山東省油頁巖資源特征及開發利用前景

薛成，邢楠，趙赫，楊棟棟，曹治國

(山東省第五地質礦產勘查院，山東 泰安 271021)

0 引言

油頁巖是一種重要的能源礦產資源，它不僅可以制取頁巖油及相關石油化工產品，而且可以作為燃料用來發電、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、煤層氣等非常規能源的調查評價和勘查工作，在非常規能源開發利用方面逐漸走在了全國前列。目前山東能源龍口礦業集團已在龍口礦區投產兩期項目，2010年已實現頁巖處理能力60萬t/a，年產頁巖油5.5萬t，半焦40萬t的生產規模，發電1381萬kW·h，實現銷售收入2.43億元，2012年山東能源龍礦集團引進小顆粒煉油技術，實現了油頁巖產量的大幅攀升。自2010年起山東易高油母頁巖開發有限公司與遼河油田合作在泰安市房村地區先后鉆探了3個油頁巖試驗孔，取得了良好試油效果。山東省第五地質礦產勘查院自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油頁巖礦勘查中取得了預期成果。

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、控制的油頁巖經濟儲量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，主要分布于濟陽坳陷，約占83.2%(表1)。山東省油頁巖賦存地區主要為平原，部分分布于低山丘陵地區；油頁巖賦存深度差別較大，主要位于500m以淺(表2)[1-4]。數據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潛力較大，且開發利用前景較有利。

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，山東省已發現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。主要含油頁巖盆地有：濟陽坳陷、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特征

山東省含油頁巖盆地的形成和演化均受大地構造控制，是構造演化階段的產物。從油頁巖沉積環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，分別為古近紀官莊群大汶口組、古近紀五圖群及石炭-二疊紀統太原組。

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，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。古近紀始新世—漸新世，山東省各斷陷湖盆中，沉積了厚達800～1000m的半深湖—深湖相的暗色泥巖。因此，發育了一系列大—中—小型的含油頁巖盆地，如渤海灣盆地、濟陽盆地、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114m。不同礦區油頁巖總厚度相差也較大，如濟寧鮑家店礦區油頁巖總厚度僅為1.31m，但泰萊盆地油頁巖總厚度達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組分特點

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

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，結構致密，頁片狀，層理清晰,極易剝離,常見白色貝殼化石，質量較頁巖輕，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，為濱淺湖或沼澤相沉積[5]。

黃縣盆地油頁巖礦石結構致密呈堅硬塊狀，多表現為粘土結構(泥質結構)，層理不發育。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—半深湖的沉積環境[4]。

2 山東省油頁巖開發利用前景

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，有機質豐度高，具有較好的生烴潛力，為優質油頁巖。

古生代盆地中濟寧盆地油頁巖的含油率最高，可達16.51%，但盆地面積較小。

新生代盆地中黃縣盆地油頁巖品質最好，平均含油率達13.58%，灰分平均為56.11%，礦石比重為1.7t/m3，發熱量為11.76MJ/kg[1]，全區發育較穩定，頁巖油總資源量1.05億t。汶東盆地油頁巖根據已有ZK18孔初步計算，原油日產量達6～9t，最大可達28t，為工業性油流，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。濟陽坳陷內油頁巖總厚度約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，現地質成果較少。全省油頁巖資源估計結果見表1。

2.2 油頁巖的開采利用條件分析

濟陽坳陷、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，因此只要解決好環境污染問題，采用適當的開發技術，必將獲得巨大的經濟效益。

兗州-濟寧凹陷、黃縣盆地及膠萊凹陷及五圖油頁巖都與煤礦伴生。兗州-濟寧凹陷，油頁巖含礦區前期勘查區塊包括：鮑家店勘探區和兗州南屯勘查區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，需要用新的技術方法進行開采。在采煤新區，可與煤礦同時綜合開采油頁巖，其開采深度可適當增加。黃縣盆地油頁巖平均含油率13.58%左右，共發現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，在全區分布較穩定，開發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，又提高了經濟效益。

3 結論

(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，有必要進一步加強油頁巖成礦理論研究,從而科學地指導油頁巖的資源預測和勘探開發。

(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地層，一般埋深較淺，礦區地理環境以平原為主，油頁巖賦存深度主要位于700m以淺，礦層厚度20～200m，具有較好的開發前景。目前山東省油頁巖資源評價工作主要是基于20世紀70年代以前的資料基礎上進行的，評價結果相對比較保守；因此隨著山東省油頁巖勘探與開發進程的加快,將會有更多新的礦點被發現，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，因此要解決好環境污染問題，采用適當的開發技術，在保護環境的前提下獲得巨大的經濟效益。

參考文獻：

[1] 劉招君.中國油頁巖[M].北京:石油工業出版社，2009：49-98.

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[5] 羅霞,朱筱敏,譚明友.山東昌樂五圖油頁巖特征及形成環境[J].油氣地質與采收率，2011，18(4)：32-34.