(中國地質調查局發展研究中心，北京，100037)
壹、油頁巖的特性
油頁巖是壹種富含有機質、層理細密、可燃燒的細粒沈積巖。油頁巖中的大部分有機質是不溶於普通有機溶劑的成油物質，俗稱“油母”。因此，油頁巖也被稱為“油頁巖”。
油頁巖是壹種能源礦產，屬於低熱值固體化石燃料。壹般來說，國際上把每噸能產出0.25桶(即0.034噸)以上頁巖油的油頁巖稱為“油頁巖礦”，或者把出油率高於4%的油頁巖稱為礦。過去我國把含油5%以上的油頁巖定義為富礦，並計算儲量。含油率低於5%的油頁巖歸類為貧礦，不計算儲量；還有油頁巖產油率低於6%的，產油率高於10%的。
(1)油頁巖的地質特征
油頁巖外觀為淺灰色至深褐色，多為褐色；床上用品很好；相對密度為1.4 ~ 2.7噸/立方米。
油頁巖的主要成分是有機物、礦物質和水。油頁巖含量約為10% ~ 50%。幹酪根由復雜的高分子有機化合物組成，富含脂肪烴結構，芳香烴結構較少。有機化合物主要由碳、氫和少量的氧、氮、硫組成。其氫碳比(H:C)為1.25 ~ 1.75，高於煤有機質的H:C比。當油母含量高，氫碳原子比高時，油頁巖出油率高。油頁巖中的礦物包括應時、高嶺土、粘土、雲母、碳酸鹽巖和黃鐵礦，但主要是粘土礦物。油頁巖中的礦物質往往與有機質混合均勻、細膩，礦物質含量通常高於有機質。當油頁巖含有大量粘土礦物時，往往會形成明顯的片理。含水量與礦物顆粒間的微孔結構有關，油頁巖含4% ~ 25%的水分。
用於商業開采的油頁巖中有機質與礦物質的比值約為0.75: 5 ~ 1.5: 5，低於煤中的比值。煤中的比例通常大於4.75:5。
(二)油頁巖的成因類型
根據沈積環境，油頁巖可分為三種基本成因類型:陸相、湖相和海相。陸相油頁巖中的有機質由富脂有機質組成，主要包括成煤濕地或沼澤中常見的陸生植物的樹脂、孢子、蠟質表皮和根部軟組織。埋藏後，它們被煤化形成油頁巖中的有機質。因此，這種油頁巖也是壹種高礦物質含量的腐泥煤。湖相油頁巖中的有機質母質主要是指生活在淡水、鹹水和鹽湖中的低等浮遊藻類，油頁巖中的有機質是藻類埋藏分解煤化後形成的。海相油頁巖中的有機母質主要是藻類、未知單細胞微生物和海洋鞭毛蟲。油頁巖的沈積環境非常廣泛，因此油頁巖具有多種有機質和礦物質。
第二，油頁巖的利用
油頁巖不僅可以提取各種燃料油，還可以提取各種合成燃氣和化工原料，副產品還可以用於制磚、水泥等建築材料。總結起來，油頁巖主要有三個用途。
1.通過幹餾制備頁巖油和相關產品
如果將油頁巖粉碎，加熱到500℃左右，就可以得到頁巖油。中國經常稱頁巖油為人造油。壹般來說，1噸油頁巖可以提煉出38 ~ 378升(相當於0.3 ~ 3.2桶)頁巖油。頁巖油加氫裂化精制後，可得到汽油、煤油、柴油、石蠟、石焦油等化工產品。
2.用作發電、取暖和運輸的燃料。
首先，它被用來發電。利用油頁巖發電有兩種形式。壹種是直接用油頁巖作為鍋爐燃料產生蒸汽發電。另壹種是低溫幹餾油頁巖生產氣體燃料，然後輸送到內燃機燃燒發電。目前，前壹種形式被廣泛使用。其次，油頁巖可以用來取暖。2001 ~ 2002年，愛沙尼亞利用油頁巖發電和為居民及工業提供供暖的收益分別占國家稅收的76%和14%，對其國民經濟意義重大。第三，油頁巖燃燒可以用來驅動發動機進行長途運輸。
