山东黄县断陷盆地油页岩特征及生成机制_许圣传
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山东黄县断陷盆地油页岩特征及生成机制许圣传1,董清水1,闫丽萍1,2,于文斌1,3,杜江峰1,厚刚福11.吉林大学地球科学学院,长春 1300262.吉林石油天然气开发有限责任公司,吉林松原 1380003.核工业243大队,内蒙古赤峰 024006摘要:古近纪的黄县断陷盆地中,煤与油页岩交互发育,呈旋回式出现。
其中油页岩主要呈褐黑色、棕黑色,层理构造不发育,表现为致密坚硬块状。
油页岩中有机质质量分数高达45%,并以I 型干酪根为主。
古生态学显示,古近纪黄县盆地中周期性发生海侵作用,油页岩生成于海水(咸水)与大陆淡水混合的微咸水-半咸水环境中。
咸水与淡水混合时发生的凝胶作用是生成该块状油页岩的主要因素。
当盆地基底沉降速率较快、发生海侵时,主要为油页岩沉积时期;盆地基底沉降速率较慢、无海侵作用时,盆地为泥炭沼泽环境,主要发育煤层。
这种基底沉降速率变化及周期性海水进退,是造成煤与油页岩呈旋回式沉积的主要原因。
关键词:黄县;断陷盆地;油页岩;凝胶作用;生成机制中图分类号:P618.12 文献标识码:A 文章编号:16715888(2006)06095405收稿日期:20060820基金项目:国家重大专项(ZP -Y -01)作者简介:许圣传(1983),男,山东高密人,硕士研究生,主要从事石油地质研究,E -mail :sheng chuanxu @ 通讯联系人:董清水(1963),男,河北饶阳人,副教授,主要从事石油地质研究,E -mail :dqs9518@ 。
The Characteristics and the Formation Mechanism ofthe Oil S hale in Huangxian Faulted Basin ,Shandong ProvinceXU Sheng -chuan 1,DONG Qing -shui 1,YAN Li -ping1,2,YU Wen -bin1,3,DU Jiang -feng 1,H OU Gang -fu11.College o f E arth S ciences ,J ilin University ,Chang chun 130026,China2.J ilin Oil and Natura l Gas Develop ment LTD.,S ong yuan ,Jilin 138000,China3.The No.243Team o f Ch ina Nuclear Ind ustry ,Chi fen g ,Inner Mon golia 024006,ChinaA bstract :Coal and oil shale o ccur alternatively and cy clically in the Paleogene H uangxian faulted Basin.The oil shale ,lack of bedding structure ,is mo stly brow n black ,brow nish -black in colour and ap -pears as compact ,rigid m asses.The co ntent of o rganic mate rials is up to 45%and co nsists m ainly o f kerog en of I type.Reconstruction of the Palaeoecology in the Paleo gene H uang xian faulted Basin indi -cates that periodical marine invasion do minated.Oil shale w as fo rmed in semi -saline or saline wa ter envi -ronments caused by com mix ture of sea w ate r (salty w ater )w ith fresh w ater.While the salt w ater is mixed up by the fre sh w ater ,gelatino us function related to the mixing of tw o w aters resulted in the for -m ation of the oil shale.W hen the base of the basin subsided quickly w ith m arine inv asion ,oil shale w as depo sited.When the subsiding o f the basin base became slow dow n ,no m arine invasion w as found and the basin w as dominated by a peat sw am p environment in w hich co al beds w ere deposited.The cyclic sedimenta tion of the coal and oil shale was caused by