高等矿床学论文

XXXXXXXXX共10页第1页浅谈油页岩、页岩气成藏及其发展前景摘要：国际原油价格大幅上升和全球已探明的石油储量只能维持40年的开采，使寻找可替代能源步伐悄然加快，一种沉寂多年的低热值燃料油母页岩的的开发利用开始升温。目前，世界大部分油页岩分布区地质勘探程度低，很难对全球的油页岩资源量正确预测，只有部分国家对本国油页岩矿床进行了详细的勘探和评价工作。就目前的勘探情况而言，美国是世界上油页岩资源最丰富的国家，查明地质资源量为33400亿吨，折合页岩油为3036亿吨。然而，中国乃至世界范围对于页岩的研究还很欠缺，油页岩研究给我们提出了问题，也带来了机遇。另外,我国油页岩在全国各地均有分布，其主要分布在中、新生代的盆地中。按照盆地分类方法，我国油页岩主要分布于伸展盆地、挠曲盆地、走滑盆地和克拉通盆地中，其中以伸展盆地为主。其主要受油页岩的沉积时期的沉积环境、古构造、古气候、有机质来源、氧化还原条件、古地形、古盐度等条件的影响。含油页岩伸展盆地油页岩成矿规律的研究为我国油页岩地质理论的发展和同类含油页岩盆地的勘探开发起到一定的促进作用。关键词：油页岩；政策；发展现状；资源勘探；成矿规律；控制因素1油页岩简介1.1油页岩定义及性质油页岩又称油母页岩，是可燃矿产之一，现在公认的可燃矿产包括:煤、天然气、石油等都是由有机物组成，堆积的植物和动物残骸是可燃性矿产的重要来源。油页岩由有机物质和无机物质组成，其中无机物质常见的有:石英、粘土、碳酸盐等，有的还含有铜、镍、钻、相、钦、钒等的化合物。油页岩有机物质可分两类:一类为油母，是其主要成分，分析元素组成主要为:C,H,N,S,O等;另一类为沥青，其含量在1%左右。一般认为油母是一种具有三维结构的大分子聚合物的混合物。油母中的碳主要以脂族和环烷结构存在，也有部分芳香族。所以只要能把油页岩中的油母提炼出来，就可得到类似石油的原油，也即页岩油[1]。油母中的氮在热加工时大部分转化为氨。油页岩具有如下特征[2]:(1)油页岩通常为具有片状层理性的无空固体，油页岩的颜色自浅灰至深褐不等。从外面看与褐色的石头几乎一样，不过如果拿起一块往地上一摔，就会摔成许多片状的碎块，看起来就像一页页的纸叠起来似的，人们因此管它叫油页岩。XXXXXXXXX共10页第2页(2)油页岩与煤不同，主要由较大量的无机矿物质和较少量的有机物组成，油页岩的有机物含量通常不超过35%(3)油页岩在隔绝空气或氧气的情况下，加热至400～500℃(即称为干馏、低温千馏或热解)，其油母热解生成页岩油、热解气、热解水及固体残渣。固体残渣附着于加热后的无机质表面，通常称为半焦。油页岩所含的无机矿物质加热时也会发生变化，例如，含结晶水的氧化铝、氧化硅会有脱水反应;碳酸盐于高温下会脱去二氧化碳，生成氧化物。(4)油母的氢碳原子比通常高于煤的有机质的氢碳原子比，故热解后页岩油对油母的收率高于煤热解液体产物(煤焦油)对煤有机质的收率。但是由于油母只占油页岩的少部分，以及煤所含的有机质大大多于其无机质，因此页岩油对油页岩的收率通常低于煤焦油对煤的收率。(5)油页岩与油砂不同，油砂的有机质是沥青，其沥青可以用热碱水提取出来，而油页岩的有机质中，主要是油母，是三维的固态有机大分子聚合物，不能用普通有机溶剂或碱液提取出来。页岩油的有机质中所含的少量沥青，则可用提油的方法分离出来。应该指出的是，油页岩实际上并不含油，而是必须加热至一定温度时，油母质热解后才产页岩油。而通常所述的某种油页岩的“含油率”是指将该油页岩试样在实验室用标准的专业仪器设备—铝甄，用规定的加热速率加热至500℃左右，所得的页岩油对页岩油对油页岩的百分率。故有时“含油率”亦称“铝甄含油率”。不同产地油页岩的含油率是不同的，通常同一区不同层位的油页岩含油率也不尽相同。1.2世界油页岩资源分布不完全统计表明，世界油页岩蕴藏资源是巨大的，估计有10万亿吨，比煤资源量7万亿吨还多40%。