重結(jié)晶作用成因的證據(jù)。這種類型的油頁巖主要發(fā)育于四官營子的凹陷的四合當(dāng)?shù)貐^(qū)、張家窩鋪和三家子地區(qū)的五家子、豐產(chǎn)溝、小聚車溝一帶，油頁巖層厚度大，且分布比較穩(wěn)定 （表1）。

2．2 油頁巖的沉積地球化學(xué)特征

為研究K1jf油頁巖地球化學(xué)特征，項(xiàng)目組在野外實(shí)測地質(zhì)剖面過程中，采集了100多塊油頁巖樣品，進(jìn)行油頁巖含油率、灰分率、發(fā)熱量、灰分成分、有機(jī)碳、巖石熱解等多項(xiàng)地球化學(xué)分析。同時收集了K1jf其他烴源巖的地球化學(xué)分析資料，有泥巖有機(jī)碳、氯仿瀝青 “A”及族組成、飽和烴色譜、巖石熱解色譜、干酪根元素、干酪根紅外光譜、干酪根鏡檢，干酪根碳同位素、干酪根鏡質(zhì)體反射率、氯離子、微量元素和還原硫等。

依據(jù)上述資料分析K1jf油頁巖的主要化學(xué)指標(biāo)，評價油頁巖的有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度和生烴能力及K1jf其他烴源巖的有機(jī)地球化學(xué)特征和環(huán)境。

2．2．1 九佛堂組油頁巖的主要工業(yè)指標(biāo)

油頁巖是一種高灰分 （＞40%）的固體可燃有機(jī)礦產(chǎn)。通過低溫干餾可獲得油頁巖，其含油率大于3．5%，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，主要為腐泥和腐殖型或混合型，其發(fā)熱量一般大于等于4187J／g［2］。顯然含油率、灰分率、發(fā)熱量及灰分成分等參數(shù)是評價油頁巖的重要指標(biāo)。

1）油頁巖含油率及灰分率 表2為遼西建昌盆地K1jf油頁巖含油率及灰分率數(shù)據(jù)表，其中統(tǒng)計(jì)了69個含油率樣品和50個灰分率樣品。油頁巖含油率按最大值排序，大平房地區(qū)報馬營子－原家洼剖面和三家子地區(qū)卅二道灣－窟窿山剖面排在首位。按灰分率將油頁巖劃分為兩級［3］，即低灰分油頁巖和高灰分油頁巖。低灰分油頁巖灰分率小于65%，含油率一般大于10%；高灰分油頁巖灰分率為65%～83%，含油率為5%～10%。建昌盆地K1jf油頁巖灰分率 （表2）變化范圍為67．8%～91．78%，屬高灰分油頁巖。

含油率是評價油頁巖的重要指標(biāo)。劉招君［2］在油頁巖評價體系中，將油頁巖邊界品位含油率 （ω）定為3．5%，并按不同品級將油頁巖分為低、中、高3級，即3．5%＜ω≤5%，5%＜ω≤10%，ω＞10%。按此劃分方法將K1jf油頁巖樣品含油率統(tǒng)計(jì) （表3）。從表3中可以看出，三家子地區(qū)ω＞3．5%的樣品有17個，占總樣品數(shù)的77%；大平房地區(qū)ω＞3．5%的樣品有4個，占總樣品數(shù)的50%。該區(qū)K1jf油頁巖ω＞3．5%的29個樣品中，3．5%＜ω≤5%的樣品16個；5%＜ω≤10%的樣品11個；ω＞10%的樣品2個。故K1jf油頁巖礦點(diǎn)含油率屬中等。

表2 建昌盆地九佛堂組油頁巖含油率及灰分率數(shù)據(jù)表

表3 建昌盆地九佛堂組油頁巖含油率樣品統(tǒng)計(jì)表

2）油頁巖發(fā)熱量 發(fā)熱量是油頁巖的一項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，表4中的10個樣品，只有2個樣品發(fā)熱量大于4187J／g，發(fā)熱量普遍較低，分析其原因：可能是樣品為露頭樣品，因保存不好，質(zhì)量較差。

3）油頁巖灰分成分及分類 油頁巖灰分成分主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等。油頁巖灰分成分與灰熔點(diǎn)關(guān)系密切?；胰埸c(diǎn)的高低與工業(yè)利用密切相關(guān)?；胰埸c(diǎn)低，不利于鍋爐和氣化爐的固體排渣，而液體排渣的鍋爐和氣化爐又要求灰分灰熔點(diǎn)低于排渣口的溫度。所以熔點(diǎn)的高低直接影響到工業(yè)利用。

