鄂尔多斯盆地铜川地区油页岩特征及资源评价

王　喆，陈清敏，杨文博，姚肖博

(陕西省地质调查中心，陕西西安 710068)



鄂尔多斯盆地铜川地区油页岩特征及资源评价

王喆，陈清敏，杨文博，姚肖博

(陕西省地质调查中心，陕西西安 710068)

为了认识铜川地区油页岩矿床特征和品级质量，准确评估油页岩勘探前景，利用钻探、测井、录井和分析化验资料对油页岩展开资源调查。结果显示，铜川地区油页岩厚度较大，油页岩主矿层厚度一般为1.28～32.35m，最厚地段在瑶曲—何家坊—淌泥河—马泉头—马庄一带，主要为形成于深湖—半深湖环境的陆相油页岩。油页岩层段集中，分布较稳定，主要产出层位为三叠系延长组长7油层组。油页岩质量中等，含油率一般为2.00%～6.67%；测井响应具有视电阻率高、自然伽马高、声波时差高、密度低的“三高一低”特征。体积法计算表明，研究区埋深在1200m以浅的油页岩资源量为154.40×108t，页岩油资源量为9.07×108t，资源潜力巨大。在技术及环境保护成熟时，可适时进行开发利用。

鄂尔多斯盆地；铜川地区；油页岩；资源评价

随着世界经济快速发展，常规油气已不能满足日益增长的能源需求，非常规能源越来越受到重视。油页岩相对容易开采、目前加工工艺成熟，且用途广泛，是最现实的接替能源之一。第3次全国油气资源评价结果显示，中国油页岩资源丰富，品质中等偏好，页岩油资源达476.44×108t，仅次于美国，居世界第2位[1-6]，开发潜力巨大。

鄂尔多斯盆地是中国大型含油气盆地之一，中生代原型盆地分布面积近40×104km2[7]。盆地不仅蕴藏巨量的油气资源，而且赋存丰富的煤、煤层气及地下水资源[8]。铜川地区处于鄂尔多斯盆地南缘，野外调查发现，该地区还存在着规模巨大的油页岩资源。铜川地区油页岩延展稳定、分布范围广、含油率较高、构造简单，既有可露天开采的矿层(如铜川金锁关何家坊、宜君县棋盘镇马泉头)[15]，也有适宜地下开采的地段。深入全面、系统地了解、研究油页岩的产出特征、赋存规律、资源规模，探索其现实的开发利用条件，是一项十分重要的、具有前瞻性和战略性的工作。

1 油页岩分布特点

鄂尔多斯盆地含有多套油页岩矿层[9-11]，分别赋存于下二叠统山西组、中—上三叠统延长组、上三叠统瓦窑堡组及中侏罗统早期延安组、中侏罗统晚期安定组地层中(表1)，盆地边部、深切谷及部分钻孔中可见分布。

表1鄂尔多斯盆地中—上三叠统—下中侏罗统层序及能源矿产聚集表[12]

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

下二叠统山西组油页岩主要见于盆地周边的山西保德—洪洞一带及宁夏石嘴山、中卫地区，与煤紧密伴生；中—上三叠统延长组、上三叠统瓦窑堡组含油页岩呈不对称向斜状展布于盆地之中。东部翘起，露出地表，中东部向西略倾，华池—环县一带凹陷最深，靠近银川地堑逐渐隆起，向东倾斜，上部多被削蚀。

油页岩露头主要分布于盆地东部和南部，具体在彬县—耀州区—宜君县—黄陵县—黄龙县—宜川县—延川县一带，大致呈弧形展布(表2)。

表2　鄂尔多斯盆地油页岩分布特征及形成环境表

2 油页岩地质特征

2.1 油页岩层位

研究区油页岩具体层位为中—上三叠统延长组二段(T2-3y2，长7油层组)。延长组是一套以灰绿色、灰黄绿色、浅肉红色长石砂岩为主，夹深灰色页岩及煤线的陆相地层，下部夹黑色油页岩层。延长组与上、下地层均为整合接触，底界以二马营组上部灰绿色中—厚层、中—细粒长石砂岩夹灰绿色、紫红色泥岩为标志，上部以瓦窑堡组底部含煤层或含煤线砂泥岩为界。