世界油页岩产于寒武系至第三系，主要分布于美国、扎伊尔、巴西、意大利、摩洛哥、约旦、澳大利亚、中国和加拿大等9个国家。目前只有美国、澳洲、瑞典、爱沙尼亚、约旦、法国、德国、巴西和俄罗斯等国的部分油页岩矿床做了详细勘探和评价工作。其它很多矿床的资源潜力有待进一步探明。如果考虑到有些国家的数据没有收集全，有些矿床的资源量没有做充分的调查和评价，那么全世界油页岩蕴藏的页岩油资源总量大体有2.6万亿桶或3662亿吨。无论如何，全球油页岩含油量约比传统石油资源量2110亿吨多50%以上[11]。XXXXXXXXX共10页第3页1.3油页岩资源开发及利用世界进入21世纪，由于政治、经济、资源、供求等种种原因，低油价的时代已一去不复返，世界油价已高涨至80～90美元/桶，甚至再2008年初，每桶油价突破了100美元大关。人类已经进入了能源危机的时代，高昂的油价及短缺的石油资源不仅仅制约着世界的经济发展，还引发了世界各国对石油资源的争抢，长此以往，世界两级分化日益严重，更有可能因为争夺资源而引起新的世界大战。尽快解决能源紧张问题已经成为人类必须面对的事实。寻找新的石油替代品，开发新工艺成为解决问题的主要途径。世界油页岩资源丰富，其储量折算成页岩油高达4000多亿t，远较世界探明原油储量1700多亿t为大，也较世界原油资源3000亿t为大。当前高油价的时代，不少国家油页岩矿藏的开发和干馏制取已经变成有利，在岩页油的生产在有条件的一些国家仅约20～40美元/桶，因此油页岩可以成为石油的补充能源。由于有经济效益以及对液体燃料的日益增长的需求，油页岩工业的发展有着良好的前景。在我国，随着社会工业的不断发展，国家的电力需求也日益上升。而目前我国一些地区主要是火力发电，火力发电的原料是煤炭资源，在当今社会能耗日益增加的情况下，煤炭资源也出现了短缺，因此合理利用能源和找到替代能源是当今要解决的问题。油页岩是重要的油气替代化石燃料资源，在我国一些地区，一方面充分利用油页岩直接燃烧发电，解决了我国局部地区电力供给问题；另一方面利用油页岩干馏技术制取页岩油，在一定程度上也缓解了我国石油短缺的问题，同时，作为附加品，油页岩干馏和燃烧后的页岩灰具有一定的溶结强度，因此，在建筑方面受到广XXXXXXXXX共10页第4页泛应用；水泥工业使用页岩灰，不仅可以降低水泥生产成本，而且可以提高它的硬度；页岩灰替换10%的水泥或沙子或者总量的10%，将生成最佳的耐压强度；替换30%也不会明显降低抗压强度；页岩灰若作为沥青混凝土的掺和剂，会给混合料带来很好的机械和耐久特性；也可以在玻璃和玻璃陶瓷的产品上得到应用。因此，页岩灰是一种很好的建筑材料。在我国，油页岩干馏和燃烧后的半焦灰渣用来制造砌块、砖、水泥、陶粒等建材料。油页岩还可以直接用于有机肥料的生产。因此大力发展岩页油工业及新能源工业具有很大的潜力，应加以推广规划并落实[12]。2．油页岩-发展前景在高油价时代，有关国家对油页岩的开发利用活跃起来。美国国会于2005年通过了发展非常规能源的法案，掀起了油页岩干馏炼油的研发高潮。美国总统布什于2008年6月18日声明，支持发展油页岩，鼓励国会放开对批准页岩油试验用地的限制。美国内政部己批准了6项给予石油公司的土地矿产租赁项目，支持开展油页岩干馏炼油。美国科罗拉多矿业学院在2006年、2007年、2008年连续召开了第26届、27届、28届国际油页岩会议，参与人员众多。当前，美国有29家公司正开展油页岩加工利用的研究，其中14家公司开展地下干馏，11家开展地上干馏的研发，2家公司开展页岩油加氢制取轻质油品研究。上述这些公司大多数正处于实验室或数学模拟，或概念研究阶段，只有壳牌公司正在进行现场地下干馏的中试，还有一些公司正筹划开展实地试验，另有几家公司则在致力于干馏新技术的开发。中国油页岩的开发利用起步较早，规模也比较大，但长期以来并没有明显进步。1959年页岩油的产量达到70多万吨，占世界的50％以上。1959年辽宁抚顺年产页岩油72万吨，1953年桦甸年产页岩油5万吨，1962～1992年，广东茂名共生产页岩油300万吨。