中國油頁巖資源分布及分布規(guī)律

中國油頁巖資源分布及分布規(guī)律

油頁巖作為重要的補(bǔ)充能源資源，因其巨大的儲量和豐富的總利用率而引起世界。世界油頁巖資源豐富,據(jù)統(tǒng)計,如果將全球33個國家和地區(qū)的油頁巖折算成頁巖油,約4000億t。油頁巖不僅可以提取頁巖油,并且可以用于發(fā)電、石油化工,提取頁巖油后的灰渣還可以用來制造陶粒、水泥等建筑材料,以及農(nóng)用肥料等。近年來,油頁巖綜合利用新技術(shù)不斷出現(xiàn),例如殼牌公司研制的直接地下干餾開采技術(shù)(in-situ(in-ground)conversionprocess,ICP)、油頁巖循環(huán)流化床燃燒技術(shù)等提高了油頁巖的經(jīng)濟(jì)效率、發(fā)電效率,使環(huán)境污染減少、綜合利用用途大大增加。油頁巖具有巨大的資源潛力。油頁巖至今尚未有一個統(tǒng)一的定義,有的學(xué)者側(cè)重物質(zhì)成因定義,有的學(xué)者側(cè)重工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義,有的學(xué)者側(cè)重成因-工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)綜合定義1,還有的定義很模糊,認(rèn)為“實際上任何熱解生油量達(dá)到一定商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的淺層巖石均可看作是油頁巖”。劉招君將其定義為:油頁巖(又稱油母頁巖)是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>3.5%,有機(jī)質(zhì)含量較高,主要為腐泥型、腐殖腐泥型、腐泥腐殖型,其發(fā)熱量一般≥4.19kJ/g。1油氣資源可按比例的確定來劃分頁巖油、頁巖油、樣品的數(shù)量油頁巖資源在世界許多地區(qū)都有分布,但分布并不均勻,主要分布于美國、俄羅斯、加拿大、中國、扎伊爾、巴西、愛沙尼亞、澳大利亞等國家(表1)。根據(jù)目前全球油頁巖資源現(xiàn)狀,若將其折算成頁巖油,可以達(dá)到4000億t,超過了石油資源量(儲量1500億t,總資源3000億t)。各國油頁巖形成的時代也不一致,從寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、二疊紀(jì)、白堊紀(jì)到第三紀(jì)都有分布(表2)。1.1油頁巖的分布、分布美國的油頁巖主要形成于古近紀(jì)、泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)。美國油頁巖儲量約占世界總量的69%,頁巖油資源約3035.66億t。油頁巖主要為綠河組油頁巖和密西西比紀(jì)黑色頁巖礦。此外,美國東部分布有賓夕法尼亞紀(jì)煤礦床伴生的油頁巖礦床,內(nèi)華達(dá)州、蒙大納州、阿拉斯加州、堪薩斯州等地方也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些油頁巖礦床。但目前,人們研究的重點仍是綠河礦床和晚泥盆世—早密西西比世的黑色頁巖。綠河組油頁巖美國的綠河油頁巖礦是世界上最大的油頁巖礦,沉積時代為早始新世到中始新世。油頁巖主要沉積在4個盆地內(nèi):皮申斯盆地、尤因塔盆地、綠河盆地、瓦沙基盆地。