3.建築材料、水泥和肥料的生產
油頁巖幹餾燃燒後的頁巖灰作為副產品，主要用於生產水泥、磚等建築材料。在德國，每年有30萬噸油頁巖用於水泥生產。在中國，油頁巖幹餾和燃燒產生的半焦灰用於制造砌塊、磚、水泥和陶粒等建築材料。
此外，油頁巖還可以直接用於生產有機肥。如中國陜西省銅川市匯源實業發展總公司計劃投資10萬元，利用印度支那現有油頁巖資源，在原有5萬噸磷肥生產線的基礎上進行技術改造，建設年產5萬噸油頁巖有機復合肥生產線。
不同的國家對油頁巖有不同的用途。在愛沙尼亞，油頁巖主要用於發電和提煉頁巖油；在巴西，油頁巖主要用作運輸燃料；在德國，油頁巖主要用於制造水泥和建築材料；在中國和澳大利亞，油頁巖主要用於提煉頁巖油和作為燃料；在俄羅斯和以色列，油頁巖主要用於發電。
三。油頁巖的全球分布、開發和利用
(壹)油頁巖的全球分布
不完全統計顯示，全球油頁巖儲量巨大，估計為654.38+萬億噸，比7萬億噸的煤炭資源多40%。表1統計了世界主要油頁巖礦床中所含的頁巖油資源。可以看出，全球油頁巖產於寒武紀至第三紀，主要分布在美國、紮伊爾、巴西、意大利、摩洛哥、約旦、澳大利亞、中國、加拿大等9個國家。目前，只有美國、澳大利亞、瑞典、愛沙尼亞、約旦、法國、德國、巴西和俄羅斯的壹些油頁巖礦床得到了詳細的勘探和評價。其他許多礦藏的資源潛力有待進壹步探明。如果考慮到壹些國家的數據沒有完全收集，壹些礦藏的資源沒有完全調查和評估，全球頁巖油資源總量約為2.6萬億桶或3662億噸。也估算為411億噸或4225億噸。無論如何，全球油頁巖的含油量比傳統石油資源271億噸的含油量多50%左右(IEA，World Energy Outlook，2002)。
表1世界油頁巖中的頁巖油資源(Matthews 1983)
繼續的
註:表中中國數據為探明儲量，探明和預測儲量為2058億桶。
需要指出的是，全球可開采油頁巖資源中頁巖油的總量可能比估計的要小得多。有人估計只有282億噸。這是因為可用資源的實際數量受到壹些因素的影響。例如，壹些礦藏太深，無法經濟開采；地面的土地利用也在很大程度上限制了壹些油頁巖礦床的開發，尤其是那些工業化程度高的城市。
(二)全球油頁巖開發利用現狀
油頁巖的開發利用可以追溯到17世紀。到19世紀，油頁巖年產量已達百萬噸，油頁巖已經可以生產煤油、燈油、石蠟、燃料油、潤滑油、油脂、石腦油、照明煤氣、化肥和硫酸銨等產品。到20世紀初，由於汽車和卡車的出現，油頁巖被廣泛用作運輸燃料。直到1966，作為主要礦產能源的油頁巖才因原油的大量開采利用而退出歷史舞臺。然而，現在油頁巖的利用更加廣泛。愛沙尼亞、巴西、中國、以色列、澳大利亞、德國和其他國家對油頁巖的利用已擴大到發電、供暖、頁巖油提煉、水泥制造、化學品生產、建築材料合成和土壤肥料開發。
油頁巖產量高的國家主要包括愛沙尼亞、俄羅斯聯邦、巴西、中國和德國。統計顯示，世界油頁巖產量經歷了兩個高峰期(見圖1)。第二個高峰在1980，產量達到歷史峰值4540萬噸。此後產量基本壹路下滑。到2000年，產量只有16萬噸。
目前，全球油頁巖主要用於發電和供熱。據統計，2000年全球開采的油頁巖69%用於發電和供熱，25%用於提煉高產頁巖油及相關產品，6%用於生產水泥和其他用途。