20世纪60年代以后，由于中国常规油气田的大量发现，油页岩提炼油气成本相对较高，页岩油生产规模逐渐减小，并淡出油品市场，油页岩开发利用技术也止步不前。近年来，由于上轮全球能源需求的增长和解决废弃油页岩环境问题的需要，油页岩的勘探开发面临新的机遇。抚顺、桦甸、罗子沟、黄县等老油页岩矿先后恢复了页岩油生产。2008年，国内年产页岩油约40万吨，其中抚顺矿业集团油页岩炼油厂是目前我国正在运行的、最大的油页岩提炼厂，其产量达到35万吨。在油页岩利用技术方面，国内相关企业也开展了研究工作。针对现有抚顺炉单台装置处理能力小、油收率低、污染环境等缺点，抚矿集团于2006年成立;辽宁省抚矿集团工程技术研究中心;，将油页岩综合利用作为重点，开发大型油页岩干馏新工艺和相应的生产装置，研发页岩油生产过程的废水、废渣的处理与循环利用技术。中煤集团支持其所属的龙江哈尔滨煤化工公司开展油页岩流化干馏炼油的中试（日加工油页岩50吨），已取得初步成功，日加工油页岩2000吨的工业试验装置的可行性研究报告已初步通过。中石油支持大庆油田采用大连理工大学开发的颗粒页岩固体热载体干XXXXXXXXX共10页第5页馏技术，拟建设日加工2000吨柳树河油页岩的工业试验装置。中国油页岩资源储量丰富，在煤炭开采过程中也产生了大量油页岩，开发利用油页岩不仅可以缓解石油供需矛盾，还可以解决因废弃油页岩造成的环境问题，提高资源利用率。因此中国应该重视油页岩方面的研究，推动开发利用技术进步，加快油页岩行业发展。3．中国对发展油页岩产业的政策支持在中国，国务院等中央领导部门几年来多次发布有关鼓励和扶持油页岩产业发展的政策，包括税收优惠等规定，制定扶持政策，鼓励综合利用。独立油页岩矿床比照与煤共伴生矿免收增值税。含油率4%至6%的油页岩减半税费，低于4%的免税费。支持发电并网，提供低息贷款。对延长产业链实行级差税率。加强矿权管理，实施有效监督。根据油页岩资源特点进行综合有效管理，妥善解决矿业权交叉重叠。这对中国页岩油的发展起到了促进作用。如国务院关于加强地质工作的决定中提出加强煤层气、油砂、油页岩等非常规油气资源的勘探开发；国家发改委和辽宁省将抚矿生产的页岩油免交增值税，并将其综合利用产品烧结砖和水泥等定为减免税产品；2011年发布的国家产业结构调整指导目录中将油页岩、油砂、油页岩、天然气水合物等非常规资源勘探开发列为鼓励类产业。4．油页岩分布及利用现况4.1全球油页岩分布及利用现况不完全统计表明，全球油页岩蕴藏资源量是巨大的，估计有10万亿吨，比煤资源量7万亿吨还多40%。全球油页岩产于寒武系至第三系，主要分布于美国、扎伊尔、巴西、意大利、摩洛哥、约旦、澳大利亚、中国和加拿大等9个国家。目前只有美国、澳洲、瑞典、爱沙尼亚、约旦、法国、德国、巴西和俄罗斯等国的部分油页岩矿床做了详细勘探和评价工作。其它很多矿床的资源潜力有待进一步探明。如果考虑到有些国家的数据没有收集全，有些矿床的资源量没有做充分的调查和评价，那么全世界油页岩蕴藏的页岩油资源总量大体有2.6万亿桶或3662亿吨。也有估计为4110亿吨或4225亿吨。无论如何，全球油页岩含油量约比传统石油资源量2710亿吨（IEA，2002年《世界能源展望》)多50%以上。需要指出的是，全球油页岩可采资源量中页岩油总量可能要比估计小的多。有人估计只有282亿吨。这是因为，实际可以获得的资源量要受一些因素影响。例如，一些矿床埋藏太深以至于不能经济开采；地面上的土地利用也在很大程度上限制了有些油页岩矿床的开发，尤其是那些工业化程度高的城市。油页岩的开发利用可以追溯到17世纪。到19世纪时，油页岩的年产规模达百万吨，已经可以从油页岩中生产了一些诸如煤油、灯油、石蜡、燃料油、润滑油、油脂、石脑油、照明气和化学肥XXXXXXXXX共10页第6页料、硫酸氨等产品。到20世纪早期，由于汽车、卡车的出现，油页岩作为运输燃料被大量的开采。直到1966年，由于原油的大量