昌樂五圖煤田油頁巖地質特征及質量分析

秦祥勝

(昌樂縣國土資源局，山東 昌樂　262400)

昌樂五圖煤田油頁巖地質特征及質量分析

秦祥勝

(昌樂縣國土資源局，山東 昌樂262400)

五圖煤礦油頁巖廣泛分布于李家崖組的B段、C段和D段，以C段為主體，探明儲量2.72億t，是褐煤的伴生礦種。C段油頁巖層密集，厚度大;D段上部含油頁巖，但厚度小。油頁巖焦油產率最高16.25%，最低5.43%，平均8.36%。基準發熱量最高8.72MJ/kg，最低6.16MJ/kg，平均6.91MJ/kg。油頁巖作為固態燃料，是汽油的替代能源,五圖煤田油頁巖資源的開發和利用前景廣闊。

油頁巖層；地質特征；質量分析；昌樂五圖

引文格式：秦祥勝.昌樂五圖煤田油頁巖地質特征及質量分析[J].山東國土資源，2015,31(4)：36-39. QIN Xiangsheng. Brief Introduction to Shale Resource in Wutu Coalfield in ChangLe City[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(4):36-39.

山東昌樂五圖煤礦油頁巖為一套有機質豐度較高、類型為I—II型的生油巖，含油率值較高，達到了中品級油頁巖標準[1]，具有較高的工業利用價值。油頁巖可用于低溫干餾煉制液體燃料，提煉各種化學產品。可以提取碳氫比類似常規石油(天然石油)的頁巖油，加工煉制汽、煤、柴油等石油產品。由于油頁巖的發熱量較大，煉制后的礦渣可直接燃燒，用作鍋爐燃料和發電。廢渣(頁巖半焦)可用于制造水泥、肥料和頁巖磚等建筑材料。另外，隨著技術的發展，還可加工生產白碳黑，提煉稀有金屬。

1　成礦地質背景

五圖煤田位于華北板塊(Ⅰ)魯西地塊(Ⅱ)魯中窿塊(Ⅲ)泰山-沂山窿起(Ⅳ)昌樂凹陷(Ⅴ)的東北部，鄌郚-葛溝大斷裂西側。昌樂凹陷為形似三角形的聚煤盆地，北界為青州斷裂，東界為鄌郚-葛溝斷裂，西界為營子斷裂；盆地內地層走向總體上近EW，SN相向傾斜，構成小的向斜。泰山巖群分布于五圖煤田東南，被第四紀沙土及新近紀玄武巖所覆蓋，僅局部有出露。寒武紀長清群分布于煤田北部，與泰山巖群呈不整合接觸，與五圖群呈斷層接觸。白堊紀王氏群分布煤系地層下部。古近紀五圖群由下而上可分為朱壁店組、崖組和小樓組，與下伏王氏群呈角度不整合接觸。新近紀臨朐群廣泛分布于五圖煤田南部，與下伏五圖群呈角度不整合接觸。

2　資源賦存情況

五圖煤田居昌樂凹陷的中北部，面積約100km2。含煤地層為陸相沉積的五圖群李家崖組，屬新生代古近紀始新世。煤田內含煤地層總厚度為846m，煤種為褐煤，與油頁巖伴生。依據沉積巖層巖石特征、層序、煤層及油頁巖的分布，可分為4個含煤(油頁巖)巖段：上煤段、中煤段、油頁巖段和下煤段[2]。

五圖煤礦深部C段、D段共發現6層可采煤層，9層可采油頁巖層。礦區煤類為褐煤2號，水分含量8.2%～9.5%，灰分含量34.78%～38.05%，揮發分含量50.40%～53.91%，硫分含量2.12%～2.71%，屬低硫煤。低位發熱量為17.33～20.20MJ/k，屬低發熱量煤。油頁巖焦油產率最高16.25%，最低5.43%，平均8.36%。基準發熱量最高8.72MJ/kg，最低6.16MJ/kg，平均6.91MJ/kg[3-4]。

