吳辰泓

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安710075)

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約旦西阿拉伯次盆油頁巖儲層地質(zhì)特征及潛力

吳辰泓

(陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院，陜西西安710075)

摘要：約旦位于阿拉伯板塊內(nèi)的西阿拉伯次盆，其油頁巖主要發(fā)育于早白堊世到始新世時期的Belqa群海相地層內(nèi)，是由阿拉伯板塊與歐亞板塊碰撞產(chǎn)生的。主要巖石組成為白堊巖、石灰?guī)r、磷灰?guī)r及頁巖。油頁巖產(chǎn)層為Belqa群中段的Muwaqqar組埋藏深度通常為30～85m不等，平均厚度約為30m。所含主要元素為硅和鈣，次要成分為硫、鋁、鐵和磷；主要氧化物為氧化鈣、二氧化硅、三氧化硫、三氧化二鋁。局部地區(qū)微量元素含量較高，但濃度不足以進行提煉，也不會對環(huán)境造成污染。TOC平均為15%，Ro為0.32%，含油量平均約為10%，含水率在2%左右，適合露天開采。主要礦區(qū)油頁巖的地質(zhì)儲量總計為664×108t, 概算儲量為507×108t，具有很好的開采潛力?，F(xiàn)主要開發(fā)利用方法有原地干餾提取頁巖油或直接燃燒油頁巖發(fā)電兩類。

關(guān)鍵詞：油頁巖；西阿拉伯次盆；Belqa群；Muwaqqar組

油頁巖屬非常規(guī)油氣資源，是一種以碳酸鹽巖、泥灰?guī)r、頁巖為主的沉積巖[1]，內(nèi)含未成熟—低成熟有機質(zhì)，通過熱解可生液態(tài)烴，同時巖層內(nèi)含少量低成熟油，被列為常規(guī)油氣的重要接替能源之一[2]。

西阿拉伯次盆位于阿拉伯板塊，北以托羅斯—扎格羅斯褶皺帶為界，東部與美索不達米亞地質(zhì)省相鄰，南界為阿拉伯地盾露頭，西部以死海斷層為界，其特殊的構(gòu)造演化形成了豐富的油頁巖資源(圖1)。約旦位于西阿拉伯次盆內(nèi)，占整個西阿拉伯次盆面積的13.28%。約旦是“富油區(qū)的貧油國”，96%的能源來自進口，常規(guī)油氣資源極其匱乏，但其油頁巖資源十分豐富，排名全球第4。自20世紀80年代起，約旦自然資源管理局(NRA)對現(xiàn)有的El-Lajjun、Sultani等4個主要油頁巖發(fā)育區(qū)塊進行了地質(zhì)勘查，先后與德國聯(lián)邦研究所、美國國際開發(fā)署、加拿大國際開發(fā)署等機構(gòu)合作，通過先導(dǎo)試驗進行了干餾法開采油頁巖及油頁巖燃燒發(fā)電的研究，積累了豐富的油頁巖開發(fā)經(jīng)驗[3]。

1 約旦油頁巖地質(zhì)特征

1.1 地質(zhì)概況

約旦地處阿拉伯板塊的西北角，在古特提斯海的東岸。西部邊界為死海斷層，是穩(wěn)定的阿拉伯板塊與不穩(wěn)定的死海斷層之間的過渡帶(圖1)。

寒武紀到早白堊世期間，約旦位于岡瓦納大陸的北部邊界上，構(gòu)造相對穩(wěn)定，以陸相沉積為主，伴有部分淺海相沉積。此后隨著阿拉伯臺地的不斷下降，海相沉積逐漸擴大，晚三疊世到早侏羅世期間，該地區(qū)變?yōu)橐院Ｏ喑练e為主的開闊海。晚白堊世時期，由于阿拉伯板塊與歐亞板塊碰撞，形成了大量的蛇綠巖逆掩推覆，敘利亞島弧發(fā)生強烈褶皺，海相沉積從約旦北部逐漸消失。由于陸—陸碰撞的持續(xù)作用，晚白堊世到古近紀時期，阿拉伯板塊內(nèi)形成大量北西走向的局部盆地，其中就包括西阿拉伯次盆。由森諾曼期開始的海侵使約旦又變?yōu)橐院Ｏ喑练e為主，形成了最主要的油頁巖層，即約旦中部的Ajlun群與Belqa群。晚始新世進入海退期，形成擠壓褶皺，并伴隨有隆升剝蝕，Belqa群在約旦北部出露。這一時期，斷層走滑形成死海裂谷，并在約旦東部及南部形成了湖相或河流相的局部盆地。