前兩個盆地分別位于科羅拉多州和猶他州,后兩個盆地位于懷俄明州,總頁巖油資源約2150億t。綠河油頁巖礦為湖相沉積,其分布面積大約有65000km2,但最厚和最富的油頁巖集中在南部盆地的中央,頁巖最深可達(dá)1200m。油頁巖層一般較厚,含油率平均為11.44%,局部高達(dá)38.12%?？屏_拉多州皮申斯盆地是綠河油頁巖礦油頁巖最發(fā)育的盆地,頁巖油資源約1710億t,沉積時代為始新統(tǒng)。猶他州尤因塔盆地油頁巖資源較少,頁巖油資源約80億t。盆地內(nèi)油頁巖厚約180m,含油率為3.81%~18.11%。懷俄明州綠河油頁巖礦分布在綠河盆地和瓦沙基盆地,兩個盆地總頁巖油資源約為360億t。其中,綠河盆地的油頁巖資源折合頁巖油資源354億t。瓦沙基盆地地層層序與綠河盆地相似,但油頁巖資源儲量沒有綠河盆地豐富。晚泥盆世—早密西西比世油頁巖晚泥盆世和早密西西比世之間的黑色油頁巖礦僅次于綠河油頁巖礦,其分布從紐約州一直到得克薩斯州,范圍約為725000km2。據(jù)估計,頁巖油地質(zhì)資源高達(dá)1500億t,其中,5%的油頁巖可以通過露天礦開采。油頁巖平均含油率為9.53%,僅發(fā)育在淺層(埋深<200m)的頁巖油資源約610億t。1.2頁巖油頁巖的分布澳大利亞油頁巖沉積跨越時代很廣,從寒武紀(jì)到第三紀(jì)都有分布。根據(jù)澳大利亞國家能源咨詢委員會統(tǒng)計,澳大利亞油頁巖總資源儲量為580億t,折算為頁巖油45.31億t,其中可采頁巖油31億t。推斷的次經(jīng)濟(jì)價值的頁巖油地質(zhì)儲量為4500億t。澳大利亞油頁巖主要分布在東部,其1/3的領(lǐng)土(昆士蘭州、新南威爾士、南澳大利亞、維多利亞以及塔斯馬尼亞州)油頁巖都較發(fā)育,其中昆士蘭州油頁巖最有經(jīng)濟(jì)開發(fā)價值。昆士蘭州第三紀(jì)油頁巖主要包括湖相Rundle、Tuart和Condor油頁巖,以及JuliaCreek海相油頁巖。JuliaCreek海相油頁巖分布很廣,而且埋藏很淺,但是含油率較低,平均只有3.53%。昆士蘭東部主要產(chǎn)出二疊紀(jì)油頁巖,分布在羅克漢普頓附近的Bundle,在沿海地區(qū)有油頁巖資源4億t,其中2/3的含油率都大于3.81%。1.3伊拉蒂組油頁巖巴西查明的頁巖油儲量約117.34億t。油頁巖主要形成于二疊紀(jì)和早古近紀(jì)。二疊紀(jì)伊拉蒂組油頁巖主要分布在巴西南部地區(qū),油頁巖出露條件好,從圣保羅向南出露了1700km,并且一直到南里奧格朗德州的南部邊界。二疊紀(jì)伊拉蒂組油頁巖含油率高,是巴西經(jīng)濟(jì)效益最好的油頁巖礦。伊拉蒂組油頁巖主要為兩層,兩層間被兩套約12m的頁巖和灰?guī)r分開。上下兩層油頁巖的最大厚度分別為9m和4.5m,含油率分別為7%和3%。通過鉆井測試分析,在RioGrandedoSul州分布的約82km2的頁巖油儲量超過0.86億t。早古近紀(jì)的油頁巖位于圣保羅東北沿帕拉伊巴河的特列門貝—陶巴特盆地。帕拉伊巴河流域主要有兩個油頁巖礦區(qū),總面積約86km2,頁巖油總資源為3億t,其中,經(jīng)鉆井證實的儲量為1.15億t。該地區(qū)至下而上發(fā)育3套油頁巖:第一套為黑色-棕色富含化石的湖相書頁狀油頁巖,含油率一般為8.5%~13%;第二套為黑色-棕色似書頁片狀油頁巖,含油率一般為3%~9%;第三套為深棕色,含少量化石、低含油率,易碎貝殼狀油頁巖。