愛沙尼亞是世界上油頁巖開發利用程度最高的國家。2002年，愛沙尼亞油頁巖產量達到1230萬噸，約占世界產量的75%。2000年全球頁巖油年產量約50萬噸，愛沙尼亞產量23.8萬噸，約占世界產量的47%。愛沙尼亞有四座油頁巖電廠，裝機容量為2967MW，也是世界上最大的油頁巖電廠。
圖1 1888 ~ 2000愛沙尼亞、俄羅斯、巴西、中國和德國油頁巖產量(百萬噸)。
其他使用油頁巖生產頁巖油的國家有巴西、中國和澳大利亞。巴西生產1999噸頁巖油；中國2001生產8萬噸頁巖油；澳大利亞2001年產頁巖油2.8萬噸，2002年上升到6萬噸。
其他使用油頁巖發電的國家有中國、以色列和德國。中國油頁巖電廠總裝機容量為24mw；以色列油頁巖電廠規模為12.5 MW；；德國油頁巖電廠規模為9.9MW。
隨著開發利用技術的進步和環保意識的增強，世界各國都傾向於充分利用油頁巖資源。目前，油頁巖的利用變得更加復雜和多樣化。例如，在德國壹家名為DRZ的工廠，油頁巖不僅作為工廠的動力用於發電，還用作礦渣磚的燃料和原料，生產水泥、土壤或巖石穩定劑、填料和密封材料。多余的電力也可以出售給公共電網。
四。中國油頁巖的分布及開發利用
(壹)中國油頁巖的分布
中國油頁巖資源豐富，從石炭紀到第三紀均有產出，但主要產於第三紀。中國的油頁巖資源沒有經過充分的調查，也沒有更準確的能反映資源全貌的數據，各種數據差異很大。根據表2數據，1980年地質部公布的1979年末含油大於5%的表內油頁巖儲量3165438+7億噸是可信的，撫順石油研究院預測油頁巖儲量4520億噸是有充分依據的，總計48365438+7億噸，排名
表2中國油頁巖資源預測匯總
我國油頁巖含油率壹般在5%以上，大多在6%左右。如果含油量為6%，我國頁巖油遠景地質儲量將達到289.9億噸。探明儲量折算成頁巖油，至少有6543.8+0.87億噸。根據撫順第壹、第二油廠的經驗數據，每33 ~ 35噸油頁巖產1噸頁巖油，已探明油頁巖儲量為31170萬噸，可產油9170萬噸。預測儲量4520億噸，可產油6543.8+03.29億噸，合計6543.8+04.2億噸。油頁巖在我國分布廣泛，但分布不均，主要分布在內蒙古、山東、山西、吉林、黑龍江、陜西、遼寧、廣東、新疆等9個省份。由於勘探程度低，只有14個省(區)計算了探明儲量，其中吉林、遼寧、廣東儲量較多，占全國探明儲量的90%以上。有21個省(自治區)進行了儲量預測，內蒙古、山東、山西、吉林、黑龍江省預測儲量較大(見表3)。
表3中國部分省份油頁巖資源量單位:億噸
1.吉林省
吉林省油頁巖資源豐富，相當於6543.8+000億噸石油，分布在二疊紀-第三紀。其中，第三系和白堊系油頁巖遠景資源量達209.05億噸。
吉林省油頁巖總地質儲量為499億噸。列入儲量表的有7個礦床，總儲量174.5億噸，占全國油頁巖儲量的55%，居首位。油頁巖產地相對集中，主要分布在農安、樺甸、羅子溝。
農安油頁巖資源十分豐富。根據農安至登婁庫7000多平方公裏的調查，五大礦床儲量為6543.8+068.9億噸，占全省儲量的97%，占全國已探明儲量的壹半以上，資源優勢巨大。樺甸市油頁巖儲量30.6億噸。汪清縣羅子溝油頁巖儲量60平方公裏，遠景儲量4.5億噸。探明儲量面積19平方公裏，儲量150萬噸，平均石油品位大於等於8%。
