新疆油页岩资源的开发利用研究

彭雪峰，汪立今，田继军，姜科庆

(新疆大学地质与勘查工程学院，新疆 乌鲁木齐 830049)

油页岩是一种可以通过干馏获得页岩油的沉积岩，还可以作为燃料用来发电、取暖和运输，其灰渣也具有很高的经济价值，可以生产建筑材料或进行化工产品的提炼、金属的提取及其在环保、农业方面的应用。对其进行合理的综合利用，将是一种“吃干榨尽”的资源。因此，人们又将它与煤层气、油砂等合称为非常规能源。人类对油页岩的认识近200年，在开采利用方面日趋成熟，从传统的地上直接开采发展到地下转化工艺，从单一的能源利用发展到综合利用，提高了油页岩的利用率，降低了成本，减少了环境污染[1-2]。

1 新疆油页岩的研究现状

中国油页岩资源十分丰富，资源量仅次于美国、巴西、爱沙利亚，位居世界第四。新疆的油页岩主要分布在准噶尔盆地，为全国三大含油页岩盆地之一。据2006年首次全国性油页岩资源评价，仅准噶尔盆地东南缘油页岩资源为548亿t，查明资源4.59亿t[3]。国外学者卡洛尔(2007)认为，在克拉玛依、准噶尔盆地及吐鲁番盆地西部的广大地区，可能蕴藏着极其丰富的油页岩资源，甚至比美国绿河油页岩储量还多[4]。这表明，新疆油页岩资源潜力十分巨大。

准噶尔盆地油页岩发现已久且资源量丰富，但受到经济、技术、政策等因素影响，其开发利用几乎还是空白，研究程度也较低。对该油页岩矿带的勘探始于20世纪40年代末，当时高平等人对东天山进行地质调查时，就论述了油页岩的分布、地层和构造；50年代中后期，胡厚文等对妖魔山勘查区进行了详查勘探，对芦草沟和水磨沟勘查区进行了普查勘探，并简单论述了油页岩特征，对油页岩资源量进行了预测，初步估计具有工业开采价值的纸状油页岩资源量约有50亿t[5]。王慎余等(1990)预测油页岩资源量为1458亿t[6]。但随着大庆、胜利等大油田的发现，新疆油页岩的研究停滞下来。直到2004年以来，才对准噶尔盆地东南缘进行了大量的勘查工作，并获得了大量油页岩矿的基础数据。

2 新疆油页岩的特征

新疆准噶尔盆地油页岩呈弧形带状分布于盆地与博格达山盆山转换部位[7]，矿带西起乌鲁木齐市妖魔山，东至奇台白杨沟，可分为5个矿区，特征见表1，断续延长143km，宽10～20km[8]。油页岩多为黑色、黑灰色、棕黄色，呈纸状、薄层状或致密状产出, 具韧性, 刀刮易卷。

该区经历了从晚二叠世博格达山初次隆升，到喜山运动不同时期构造运动的叠加，其构造十分复杂，褶皱十分发育，并发育多组逆冲断层，导致油页岩伴随博格达山系的形成而出露地表。博格达山前褶皱带构成了该区的基本构造骨架，控制了油页岩含矿地层的空间展布[9]。李成博指出，聚矿中心在三工河一带，厚度可达281m，并且是进一步勘探和开发最有利的地区[10]。

表1 新疆准噶尔盆地油页岩矿床特征[3，10-12]

该矿带油页岩赋存在早二叠世的芦草沟组，一些学者又将芦草沟组分为四个岩性段。李成博通过层序地层学的观点认为，博格达山北麓油页岩的主要岩性段第三、第四岩性段形成于闭塞滞留的深湖相高水位体系域[10]。李婧婧、王东营对大黄山地区进行了沉积特征和层序地层分析，建立了该矿区相控成矿模式，表明该区芦草沟组为一近乎完整的三级层序，从下自上为低位体系域-水进体系域-高位体系域-水退体系域，分别对应4个岩性段，2、3岩性段油页岩发育最好[13，14]。这与李成博所得的结果有出入，可能是划分的方案不一样。其他学者也对沉积环境进行了研究，王东营对大黄山油页岩的常量元素、微量元素和稀土元素进行了系统的研究，得出该区沉积环境以淡水为主，间或有海水介入的非海相的弱还原环境，古盐度较高，并且总体上为近陆源相沉积[8]。李婧婧通过地化特征得出，该矿区油页岩发育于裂谷型陆相湖盆，沉积介质环境显著特征是深湖-半深湖的还原和弱还原环境、咸水-半咸水状态[11]。对该区油页岩的成因类型也做了不少工作，李成博根据有机元素分析和热解分析，得出油页岩的成因类型为腐泥型(Ⅰ型)和腐殖腐泥型(Ⅱ1型)[10]。李婧婧针对博格达山北麓油页岩成因，提出三类四相的有机相识别划分方案，其中半深湖环境是油页岩的发育的最佳环境[11]。

