河北围场油页岩地质特征及开采价值

河北围场油页岩地质特征及开采价值 21 刘银河 李玉喜 (1.中国石油勘探开发研究院;2.国土资源部油气资源战略研究中心) 摘要:河北围场油页岩的形成环境是晚侏罗世—早白垩世山间深水断陷湖盆。经新 生代的构造抬升和破坏～整个矿区现在成为构造后残留断陷盆地～油页岩出露地表 或地面以下较浅部位。油页岩剖面发育层段集中～个别单层厚度较大达1.8-2米。 含油品位较高～热解平均产烃29.29千克/吨岩石～最高的可达46.68千克/吨岩石。 埋深浅且层位稳定～便于露天开采～与国内同类油页岩对比属于优质的中小型油页 岩矿区。 关键词:围场;油页岩;非常规;能源 0 前 言 该矿区位于河北省的北部，围场满族蒙古族自治县境内，处于伊逊河上游流域，当地呈大陆性气候，地理环境为低山。E117?49′,117?52′，N41?8′,41?45′。该区交通便利，有多伦-围场-赤峰的公路通过，东部有隆化,赤峰的铁路通过。 该油页岩矿带有两个有利区块，?清泉西区块(勘查区)和、?清泉东区块(预测区)。西区块位于河北省围场县四合永乡。在围场县城东南15Km，地理坐标为东经117?52′，北 2纬41?45′，面积达3.5 km，已于57-59年探明，标志地名是卢家沟村，其以西2千米的范 2围内有矿带出露。东区块面积约12km,标志地名是清泉街村，其以东1千米的范围内有含油页岩地层出露，由于地质条件与西区块相似，预测全区有油页岩发育分布。 1 地质特征 1.1 构造特征 该区大地构造背景为燕山台褶带内的中生代山间断陷，在晚侏罗—早白垩时期发育成水体较深的山间深湖盆，周边存在火山活动，阶段性出现的深水环境，使湖盆产生缺氧的强还原环境，形成多层油页岩。进入新生代该区遭到构造抬升和破坏，原始湖盆形态受到强烈改造，整个矿区实际上是晚侏罗—早白垩时期的山间深湖盆的一个较小残留部分，按盆地类型划分属于构造后残留断陷盆地，原生油气缺少后期保存及成藏条件，油页岩大量暴露地表，埋深0-200米。清泉西区块地质构造特点是倾向ES的两个主要断阶，断层多为正断层，以NNE向一组为主，其次为北西向，其中对矿层影响最大的有F7、F10、F13、F14、F15、F20等断层。褶皱不明显。矿层部分出露，多数被上覆地层南店组六段覆盖。清泉东区块构造复杂，整体特点是一个受NNE断裂和零星的NNW断裂切割的大向斜。 1.2 地层特征 矿区出露地层有前震旦纪变质砾岩、上侏罗统张家口组火山岩、下白垩统南店组油页岩、新近系汉诺坝组玄武岩及黄土、河床砾石层及山坡堆积等。 ? 前震旦系主要为花岗片麻岩、角闪片麻岩、石英砾岩、胶结物为泥质。 ? 张家口组主要为紫色石英斑岩和暗紫色安山岩层。该层总厚260m。 ? 下白垩统南店组主要为杂色砾岩、灰绿色粗、细砂岩、黑灰色页岩、浅灰色砂质页 岩、棕黄色粗粒厚层砂岩及灰紫色砾岩。其下部发育灰绿色厚层凝灰质砂岩，砂砾岩。下伏南吉营组主要是灰黑色、暗紫色安山岩，安山质熔结角砾岩;灰紫色玻屑质凝灰岩。反映该时期的断陷湖泊是从大规模的断裂活动和火山喷发开始的。 ? 古近系以橄榄玄武岩为主，其次为辉石玄武岩次之。顶部为柱状节理发育的黄土及风积砂为主，不整合于古近系之上。 1.3 油页岩分布 西区块的油页岩主要分布在下白垩统(K1)南店组三段(K1h3)厚约131米、五段(K1h5) 2厚约145米两部分，主要有10层，矿层累厚为13.1m，地表出露面积为1.05km，埋深为 330,315m，油页岩密度为2.17t/m，产状较稳定，局部受断层的错断，发生深度位移，但矿层全区稳定分布。三段油页岩层厚为1.01,1.20m之间，含油率达4.7%,4.8%;五段为灰黑色及黑色的油页岩，含油率4.00,8.67%。 东区块位于清泉西区块以东地区，属于相邻的外围区块，在标志地名清泉街以东，南北 2宽1.5-3Km,东西长6-6.5Km，面积约12-15 km的范围内。地理位置为:东经:117?52′，北纬41?45′。其构造类型与地层基本与西区块相似。根据清泉西区块的地质特征，结合区域地质综合预测，该区在同样的层位下白垩统(K1)南店组三段(K1h3)、五段(K1h5)发育特征基本相同的油页岩，从含油页岩地层段的分布面积和厚度推测，储量规模可能是西区块的3-5倍。