约旦西阿拉伯次盆油页岩储层地质特征及潜力

吴辰泓

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安710075)



约旦西阿拉伯次盆油页岩储层地质特征及潜力

吴辰泓

(陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安710075)

摘要：约旦位于阿拉伯板块内的西阿拉伯次盆，其油页岩主要发育于早白垩世到始新世时期的Belqa群海相地层内，是由阿拉伯板块与欧亚板块碰撞产生的。主要岩石组成为白垩岩、石灰岩、磷灰岩及页岩。油页岩产层为Belqa群中段的Muwaqqar组埋藏深度通常为30～85m不等，平均厚度约为30m。所含主要元素为硅和钙，次要成分为硫、铝、铁和磷；主要氧化物为氧化钙、二氧化硅、三氧化硫、三氧化二铝。局部地区微量元素含量较高，但浓度不足以进行提炼，也不会对环境造成污染。TOC平均为15%，Ro为0.32%，含油量平均约为10%，含水率在2%左右，适合露天开采。主要矿区油页岩的地质储量总计为664×108t, 概算储量为507×108t，具有很好的开采潜力。现主要开发利用方法有原地干馏提取页岩油或直接燃烧油页岩发电两类。

关键词：油页岩；西阿拉伯次盆；Belqa群；Muwaqqar组

油页岩属非常规油气资源，是一种以碳酸盐岩、泥灰岩、页岩为主的沉积岩[1]，内含未成熟—低成熟有机质，通过热解可生液态烃，同时岩层内含少量低成熟油，被列为常规油气的重要接替能源之一[2]。

西阿拉伯次盆位于阿拉伯板块，北以托罗斯—扎格罗斯褶皱带为界，东部与美索不达米亚地质省相邻，南界为阿拉伯地盾露头，西部以死海断层为界，其特殊的构造演化形成了丰富的油页岩资源(图1)。约旦位于西阿拉伯次盆内，占整个西阿拉伯次盆面积的13.28%。约旦是“富油区的贫油国”，96%的能源来自进口，常规油气资源极其匮乏，但其油页岩资源十分丰富，排名全球第4。自20世纪80年代起，约旦自然资源管理局(NRA)对现有的El-Lajjun、Sultani等4个主要油页岩发育区块进行了地质勘查，先后与德国联邦研究所、美国国际开发署、加拿大国际开发署等机构合作，通过先导试验进行了干馏法开采油页岩及油页岩燃烧发电的研究，积累了丰富的油页岩开发经验[3]。

1 约旦油页岩地质特征

1.1 地质概况

约旦地处阿拉伯板块的西北角，在古特提斯海的东岸。西部边界为死海断层，是稳定的阿拉伯板块与不稳定的死海断层之间的过渡带(图1)。

寒武纪到早白垩世期间，约旦位于冈瓦纳大陆的北部边界上，构造相对稳定，以陆相沉积为主，伴有部分浅海相沉积。此后随着阿拉伯台地的不断下降，海相沉积逐渐扩大，晚三叠世到早侏罗世期间，该地区变为以海相沉积为主的开阔海。晚白垩世时期，由于阿拉伯板块与欧亚板块碰撞，形成了大量的蛇绿岩逆掩推覆，叙利亚岛弧发生强烈褶皱，海相沉积从约旦北部逐渐消失。由于陆—陆碰撞的持续作用，晚白垩世到古近纪时期，阿拉伯板块内形成大量北西走向的局部盆地，其中就包括西阿拉伯次盆。由森诺曼期开始的海侵使约旦又变为以海相沉积为主，形成了最主要的油页岩层，即约旦中部的Ajlun群与Belqa群。晚始新世进入海退期，形成挤压褶皱，并伴随有隆升剥蚀，Belqa群在约旦北部出露。这一时期，断层走滑形成死海裂谷，并在约旦东部及南部形成了湖相或河流相的局部盆地。

1.2 约旦油页岩分布概况

约旦中部有大约30个小型盆地，直径为0.1～2km不等[4]，其主要形成原因是陆—陆碰撞引起的叙利亚岛弧褶皱，油页岩发育于这些大小各异的小型盆地中，主要集中在早白垩世—始新世时期的Ajlun群与Belqa群海相石灰岩地层内(表1)。

