王　喆，陳清敏，楊文博，姚肖博

(陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西西安 710068)

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鄂爾多斯盆地銅川地區(qū)油頁巖特征及資源評(píng)價(jià)

王喆，陳清敏，楊文博，姚肖博

(陜西省地質(zhì)調(diào)查中心，陜西西安 710068)

為了認(rèn)識(shí)銅川地區(qū)油頁巖礦床特征和品級(jí)質(zhì)量，準(zhǔn)確評(píng)估油頁巖勘探前景，利用鉆探、測井、錄井和分析化驗(yàn)資料對(duì)油頁巖展開資源調(diào)查。結(jié)果顯示，銅川地區(qū)油頁巖厚度較大，油頁巖主礦層厚度一般為1.28～32.35m，最厚地段在瑤曲—何家坊—淌泥河—馬泉頭—馬莊一帶，主要為形成于深湖—半深湖環(huán)境的陸相油頁巖。油頁巖層段集中，分布較穩(wěn)定，主要產(chǎn)出層位為三疊系延長組長7油層組。油頁巖質(zhì)量中等，含油率一般為2.00%～6.67%；測井響應(yīng)具有視電阻率高、自然伽馬高、聲波時(shí)差高、密度低的“三高一低”特征。體積法計(jì)算表明，研究區(qū)埋深在1200m以淺的油頁巖資源量為154.40×108t，頁巖油資源量為9.07×108t，資源潛力巨大。在技術(shù)及環(huán)境保護(hù)成熟時(shí)，可適時(shí)進(jìn)行開發(fā)利用。

鄂爾多斯盆地；銅川地區(qū)；油頁巖；資源評(píng)價(jià)

隨著世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，常規(guī)油氣已不能滿足日益增長的能源需求，非常規(guī)能源越來越受到重視。油頁巖相對(duì)容易開采、目前加工工藝成熟，且用途廣泛，是最現(xiàn)實(shí)的接替能源之一。第3次全國油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，中國油頁巖資源豐富，品質(zhì)中等偏好，頁巖油資源達(dá)476.44×108t，僅次于美國，居世界第2位[1-6]，開發(fā)潛力巨大。

鄂爾多斯盆地是中國大型含油氣盆地之一，中生代原型盆地分布面積近40×104km2[7]。盆地不僅蘊(yùn)藏巨量的油氣資源，而且賦存豐富的煤、煤層氣及地下水資源[8]。銅川地區(qū)處于鄂爾多斯盆地南緣，野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)還存在著規(guī)模巨大的油頁巖資源。銅川地區(qū)油頁巖延展穩(wěn)定、分布范圍廣、含油率較高、構(gòu)造簡單，既有可露天開采的礦層(如銅川金鎖關(guān)何家坊、宜君縣棋盤鎮(zhèn)馬泉頭)[15]，也有適宜地下開采的地段。深入全面、系統(tǒng)地了解、研究油頁巖的產(chǎn)出特征、賦存規(guī)律、資源規(guī)模，探索其現(xiàn)實(shí)的開發(fā)利用條件，是一項(xiàng)十分重要的、具有前瞻性和戰(zhàn)略性的工作。

1 油頁巖分布特點(diǎn)

鄂爾多斯盆地含有多套油頁巖礦層[9-11]，分別賦存于下二疊統(tǒng)山西組、中—上三疊統(tǒng)延長組、上三疊統(tǒng)瓦窯堡組及中侏羅統(tǒng)早期延安組、中侏羅統(tǒng)晚期安定組地層中(表1)，盆地邊部、深切谷及部分鉆孔中可見分布。

表1鄂爾多斯盆地中—上三疊統(tǒng)—下中侏羅統(tǒng)層序及能源礦產(chǎn)聚集表[12]

Table 1Sequences and energy resources clustered table for Middle-Upper Triassic and Lower-Middle Jurassic formation in Ordos basin