该区油页岩剖面特征为：下部为粉砂岩、细砂岩夹油页岩层，油页岩层一般较薄，多为0.3～1m；中部为油页岩主矿层，厚度为1.28～32.35m，夹层较少，分布稳定；上部为粉砂岩、页岩、泥岩互层；中部油页岩是勘探的主要目标。

2.2 油页岩区构造特征

铜川地区地层总体表现为一倾向北西的单斜构造，地层倾角较缓，一般为3°～7°，变化幅度小。

何家坊—前烈桥剖面反映宽缓大背斜的构造特点，其核部在后何家坊—前烈桥一带。总体上断层对地层层序及油页岩赋存影响较小；但何家坊正断层错动幅度较大，使下盘油页岩抬升出露于地表(图1)。

2.3 油页岩厚度

据地表露头观测并结合钻井资料，油页岩主矿层厚度一般为1.28～32.35m，最厚地段在瑶曲-何家坊-淌泥河-马泉头-马庄一带，向东北变薄。

2.4 油页岩宏观特征及物质组成

油页岩宏观上呈黑色，具油脂光泽，风化面上常有锈色铁质及淡黄色硫质薄膜(图2)，呈片状、层状构造，参差状、贝壳状断口，硬度小，条痕为亮褐色。

油页岩成分主要为泥质和少量粉砂质，黏土矿物含量为70%～90%，有机质(沥青质、腐泥质和腐殖质)含量为20%～30%，石英细小碎屑含量一般小于0.1%；肉眼可观察到球团状、扁豆体状沥青质和炭化植物碎屑，总体为深湖—半深湖厌氧沉积环境。油页岩化学成分：SiO2为55.23%(47.89%～60.99%)、Al2O3为20.98%(17.70%～24.98%)、Fe2O3为12.59%(7.47%～23.11%)、MgO为0.79%(0.51%～60.99%)、CaO为1.74%(0.82%～2.63%)、Na2O为1.28%(0.74%～1.85%)、K2O为3.01%(2.17%～3.36%)，此外，还有SO3、TiO2、P2O5、MnO2、F、Cl、As等；微量元素中Ga含量为0.0010%～0.0023%)(表3)。

区内油页岩灰分含量主要分布在67%～83%之间，属于中灰分油页岩；挥发分含量主要分布在11.53%～24%之间；全硫含量大部分大于2.5%，属富硫—高硫油页岩。油页岩焦渣特征为黏结—弱黏结，半焦含量主要分布在79.6%～94.5%之间。

表3　铜川地区油页岩化学成分分析结果表

2.5 油页岩质量

含油率和发热量是评价油页岩质量的两个最重要的指标。根据测定结果[15]，研究区油页岩质量中等，含油率一般为2.00%～6.67%，加权平均含油率为5.54%，发热量为1.24～11.04MJ/kg(表4)，干酪根类型为Ⅱ1型。密度一般为2.02～2.50t/m3(ARD视密度)，平均为2.24t/m3。

表4　铜川地区油页岩评价指标表

2.6 油页岩测井响应

研究区油页岩视电阻率为18～953Ω·m，自然伽马强度为197～920API，一般是泥岩的3倍左右，密度为1.81～2.5g/cm3；自然电位多为负异常；声波时差较高，在380μs/m左右。表现“三高一低”的特征，即视电阻率高、自然伽马高、声波时差高、密度低(图3)。