表1　约旦主要油页岩层地层层序表

油页岩主要产层为古新世Belqa群Muwaqqar层白垩岩—泥灰岩层，还有少量油页岩发育于晚白垩世马斯特里赫特期Belqa群Al Hisa层磷灰岩下部和古新世末期的Belqa Umm Rijam硅质灰岩上部。目前已探明区块26个，但厚度和含油量在平面上差异较大。其中最具有商业价值的为El-Lajjun、Sultani、 Attarat Um-Ghudran和Wadi Maghar4个区块(表2)。这4个区块均位于死海以东20～75km范围内，主要岩性为含沥青的石灰岩或泥灰岩，一般为棕色、灰色或黑色，被风化后呈现带蓝点的浅灰色，有机质主要为沥青质，油页岩总体埋藏深度较浅(30～85m)，厚度较大，一般为10～60m，平均厚度约为30m，便于后期开发利用。

表2　约旦主要油页岩区块基本情况对比表

1.3 油页岩矿物特征

1.3.1 主要矿物组分

约旦中部油页岩主要矿物组分为方解石，部分为含有混合高岭石和磷灰石的石英石，极少数地区也存在长石、白云母、伊利石、针铁矿和石膏。个别碳酸盐岩层也存在白云岩,比如Arbid地区的El-Lajjun组石灰岩。除有机碳外，约旦油页岩所含主要元素为硅和钙，次要成分为硫、铝、铁和磷。主要氧化物(表3)为氧化钙、二氧化硅、三氧化硫、三氧化二铝。硅主要为同沉积或早期成岩过程中的硅化产生。磷含量从地表往下逐渐增大，而高含磷量不利于燃烧的油页岩残渣用作水泥原料。大约1/3的硫是有机结合的，硫含量为0.3%～4.3%，对油页岩的开发利用也造成了不利影响。

1.3.2 微量元素含量

约旦油页岩中锶含量相当高，Sr/Ba大于1，有较高的镍、铬、钴含量，均是海相沉积环境的特征。页岩中钼、铬、钨的含量明显高于石灰岩。锌、钒、镍、铜、镧和钴也很丰富，但砷和铅的含量较低，因此不会对生产加工或生态环境造成影响。铀的含量相对较高，但其主要与磷含量正相关，而非与沥青质有机物正相关。含油量和元素硫、铬、镍、铜、锌、钼存在明显的正相关性,并且与碎屑岩组分硅、铝、钛、铁和锆也存在正相关。尽管一些微量元素在局部地区含量较高，但其浓度并不足以进行提炼，也不会对环境造成污染(表4)。

表3　油页岩主要化学组成表

注：N.D—未检出，即含量低于检测下限。

表4　油页岩微量元素含量表

注：N.D—未检出，即含量低于检测下限。

1.4 油页岩典型区块El-Lajun地质特征

El-Lajjun区块位于安曼南部110km处，是约旦储量最大、品质最优的油页岩区块，也是约旦油页岩研究最深入的区块，面积约为20.4km2。该矿区位于南北走向的El-Lajjun地堑上，主要产层为Muwaqqar层白垩质泥灰岩、泥质灰岩、页岩，含有贝壳碎屑及极少量的木质体碎片。Muwaqqar层平均厚度为29.6m，平均埋深28.8m，90%以上可露天开采。地质储量为11.96×108t。主要矿物组分为方解石，局部发生硅化，也含有方石英。页岩层中黏土矿物组分受沉积环境和成岩作用影响，含有蒙皂石和伊利石。

El-Lajjun区块油页岩含水率为1.5%～2.43%，平均含油率高达10.5%，TOC最高可达22.1%，预测含油量约为1.15×108t。这可能与白垩纪缺氧沉积环境、温暖浅海中生物生产率较高，以及该地区小型沉积盆地数量较多有关。

2 油页岩勘探开发潜力

约旦油页岩被认为是优质油页岩资源，主要由于其埋藏深度浅，上覆岩层成岩程度低，便于露天开采。此外，矿区内人口稀少，水源充足，并且有良好的公路运输条件，便于油页岩矿的开采。同时，约旦油页岩含油量和热值相对较高、含水率较低、储量较大，可保证后续加工产业的经济性。约旦中部5个主要矿区油页岩的地质储量总计为664×108t,潜在资源量(Contingent Resources)为507×108t。