下二疊統(tǒng)山西組油頁巖主要見于盆地周邊的山西保德—洪洞一帶及寧夏石嘴山、中衛(wèi)地區(qū)，與煤緊密伴生；中—上三疊統(tǒng)延長組、上三疊統(tǒng)瓦窯堡組含油頁巖呈不對(duì)稱向斜狀展布于盆地之中。東部翹起，露出地表，中東部向西略傾，華池—環(huán)縣一帶凹陷最深，靠近銀川地塹逐漸隆起，向東傾斜，上部多被削蝕。

油頁巖露頭主要分布于盆地東部和南部，具體在彬縣—耀州區(qū)—宜君縣—黃陵縣—黃龍縣—宜川縣—延川縣一帶，大致呈弧形展布(表2)。

表2　鄂爾多斯盆地油頁巖分布特征及形成環(huán)境表

2 油頁巖地質(zhì)特征

2.1 油頁巖層位

研究區(qū)油頁巖具體層位為中—上三疊統(tǒng)延長組二段(T2-3y2，長7油層組)。延長組是一套以灰綠色、灰黃綠色、淺肉紅色長石砂巖為主，夾深灰色頁巖及煤線的陸相地層，下部夾黑色油頁巖層。延長組與上、下地層均為整合接觸，底界以二馬營組上部灰綠色中—厚層、中—細(xì)粒長石砂巖夾灰綠色、紫紅色泥巖為標(biāo)志，上部以瓦窯堡組底部含煤層或含煤線砂泥巖為界。

該區(qū)油頁巖剖面特征為：下部為粉砂巖、細(xì)砂巖夾油頁巖層，油頁巖層一般較薄，多為0.3～1m；中部為油頁巖主礦層，厚度為1.28～32.35m，夾層較少，分布穩(wěn)定；上部為粉砂巖、頁巖、泥巖互層；中部油頁巖是勘探的主要目標(biāo)。

2.2 油頁巖區(qū)構(gòu)造特征

銅川地區(qū)地層總體表現(xiàn)為一傾向北西的單斜構(gòu)造，地層傾角較緩，一般為3°～7°，變化幅度小。

何家坊—前烈橋剖面反映寬緩大背斜的構(gòu)造特點(diǎn)，其核部在后何家坊—前烈橋一帶?？傮w上斷層對(duì)地層層序及油頁巖賦存影響較小；但何家坊正斷層錯(cuò)動(dòng)幅度較大，使下盤油頁巖抬升出露于地表(圖1)。

2.3 油頁巖厚度

據(jù)地表露頭觀測并結(jié)合鉆井資料，油頁巖主礦層厚度一般為1.28～32.35m，最厚地段在瑤曲-何家坊-淌泥河-馬泉頭-馬莊一帶，向東北變薄。

2.4 油頁巖宏觀特征及物質(zhì)組成

油頁巖宏觀上呈黑色，具油脂光澤，風(fēng)化面上常有銹色鐵質(zhì)及淡黃色硫質(zhì)薄膜(圖2)，呈片狀、層狀構(gòu)造，參差狀、貝殼狀斷口，硬度小，條痕為亮褐色。

油頁巖成分主要為泥質(zhì)和少量粉砂質(zhì)，黏土礦物含量為70%～90%，有機(jī)質(zhì)(瀝青質(zhì)、腐泥質(zhì)和腐殖質(zhì))含量為20%～30%，石英細(xì)小碎屑含量一般小于0.1%；肉眼可觀察到球團(tuán)狀、扁豆體狀瀝青質(zhì)和炭化植物碎屑，總體為深湖—半深湖厭氧沉積環(huán)境。油頁巖化學(xué)成分：SiO2為55.23%(47.89%～60.99%)、Al2O3為20.98%(17.70%～24.98%)、Fe2O3為12.59%(7.47%～23.11%)、MgO為0.79%(0.51%～60.99%)、CaO為1.74%(0.82%～2.63%)、Na2O為1.28%(0.74%～1.85%)、K2O為3.01%(2.17%～3.36%)，此外，還有SO3、TiO2、P2O5、MnO2、F、Cl、As等；微量元素中Ga含量為0.0010%～0.0023%)(表3)。

區(qū)內(nèi)油頁巖灰分含量主要分布在67%～83%之間，屬于中灰分油頁巖；揮發(fā)分含量主要分布在11.53%～24%之間；全硫含量大部分大于2.5%，屬富硫—高硫油頁巖。油頁巖焦渣特征為黏結(jié)—弱黏結(jié)，半焦含量主要分布在79.6%～94.5%之間。