表4 建昌盆地九佛堂組油頁巖發(fā)熱量數(shù)據(jù)表

根據(jù)對我國油頁巖灰分成分與灰熔點(diǎn)的研究，趙隆業(yè)等［3］提出了我國油頁巖灰分成分分類表?；胰埸c(diǎn)的高低取決于灰分成分，SiO2、Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，灰熔點(diǎn)越高；Fe2O3、CaO＋MgO＋K2O＋Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，灰熔點(diǎn)越低。利用w（SiO2＋Al2O3）與w（CaO＋MgO＋K2O＋Na2O）的比值可大致反映灰熔點(diǎn)的高低。研究發(fā)現(xiàn)［3］，一般來說，比值低于5時，屬于易熔灰分 （灰熔點(diǎn)＜1160℃）；比值在5～9之間為中熔灰分 （灰熔點(diǎn)為1160～1350℃）；比值大于9時，為難熔灰分 （灰熔點(diǎn)＞1350℃）。分析建昌盆地九佛堂組油頁巖灰分成分，除三家子地區(qū)油頁巖礦點(diǎn)為鈣質(zhì)灰分油頁巖，熔融性類別為易熔灰分外，其他地區(qū)油頁巖均屬硅質(zhì)灰分油頁巖，熔融性類別屬中熔灰分和難熔灰分。

2．2．2 九佛堂組油頁巖有機(jī)地化特征

1）九佛堂組油頁巖有機(jī)質(zhì)類型 由于K1jf油頁巖與其他 （泥巖）烴源巖共生，因而油頁巖有機(jī)質(zhì)類型與K1jf其他烴源巖有機(jī)質(zhì)類型 （表5）相同或一致。依據(jù)陸相烴源巖地球化學(xué)評價方法（SY／T 5735－1995）中有機(jī)質(zhì)類型劃分 （三類四分法），確定K1jf油頁巖有機(jī)質(zhì)類型：四官營子凹陷為腐泥腐殖型 （ⅡB）－腐殖型 （Ⅲ）；大城子凹陷為腐泥腐殖型 （ⅡB）－腐殖型 （Ⅲ）；梅勒營子凹陷為腐殖腐泥型 （ⅡA）－腐泥腐殖型 （ⅡB）。

表5 建昌盆地九佛堂組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型數(shù)據(jù)表

2）九佛堂組油頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度 K1jf油頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度完全類似于油頁巖有機(jī)質(zhì)類型，參照K1jf烴源巖成熟度參數(shù) （表6），依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) （SY／T 5735－1995）中陸相烴源巖有機(jī)成烴演化階段劃分及判斷指標(biāo)，確認(rèn)K1jf油頁巖有機(jī)質(zhì)所處熱演化階段：四官營子凹陷、大城子凹陷處于未成熟～低成熟階段；梅勒營子凹陷處于低成熟－成熟階段。

3）九佛堂組油頁巖生烴潛力 表7為建昌盆地K1jf勝OS1井油頁巖生烴潛力評價表，依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) （SY／T 5735－1995）中有機(jī)質(zhì)豐度評價指標(biāo)，K1jf油頁巖為好－最好生油巖，這一結(jié)論符合我國絕大多數(shù) （占樣品總數(shù)的96．3%）油頁巖都是良好生油巖的一般規(guī)律。

3 結(jié) 論

1）遼西建昌盆地是遼寧西部地區(qū)中生代沉積盆地之一，沉積了較厚的中生界地層，該區(qū)油頁巖主要發(fā)育于K1jf地層中，油頁巖層厚度大，分布廣。

2）從巖石學(xué)的角度，通過野外露頭、手標(biāo)本、巖石薄片、點(diǎn)酸試驗(yàn)和巖石化學(xué)分析綜合研究，研究區(qū)內(nèi)油頁巖的巖石類型可分為：灰黑－棕黑色泥巖、灰黑－棕黑色頁巖、青灰色鈣質(zhì)泥巖和灰黑－棕黑色含鈣粉砂巖等4種，研究區(qū)大部分油頁巖屬第一種類型。

3）在野外實(shí)測地質(zhì)剖面過程中，采集了100多塊油頁巖樣品，進(jìn)行油頁巖含油率、灰分率、發(fā)熱量、灰分成分、有機(jī)碳、巖石熱解等多項(xiàng)地球化學(xué)分析，研究了該區(qū)K1jf油頁巖地球化學(xué)特征。

表6 建昌盆地九佛堂組烴源巖成熟度參數(shù)表

表7 建昌盆地九佛堂組勝OS1井油頁巖巖心樣品生烴潛力評價表

4）分析了K1jf油頁巖的主要化學(xué)指標(biāo)，評價油頁巖的有機(jī)質(zhì)類型、有機(jī)質(zhì)成熟度和生烴能力，及K1jf其他烴源巖的有機(jī)地球化學(xué)特征和環(huán)境，依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有機(jī)質(zhì)豐度評價指標(biāo)，得出遼西建昌盆地K1jf油頁巖為好－最好生油巖。

［1］曾允孚，夏文杰 ．沉積巖石學(xué) ［M］．北京：地質(zhì)出版社，1986．

［2］劉招君，董清水，葉松青，等 ．中國油頁巖資源現(xiàn)狀 ［J］．吉林大學(xué)學(xué)報 （地球科學(xué)版），2006，36（6）：869～876．

［3］趙隆業(yè)，陳基娘，王天順，等 ．我國油頁巖的成分和品級劃分 ［J］．現(xiàn)代地質(zhì)，1991，5（4）：423～429．