2.1 约旦油页岩含油量及生油潜力

约旦地区油页岩TOC为15%，游离烃含量S1为11.15mg/g，析解烃含量S2为113.2mg/g，生烃潜量(S1+S2)为124.35mg/g，有机质丰度较高；铝甑实验产物中饱和烃含量为9.06%,芳香烃含量为76.32%，沥青化合物为14.61%，可溶沥青质(甲醇溶剂)含量不超过2%。C25类异戊二烯噻吩是硅藻的标记物，C37和C38链2.5-二烷基噻吩是土栖藻纲的标志；C35藿烷类噻吩则标记细菌活动；干酪根为Ⅱ1型，最高热解峰温Tmax平均为414℃，镜质组反射率Ro平均为0.32%。总体看来，约旦境内适于露天开采的油页岩均具有高TOC、低Ro的特点。该地区油页岩适用于干馏法炼油，灰质成分为54.7%，热值为1530kcal/kg。干馏得到的页岩油属高硫芳香烃基原油，所得产品均具有高密度、高酸度、高含硫、高烯烃组分、易发生氧化反应等特点。

2.2 约旦油页岩开发现状及前景

自20世纪80年代起,约旦政府先后与德国联邦研究所、美国国际开发署、加拿大国际开发署等机构合作，开展各项有关油页岩利用的研究，计划2020年使油页岩能源供给达到全国能源消费来源的14%。主要方式包括油页岩干馏及燃烧油页岩发电两方面。

利用油页岩生产原油的工艺主要为直接开采地面干馏，现有方法包括爱沙尼亚开发的Kivitar Galotar干馏法，巴西Petrosix(佩特洛瑟克斯干馏法)和中国抚顺干馏法，以及加拿大的塔瑟克技术(ATP)。另外，针对深层油页岩壳牌公司开展了原位转化油页岩提炼原油的生产—原位地下转化工艺(ICP)，这一工艺主要是在地下原位加热油页岩，把干酪根转化为天然气和石油，利用生产井泵采出[5]。

与此同时，约旦还致力于直接燃烧油页岩供能，并将残渣用于制造水泥。对约旦而言首要任务还是使用油页岩制油，但燃烧油页岩发电技术已经在爱沙尼亚等国成功商业化了，因此循环流化床燃烧油页岩发电技术也是该国研究重点[6]。

约旦政府仍在积极寻找具备实力的公司参与到本国的油页岩开发中。根据约旦政府国家重大项目计划，在寻求新型能源发电的研究中，油页岩发电是最经济可行的，未来油页岩地表开发项目单个公司投资额为40～60亿美元[7]，深层油页岩开采计划单个公司投资额在200亿美元左右，均为大型项目。

3 结论

约旦油页岩主要位于阿拉伯板块的西阿拉伯次盆中，晚白垩世到始新世时期，受叙利亚岛弧褶皱带挤压作用的影响，西阿拉伯次盆中形成了一系列大小各异的盆地。从森诺曼期起，约旦遭受广泛海侵，气候温暖，浮游生物丰富，西阿拉伯次盆中的盆地在缺氧环境下接受浅海相沉积，在约旦中部形成了富含油页岩的Belqa群石灰岩段。 约旦油页岩潜在资源量为507×108t，潜力巨大，主要开发方式为油页岩干馏炼油及燃烧油页岩发电两类。

基于约旦相对稳定的政治局势、较高的基础建设水平、友好的新能源政策和丰富的油页岩资源[8]，中国企业可以现有项目为依托，进一步加大与约旦的合作，更好地服务于国家能源安全战略。

参考文献

[1]贾承造，郑民，张永峰. 非常规油气地质学重要理论问题[J].石油学报，2014，35(1)：1-10.

[2]邓南涛，张枝焕，任来义，等. 鄂尔多斯盆地南部延长组油页岩地球化学特征及分布规律[J].石油实验地质，2013，35(4)：432-437.

[3]崔景伟,朱如凯,杨智.国外页岩层系石油勘探开发进展及启示[J]. 非常规油气，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]薛华庆，杜发平，徐文林. 油页岩电加热原位开采技术研究进展[J]. 天然气技术，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

作者简介：吴辰泓(1988年生)，女，助理工程师，主要从事海外油气资源研究工作。邮箱:wuch0930@foxmail.com。

中图分类号：TE122

文献标识码:A