表3　銅川地區(qū)油頁巖化學(xué)成分分析結(jié)果表

2.5 油頁巖質(zhì)量

含油率和發(fā)熱量是評(píng)價(jià)油頁巖質(zhì)量的兩個(gè)最重要的指標(biāo)。根據(jù)測定結(jié)果[15]，研究區(qū)油頁巖質(zhì)量中等，含油率一般為2.00%～6.67%，加權(quán)平均含油率為5.54%，發(fā)熱量為1.24～11.04MJ/kg(表4)，干酪根類型為Ⅱ1型。密度一般為2.02～2.50t/m3(ARD視密度)，平均為2.24t/m3。

表4　銅川地區(qū)油頁巖評(píng)價(jià)指標(biāo)表

2.6 油頁巖測井響應(yīng)

研究區(qū)油頁巖視電阻率為18～953Ω·m，自然伽馬強(qiáng)度為197～920API，一般是泥巖的3倍左右，密度為1.81～2.5g/cm3；自然電位多為負(fù)異常；聲波時(shí)差較高，在380μs/m左右。表現(xiàn)“三高一低”的特征，即視電阻率高、自然伽馬高、聲波時(shí)差高、密度低(圖3)。

2.7 油頁巖成因

目前一般把油頁巖沉積分為三大類[13-14]：第一類包括黑色的、極少見的淺棕色海相地臺(tái)型油頁巖，與碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖和含磷酸鹽巖系伴生；厚度較薄，厚達(dá)10m的極少，含油率可達(dá)20%。第二類黑色湖相油頁巖，形成于深湖—半深湖的沉積環(huán)境中；油頁巖可達(dá)數(shù)十米厚，含油率一般不到10%，是季節(jié)性氣候旋回直接控制下湖盆內(nèi)部水體生物與化學(xué)環(huán)境周期變化的產(chǎn)物，代表了湖盆發(fā)育的鼎盛期，這種成因的油頁巖具有厚度大、范圍廣、含油率較高的特點(diǎn)。第三類是與煤層伴生的油頁巖，包括海陸交替相和沼澤相沉積環(huán)境中形成的油頁巖，一般分布在煤層的底部，多數(shù)為煤層底板，含油率高，但厚度相對(duì)較薄。

研究區(qū)油頁巖為湖相油頁巖，形成于深湖—半深湖沉積環(huán)境中，具有厚度較大、分布范圍廣、含油率較高的特點(diǎn)。

3 油頁巖資源量計(jì)算

3.1 計(jì)算方法

銅川地區(qū)油頁巖總體向北西緩傾，油頁巖厚度、含油率沿走向、傾向變化較小，參照《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》要求，油頁巖資源量估算采用體積法(地質(zhì)塊段法)，關(guān)鍵參數(shù)主要有含油率、面積、厚度、密度等，公式如下：

Q=mSd/108

(1)

P=Qc

(2)

式中Q——塊段油頁巖資源量，108t；

m——塊段礦層平均厚度，m；

S——塊段真面積，km2；

d——平均密度，t/m3；

P——塊段頁巖油資源量，108t；

c——塊段平均含油率，%。

油頁巖資源量估算的標(biāo)高范圍為493.40～1094.22m。

陜西省國土資源廳基金項(xiàng)目管理辦公室認(rèn)可的油頁巖工業(yè)指標(biāo)為，邊界含油率為3.5%，最小可采厚度為1.0m，夾層剔除厚度為1.0m以下。

3.1.1 塊段真面積

由于油頁巖層傾角均小于15°，用水平投影圖估算資源量。塊段真面積計(jì)算公式為：

S=S0/cosα

(3)

式中S——塊段真面積，km2；

S0——塊段投影面積，km2；

α——礦層平均傾角。

3.1.2 塊段礦層平均厚度

塊段礦層平均厚度采用塊段內(nèi)各單工程礦層厚度的算術(shù)平均值(表5)。

表5　塊段品位和厚度計(jì)算表

3.1.3 塊斷平均含油率

塊段平均含油率采用塊段內(nèi)各單工程礦層厚度加權(quán)平均值。計(jì)算公式如下：

(4)