1.4下石炭統(tǒng)湖相油頁巖加拿大油頁巖主要形成于奧陶紀(jì)—白堊紀(jì),油頁巖類型分為湖相和海相。目前,已發(fā)現(xiàn)19個沉積礦床。其中,最有開采價值的是阿爾伯特礦石炭紀(jì)湖相層狀油頁巖。從其中一口鉆井資料揭示,油頁巖最大厚度為120m。但由于這個地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜,其油頁巖真實厚度可能只有其鉆遇的一半。據(jù)統(tǒng)計,該礦頁巖油資源約0.37億t。油頁巖與白云質(zhì)泥灰?guī)r、層狀泥灰?guī)r、粘土質(zhì)泥灰?guī)r互層。礦物成分包括白云石、原生方解石、菱鐵礦。含硅礦物包括石英,還有長石、方沸石、大量伊利石、少量蒙脫石。白云石和方沸石往往與蒸發(fā)巖同時出現(xiàn),并且上覆于油頁巖層。這表明,油頁巖發(fā)育在一種堿性鹽湖環(huán)境中。下石炭統(tǒng)湖相油頁巖主要發(fā)育于Grinnell半島的德文郡島—加拿大北極圈群島的一個島嶼,油頁巖厚度最厚可達(dá)100m。目前,加拿大油頁巖資源的查明儲量還比較少。海相油頁巖包括泥盆紀(jì)KettlePoint組和安大略湖南部奧陶紀(jì)Collingswood頁巖。此外,白堊紀(jì)Boyne和Favel油頁巖也屬于海相,其油頁巖資源儲量豐富,但油頁巖的含油率很低,主要分布在馬尼托巴湖、薩斯喀徹溫省、阿爾伯達(dá)的草原地區(qū)。發(fā)育在加拿大西北部的白堊紀(jì)上部油頁巖,主要為安德森平原及Mackenzie三角洲沉積。現(xiàn)已部分開采,具有一定的經(jīng)濟(jì)價值。1.5克氏原螯蝦coract-案件愛沙尼亞油頁巖主要形成于奧陶紀(jì),其類型為典型的庫克油頁巖。油頁巖分布范圍從愛沙尼亞北部及向東至俄羅斯圣彼得堡,分布面積約50000km2,頁巖油查明儲量24.94億t。愛沙尼亞有兩個主要的庫克油頁巖礦區(qū),一個是愛沙尼亞礦區(qū),另一個是較新的Tapa油頁巖礦區(qū)。庫克油頁巖主要發(fā)育于中奧陶統(tǒng)K?rgekallas和Viivikonna組,油頁巖與富含有機(jī)質(zhì)的灰?guī)r互層,這些地層在愛沙尼亞礦中部地層中組成20~30m的層序。庫克油頁巖單層厚度一般為10~40cm,最厚可達(dá)2.4m。油頁巖中有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)40%~45%,含油率很高,一般為32%~50%。1.6油頁巖含油率低、含油量少的區(qū)域差異以色列油頁巖主要形成于奧陶紀(jì),初步統(tǒng)計油頁巖資源為120億t,頁巖油資源為5.5億t。油頁巖有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對很低,一般為6%~17%。因此,油頁巖含油率也較低,一般只有6%~7%。此外,法國、德國、英國、意大利、俄羅斯的油頁巖資源也較豐富,約旦、土耳其等近東國家也有一定的油頁巖儲量。從世界石油資源來看,很多國家的油頁巖資源并未做過詳細(xì)的普查,查明的油頁巖儲量還只占整個資源量的很小一部分。2油頁巖含油率確定中國是一個油頁巖資源豐富的國家,按油頁巖資源探明儲量統(tǒng)計,中國儲量僅次于美國、巴西和愛沙尼亞,居世界第四位。