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古气候条件对桦甸盆地油页岩形成的控矿作用

【关键词:理学】 
Abstract

Utilizing outcrop,mineral features of rocks and geochemistry characteristics analysis, this paper

studies the palaeoclimate condition mechanism in Huadian basin. Indicates from montmorillonite, Sr/Ba rations of 0.61, TiO2/K2O rations of 0.38 and the fossils of plant and zoolite show that the palaeoclimate in Huadian basin is semiarid, subhumid. It makes the important controlling to the oil shale formation. Oil shale is a kind of important alternative resource of energy, so this study will be useful to future oil shale research.

Keywords:Huadian basin;oil shale;Palaeoclimate;metallogenic condition 1 地质背景

桦甸盆地位于敦-密断裂带中段,基底为白垩系小孤山组,之上沉积了一套新生代古近 系始新世桦甸组地层。桦甸组自下而上分别为黄铁矿段(E2h1),油页岩段(E2h2),含碳质 页岩段(E2h3)(图1)[1]。油页岩段主要沉积岩性为一套灰色、深灰色泥岩、油页岩夹薄层 灰白色细砂岩,油页岩层数发育,约8-26层。其中,可采6-13层 [2]。

2 油页岩形成古气候特征

2.1 油页岩岩石矿物特征

通过大量的研究表明,粘土矿物组合及含量是研究气候的一种良好的指示计[3-7]。大量 的粘土矿物是在地表风化作用中形成的,在沉积作用和埋藏过程中可发生转变。其形成和转 化与其所处的环境关系密切,控制粘土矿物形成和转化的因素可能有多种,但最重要的是气 候条件。一般认为,高岭石是在潮湿气候、酸性介质中由长石、云母和辉石经强烈淋滤形成

[8],因此气候温暖潮湿有利于高岭石的形成和保存[4,9-11]。而在沉积地层中,高含量的蒙脱石 是与寒冷的气候联系在一起的,且其质量分数随气候变暖而减少;蒙脱石的减少,高岭石的 增多,表明气候向暖湿方向发展。Singer还在研究中发现,蒙脱石的质量分数与降雨量之间 呈线性负相关。

通过对研究区油页岩XR定性定量分析,发现油页岩中的粘土矿物非常丰富。桦甸盆地 富矿层油页岩中粘土矿物含量高达59%,样,粘土矿物中主要为蒙脱石,百分含量为57%, 其次为高岭石。因此,桦甸盆地粘土矿物高蒙脱石含量表现出一种半干旱-半湿润的气候特 征。

2.2 油页岩元素地球化学特征

Sr/Ba比值:用来反映水体的盐度变化及相应的气候条件。高值反映高盐度或炎热干旱 气候,低值指示低盐度或温湿气候[12]。通常,Sr/Ba 比值>1 指示海相沉积,Sr/Ba 比值

<1指示淡水沉积。桦甸盆地油页岩的Sr/Ba元素比值为0.61,显示了一种半咸水的湖泊环境。 TiO2/K2O比值:用来反映沉积时期的降水量特征。高值反映降水量丰富,低值指示低干 旱、蒸发气候。桦甸盆地油页岩的TiO2/K2O元素比值为0.38,显示了一种半蒸发的气候特征。

2.3 油页岩古生物化石特征

在桦甸盆地野外剖面发现了丰富的植物化石,如Rosa sp.,Fagus sp., 等(图版1-1)。这 些化石大部分为被子植物化石,反映了当时温暖、潮湿气候的亚热带常绿阔叶、落叶阔叶混 交林的特征。此外,在油页岩层面上发现了大量的腹足类动物化石,反映了一种浅水环境成 因(图版1-2)。