该区面积较大，被多组断层切割成若干块体，构造复杂。南店组三段(K1h3)、五段(K1h5)在地表有大面积的出露区。 1.4 热解分析 2007年4月经实地考察，对西区块的油页岩层进行了取样分析，在不同部位，不同层位取得代表性样品8个，其中7个是褐色、褐灰色、灰色油页岩，1个样品为黑色泥岩非油页岩。对以上样品进行热解分析，使用仪器ROCK-EVAL 2plus，300?恒温3分钟测游离烃S1，300-600?区间，每分钟升温50?，分析热解烃S2,CO入阱温度390?。热解 He气流2 每分钟100毫升。有机碳分析使用LECO CS-400碳硫分析仪，常温常压。结果如下: 7个油页岩样品TOC 3.43-7.98%,平均5.68%，有机碳含量明显高，比1个黑色泥岩非油页岩样品TOC 0.81%平均高约7倍。其中最高的两个样品来源于单层厚度1.8-2米的一层油页岩。7个油页岩样品游离烃S1 0.40-2.33mg/g,平均1.14 mg/g,含量低，原因可能是两方面，油页岩长期暴露地表或地表附近，游离烃已大部分散失，油页岩本身没有经历较大埋深，热演化程度很低。热解烃S2 15.45-44.35mg/g,平均28.16mg/g,含量很高。总生烃潜力(S1+S2)为15.9-46.68 mg/g,平均29.29 mg/g，相当于平均产烃29.29千克/吨岩石，最高的可达46.68千克/吨岩石,是有机碳含量最高的样品的数据。最高热解 温度Tmax 429-433?，热解温度点较低且十分接近，反映油页岩有机质类型基本一致，热演化程度低。另外在热解过程中有3.30-6.03 mg/g的CO生成。 2 以上分析结果反映该区油页岩具有有机质含量高，烃产率高，热解最大温度低的特点，适合进行干馏提取页岩油。 2 勘探程度和开采价值 1957年7月由东北煤田第一勘探局第八分队在该区做围赤间地质调查。1958年8月第二地质队进行了普查钻探。1959年10月河北省地质局承德综合地质大队第一中队转入了详查，查明了矿体的产状和构造关系，确定了该矿区为小型的三类矿床。勘查类型为第三组别，用 500×500m来探求C1级，500×250 m来探求B级，250×250 m来探求A2级。在湖字汰矿段求得了A2级的储量占总储量的8.95%，B级储量为15.45%，C1级储量为69.83%。基本上达到了普查的程度。 清泉西区块油页岩资源储量为2989万吨，查明资源储量为2989万吨;技术可采资源储 量为1486万吨，查明技术可采资源储量为1486万吨。按照50年代的生产技术和加工工艺评价，页岩油资源储量为136万吨，查明资源储量为136万吨;技术可采资源储量为69万吨，查明技术可采资源储量为69万吨。页岩油可回收资源储量52万吨，页岩油查明可回收资源量为52万吨。现代的油页岩深加工技术可使页岩油可回收资源储量增加50%以上。 该油页岩矿区主要油页岩层单层厚度大0.5-1.2米、多层总厚达13米以上，且集中分布在上部含油页岩段(南店组五段)约145米厚的一段泥岩为主的地层内。品位较高，含油率4.00,8.67%。埋深浅，一般0-350米且层位稳定，矿层顶底板为固结的泥岩隔层，透水性差，大部分地区便于露天开采，交通便利，与国内同类油页岩对比属于优质油页岩矿，唯一缺点是目前探明规模较小。 3 结论 河北围场油页岩成矿带油页岩单层厚度大、品位较高，埋深浅且层位稳定，矿层顶底板为固结的泥岩隔层，透水性差，十分便于开采，与国内同类油页岩对比属于优质油页岩矿。 西区块勘探程度高，储量可靠，但储量规模属于小型油页岩矿带，十分适宜中小型企业开发，有建成年加工油页岩10-20万吨，生产干馏页岩油5000-10000吨，稳产20-30年的资源基础。 西区块矿带属于50年代的勘探发现，钻孔和岩心资料已沉淀半个多世纪，应重新进行野外调查，补充必要的勘探工作，取样分析含油率，同时作必要的矿山工程和水文方面的勘测。 长远考虑，东区块可以是后备资源区块，建议对东区块重点层段进行野外剖面勘测，取样分析，初步搞清油页岩的发育情况。