辽宁西部建昌盆地九佛堂组油页岩沉积学特征

喻梓靓 （中国矿业大学 （北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京100083）

朱华钰 （长江大学研究生院，湖北 武汉430100）

我国能源结构为富煤、贫油、少气。油页岩作为非常规油气资源，储量仅次于煤炭，其热解可得到类似原油的页岩油和可替代天然气的煤气，作为常规能源的补充，对改变我国能源结构，具有非常重要的战略意义。我国是世界上油页岩储量丰富的国家之一，同时我国的油页岩是一种蕴藏量十分丰富却几乎未被很好利用的矿产资源。以辽宁西部 （以下简称 “辽西”）建昌盆地九佛堂组油页岩为例，笔者在揭露该区油页岩发育地层的基础上，阐述了辽西建昌盆地九佛堂组油页岩的岩石学特征和油页岩的沉积地球化学特征。

1 工区概况

辽西建昌盆地构造上位于中朝地台燕山台褶带辽西台陷朝阳穹褶断束的南段，是辽宁西部地区中生代沉积盆地之一，沉积了较厚的中生界地层。中生界包括下三叠统红砬组 （T1h），下侏罗统兴隆沟组（J1x）、北票组 （J1b），中侏罗统蓝旗组 （J2lq），上侏罗统土城子组 （J3t），下白垩统义县组 （K1y）、九佛堂组 （K1jf）和沙海组 （K1sh）。该区油页岩主要发育于K1jf地层中。K1jf主要为一套湖泊相碎屑岩，以黏土岩、粉砂岩为主，砂岩、砾岩多发育于下部和上部；厚度一般为1100～2800m；平行不整合于K1y之上。研究区的湖泊相区内及前辫状河三角洲是油页岩生成的有利环境，且湖泊是油页岩生成的主要沉积环境。研究区内油页岩沉积的终止与沉凝灰岩或其他凝灰质岩石的沉积有关，而后者与邻区火山喷发事件及研究区的地质环境不稳定性有关。油页岩可采部分可直接作为替代能源，不可采部分与其他烃源岩共同组成K1jf烃源岩系，显然油页岩会大幅度提高烃源岩总体的有机质丰度及生油岩的级别，展示出研究区油页岩良好的勘查潜力。

2 油页岩沉积学特征

2．1 油页岩发育的层位和岩石学特征

2．1．1 油页岩的发育层位

辽西建昌盆地在九佛堂组一段至五段 （K1jf1～K1jf5）中，除上部K1jf4、K1jf5之外，其他各段均有油页岩发育，其中，K1jf1发育了2个油页岩 （矿）层组，K1jf2发育了3个油页岩 （矿）层组，九佛堂组三段上亚段 （K1jfu3）发育了3个油页 （矿）岩层组。各段油页岩 （矿）层或层组发育的层位如表1。

表1 建昌盆地九佛堂组油页岩露头发育层位表

2．1．2 油页岩的岩石学特征

油页岩在岩石学中一般定义为含有一定数量干酪根 （＞10%）的页岩，含油率多为4%～20%［1］，作为一种矿产资源在 “全国油页岩资源［2］”将油页岩定义为一种高灰分的固体可燃有机矿产，低温干馏可获得页岩油，含油率大于3．5%，有机质质量分数较高，主要为腐泥质、腐殖质或混合型，其发热量一般大于等于4187J／g［2］。也就是说，从矿产资源的角度，不论是页岩，还是其他岩石，只要其含油率或发热量达到上述指标，就可以称之为油页岩。从岩石学的角度，通过野外露头、手标本、岩石薄片、点酸试验和岩石化学分析综合研究，研究区内油页岩的岩石类型可分为以下几种：

1）灰黑－棕黑色泥岩 单层呈薄－中层状，质地较纯，具均匀层理或水平层理。除四合当地区的大杖子、张家窝铺和三家子地区之外，研究区大部分油页岩属此类型，油页岩层厚度大，分布广。

2）灰黑－棕黑色页岩 单层厚度较小，一般为薄层状，质地较纯，页理发育，呈页片状，这种油页岩研究区发育较少，仅在报马营子－原家洼剖面的喇嘛沟高速公路上的油页岩矿组3－1及歪脖杖子剖面油页岩矿层3－1－2等少数地点出露 （表1）。

3）青灰色钙质泥岩 通常具水平层理，含少量炭屑，点滴稀冷盐酸起泡比较剧烈。偏光显微镜下所见方解石泥晶体积分数为20%～40%。这一岩石类型在研究区内仅见于卅二道湾－窟窿山剖面油页岩矿组2－3中 （表1）。

