隨著中國能源結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，國家已逐漸加大了對非常規(guī)能源資源的勘探開發(fā)力度。油頁巖作為一種較為重要的一種非常規(guī)能源資源，目前已成為國家重點勘探與評價的資源類型。第一輪全國油頁巖資源評價表明（2003-2006年），我國油頁巖資源豐富，油頁巖總資源7199億噸，查明資源500億噸，其中松遼盆地資源量3236億噸，折合成油頁巖油資源154億噸，占全國總量的45%。近年，中國在松遼盆地南部又新發(fā)現(xiàn)幾個大型油頁巖礦床，累計查明資源1062.46億噸，查明資源占全國總查明資源的92.5%，其中，青山口組油頁巖礦床產(chǎn)狀穩(wěn)定，厚度變化小，規(guī)模巨大，查明油頁巖資源達(dá)659.44億噸，其資源開發(fā)利用勢在必行。然而對于松遼盆地南部油頁巖開發(fā)的地質(zhì)參數(shù)特征，以及開發(fā)后如何利用的工業(yè)品質(zhì)參數(shù)特征，目前還未有全面和系統(tǒng)的評價。
針對上述科學(xué)問題，吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院吉林省油頁巖與共生能源礦產(chǎn)重點實驗室胡菲博士和劉招君教授等在中石油油田項目及國家自然科學(xué)基金項目的聯(lián)合資助下，基于吉林省油頁巖與共生能源礦產(chǎn)重點實驗室對松遼盆地南部青山口組油頁巖巖石礦物學(xué)特征、地球化學(xué)特征及工業(yè)品質(zhì)特征的測試分析結(jié)果，對松遼盆地南部青山口組油頁巖特征及綜合利用潛力進(jìn)行了評價。
巖石礦物學(xué)測試結(jié)果表明：松遼盆地南部青山口組油頁巖屬于泥頁巖類型，主要呈灰黑色和深灰色，多為塊狀，水平層理發(fā)育，主要由陸源碎屑顆粒和粘土礦物組成，其次為碳酸巖鹽礦物和黃鐵礦（表1）。高含量粘土礦物的灰渣是制作水泥、陶粒等建筑材料的良好原料。
表1松遼盆地南部油頁巖粘土礦物特征
樣品 |
石英/% |
長石/% |
方解石/% |
白云石/% |
黃鐵礦/% |
粘土礦物/% |
SY9-1 |
21.6 |
10.2 |
2.5 |
6.1 |
4.3 |
55.3 |
SY9-2 |
26.0 |
15.8 |
/ |
/ |
4.3 |
53.9 |
SY9-3 |
22.5 |
9.8 |
3.9 |
14.0 |
2.9 |
46.9 |
ZS3-1 |
25.6 |
12.8 |
/ |
/ |
4.4 |
57.2 |
ZS3-3 |
27.8 |
14.2 |
/ |
/ |
4.1 |
53.9 |
ZS3-8 |
19.1 |
12.6 |
/ |
11.8 |
2.8 |
53.7 |
ZS3-12 |
21.7 |
11.4 |
/ |
/ |
1.9 |
65.0 |
ZS3-15 |
21.8 |
11.8 |
3.0 |
7.4 |
1.8 |
54.2 |
Average |
23.3 |
12.4 |
1.2 |
4.9 |
3.3 |
55.0 |
工業(yè)品質(zhì)分析結(jié)果表明：油頁巖含油率最大為16.37%，平均為5.54%；發(fā)熱量最高達(dá)10174 J/g，平均為3264 J/g；水分含量介于3.83%-6.46%之間，平均為4.90%，灰分含量分布主要介于80%-85%之間，平均為82.03%，揮發(fā)分主要介于10%-15%之間，平均為12.06%；全硫含量介于0.59-4.08%之間，平均為1.49%，屬于中等品質(zhì)-中發(fā)熱量-高灰分-低硫型油頁巖，可以用來提煉油頁巖油或單獨用來燃燒發(fā)電（表2）。
表2松遼盆地南部油頁巖工業(yè)品質(zhì)分析
類別 |
含油率(%) |
發(fā)熱量(J/g) |
水分(%) |
灰分(%) |
揮發(fā)份 (%) |
全硫(%) |
最小值 |
3.59 |
2152 |
3.83 |
67.57 |
8.49 |
0.59 |
最大值 |
16.37 |
10174 |
6.46 |
84.54 |
25.70 |
4.08 |
平均值 |
5.54 |
3264 |
4.90 |
82.03 |
12.06 |
1.49 |
地球化學(xué)分析結(jié)果表明：油頁巖化學(xué)組分以高SiO2和Al2O3含量為特征，其次含一定量的CaO、MgO和K2O等成分。其中SiO2平均含量為51.58%， Al2O3平均含量15.02%，二者之和占總量的66.60%。 富含Si、Al和Ca等元素含量的油頁巖灰渣可用來制備氧化鋁、提取白炭黑和人工合成大理石。油頁巖中Mo、U和Pb元素最為富集，稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd和Tb相對富集，具有提取微量元素和輕稀土元素的潛力（表3）。
表3松遼盆地南部油頁巖地球化學(xué)特征分析
元素類型 |
SiO2 (%) |
Al2O3 (%) |
CaO (%) |
Mo （μg/g） |
U （μg/g） |
Pb （μg/g） |
LREE （μg/g） |
最小值 |
42.1 |
12.19 |
1.19 |
5.9 |
5.1 |
26.8 |
122.27 |
最大值 |
56.72 |
16.97 |
10.15 |
17.7 |
11.1 |
38.3 |
242.00 |
平均值 |
51.58 |
15.02 |
3.18 |
9.4 |
6.68 |
30.7 |
176.64 |
富集系數(shù) |
|
|
|
4.7 |
2.09 |
1.54 |
1.63 |
最后，在以上分析的基礎(chǔ)上，探討了研究區(qū)油頁巖的綜合利用方案：油頁巖直接用于干餾提煉油頁巖油或進(jìn)入流化床用于燃燒發(fā)電，干餾和燃燒發(fā)電產(chǎn)生的灰渣可以用來制作人工合成大理石、建筑材料（水泥和陶粒）、制備氧化鋁、白炭黑和提取金屬元素。在提取過程中，先提取氧化鋁，然后提取二氧化硅，使得金屬元素在剩余灰渣中富集，最后提取微量與稀土金屬元素，再根據(jù)油頁巖的不同特征，實現(xiàn)研究區(qū)油頁巖經(jīng)濟的、高效的綜合利用。
以上研究成果發(fā)表在地學(xué)SCI期刊Oil Shale（Hu et al. CHARACTERISTICS AND COMPREHENSIVE UTILIZATION OF OIL SHALE OF THE UPPER CRETACEOUS QINGSHANKOU FORMATION IN THE SOUTHERN SONGLIAO BASIN, NE CHINA.Oil Shale, 2017, 34(4): 312-335）。
論文鏈接：http://www.kirj.ee/public/oilshale_pdf/2017/issue_4/Oil_Shale-2017-4-312-335.pdf
