山東省油頁巖資源特征及開發(fā)利用前景

薛成，邢楠，趙赫，楊棟棟，曹治國

(山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271021)

0 引言

油頁巖是一種重要的能源礦產(chǎn)資源，它不僅可以制取頁巖油及相關(guān)石油化工產(chǎn)品，而且可以作為燃料用來發(fā)電、取暖和運輸，還可以作為建筑材料和化肥等。

近年來山東省積極開展油頁巖、頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)能源的調(diào)查評價和勘查工作，在非常規(guī)能源開發(fā)利用方面逐漸走在了全國前列。目前山東能源龍口礦業(yè)集團(tuán)已在龍口礦區(qū)投產(chǎn)兩期項目，2010年已實現(xiàn)頁巖處理能力60萬t/a，年產(chǎn)頁巖油5.5萬t，半焦40萬t的生產(chǎn)規(guī)模，發(fā)電1381萬kW·h，實現(xiàn)銷售收入2.43億元，2012年山東能源龍礦集團(tuán)引進(jìn)小顆粒煉油技術(shù)，實現(xiàn)了油頁巖產(chǎn)量的大幅攀升。自2010年起山東易高油母頁巖開發(fā)有限公司與遼河油田合作在泰安市房村地區(qū)先后鉆探了3個油頁巖試驗孔，取得了良好試油效果。山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院自2011年起在昌樂盆地、泰萊盆地開展了多項油頁巖礦勘查工作，目前已在泰安市姚莊地區(qū)油頁巖礦勘查中取得了預(yù)期成果。

1 山東省油頁巖的主要特征

1.1 資源潛力大探明程度低分布不均勻

調(diào)查資料表明：山東省油頁巖總資源/儲量約1803.93×108t，折合頁巖油約94.61×108t，其中，探明、控制的油頁巖經(jīng)濟(jì)儲量67.58×108t，折合頁巖油約4.05×108t(埋深500m以上)，探明油頁巖儲量比例明顯偏低，主要分布于濟(jì)陽坳陷，約占83.2%(表1)。山東省油頁巖賦存地區(qū)主要為平原，部分分布于低山丘陵地區(qū)；油頁巖賦存深度差別較大，主要位于500m以淺(表2)[1-4]。數(shù)據(jù)表明山東油頁巖不僅勘查程度低，而且分布極不均勻。但同時表明其勘查開發(fā)潛力較大，且開發(fā)利用前景較有利。

表1 山東省主要含油頁巖盆地資源量估計

1.2 油頁巖的時空分布特征

目前，山東省已發(fā)現(xiàn)的油頁巖主要分布于中生代和新生代坳陷盆地和斷陷盆地，盆地內(nèi)主要為新生代地層，一般埋深較淺，分布在魯北、魯東、魯中、魯西等地區(qū)。主要含油頁巖盆地有：濟(jì)陽坳陷、汶東盆地、泰萊盆地、大汶口盆地、五圖盆地、黃縣盆地、濟(jì)寧-兗州凹陷、膠萊盆地等(圖1)。

表2 山東省油頁巖礦床主要地質(zhì)特征

山東省含油頁巖盆地的形成和演化均受大地構(gòu)造控制，是構(gòu)造演化階段的產(chǎn)物。從油頁巖沉積環(huán)境成因角度可以劃分為湖泊-沼澤油頁巖、湖成油頁巖和濱岸-沼澤油頁巖；從有機(jī)成因角度，可以劃分為腐泥型油頁巖、腐殖腐泥型油頁巖和腐泥腐殖型油頁巖。湖泊-沼澤油頁巖沉積于斷陷盆地，與煤伴生，多為腐殖腐泥型油頁巖和腐泥腐殖型油頁巖；而湖成油頁巖既可沉積于斷陷盆地，也可沉積于坳陷盆地，一般單獨存在或為煤層頂板，多為腐泥型油頁巖和腐殖腐泥型油頁巖；濱岸-沼澤油頁巖沉積于坳陷盆地，與煤伴生，多為腐殖腐泥型油頁巖和腐泥腐殖型油頁巖。

1.3 油頁巖的礦床類型

山東省油頁巖礦床主要有3種類型：①晚石炭世濱岸-沼澤相沉積礦床；②新生代內(nèi)陸湖泊沉積礦床；③新生代湖泊-沼澤沉積礦床。油頁巖主要賦存在3層位，分別為古近紀(jì)官莊群大汶口組、古近紀(jì)五圖群及石炭-二疊紀(jì)統(tǒng)太原組。