2.廣東
廣東省油頁巖資源也很豐富，總地質儲量約1.32億噸。探明儲量75.7億噸，居全國第二。油頁巖主要集中在茂名，探明儲量565438+億噸。
3.遼寧省
油頁巖在遼寧省分布廣泛，主要分布在撫順、錦州、阜新、葫蘆島、秦皇島等市，總地質儲量6543.8+0.09億噸。探明儲量37億噸。錦州淩源市五家子礦區油頁巖儲量按含油4%或4% ~ 25%計為1098萬噸。
4.山西省
山西省具有工業價值的油頁巖主要形成於石炭系和二疊系，分布於蒲縣東河至洪洞縣三角河和保德縣姚莊壹帶的古生代煤系地層中。山西省油頁巖估算儲量430億噸，探明儲量654.38+0.47億噸。蒲縣東河礦區D級油頁巖儲量27065438+萬噸，含油6% ~ 8%。底部含0.4 ~ 0.6m固體油的腐泥煤，含油量為18% ~ 24%。洪洞縣三角河礦區油頁巖和含油煤儲量8462萬噸，含油率約6%。此外，大同、渾源等地也探明了腐泥的存放。
5.陜西
油頁巖在陜西省分布廣泛，包括銅川市宜君縣、鹹陽市永壽縣和延河流域。其中銅川居多，居全省第壹。
(二)中國油頁巖開發利用現狀
我國油頁巖綜合開發利用較早，主要在吉林省、遼寧省和廣東省。早在20世紀50年代初，中國就在廣東茂名建設了油頁巖煉油廠，中國的石油主要是人造頁巖油。由於石油短缺，當時出現了開發人造石油還是石油的爭論。後來發現了大慶油田，人造石油逐漸退出了主要地位。
經過半個世紀的發展，廣東茂名石油公司油頁巖開采公司已擁有750立方米/年的開采能力，豐富的幹餾技術，在油頁巖綜合利用方面取得了可喜的成績。比如用頁巖灰制磚，生產水泥；從廢棄沙土中回收生產優質高嶺土，已形成年產3萬噸高嶺土細粉的生產能力；頁巖灰用作陶粒、陶瓷編織和塑料制品的摻合料和填料。1996期間，廣東省攻關油頁巖開發利用科技難題，研究油頁巖發電和燃燒技術應用，對茂名地區油頁巖開發利用進行統籌規劃。2001，廣東省開始關註茂名地區油頁巖開發與環境保護，環保局資助項目“油頁巖廢渣場退化生態系統生態修復研究”。
吉林省油頁巖的開發利用始於1958。在國家的支持下，延邊石油公司建立了汪清縣羅子溝煉油廠，總投資約300萬元，生產40噸頁巖油。由於當時設備落後等原因，1960停產。65438至0993，遼寧葫蘆島龍騰投資咨詢有限公司擬投資8億元在羅子溝建設油頁巖綜合開發利用項目。該項目從2004年到2007年分三個階段完成。項目建成後，可形成300萬噸礦石、20萬噸頁巖油、5000公斤稀貴金屬的生產規模，並建設5000 kW/h余熱發電廠、油頁巖綜合開發利用研究院、水泥廠、磚廠和稀貴金屬提煉廠。
1993至1996在國家、省、地方政府的共同努力下，在吉林省樺甸市建立了油頁巖示範電廠。1999年全年發電量9500萬千瓦/小時，供熱面積達到53萬平方米。目前，二期工程正在籌備中。總體目標是:年產油頁巖36萬噸，年發電量1.8萬千瓦/小時，年供電1.44萬千瓦/小時，年供熱365438+萬吉焦，年建材產量30萬立方米。到2005年，總裝機容量達到4.3萬千瓦，年發電量2.75億千瓦/小時，年供熱365438+萬吉焦，總供熱面積達到654380+0.5萬平方米，灰磚達到30萬立方米(據吉林政府網)。