2.7 油页岩成因

目前一般把油页岩沉积分为三大类[13-14]：第一类包括黑色的、极少见的浅棕色海相地台型油页岩，与碳酸盐岩、硅质岩和含磷酸盐岩系伴生；厚度较薄，厚达10m的极少，含油率可达20%。第二类黑色湖相油页岩，形成于深湖—半深湖的沉积环境中；油页岩可达数十米厚，含油率一般不到10%，是季节性气候旋回直接控制下湖盆内部水体生物与化学环境周期变化的产物，代表了湖盆发育的鼎盛期，这种成因的油页岩具有厚度大、范围广、含油率较高的特点。第三类是与煤层伴生的油页岩，包括海陆交替相和沼泽相沉积环境中形成的油页岩，一般分布在煤层的底部，多数为煤层底板，含油率高，但厚度相对较薄。

研究区油页岩为湖相油页岩，形成于深湖—半深湖沉积环境中，具有厚度较大、分布范围广、含油率较高的特点。

3 油页岩资源量计算

3.1 计算方法

铜川地区油页岩总体向北西缓倾，油页岩厚度、含油率沿走向、倾向变化较小，参照《煤、泥炭地质勘查规范》要求，油页岩资源量估算采用体积法(地质块段法)，关键参数主要有含油率、面积、厚度、密度等，公式如下：

Q=mSd/108

(1)

P=Qc

(2)

式中Q——块段油页岩资源量，108t；

m——块段矿层平均厚度，m；

S——块段真面积，km2；

d——平均密度，t/m3；

P——块段页岩油资源量，108t；

c——块段平均含油率，%。

油页岩资源量估算的标高范围为493.40～1094.22m。

陕西省国土资源厅基金项目管理办公室认可的油页岩工业指标为，边界含油率为3.5%，最小可采厚度为1.0m，夹层剔除厚度为1.0m以下。

3.1.1 块段真面积

由于油页岩层倾角均小于15°，用水平投影图估算资源量。块段真面积计算公式为：

S=S0/cosα

(3)

式中S——块段真面积，km2；

S0——块段投影面积，km2；

α——矿层平均倾角。

3.1.2 块段矿层平均厚度

块段矿层平均厚度采用块段内各单工程矿层厚度的算术平均值(表5)。

表5　块段品位和厚度计算表

3.1.3 块断平均含油率

块段平均含油率采用块段内各单工程矿层厚度加权平均值。计算公式如下：

(4)

式中C——块段平均含油率，%；

Cgi——块段中单工程矿层平均含油率，%；

Mgi——块段中单工程矿层厚度，m；

n——块段中单工程个数。

3.1.4 平均密度

采用块段内密度样品分析结果的算术平均值作为矿石平均密度(表6)。表6是作为研究区资源评价的依据，储量级别参照《煤、泥炭地质勘查规范(DZ/T 0215—2002)》。

表6　铜川地区油页岩资源量估算表

3.2 资源量计算结果

本次计算的油页岩矿层范围(1200m以浅)在铜川市耀州区瑶曲镇—宜君县哭泉镇—宜君县棋盘镇—宜君县五里镇一带，面积约为738.90km2。

通过计算，研究区(334)?及以上级别油页岩资源量为154.40×108t，页岩油资源量为9.07×108t(表6)。其中333及以上级别油页岩资源量为2.32×108t，页岩油资源量为0.14×108t。

4 结　论

(1)鄂尔多斯盆地铜川地区除赋存大量的煤、石油、煤层气、铁矿、铝(黏)土矿及水泥用石灰岩外，还赋存着大量的油页岩资源。油页岩主要产出层位为中—上三叠统延长组，形成于陆相深湖或半深湖环境；地表露头见于瑶曲镇—何家坊—棋盘镇一带。

(2)研究区三叠系延长组长7油页岩厚度较大、油页岩段集中、分布较稳定、含油率较高。矿层厚度一般为2.46～18.95m，含油率一般为2.0%～6.67%。埋藏深度在1200m以浅的页岩油资源量为9.07×108t以上，显示了巨大的资源潜力。

(3)研究区油页岩资源量巨大、探明程度较高、构造简单、矿层厚度大、分布稳定、水文地质条件简单，交通便利，若技术条件成熟及环境保护可行，可进行开发利用。

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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)，工程师，现从事能源矿产勘查工作。邮箱：loki_wangzhe@163.com 。

TE122

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