3　礦床成因

聚煤盆地位于華北地臺之上，盆地四周為太古宙、古生代地層，含煤巖系基底為白堊系。煤系地層厚達數百米至數千米，巖層組合以碎屑巖、泥質巖為主[5]，夾油頁巖。巖性較穩定，含煤數十層，煤層變質差。巖相有洪積相、湖泊沼澤相。盆地內及其邊緣斷層多為正斷層。由此推斷，含煤建造的成因類型為“地臺山前坳陷盆地型”，在燕山期，太平洋板塊與歐亞板塊對扭，形成NNE向走滑斷層、EW向正斷層及EW向展布的斷陷或坳陷盆地。昌樂-臨朐盆地即為此類盆地之一。至喜山期，太平洋板塊向西俯沖，導致地殼上部擴張，盆地繼續擴展。由于氣候溫濕，水源充足，在盆地中形成一套含煤層及油頁巖的粗碎屑巖-細碎屑巖的內陸湖相沉積巖系。油頁巖中氫含量較高，多大于6%，個別大于10%，碳氫比低于10。鏡下觀察，黃色物質中見到菌核體。油頁巖層中含有魚、貝、蚌類水生動物化石。據此推斷，伴生油頁巖成因類型為腐泥成因類型。

4　油頁巖層的分布

油頁巖層廣泛分布于李家崖組的B段、C段和D段，以C段為主體，油頁巖在B段的Bm7煤層上下較多，但Bm5,Bm7煤層多已開采，煤層之間的油頁巖已難以開采，故未圈定估算。C段油頁巖層密集，厚度大;D段上部含油頁巖，但厚度小;油頁巖呈層狀，與煤層產狀一致,油頁巖層結構復雜，含多層夾矸。油頁巖層頂底板較穩定，巖性多為砂質粘土巖。依據油頁巖層組合及展布情況，將油頁巖劃為9層；其中油頁巖段有7層，編號為Cy1～Cy7，下煤段2層，編號Dy1,Dy2。

4.1Cy1油頁巖層

位于C段最上部，上距Bm7煤層25.95～90.80m，平均65.64m。在探礦權范圍內見礦點16個，可采點15個，可采系數94%。油頁巖層厚1.54～16.3m，平均5.77m，厚度變化系數為78%。油頁巖層具分叉復合特征，含夾矸0～1層，屬結構簡單型。夾矸巖性為含油頁巖、粉砂質頁巖，以含油頁巖為主。油頁巖層頂底板以砂質泥巖、含油頁巖為主，局部地段為砂巖、泥灰巖[4]。屬較穩定型頂底板,各層特征見表1。

表1　油頁巖層特征

4.2Cy2油頁巖層

位于C段上部，上距Cy1油頁巖層0.80～47.67m，平均11.57m。在探礦權范圍內，見礦點15個，可采點15個，可采系數100%。可采油頁巖層厚1.87～28.67m，平均9.69m，厚度變化系數為81%。油頁巖層具分叉復合特征，含夾矸0～2層，屬結構簡單型。夾矸巖性為含油頁巖、粉砂質頁巖，以含油頁巖為主。油頁巖層頂底板以砂質泥巖、含油頁巖為主，局部地段為砂巖、泥灰巖。屬較穩定型頂底板。

4.3Cy3油頁巖層

位于C段上部，上距Cy2油頁巖層2.39～24.93m，平均12.11m。在探礦權范圍內，見礦點15個，可采點14個，可采系數93%。可采油頁巖層厚1.00～20.89m，平均5.60m，厚度變化系數為112%。油頁巖層具分叉復合特征，含夾矸0～2層，屬結構簡單型。夾矸巖性為含油頁巖、粉砂質頁巖，以含油頁巖為主。油頁巖層頂底板以砂質泥巖、含油頁巖為主，局部地段為砂巖、泥灰巖。屬較穩定型頂底板。