此外，華電熱電廠也在積極招商引資，規劃項目總資金421.69萬美元。該項目預計建設年產250萬噸油頁巖礦區；利用提取的油頁巖建設年產20萬噸原油的煉油廠；利用煉廠渣油建設654.38+百萬千瓦半焦電廠；利用電廠半焦灰建設建築砌塊、水泥、陶粒等建材產品。
遼寧省對油頁巖的綜合開發利用也較早。目前，撫順是中國以油頁巖為原料的大型石油加工基地之壹。2003年，遼寧省科技基金資助項目“油頁巖高效合理利用研究”，旨在研究油頁巖制油新方法、油頁巖性質及深加工、油頁巖及廢棄高分子材料提煉。
動詞 （verb的縮寫）全球油頁巖開發利用前景
(壹)當前油頁巖開發利用的局限性
全球油頁巖資源豐富，用途廣泛，開發利用較早，但不被大多數國家重視。這主要有兩個原因。
1.頁巖油和油頁巖的生產發電成本高。
油頁巖最大的潛力是提煉頁巖油。當傳統石油供應不足時，頁巖油有望成為石油的替代品；或者在那些缺乏石油資源或者石油資源不足的國家，可以用頁巖油代替石油來滿足國內建設的需要，以減少對外依賴。但就目前的技術而言，從油頁巖中提煉頁巖油的成本高於生產或購買石油和其他燃料產品的成本。愛沙尼亞2000年的經驗表明，只有當原油進口價格高於25美元/桶，重油進口價格高於95美元/噸時，生產頁巖油才有經濟意義，頁巖油才有可能取代傳統石油，滿足世界對化石能源的需求。
油頁巖的第二個潛在用途是發電。愛沙尼亞2000年的經驗表明，只有當煤炭進口價格高於40美元/噸，天然氣進口價格高於3.5美元/百萬英國熱量單位(MBTU)時，利用油頁巖發電才是經濟的。
2.對環境的極大汙染。
油頁巖的開采方法有兩種:地下開采和露天開采。無論是地下開采還是露天開采，都要把地下水位降到油頁巖層以下，這樣會對礦山附近的耕地和森林造成危害。據粗略估算，為了得到1立方米的油頁巖，壹般需要抽出25立方米的地下水。抽取的地下水只有在水中的固體顆粒沈澱後才能排入河道。系統監測表明，采礦用水大大增加了地面、地下水和湖泊中的硫酸鹽含量。在巴西，地下水位和質量長期受到油頁巖開采的幹擾。
除了完全燃燒的流化床爐(德國和以色列已經掌握了這項技術)，還有壹些傳統的粉碎後燃燒的方式用油頁巖發電。研磨燃燒具有利用率低、汙染大、健康危害大的缺點，排出的氣體中有細小的、可吸入的粉塵。這些粉塵中含有有毒物質，不僅危害電廠附近的環境，還會影響遠離電廠的地區。此外，頁巖油生產過程中釋放的熱量、廢水和半焦也可能造成環境問題。
總之，在目前的技術條件下，油頁巖的利用存在很大的阻力。未來幾年，在化石燃料市場上，頁巖油無法取代原油和煤炭。
(二)全球油頁巖開發利用前景
雖然目前油頁巖的開發利用存在局限性，但如果未來技術能夠跟上環境的要求，滿足經濟條件，油頁巖開發利用的前景將會非常光明。澳大利亞和愛沙尼亞都非常看好油頁巖開發利用的前景，都做出了宏偉的規劃。德國和以色列非常重視充分利用油頁巖資源和保護環境，開展了大量油頁巖綜合利用研究，掌握了先進技術。
在2002年6月5438+065438+10月在愛沙尼亞塔林召開的“全球油頁巖利用與展望”會議上，來自13個國家的230位專家討論了油頁巖產量在5438+0980年6月開始減少後，目前油頁巖的開發利用前景看好。當傳統石油資源變得稀缺，汙染更少、效率更高的技術被廣泛應用時，油頁巖的產量將在短期(2006年)、中期(2020年)和2020年後逐漸增加。