1.2 約旦油頁巖分布概況

約旦中部有大約30個小型盆地，直徑為0.1～2km不等[4]，其主要形成原因是陸—陸碰撞引起的敘利亞島弧褶皺，油頁巖發(fā)育于這些大小各異的小型盆地中，主要集中在早白堊世—始新世時期的Ajlun群與Belqa群海相石灰?guī)r地層內(nèi)(表1)。

表1　約旦主要油頁巖層地層層序表

油頁巖主要產(chǎn)層為古新世Belqa群Muwaqqar層白堊巖—泥灰?guī)r層，還有少量油頁巖發(fā)育于晚白堊世馬斯特里赫特期Belqa群Al Hisa層磷灰?guī)r下部和古新世末期的Belqa Umm Rijam硅質(zhì)灰?guī)r上部。目前已探明區(qū)塊26個，但厚度和含油量在平面上差異較大。其中最具有商業(yè)價值的為El-Lajjun、Sultani、 Attarat Um-Ghudran和Wadi Maghar4個區(qū)塊(表2)。這4個區(qū)塊均位于死海以東20～75km范圍內(nèi)，主要巖性為含瀝青的石灰?guī)r或泥灰?guī)r，一般為棕色、灰色或黑色，被風化后呈現(xiàn)帶藍點的淺灰色，有機質(zhì)主要為瀝青質(zhì)，油頁巖總體埋藏深度較淺(30～85m)，厚度較大，一般為10～60m，平均厚度約為30m，便于后期開發(fā)利用。

表2　約旦主要油頁巖區(qū)塊基本情況對比表

1.3 油頁巖礦物特征

1.3.1 主要礦物組分

約旦中部油頁巖主要礦物組分為方解石，部分為含有混合高嶺石和磷灰石的石英石，極少數(shù)地區(qū)也存在長石、白云母、伊利石、針鐵礦和石膏。個別碳酸鹽巖層也存在白云巖,比如Arbid地區(qū)的El-Lajjun組石灰?guī)r。除有機碳外，約旦油頁巖所含主要元素為硅和鈣，次要成分為硫、鋁、鐵和磷。主要氧化物(表3)為氧化鈣、二氧化硅、三氧化硫、三氧化二鋁。硅主要為同沉積或早期成巖過程中的硅化產(chǎn)生。磷含量從地表往下逐漸增大，而高含磷量不利于燃燒的油頁巖殘渣用作水泥原料。大約1/3的硫是有機結(jié)合的，硫含量為0.3%～4.3%，對油頁巖的開發(fā)利用也造成了不利影響。

1.3.2 微量元素含量

約旦油頁巖中鍶含量相當高，Sr/Ba大于1，有較高的鎳、鉻、鈷含量，均是海相沉積環(huán)境的特征。頁巖中鉬、鉻、鎢的含量明顯高于石灰?guī)r。鋅、釩、鎳、銅、鑭和鈷也很豐富，但砷和鉛的含量較低，因此不會對生產(chǎn)加工或生態(tài)環(huán)境造成影響。鈾的含量相對較高，但其主要與磷含量正相關(guān)，而非與瀝青質(zhì)有機物正相關(guān)。含油量和元素硫、鉻、鎳、銅、鋅、鉬存在明顯的正相關(guān)性,并且與碎屑巖組分硅、鋁、鈦、鐵和鋯也存在正相關(guān)。盡管一些微量元素在局部地區(qū)含量較高，但其濃度并不足以進行提煉，也不會對環(huán)境造成污染(表4)。

表3　油頁巖主要化學(xué)組成表

注：N.D—未檢出，即含量低于檢測下限。

表4　油頁巖微量元素含量表

注：N.D—未檢出，即含量低于檢測下限。

1.4 油頁巖典型區(qū)塊El-Lajun地質(zhì)特征

El-Lajjun區(qū)塊位于安曼南部110km處，是約旦儲量最大、品質(zhì)最優(yōu)的油頁巖區(qū)塊，也是約旦油頁巖研究最深入的區(qū)塊，面積約為20.4km2。該礦區(qū)位于南北走向的El-Lajjun地塹上，主要產(chǎn)層為Muwaqqar層白堊質(zhì)泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、頁巖，含有貝殼碎屑及極少量的木質(zhì)體碎片。Muwaqqar層平均厚度為29.6m，平均埋深28.8m，90%以上可露天開采。地質(zhì)儲量為11.96×108t。主要礦物組分為方解石，局部發(fā)生硅化，也含有方石英。頁巖層中黏土礦物組分受沉積環(huán)境和成巖作用影響，含有蒙皂石和伊利石。