圖1 山東省油頁巖分布圖

山東省晚石炭世古氣候受華力西運動影響，沉積了陸棚濱海-陸相的海陸交互相的含鋁、煤夾碳酸鹽巖的月門溝群。生物化石非常豐富，既有海相的蜓類、腕足類、珊瑚、頭足類、腹足類，又有陸相的植物。晚白堊世晚期至古近紀(jì)，由于太平洋板塊向東俯沖，山東省形成一系列斷陷盆地，表現(xiàn)為太行山東斷裂和郯城-廬江斷裂之間以渤海灣盆地為主體的盆地群。古近紀(jì)始新世—漸新世，山東省各斷陷湖盆中，沉積了厚達(dá)800～1000m的半深湖—深湖相的暗色泥巖。因此，發(fā)育了一系列大—中—小型的含油頁巖盆地，如渤海灣盆地、濟(jì)陽盆地、膠萊盆地、黃縣盆地、大汶口盆地、泰萊盆地、汶東盆地等。這些新生代陸相為主的裂谷盆地油頁巖資源儲量較大，含油率中—高等(表2)。

1.4 油頁巖礦層面積及厚度

山東省各盆地油頁巖礦層面積相差較大。黃縣盆地油頁巖礦層面積達(dá)200km2，但大汶口盆地油頁巖礦層面積僅20km2。山東省油頁巖礦體多呈層狀展布，厚度變化較大，單層厚度變化較大，一般為1.31～50m，但泰萊盆地油頁巖單層厚度可達(dá)114m。不同礦區(qū)油頁巖總厚度相差也較大，如濟(jì)寧鮑家店礦區(qū)油頁巖總厚度僅為1.31m，但泰萊盆地油頁巖總厚度達(dá)150m(表3)。

表3 山東省油頁巖礦層面積及厚度

1.5 油頁巖的宏觀特征及物質(zhì)組分特點

山東省油頁巖多呈灰色、黑色、棕褐色，具有粒度細(xì)、顏色深和層理發(fā)育等特征，特別是棕褐色油頁巖的頁理發(fā)育，有利于烴類的轉(zhuǎn)化和排出。

五圖盆地油頁巖層面呈褐色油膩狀，橫斷面呈絹絲光澤，黑色光亮的線理均勻分布，結(jié)構(gòu)致密，頁片狀，層理清晰,極易剝離,常見白色貝殼化石，質(zhì)量較頁巖輕，指甲刻之有亮痕，油頁巖燃燒時冒濃煙、長焰，有膠皮味。李家崖組細(xì)砂巖粒度累計曲線為2段式，只有跳躍和懸浮組分，表明該時期沉積水體很淺，水動力不強(qiáng)，為濱淺湖或沼澤相沉積[5]。

黃縣盆地油頁巖礦石結(jié)構(gòu)致密呈堅硬塊狀，多表現(xiàn)為粘土結(jié)構(gòu)(泥質(zhì)結(jié)構(gòu))，層理不發(fā)育。錘擊有油臭味，油頁巖燃燒時火焰呈紅色，煙濃且黑，并具有濃烈的瀝青味。質(zhì)地較輕，新鮮斷面呈參差狀及貝殼狀，可見分散狀黃鐵礦及菱鐵礦薄層，含大量介形蟲化石，指示了淺湖—半深湖的沉積環(huán)境[4]。