changing subsiding rates of the basin ,perio dical ag g ression and retro gression of seaw ater.Key words :H uang xian ;faulted basin ;oil shale ;gelatinous function ;form ation mechanism 第36卷 第6期2006年11月 吉林大学学报(地球科学版)Jour nal of Jilin U niver sity (Ea rth Science Editio n ) Vo l.36 No.6N ov.2006 DOI 牶牨牥牣牨牫牪牱牳牤j 牣cn ki 牣j juese 牣牪牥牥牰牣牥牰牣牥牨牭1地质背景黄县盆地位于山东半岛北部,为中生代形成、新生代继承性发展的典型半地堑式断陷盆地。
盆地面积约350km 2,已查明赋煤面积为300km 2,油页岩面积为200km 2。
盆地西部及北部濒临渤海,南为黄县九里店大断层,东以北林院洼沟断层为界。
其中北林院洼沟断层为郯庐断裂带的分支断层,切割限制了黄县九里店大断层,并与黄县九里店大断层构成主干控盆断层,控制了该区含煤、含油图1黄县断陷盆地含矿地层厚度等值线图Fig.1C ontour map of ore -bearing stratigraphic thickness in Huangxian faulted Basin1.盆地边界;2.厚度等值线;3.正断层;4.城市及村庄;5.河流页岩地层的分布和发育(图1)。
区内大部分面积被第四纪冲积物所覆盖,仅在东部及南部出露太古代花岗片麻岩及混合岩、元古代黑云母片岩-片麻岩、中生代早白垩世砂砾岩和新生代玄武岩以及燕山晚期花岗岩。
在现今盆地中,主要分布有北皂、海岱、梁家、柳海、桑园、洼里、乡城、雁口以及桑园煤矿等油页岩勘查区。
盆地内共沉积7层褐煤长焰煤和5层油页岩,煤层和油页岩的沉积关系为连续沉积,即油页岩多为煤层顶、底板。
油页岩层从老到新依次为油4、油3、油2、油1、油上3。
其中油2在全区分布较稳定,为主要可采层位,其余层位仅在部分勘查区局部发育可采。
总体而言,黄县油页岩主要发育在盆地中部至盆地西北部缓坡地带的浅湖半深湖区。
如油2层油页岩,在梁家地区最为发育,厚度为6.5m ,向东部、南部控盆断裂方向逐渐分叉,变薄尖灭;至研究区东南部的控盆断裂地带,岩性逐渐过渡为各种扇体的砂砾岩沉积。
2油页岩主要特征2.1岩石学特征通过实地矿体样品观察,该区油页岩矿石主要为褐色、褐黑色、棕黑色,结构致密呈坚硬块状,多表现为粘土结构(泥质结构)。
层理不发育,仅梁家勘查区油页岩发育由颜色变化显现的水平层理。
锤击有油臭味,油页岩燃烧时火焰呈红色,烟浓且黑,并具有浓烈的沥青味。
质地较轻,体重(即密度)为1.55t /m 3,明显小于泥岩。
新鲜断面呈参差状及贝壳状,可见分散状黄铁矿及菱铁矿薄层,含大量介形虫化石,指示了浅湖半深湖的沉积环境。
2.2矿物组成通过吉林省地矿局中心实验室对本区油页岩大量样品化验分析结果表明,黄县油页岩中无机矿物组分主要为石英、方解石、长石、菱铁矿以及伊利石、高岭石、伊蒙混层等矿物,其中菱铁矿体积分数可达955 第6期 许圣传,等:山东黄县断陷盆地油页岩特征及生成机制7%,有时呈薄层产出,指示弱的还原环境。
与同类型盆地中的桦甸、抚顺含矿区相比,黄县含矿区SiO2、A l2O3含量低,而Fe2O3、CaO、M gO等生物化学沉淀物含量较高(表1)。
此外,黄县含矿区另一明显特征是K2O+Na2O含量较高,表明黄县油页岩为较高盐度的咸水沉积物。
2.3有机地球化学特征根据油页岩有机物质的形态、结构及光学特征,黄县油页岩有机显微组分主要为藻类体、树脂体、角质体和少量镜质体、惰性体碎片等;混合组分为腐泥或腐殖腐泥沥青矿物基质[1]。
由干酪根样品的碳、氢、氧元素分析可知,黄县油页岩氢元素含量高, H/C原子比一般为1.02~1.6,O/C原子比为0.1左右。
腐泥组在有机质中含量巨大,质量分数一般为80%,有时部分可高达90%。
其中藻类体占腐泥组分的5%左右,由藻类体降解呈絮状、团块状或薄膜状的无定形体质量分数>85%。
在某些样品中,可见树脂体富集呈琥珀颗粒,零星分散于油页岩中,表明该区油页岩有机质主要为Ⅰ型,并含部分Ⅱ1型干酪根。
镜质体反射率(R O)一般为0.40~0.65,显示油页岩处于未熟低熟阶段。
红外光谱特征表明,油页岩中富含脂肪族基团,并含有一定比例的芳环结构,脂肪组/芳香族为3.05,进一步佐证了有机质以腐泥型(Ⅰ型干酪根)为主,并含有部分陆源高等植物碎屑(Ⅱ1型干酪根)。
3油页岩沉积环境分析在黄县含煤地层中发现,上部含煤段煤上3之下赋存一层全区可对比的灰褐色泥质白云岩。
在剖面上,底部白云石含量高,为质纯白云岩,向上白云质含量呈减少的趋势。
对于白云岩成因问题,现代有很多假说,并提出很多相关白云岩的生成机制,但具有现实证据的成因机制,如毛细管浓缩作用-准同生白云岩化作用、回流渗透白云岩化作用、混合白云岩化作用等都与海水作用有关,即需要海水提供充足的Mg元素。
说明这套白云质岩系是在海水作用下沉积的一套地层,至少与海水的侵入作用有关。
此外含煤地层上部的另一套钙质泥岩标志层,具鲕状结构,并含大量叠层石化石,岩性特征显示了古近纪黄县盆地有海水侵入作用发生,并形成了微咸水半咸水还原环境。