El-Lajjun區(qū)塊油頁巖含水率為1.5%～2.43%，平均含油率高達10.5%，TOC最高可達22.1%，預(yù)測含油量約為1.15×108t。這可能與白堊紀缺氧沉積環(huán)境、溫暖淺海中生物生產(chǎn)率較高，以及該地區(qū)小型沉積盆地數(shù)量較多有關(guān)。

2 油頁巖勘探開發(fā)潛力

約旦油頁巖被認為是優(yōu)質(zhì)油頁巖資源，主要由于其埋藏深度淺，上覆巖層成巖程度低，便于露天開采。此外，礦區(qū)內(nèi)人口稀少，水源充足，并且有良好的公路運輸條件，便于油頁巖礦的開采。同時，約旦油頁巖含油量和熱值相對較高、含水率較低、儲量較大，可保證后續(xù)加工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟性。約旦中部5個主要礦區(qū)油頁巖的地質(zhì)儲量總計為664×108t,潛在資源量(Contingent Resources)為507×108t。

2.1 約旦油頁巖含油量及生油潛力

約旦地區(qū)油頁巖TOC為15%，游離烴含量S1為11.15mg/g，析解烴含量S2為113.2mg/g，生烴潛量(S1+S2)為124.35mg/g，有機質(zhì)豐度較高；鋁甑實驗產(chǎn)物中飽和烴含量為9.06%,芳香烴含量為76.32%，瀝青化合物為14.61%，可溶瀝青質(zhì)(甲醇溶劑)含量不超過2%。C25類異戊二烯噻吩是硅藻的標記物，C37和C38鏈2.5-二烷基噻吩是土棲藻綱的標志；C35藿烷類噻吩則標記細菌活動；干酪根為Ⅱ1型，最高熱解峰溫Tmax平均為414℃，鏡質(zhì)組反射率Ro平均為0.32%?？傮w看來，約旦境內(nèi)適于露天開采的油頁巖均具有高TOC、低Ro的特點。該地區(qū)油頁巖適用于干餾法煉油，灰質(zhì)成分為54.7%，熱值為1530kcal/kg。干餾得到的頁巖油屬高硫芳香烴基原油，所得產(chǎn)品均具有高密度、高酸度、高含硫、高烯烴組分、易發(fā)生氧化反應(yīng)等特點。

2.2 約旦油頁巖開發(fā)現(xiàn)狀及前景

自20世紀80年代起,約旦政府先后與德國聯(lián)邦研究所、美國國際開發(fā)署、加拿大國際開發(fā)署等機構(gòu)合作，開展各項有關(guān)油頁巖利用的研究，計劃2020年使油頁巖能源供給達到全國能源消費來源的14%。主要方式包括油頁巖干餾及燃燒油頁巖發(fā)電兩方面。

利用油頁巖生產(chǎn)原油的工藝主要為直接開采地面干餾，現(xiàn)有方法包括愛沙尼亞開發(fā)的Kivitar Galotar干餾法，巴西Petrosix(佩特洛瑟克斯干餾法)和中國撫順干餾法，以及加拿大的塔瑟克技術(shù)(ATP)。另外，針對深層油頁巖殼牌公司開展了原位轉(zhuǎn)化油頁巖提煉原油的生產(chǎn)—原位地下轉(zhuǎn)化工藝(ICP)，這一工藝主要是在地下原位加熱油頁巖，把干酪根轉(zhuǎn)化為天然氣和石油，利用生產(chǎn)井泵采出[5]。

與此同時，約旦還致力于直接燃燒油頁巖供能，并將殘渣用于制造水泥。對約旦而言首要任務(wù)還是使用油頁巖制油，但燃燒油頁巖發(fā)電技術(shù)已經(jīng)在愛沙尼亞等國成功商業(yè)化了，因此循環(huán)流化床燃燒油頁巖發(fā)電技術(shù)也是該國研究重點[6]。