图 1 桦甸盆地地质图

Fig.1 The geological characteristic map of Huadian basin

图版 1-1 桦甸盆地被子植物化石

Plate 1-1.Angiosperm fossil in Huadian basin

图版 1-2 桦甸盆地油页岩层面腹足类动物化石

Plate 1-1. Gastropod fossil in Huadian basin 3 气候对油页岩形成的控制作用

3.1 对有机质保存的控制

湖水分层是油页岩形成的一个重要条件。水体分层保证了水体底部的安静、缺氧,有利 于有机质的保存。桦甸盆地的气候条件表现为半干旱-半湿润的气候特征,在这种气候条件 下,通过影响湖泊水化学性质及氧化还原作用,从而控制湖泊的分层作用。在桦甸盆地,油 页岩表现出层数多、层薄、含油率较高的特点。

在Bradley and Eugster(1969)提出的简单分层湖模式中指出,咸水-半咸水湖泊具有

一定的密度分层。湖水由下部盐水层和上部低盐水层分层而成。上层适合湖生有机物(如蓝

绿藻)的繁殖;下层由于水很咸,属于强还原环境,有利于有机质的保存[13]。因此,桦甸 盆地具有陆源供给少,高湖泊生产力、湖泊分层的成矿条件。3.2 气候对油页岩层数、厚度的控制

湖平面的变化是构造、沉积物充填、气候等条件综合作用的结果,但在盆地发展的某一 时期,这些条件所起作用的份量是不同的。桦甸盆地湖平面的变化表现为气候的主控作用。 气候通过控制湖泛作用,间接控制了桦甸盆地油页岩层数和厚度。

桦甸盆地盆地的气候条件为半干旱-半湿润,降水量较小。湖泛作用之后由于沉积物的 充填作用,由于降水量小,湖水蒸发作用等导致湖平面变化很大。因此,湖泛作用后环境改 变,水体变浅,湖水容易受到外界的干扰,不利于有机质的保存。一次一次的湖泛作用,形 成了厚度薄、层数多的油页岩沉积。

桦甸盆地沉积层序断面图上显示了盆地沉积范围不断从东向西扩张,从第1层开始了初 始湖泛,到第8层则达到最大湖泛,湖泛面积达到为11.7km2。从初始湖泛面到最大湖泛面, 随着水体深度的增加,盐度分层的稳定性增加,油页岩的含油率和厚度不断增大。从第8层 开始到第4层,则开始为稳定的高水位加积沉积,发育了厚度稳定、含油率高(一般6.7%-

10.1%)(图2、图3)的油页岩。在高水位的晚期,油页岩的含油率和厚度出现减小的趋势。 在每次水进之后沉积一套稳定的砂体,最为稳定的第3层油页岩顶部发育的一套砂体,全区 可见,成为全区对比的标志。该段油页岩沉积在东部大城子-公郎头区间为整合连续沉积, 而在西部北台子区间为超覆假整合沉积,一层一层的直接沉积在下部黄铁矿段之上。

从桦甸盆地单井层析及横向沉积层序断面图上分析以及各层油页岩成因类型、含油率分 析,湖平面的上超范围控制了油页岩发育的面积,湖平面的旋回变化次数控制了油页岩发育 的层数,同时湖平面的湖泛程度控制了油页岩的厚度和含油率。

图 2 K49 钻孔含油率和厚度在垂向上的变化规律

Fig2. Vertical distribution of the oil grade and depth in K49 bore

图 3 桦甸盆地油页岩层数和厚度分布特征

Fig3. Vertical distribution of oil shale layers and depth in Huadian basin

4 结论

(1)桦甸盆地粘土矿物以蒙脱石含量为主,表现出一种半干旱-半湿润的气候特征。 油页岩的Sr/Ba元素比值为0.61,显示了一种半咸水的湖泊环境。油页岩的TiO2/K2O元素比 值为0.38,显示了一种半蒸发的气候特征。油页岩层面上发现了大量的腹足类动物化石,反 映了一种浅水环境成因。

(2)桦甸盆地半咸水湖泊的密度分层提供了有机质保存条件,半干旱-半湿润气候条 件控制了湖平面的变化,形成了桦甸盆地厚度薄、层数多的油页岩沉积特征。

参考文献

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