4）灰黑－棕黑色含钙粉砂岩 这种油页岩通常具小型交错层理、变形层理和条带状构造。粉砂体积分数一般为65%～70%，其余部分为泥质、有机质及粉晶、细晶方解石。其中粉砂主要为石英，少量长石，粒径为0．01～0．08mm，极少数石英碎屑粒径＞0．1mm，呈棱角状－次棱角状。方解石体积分数为5%～20%，有散布状和条带状两种分布形式，散布状的晶粒多小于0．02mm，属细粉晶，少数为粉晶集合体，晶粒呈它形，分布不均匀；条带状者主要为方解石细晶集合体，系粉晶重结晶而成，晶粒多为0．1～0．3mm，晶粒多为半自形，方解石集合体构成的条带厚多为0．6～2mm，既可见方解石条带与深色富有机质的陆源粉屑纹层平行分布，又可见半自形 （个别达自形）的方解石晶粒切穿深色富有机质的陆源粉屑纹层的现象，成为其重结晶作用成因的证据。这种类型的油页岩主要发育于四官营子的凹陷的四合当地区、张家窝铺和三家子地区的五家子、丰产沟、小聚车沟一带，油页岩层厚度大，且分布比较稳定 （表1）。

2．2 油页岩的沉积地球化学特征

为研究K1jf油页岩地球化学特征，项目组在野外实测地质剖面过程中，采集了100多块油页岩样品，进行油页岩含油率、灰分率、发热量、灰分成分、有机碳、岩石热解等多项地球化学分析。同时收集了K1jf其他烃源岩的地球化学分析资料，有泥岩有机碳、氯仿沥青 “A”及族组成、饱和烃色谱、岩石热解色谱、干酪根元素、干酪根红外光谱、干酪根镜检，干酪根碳同位素、干酪根镜质体反射率、氯离子、微量元素和还原硫等。

依据上述资料分析K1jf油页岩的主要化学指标，评价油页岩的有机质类型、有机质成熟度和生烃能力及K1jf其他烃源岩的有机地球化学特征和环境。

2．2．1 九佛堂组油页岩的主要工业指标

油页岩是一种高灰分 （＞40%）的固体可燃有机矿产。通过低温干馏可获得油页岩，其含油率大于3．5%，有机质质量分数较高，主要为腐泥和腐殖型或混合型，其发热量一般大于等于4187J／g［2］。显然含油率、灰分率、发热量及灰分成分等参数是评价油页岩的重要指标。

1）油页岩含油率及灰分率 表2为辽西建昌盆地K1jf油页岩含油率及灰分率数据表，其中统计了69个含油率样品和50个灰分率样品。油页岩含油率按最大值排序，大平房地区报马营子－原家洼剖面和三家子地区卅二道湾－窟窿山剖面排在首位。按灰分率将油页岩划分为两级［3］，即低灰分油页岩和高灰分油页岩。低灰分油页岩灰分率小于65%，含油率一般大于10%；高灰分油页岩灰分率为65%～83%，含油率为5%～10%。建昌盆地K1jf油页岩灰分率 （表2）变化范围为67．8%～91．78%，属高灰分油页岩。

含油率是评价油页岩的重要指标。刘招君［2］在油页岩评价体系中，将油页岩边界品位含油率 （ω）定为3．5%，并按不同品级将油页岩分为低、中、高3级，即3．5%＜ω≤5%，5%＜ω≤10%，ω＞10%。按此划分方法将K1jf油页岩样品含油率统计 （表3）。从表3中可以看出，三家子地区ω＞3．5%的样品有17个，占总样品数的77%；大平房地区ω＞3．5%的样品有4个，占总样品数的50%。该区K1jf油页岩ω＞3．5%的29个样品中，3．5%＜ω≤5%的样品16个；5%＜ω≤10%的样品11个；ω＞10%的样品2个。故K1jf油页岩矿点含油率属中等。

表2 建昌盆地九佛堂组油页岩含油率及灰分率数据表

表3 建昌盆地九佛堂组油页岩含油率样品统计表

2）油页岩发热量 发热量是油页岩的一项质量指标，表4中的10个样品，只有2个样品发热量大于4187J／g，发热量普遍较低，分析其原因：可能是样品为露头样品，因保存不好，质量较差。

3）油页岩灰分成分及分类 油页岩灰分成分主要有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO等。油页岩灰分成分与灰熔点关系密切。灰熔点的高低与工业利用密切相关。灰熔点低，不利于锅炉和气化炉的固体排渣，而液体排渣的锅炉和气化炉又要求灰分灰熔点低于排渣口的温度。所以熔点的高低直接影响到工业利用。