但由于中國油頁巖的含油率普遍較低,因此油頁巖轉(zhuǎn)換為頁巖油的儲量較低。我國相繼在1981~1987年、1992~1994年組織開展過兩次全國性的常規(guī)油氣資源評價。隨著油氣地質(zhì)理論和油氣勘探工作的深入,地質(zhì)認(rèn)識在不斷加深,迫切需要掌握和了解目前我國常規(guī)及非常規(guī)油氣資源的現(xiàn)狀和儲量。由此,2004年國家立專項開展“新一輪油氣資源評價”?！叭珖晚搸r資源評價”為其中的課題之一,這也是首次全國性油頁巖評價工作。新評價體系中,把油頁巖邊界品位——含油率定為3.5%。我國油頁巖資源豐富,主要分布在22個省區(qū)、47個盆地、80個含礦區(qū)。22個省區(qū)中,又主要集中在吉林、遼寧、山東、新疆、廣東和海南等省區(qū)。47個盆地又主要分布在松遼盆地、華北盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、鄂爾多斯盆地、茂名盆地、撫順盆地、依蘭—伊通盆地等。我國油頁巖以湖泊相沉積環(huán)境為主,油頁巖地質(zhì)年代范圍很寬,從石炭紀(jì)、二疊紀(jì),三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)到第三紀(jì)都有產(chǎn)出,其中以中、新生代為主。油頁巖經(jīng)常與煤、油氣共生,高含油率的油頁巖主要分布在新生代斷陷盆地,而低含油率油頁巖主要分布在晚白堊世坳陷盆地。據(jù)初步系統(tǒng)整理資料分析,我國油頁巖查明資源儲量約500億t,折為頁巖油27億t。油頁巖潛在資源量約6699億t,折為頁巖油約449億t。通過地質(zhì)勘查工作,我國已在15個省區(qū)探明油頁巖儲量的產(chǎn)地60余處,探明儲量的油頁巖主要集中在我國東北和中南地區(qū)。主要礦區(qū)有吉林省農(nóng)安、樺甸、羅子溝,遼寧省撫順,廣東省茂名,海南省長坡,山東省黃縣等。2.1油頁巖的顏色撫順礦區(qū)油頁巖儲量豐富,撫順礦區(qū)剩余查明資源儲量約31億t,折算為頁巖油2億t。撫順油頁巖產(chǎn)于撫順含煤盆地之中,含礦區(qū)包括西露天礦、東露天礦、老虎臺礦、龍鳳礦及石門寨含礦區(qū)。油頁巖位于撫順含煤巖系之上,埋藏淺,分布于全礦區(qū)。因此,撫順油頁巖礦可以進(jìn)行露天開采。撫順盆地為古近紀(jì)小型凹陷盆地,盆地始新統(tǒng)從下至上發(fā)育古城子組巨厚煤層(總厚度約280m)、計軍屯組巨厚褐色油頁巖層(總厚度約185m)、西露天組綠色泥巖層(總厚度約600m)和耿家街組褐色頁巖層(總厚度約338m)。油頁巖的顏色以暗褐色和褐黑色為主,有部分呈淺褐色,淺褐色油頁巖含油率一般較低,暗色油頁巖含油率較高,一般大于6%,且常達(dá)10%以上,平均含油率5.85%。油頁巖礦床的油頁巖面積35km2,油頁巖最大累計厚度49.2m,油頁巖埋藏淺,適合露天開采。2.2礦區(qū)地質(zhì)概況茂名盆地的油頁巖是我國較大的含油頁巖盆地,剩余查明資源儲量約67億t。茂名油頁巖礦床位于廣東省南部一個北東向的斷陷盆地中,礦區(qū)為北西—南東走向,綿延約50km,南北寬3~10km,總面積360km2。茂名油頁巖礦床含油頁巖地層為第三系,分布在羊角、金塘、石鼓、沙田,低山等礦區(qū)。油頁巖主要賦存在古近系始新統(tǒng)油柑窩組和新近系中新統(tǒng)尚村組。油頁巖礦床的油頁巖面積193.43km2,油頁巖最大累計厚度46.33m,平均含油率6.03%,最高為13.66%。