4.4Cy4油頁巖層

位于C段中部，上距Cy3油頁巖層0.74～24.24m，平均10.42m。在探礦權范圍內，見礦點14個，可采點14個，可采系數100%。可采油頁巖層厚2.13～24.93m，平均8.14m，厚度變化系數為76%。油頁巖層具分叉復合特征，含夾矸0～2層，屬結構簡單型。夾矸巖性為含油頁巖、粉砂質頁巖，以含油頁巖為主。油頁巖層頂底板以砂質泥巖、含油頁巖為主，局部地段為砂巖、泥灰巖。屬較穩定型頂底板。

4.5Cy5油頁巖層

位于C段中部，上距Cy4油頁巖層1.04～36.69m，平均14.30m。在探礦權范圍內，見礦點15個，可采點15個，可采系數100%。可采油頁巖層厚2.30～39.41m，平均10.66m，厚度變化系數為87%。油頁巖層具分叉復合特征，含夾矸0～3層，屬結構復雜型。夾矸巖性為含油頁巖、粉砂質頁巖，以含油頁巖為主。油頁巖層頂底板以砂質泥巖、含油頁巖為主，局部地段為砂巖、泥灰巖。屬較穩定型頂底板。

4.6Cy6油頁巖層

位于C段下部，上距Cy5油頁巖層2.32～63.65m，平均22.13m。在探礦權范圍內，見礦點14個，可采點14個，可采系數100%。可采油頁巖層厚2.01～26.90m，平均13.72m，厚度變化系數為54%。油頁巖層具分叉復合特征，含夾矸0～3層，屬結構復雜型。夾矸巖性為含油頁巖、粉砂質頁巖，以含油頁巖為主。油頁巖層頂底板以砂質泥巖、含油頁巖為主，局部地段為砂巖、泥灰巖。屬較穩定型頂底板。

4.7Cy7油頁巖層

位于C段下部，上距Cy6油頁巖層0.00～26.10m，平均11.46m。在探礦權范圍內，見礦點15個，可采點15個，可采系數100%。可采油頁巖層厚1.15～15.62m，平均6.64m，厚度變化系數為53%。油頁巖層具分叉復合特征，含夾矸0～1層，屬結構簡單型。夾矸巖性為含油頁巖、粉砂質頁巖，以含油頁巖為主。油頁巖層頂底板以砂質泥巖、含油頁巖為主，局部地段為砂巖、泥灰巖。屬較穩定型頂底板。

4.8Dy1油頁巖層

位于D段上部，上距Cy7油頁巖層3.01～39.64m，平均24.17m。在探礦權范圍內，見Dy1油頁巖層工程點14個，可采點14個，可采系數100%。可采油頁巖層厚1.55～18.34m，平均8.03m，厚度變化系數為61%。油頁巖層具分叉復合特征，含夾矸0～2層，屬結構簡單型。夾矸巖性為含油頁巖、粉砂質頁巖，以含油頁巖為主。油頁巖層頂底板以砂質泥巖、含油頁巖為主，局部地段為砂巖、泥灰巖。屬較穩定型頂底板。

4.9Dy2油頁巖層

位于D段上部，上距Dy1油頁巖層2.26～23.33m，平均9.89m。在探礦權范圍內，見礦點15個，可采點15個，可采系數100%。可采油頁巖層厚1.06～20.39m，平均7.23m，厚度變化系數為71%。油頁巖層具分叉復合特征，含夾矸0～1層，屬結構簡單型。夾矸巖性為含油頁巖、粉砂質頁巖，以含油頁巖為主。油頁巖層頂底板以砂質泥巖、含油頁巖為主，局部地段為砂巖、泥灰巖。屬較穩定型頂底板。

5　油頁巖質量工業利用分析

5.1油頁巖物理性質與化學組分

5.1.1油頁巖物理性質

油頁巖外觀呈棕褐色至棕黃色。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。頁片狀，層理清晰，極易剝離。結構致密,常見白色貝殼化石,重量較頁巖輕,硬度軟，指甲刻之有亮痕。燃之有濃煙、長焰，發出膠皮味。