3 新疆油页岩的开发利用

在高油价的时代背景下，干馏油页岩制取页岩油在技术上变得可行，在经济上变为有利，沉寂多年的油页岩又迎来了发展的春天。新疆油页岩也将迎来发展的机会。其开发的可能性为：经济发展需要以消耗石油为代价的，但石油日渐匮缺，人们不得不寻找新的能源；区域经济发展不平衡，新疆经济相对于内地落后很多，并且资源已大量开发，更需要大量的资源来推动经济的发展。然而，新疆油页岩资源丰富，并且具备有利的地质、外部开采条件，因此其开发利用的可能性很高。

(1)油页岩的开采利用

从资源赋存状况、资源潜力上来看，新疆是我国油页岩资源最丰富的地区之一，也是未来油页岩勘探取得重大突破的关键地区[1,15]。该矿区含油页岩矿层较稳定，构造虽复杂但埋深浅，矸层薄，资源规模大且品位高。可以采用与煤、油砂及其他矿石开采的方法，使用露天开采，这是当前基础设施条件下最经济的方式。若开采时解决好相关的环保问题，其进一步勘探开发的当前价值和潜在价值十分显著。但是，地下转化工艺将是发展的主要趋势。

对油页岩的利用主要有三个方面：干馏产油、燃烧发电产热、灰渣利用。针对各个地区的或同一地区不同特征的油页岩，应该进行不同方式的利用，才能充分得到油页岩带来的各种效益。

新疆油页岩特征见表2，其含油率最高可达28%，平均含油率8%，属中含油率油页岩，比率可占到一半，低含油率和高含油率比例相当，大约各占1/4，高于我国油页岩总体水平，可生产页岩油[6]，并且见效快。

新疆油页岩的发热量较低，因此燃烧用于产热的意义不大。但油页岩与煤联合燃烧，可以减少燃煤对环境的影响。乌鲁木齐是世界上污染最严重的城市之一，特别是每年冬天燃煤供暖产生的空气污染物，更是令人担忧。所以，用油页岩与煤联烧这一方法，可以部分减轻燃煤对城市的大气污染压力。

新疆油页岩的灰分含量也较高，若开采后不进行有效地处理，将对环境造成很大的污染。然而，灰渣是一种良好的建筑材料，可以用作生产水泥、砌砖和陶粒等。生产水泥加油页岩，对节约燃煤、提高水泥质量、减少大气污染都有重要作用，这样既提高了经济效率，又有环保之效。油页岩灰渣在化工、农业、环保、提取金属元素等方面，也有广泛的应用前景[16]。

以生产页岩油为目的开发油页岩时，仅从有机质的丰度、类型、成熟度等宏观标准评价油页岩还不够全面，了解油页岩干馏产物的组成，对准确预测油页岩的价值有重要的意义。李婧婧通过热解气相色谱研究了大黄山油页岩的热解产物以正构烃为主，约占热解产物的90%。该地区油页岩热解产物绝大部分为高蜡石蜡基原油。并且镜质体的热演化程度较低，油页岩还处于低成熟阶段[11]。

另外，值得注意的是，美国率先将地理信息系统应用到油页岩的评价工作中，开始采用ArcGIS平台对油页岩进行资源评价，并且还证实了油页岩的密度测井、声波测井及热解参数等与油页岩的含油率存在很好的相关性。这样将可以形成一套地球物理、地球化学与传统地质方法相结合的油页岩资源综合评价方法[3]。同时，对油页岩灰渣的综合利用，将成为解决油页岩带来的环境问题的必由之路，还可以大大提高经济效益。一些学者还提出了相关的产业链条，如构建包括油页岩矿、炼油厂、发电厂和建材厂主体企业在内的炼油-发电-供热-建材油页岩发电产业链及其他油页岩综合利用集成技术和循环经济模式，其经济效益比单纯炼油或单纯发电倍增，而环境和社会效益更好[17-19]。

表2 新疆准噶尔盆地油页岩特征[11,16]

4 结 论

(1)新疆资源量巨大，可作为新疆未来重要的接替能源。由于新疆资源丰富，油气资源正处于发展的蓬勃时期，煤、石油等资源不但可以供给本省的发展利用，还有剩余量输送内地。所以，在能源的耗竭还没波及阻碍经济发展的新疆，对油页岩这种成本高、污染大、收油率低的非常规油气资源还不是很关注，加之新疆油页岩资源的勘探起步晚，理论不成熟、导致勘探程度较低。新疆油页岩还未进行开采利用的可能主要原因，有新疆其他资源(如石油、煤炭、非金属材料等)还比较充足、目前对油页岩开采利用技术还不成熟、基础研究不深入(油页岩成矿理论研究薄弱，赋存规律不清等)、对环境的破坏较大等不利因素。

(2)油页岩的特征不同。对其开采的方式和利用的途径也不同，因此应该对现有研究和地质资料加以分析，总结规律、创新理论技术。根据其特点，结合新疆的实际情况，进行经济评价，研究开发相应的开发配套特色工艺技术，不能盲目的加以开采。开发时，也应系统的开发，贫富矿综合利用，避免乱开滥采的局面。在开采时，应综合考虑经济、资源、环保、社会效益。

(3)对油页岩的大力支持和资金的大量投入。必将掀起油页岩开发利用的高潮，我国油页岩的开发利用也必将进入新的鼎盛时期。因此，对新疆油页岩的开发利用也是不可阻挡的。同时，还要加强交流，开展对外合作，引进先进的理论和技术，促进新疆油页岩勘探开发工作的发展。

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