油頁巖埋藏淺,適合露天開采。2.3青山口組廣深斷裂f吉林省是我國油頁巖最豐富的省份,油頁巖資源主要分布在農(nóng)安和樺甸地區(qū)。農(nóng)安地區(qū)油頁巖含油率較低,一般在5%左右,剩余查明資源儲量約156億t。油頁巖發(fā)育于白堊系的青山口組、嫩江組。油頁巖層呈層狀產(chǎn)出,含礦區(qū)內(nèi)的油頁巖埋深(勘查區(qū)內(nèi)7~445m)向盆地中央加大,最大達(dá)到2000m左右。青山口組油頁巖全區(qū)發(fā)育,僅在青山口背斜和登婁庫背斜勘查到。嫩江組油頁巖地層在青山口背斜和登婁庫背斜被剝蝕,而無嫩江組油頁巖。青山口組一段及嫩江組一、二段油頁巖均賦存于每段底部,青山口組一段油頁巖層與嫩江組一段油頁巖層間距為50~800m,一般300m。嫩江組一段油頁巖層與嫩江組二段油頁巖層間距為40~70m,一般為50m,且較穩(wěn)定。樺甸盆地為撫順—密山斷裂帶的一個斷陷盆地,油頁巖主要賦存于古近系古新統(tǒng)—漸新統(tǒng)樺甸組,樺甸盆地油頁巖賦存深度0~500m,為單斜構(gòu)造,面積40km2,油頁巖段含礦8~26層,有工業(yè)價值的可采層有13層,累計厚度為7.23~22.22m,厚度一般為1~2m,最厚4.5m。油頁巖剩余查明資源儲量約6億t,折合成頁巖油約0.5億t。3油頁巖綜合開發(fā)潛力的研究3.1世界石油的剩余供給持續(xù)減少,石油企業(yè)進(jìn)入困境能源資源是人類社會繁榮發(fā)展至關(guān)重要的因素,而當(dāng)今人們越來越面臨能源資源匱乏的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。全球石油需求將以每年1.9%的速度增長,2025年全球石油平均日需求量將從2001年的7700萬桶上升到1.21億桶2,其中美國和亞洲發(fā)展中國家的增長量占到60%左右。據(jù)美國《OilandGasJournal》2003年統(tǒng)計表明,世界石油剩余可采儲量為1567億t,約合11486億桶,照此需求供給,不到30年石油就面臨枯竭。并且,現(xiàn)今的石油產(chǎn)量不斷遞減,在今后10~20年間石油的供求之間將會出現(xiàn)巨大的差距,油頁巖等非常規(guī)資源將作為重要的油氣資源替代產(chǎn)品來彌補(bǔ)這個差距。并且,油頁巖等非常規(guī)石油資源量將可能作為一種緩沖,使高油價推遲到21世紀(jì)中葉,甚至更遠(yuǎn)的一個時期再出現(xiàn)。3.2油頁巖工業(yè)是一種重要的補(bǔ)充能源資源油頁巖不僅是一種重要的替代能源資源,更重要的是其具有巨大的綜合開發(fā)潛力。除提取頁巖油外,油頁巖由于其特殊的組成和結(jié)構(gòu)還可用于發(fā)電、化工、醫(yī)藥、建筑、農(nóng)業(yè)等方面。因此,油頁巖擁有巨大的綜合開發(fā)潛力。目前,全球油頁巖主要用于發(fā)電和供暖。據(jù)統(tǒng)計,2000年全球開采的油頁巖中有69%用于發(fā)電和供暖,25%用于提煉高收益的頁巖油及相關(guān)產(chǎn)品,6%用于生產(chǎn)水泥、化工、金屬提取以及其他用途。油頁巖經(jīng)過低溫干餾后的半焦還可用于發(fā)電,例如愛沙尼亞2002年油頁巖開采量達(dá)到3000多萬t,用油頁巖生產(chǎn)出來的電力除了可以滿足本國的需要外,還