式中C——塊段平均含油率，%；

Cgi——塊段中單工程礦層平均含油率，%；

Mgi——塊段中單工程礦層厚度，m；

n——塊段中單工程個(gè)數(shù)。

3.1.4 平均密度

采用塊段內(nèi)密度樣品分析結(jié)果的算術(shù)平均值作為礦石平均密度(表6)。表6是作為研究區(qū)資源評(píng)價(jià)的依據(jù)，儲(chǔ)量級(jí)別參照《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范(DZ/T 0215—2002)》。

表6　銅川地區(qū)油頁巖資源量估算表

3.2 資源量計(jì)算結(jié)果

本次計(jì)算的油頁巖礦層范圍(1200m以淺)在銅川市耀州區(qū)瑤曲鎮(zhèn)—宜君縣哭泉鎮(zhèn)—宜君縣棋盤鎮(zhèn)—宜君縣五里鎮(zhèn)一帶，面積約為738.90km2。

通過計(jì)算，研究區(qū)(334)?及以上級(jí)別油頁巖資源量為154.40×108t，頁巖油資源量為9.07×108t(表6)。其中333及以上級(jí)別油頁巖資源量為2.32×108t，頁巖油資源量為0.14×108t。

4 結(jié)　論

(1)鄂爾多斯盆地銅川地區(qū)除賦存大量的煤、石油、煤層氣、鐵礦、鋁(黏)土礦及水泥用石灰?guī)r外，還賦存著大量的油頁巖資源。油頁巖主要產(chǎn)出層位為中—上三疊統(tǒng)延長組，形成于陸相深湖或半深湖環(huán)境；地表露頭見于瑤曲鎮(zhèn)—何家坊—棋盤鎮(zhèn)一帶。

(2)研究區(qū)三疊系延長組長7油頁巖厚度較大、油頁巖段集中、分布較穩(wěn)定、含油率較高。礦層厚度一般為2.46～18.95m，含油率一般為2.0%～6.67%。埋藏深度在1200m以淺的頁巖油資源量為9.07×108t以上，顯示了巨大的資源潛力。

(3)研究區(qū)油頁巖資源量巨大、探明程度較高、構(gòu)造簡單、礦層厚度大、分布穩(wěn)定、水文地質(zhì)條件簡單，交通便利，若技術(shù)條件成熟及環(huán)境保護(hù)可行，可進(jìn)行開發(fā)利用。

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Characteristics and Resource Evaluation for Oil Shale in Tongchuan Area of Ordos Basin

Wang Zhe, Chen Qingmin, Yang Wenbo, Yao Xiaobo

(ShaanXiCenterofGeologicalSurvey,Xi′an,Shanxi710068，China)

To understand the characteristics and quality of oil shale deposits in Tongchuan area, evaluate the exploration prospect of oil shale accurately, the resource investigation for oil shale has been conducted by using the data of drilling, logging, mud logging and indoor analysis. The results showed that thick oil shale formation existed in Tongchuan area, with main layer thickness from 1.28m to 32.35m, the thickest formation appeared in the belt from Yaoqu to Hejiafang, extended to Maquantou and Mazhuang, which belongs to continental oil shale that formed in deep lake or semi-dee lake environment. The oil shale featured with concentrated layers, even distribution, and the layer Yanchang 7 in Trias as the main payzone. The quality of oil shale is moderate, oil content is generally from 2.00% to 6.67%; the logging curves of oil shale have such features, as high apparent resistivity, high natural gamma, high interval transit time and low density, etc. Volume calculation showed that oil shale should be about 154.40×108t buried at the depth that shallower than 1200m, and the shale oil should be about 9.07×108t，with great potential of resource. When the technical and environmental conditions permit, the shale oil can be developped in a timely manner.

Ordos basin; Tongchuan area; oil shale; resource apprasial

王喆(1983年生)，工程師，現(xiàn)從事能源礦產(chǎn)勘查工作。郵箱：loki_wangzhe@163.com 。

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