表4 建昌盆地九佛堂组油页岩发热量数据表

根据对我国油页岩灰分成分与灰熔点的研究，赵隆业等［3］提出了我国油页岩灰分成分分类表。灰熔点的高低取决于灰分成分，SiO2、Al2O3的质量分数越高，灰熔点越高；Fe2O3、CaO＋MgO＋K2O＋Na2O的质量分数越高，灰熔点越低。利用w（SiO2＋Al2O3）与w（CaO＋MgO＋K2O＋Na2O）的比值可大致反映灰熔点的高低。研究发现［3］，一般来说，比值低于5时，属于易熔灰分 （灰熔点＜1160℃）；比值在5～9之间为中熔灰分 （灰熔点为1160～1350℃）；比值大于9时，为难熔灰分 （灰熔点＞1350℃）。分析建昌盆地九佛堂组油页岩灰分成分，除三家子地区油页岩矿点为钙质灰分油页岩，熔融性类别为易熔灰分外，其他地区油页岩均属硅质灰分油页岩，熔融性类别属中熔灰分和难熔灰分。

2．2．2 九佛堂组油页岩有机地化特征

1）九佛堂组油页岩有机质类型 由于K1jf油页岩与其他 （泥岩）烃源岩共生，因而油页岩有机质类型与K1jf其他烃源岩有机质类型 （表5）相同或一致。依据陆相烃源岩地球化学评价方法（SY／T 5735－1995）中有机质类型划分 （三类四分法），确定K1jf油页岩有机质类型：四官营子凹陷为腐泥腐殖型 （ⅡB）－腐殖型 （Ⅲ）；大城子凹陷为腐泥腐殖型 （ⅡB）－腐殖型 （Ⅲ）；梅勒营子凹陷为腐殖腐泥型 （ⅡA）－腐泥腐殖型 （ⅡB）。

表5 建昌盆地九佛堂组烃源岩有机质类型数据表

2）九佛堂组油页岩有机质成熟度 K1jf油页岩有机质成熟度完全类似于油页岩有机质类型，参照K1jf烃源岩成熟度参数 （表6），依据行业标准 （SY／T 5735－1995）中陆相烃源岩有机成烃演化阶段划分及判断指标，确认K1jf油页岩有机质所处热演化阶段：四官营子凹陷、大城子凹陷处于未成熟～低成熟阶段；梅勒营子凹陷处于低成熟－成熟阶段。

3）九佛堂组油页岩生烃潜力 表7为建昌盆地K1jf胜OS1井油页岩生烃潜力评价表，依据行业标准 （SY／T 5735－1995）中有机质丰度评价指标，K1jf油页岩为好－最好生油岩，这一结论符合我国绝大多数 （占样品总数的96．3%）油页岩都是良好生油岩的一般规律。

3 结 论

1）辽西建昌盆地是辽宁西部地区中生代沉积盆地之一，沉积了较厚的中生界地层，该区油页岩主要发育于K1jf地层中，油页岩层厚度大，分布广。

2）从岩石学的角度，通过野外露头、手标本、岩石薄片、点酸试验和岩石化学分析综合研究，研究区内油页岩的岩石类型可分为：灰黑－棕黑色泥岩、灰黑－棕黑色页岩、青灰色钙质泥岩和灰黑－棕黑色含钙粉砂岩等4种，研究区大部分油页岩属第一种类型。

3）在野外实测地质剖面过程中，采集了100多块油页岩样品，进行油页岩含油率、灰分率、发热量、灰分成分、有机碳、岩石热解等多项地球化学分析，研究了该区K1jf油页岩地球化学特征。

表6 建昌盆地九佛堂组烃源岩成熟度参数表

表7 建昌盆地九佛堂组胜OS1井油页岩岩心样品生烃潜力评价表

4）分析了K1jf油页岩的主要化学指标，评价油页岩的有机质类型、有机质成熟度和生烃能力，及K1jf其他烃源岩的有机地球化学特征和环境，依据行业标准中有机质丰度评价指标，得出辽西建昌盆地K1jf油页岩为好－最好生油岩。

［1］曾允孚，夏文杰 ．沉积岩石学 ［M］．北京：地质出版社，1986．

［2］刘招君，董清水，叶松青，等 ．中国油页岩资源现状 ［J］．吉林大学学报 （地球科学版），2006，36（6）：869～876．

［3］赵隆业，陈基娘，王天顺，等 ．我国油页岩的成分和品级划分 ［J］．现代地质，1991，5（4）：423～429．