2 山東省油頁巖開發(fā)利用前景

2.1 山東省油頁巖資源量的估計

山東省油頁巖含油率中—高等，多屬于低灰分、中含油率型油頁巖，有機(jī)質(zhì)豐度高，具有較好的生烴潛力，為優(yōu)質(zhì)油頁巖。

古生代盆地中濟(jì)寧盆地油頁巖的含油率最高，可達(dá)16.51%，但盆地面積較小。

新生代盆地中黃縣盆地油頁巖品質(zhì)最好，平均含油率達(dá)13.58%，灰分平均為56.11%，礦石比重為1.7t/m3，發(fā)熱量為11.76MJ/kg[1]，全區(qū)發(fā)育較穩(wěn)定，頁巖油總資源量1.05億t。汶東盆地油頁巖根據(jù)已有ZK18孔初步計算，原油日產(chǎn)量達(dá)6～9t，最大可達(dá)28t，為工業(yè)性油流，按含油飽和度5%計算，頁巖油總資源儲量為3億t；泰萊盆地油頁巖分布面積約38km2，油頁巖厚度約150m，油頁巖礦石量約100億t，含油飽和度按5%計算，頁巖油總資源儲量為5億t。大汶口盆地油頁巖分布面積約20km2，油頁巖厚度約50m，油頁巖礦石量約25億t，含油飽和度按5%計算，頁巖油總資源儲量為0.75億t。濟(jì)陽坳陷內(nèi)油頁巖總厚度約400m，分布面積約150km2，油頁巖總資源量約1500億t，頁巖油總資源量約75億t。五圖盆地油頁巖含油率中等，平均為8.36%，灰分含量為59.61%，發(fā)熱量為11.76mJ/kg，屬于低灰分、中含油率型油頁巖[5]，可回收頁巖油總量60億t。膠萊盆地油頁巖與黃縣盆地油頁巖分布特征基本一致，油頁巖厚約16.18m，含油率8.08%左右，面積約100km2，由于前期勘查工作較少，現(xiàn)地質(zhì)成果較少。全省油頁巖資源估計結(jié)果見表1。

2.2 油頁巖的開采利用條件分析

濟(jì)陽坳陷、汶東盆地及泰萊盆地油頁巖均單獨存在，油頁巖礦層均未遭到破壞，但均位于城市、村莊附近，因此只要解決好環(huán)境污染問題，采用適當(dāng)?shù)拈_發(fā)技術(shù)，必將獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

兗州-濟(jì)寧凹陷、黃縣盆地及膠萊凹陷及五圖油頁巖都與煤礦伴生。兗州-濟(jì)寧凹陷，油頁巖含礦區(qū)前期勘查區(qū)塊包括：鮑家店勘探區(qū)和兗州南屯勘查區(qū)2個，鮑家店油頁巖含油率9.25%～14.53%，未開采，頁巖油的總資源儲量為99萬t；兗州南屯油頁巖礦層厚度為1.98m，含油率為17.23%。但油頁巖礦層因采煤均有一定程度的破壞，需要用新的技術(shù)方法進(jìn)行開采。在采煤新區(qū)，可與煤礦同時綜合開采油頁巖，其開采深度可適當(dāng)增加。黃縣盆地油頁巖平均含油率13.58%左右，共發(fā)現(xiàn)4層油頁巖，呈層狀主要賦存于黃縣組地層中，第2層油頁巖較好，厚18～20m，在全區(qū)分布較穩(wěn)定，開發(fā)利用的有利因素是在采煤的過程中同時開采油頁巖，這樣既降低了成本，又提高了經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

(1)山東省油頁巖顏色一般灰色、黑色、棕褐色，一般含油率高的油頁巖顏色較深。從油頁巖沉積環(huán)境成因角度可以劃分為湖泊-沼澤油頁巖、湖成油頁巖和濱岸-沼澤油頁巖；從有機(jī)成因角度，可以劃分為腐泥型油頁巖、腐殖腐泥型油頁巖和腐泥腐殖型油頁巖。目前山東省油頁巖礦的勘查程度低，探明油頁巖儲量比例明顯偏低，有必要進(jìn)一步加強(qiáng)油頁巖成礦理論研究,從而科學(xué)地指導(dǎo)油頁巖的資源預(yù)測和勘探開發(fā)。

(2)山東省油頁巖主要分布于中生代和新生代坳陷盆地和斷陷盆地，賦礦地層主要為新生代古近紀(jì)地層，一般埋深較淺，礦區(qū)地理環(huán)境以平原為主，油頁巖賦存深度主要位于700m以淺，礦層厚度20～200m，具有較好的開發(fā)前景。目前山東省油頁巖資源評價工作主要是基于20世紀(jì)70年代以前的資料基礎(chǔ)上進(jìn)行的，評價結(jié)果相對比較保守；因此隨著山東省油頁巖勘探與開發(fā)進(jìn)程的加快,將會有更多新的礦點被發(fā)現(xiàn)，油頁巖的查明程度也將會大大地提高。

(3)山東省油頁巖品質(zhì)中等偏好，含油率普遍大于5%，灰分含量較高，粘土礦物及微量元素富集，可以用于制作水泥、肥料、土壤穩(wěn)定劑等，具有巨大的綜合利用價值。但山東省已查明的油頁巖礦均位于大、中城市附近，因此要解決好環(huán)境污染問題，采用適當(dāng)?shù)拈_發(fā)技術(shù)，在保護(hù)環(huán)境的前提下獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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