油頁巖由有機質和礦物質組成，有機質一般含量小于60%，呈線理狀分布，局部呈條帶狀。

有機組分主要有凝膠化物質。大部為礦物質的膠結物。主要成分為凝膠化物，少量黃色物質、絲炭化物質、半凝膠化物質。膠化物質等,后者的含量比煤多。

凝膠化物質呈淺橙黃色、土褐色。基本為透明基膠體。在礦物質較少的情況下，部分呈線理分布，個別呈條帶狀、透鏡狀；部分成為礦物質的膠結物。少部分樣品見到菌核體。

黃色物質呈淺黃色，含量次于凝膠化物質。呈線理狀分布，為礦物質的膠結物。

半凝膠化物質和炭絲化合物含量很少，半透明或不透明基質，多為不透明,呈碎塊狀分布。

無機組分含量在40%左右。主要是碎屑礦物(粒度在0.01～0.03mm),碎屑礦物棱角不明顯。

5.1.2油頁巖的化學組分

油頁巖焦油產率最高10.72%，最低5.16%，平均7.73%。基準發熱量最高14.30MJ/kg，最低7.24MJ/kg，平均9.50MJ/kg。各油頁巖層主要指標見表2。

表2　油頁巖質量特征

由表2可知，油頁巖的各層基準發熱量平均為9.01～11.26MJ/kg，各層焦油產率平均含量為7.44%～8.01%，各層灰分平均含量為61.52%～68.93%。

5.2工業利用分析

油頁巖是一種能源礦產，屬低熱值固態燃料,可干餾制取頁巖油，1t油頁巖可提煉38～378L頁巖油；頁巖油加氫裂解精制后，可獲得汽油、煤油、柴油、石臘、石焦油等多種化工產品。該區油頁巖發熱量為7.62～14.30MJ/kg，可作為燃料用來發電、取暖[5]。油頁巖層與煤層共生，位于煤層之上，與煤層共同開發，可大幅提高開發效益。

6　結語

全國查明油頁巖資源儲量311.7億t，山東5.48億t，五圖煤田2.72億t。油頁巖作為固態燃料，是汽油的替代能源。開發油頁巖，接替部分常規汽油，緩解能源壓力，具有重要的經濟意義和戰略意義。目前，山東龍口已建油頁巖煉油廠，資源缺口很大。五圖煤田油頁巖資源的開發和利用前景廣闊。

[1]林武.山東昌樂五圖煤礦油頁巖有機地球化學與含油率相關性研究[J].內江科技，2013,(1):39.

[2]賈克讓.山東昌樂五圖煤田古近紀煤系沉積特征及地層劃分[A]//中國古生物學會80年[C].合肥：中國科學技術大學出版社，2009.

[3]賈克讓.魯東古近紀煤田含煤地層特征及找煤方向分析[J].中國煤炭地質，2010，(8)：1-3.

[4]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，(4):36-37.

[5]范士彥.山東省煤層氣資源評價[J].煤田地質與勘探,1999，(S1)：61.

Geological Characteristics and Quality Analysis of Shale Resource in Wutu Coalfield in ChangLe City

QIN Xiangsheng

(Changle Bureau of Land and Resources, Shandong Changle 262400, China)

Wutu oil shale is widely distributed in B section, C section and D section of Lijiaya formation. C section is its main body. Its proven reserve is 272 million tons. It is the associated minerals of lignite. Shale layer in C section is thick with high dense. There are shale layers in upper part of D section, but the thickness is small. Tar yield in shale can reach 16.25%, the lowest rate is 5.43%, and average yield is 8.36%. The highest benchmark calorific value is 8.72MJ/kg, the minimum value is 6.16 MJ/kg, and average value is 6.91MJ/kg. As a solid fuel, oil shale is alternative energy sources of gasoline. There is a broad prospect of development and utilization of shale resource in Wutu coalfield.

Shale layers; characteristics of each layers; solid fuel; Wutu in Chagle city

2014-05-08；

2014-07-30；編輯：陶衛衛

秦祥勝(1967—),男，山東昌樂人，主要從事國土資源宣傳工作；E-mail:15966099550@163.com

P618.12

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