約旦政府仍在積極尋找具備實力的公司參與到本國的油頁巖開發(fā)中。根據(jù)約旦政府國家重大項目計劃，在尋求新型能源發(fā)電的研究中，油頁巖發(fā)電是最經(jīng)濟可行的，未來油頁巖地表開發(fā)項目單個公司投資額為40～60億美元[7]，深層油頁巖開采計劃單個公司投資額在200億美元左右，均為大型項目。

3 結(jié)論

約旦油頁巖主要位于阿拉伯板塊的西阿拉伯次盆中，晚白堊世到始新世時期，受敘利亞島弧褶皺帶擠壓作用的影響，西阿拉伯次盆中形成了一系列大小各異的盆地。從森諾曼期起，約旦遭受廣泛海侵，氣候溫暖，浮游生物豐富，西阿拉伯次盆中的盆地在缺氧環(huán)境下接受淺海相沉積，在約旦中部形成了富含油頁巖的Belqa群石灰?guī)r段。 約旦油頁巖潛在資源量為507×108t，潛力巨大，主要開發(fā)方式為油頁巖干餾煉油及燃燒油頁巖發(fā)電兩類。

基于約旦相對穩(wěn)定的政治局勢、較高的基礎(chǔ)建設(shè)水平、友好的新能源政策和豐富的油頁巖資源[8]，中國企業(yè)可以現(xiàn)有項目為依托，進一步加大與約旦的合作，更好地服務(wù)于國家能源安全戰(zhàn)略。

參考文獻

[1]賈承造，鄭民，張永峰. 非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)重要理論問題[J].石油學(xué)報，2014，35(1)：1-10.

[2]鄧南濤，張枝煥，任來義，等. 鄂爾多斯盆地南部延長組油頁巖地球化學(xué)特征及分布規(guī)律[J].石油實驗地質(zhì)，2013，35(4)：432-437.

[3]崔景偉,朱如凱,楊智.國外頁巖層系石油勘探開發(fā)進展及啟示[J]. 非常規(guī)油氣，2015，2(4)：63-66.

[4] Alnawafleh H M, Fraige F Y. Analysis of selected Oil shale samples from El-Lajjun, Central Jordan[J]. Geomaterials, 2015(5)：77-84.

[5]薛華慶，杜發(fā)平，徐文林. 油頁巖電加熱原位開采技術(shù)研究進展[J]. 天然氣技術(shù)，2010，4(1)：18-20.

[6]Batayneha. A Hydrogeophysical model of the relationship between geoelectric and hydraulic parameters, Central Jordan[J]. Journal of Water Resource and Protection, 2009, 1(6):400-407.

[7]Chevron USA Inc. Oil shale research, development & demonstration project plan of operations[R]. Houston: Cordilleran Compliance Services, Inc，2006.

[8]James T B, Tom L T, Llyod D,etal. Oil shale development in the United States：Prospects and policy issues， MG-414[R].Santa Monica： RAND Corporation，2005.

Geological Characteristics and Potential of Jordan Oil Shale Reservoir,Western Arabian Sub-Basin

Wu Chenhong

(Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co., Ltd., Xi′an, Shaanxi 710075, China)

Abstract:Jordan is located in the west Arabia sub basin on the Arabia plate, its oil shale is mainly developed in Belqa marine strata of Early Cretaceous to Eocene period, which was produced by the collision between the Arabia plate and the Eurasian plate. The main rocks consist of chalk, limestone, phosphorite and shale, and the production layer lies in the Muwaqqar formation, belonging to the middle section of Belqa group, with the burial depth ranged from 30 to 85m, its average thickness is about 30m. The main elements in the layer are silicon and calcium, the minor components include sulfur, aluminum, iron and phosphorus; Main oxides are calcium oxide, silicon dioxide, sulfur trioxide and aluminium oxide. In the local area, the content of trace element is higher, but the concentration is not enough to be extracted, and not cause the pollution to the environment. The average TOC is 15%，Ro is 0.32%，average oil content is about 10%，water cut is about 2%，suitable for open pit mining. Oil shale reserves in main mining area totaled 664×108t, estimated reserves is about 507×108t，with a good exploitation potential. At present, main development and utilization method is to extract shale oil by in-situ retorting or burn the oil shale for power generation.

Key words:Oil Shale; Western Arab Sub basin; Belqa Group; Muwaqqar Formation

作者簡介：吳辰泓(1988年生)，女，助理工程師，主要從事海外油氣資源研究工作。郵箱:wuch0930@foxmail.com。

中圖分類號：TE122

文獻標識碼:A