1.2006
在愛沙尼亞，由於電力需求不斷增加，政府決定啟動“油頁巖區域重建計劃”。2006年，愛沙尼亞的發電廠和煉油廠將分別需要994萬噸和644萬噸油頁巖，其他用途可能持平並穩定在74萬噸左右。因此，愛沙尼亞的油頁巖產量將從1230萬噸增加到170萬噸。在澳大利亞，2002年頁巖油產量迅速上升到6萬噸，頁巖油的石油消耗量為79萬噸。預計2006年，這兩個數字分別為55.6萬噸和700萬噸。受這兩個國家產量增長的影響，世界油頁巖產量將從2000年的16萬噸增加到2006年的2300萬噸。
2.2020
各國政府出臺的政策和相關法規是影響油頁巖競爭力的關鍵因素。在愛沙尼亞，計劃新建壹座400萬噸油頁巖工廠。如果愛沙尼亞能夠采用沸騰爐技術發電，這些項目將得以實施。屆時，油頁巖產量將達到21萬噸以上。在澳大利亞，先進的ATP工藝(Alberta Taciuk Processor)將成功商業化，可將頁巖油產量從2006年的55.6萬噸提高到2065，438+00 ~ 765，438+07萬噸/年。屆時，每年將開采約1.1.4萬噸頁巖油。因此，預計到2020年，世界油頁巖消費量為654.38+3億噸。
3.2020年後
國際能源署在《2002年世界能源展望》中預測，2020年後，非傳統來源的石油供應量將大幅增加，約占世界石油總需求的8%。這種增長可能會被壹些頁巖油所抵消。
不及物動詞建議
我國石油供需缺口逐年加大，石油供需矛盾將長期存在。好在中國油頁巖資源豐富。建議中國盡快做好準備，迎接世界油頁巖開發的到來。通過油頁巖的大規模開發，替代部分常規油氣，緩解我國能源壓力。根據我國的具體情況，提出以下建議。
1.開展新壹輪中國油頁巖資源調查與評價
自撫順石油研究院完成1962《中國油頁巖資源調查報告》以來，我國已有多年未對全國油頁巖資源進行調查評價。現有評價數據陳舊、零星，計算標準不統壹。到目前為止，中國的油頁巖資源不清楚，這將嚴重制約中國油頁巖資源的開發和宏觀管理。2003年開始的第三輪全國油氣資源評價包括油頁巖評價。但這種評價不投入調查，評價結果難以令人信服。因此，建議結合全國油氣普查，開展新壹輪中國油頁巖資源調查評價。
2.為東北危機礦山資源接替服務。
油頁巖礦大多與煤礦有關。中國東北大部分煤礦及其鄰近地區蘊藏著豐富的油頁巖資源。由於幾十年甚至上百年的開采，東北地區的壹些重要煤礦，如遼寧省的撫順煤礦、阜新煤礦等，已經成為危機礦井和礦業城市。黑龍江鶴崗、雙鴨山、雞西、七臺河有“四礦”，其中鶴崗煤礦成為供應危機礦。建議加強東北地區及其外圍危機礦山和準危機礦山油頁巖資源勘探，促進油頁巖資源開發利用，服務東北地區危機礦山接替轉型。
3.在能源短缺的邊緣地區勘探油頁巖資源。
在能源短缺的邊緣地區，如西藏，應同時進行油氣勘探，並兼顧油頁巖資源勘探開發。西藏多年來能源嚴重不足，成為阻礙社會發展的重要因素之壹。西藏常規油氣資源取得戰略突破需要10年甚至20年，期間能源短缺的矛盾依然存在。西藏油頁巖資源豐富。雙湖東南部和老雙湖(熱月茶卡)北部的碧螺錯地區有10米厚的油頁巖，丁青盆地和倫坡拉盆地有第三系油頁巖。加強西藏油頁巖資源勘探開發，利用油頁巖發電生產頁巖油，對緩解西藏能源壓力、促進西藏經濟社會發展具有重要意義。
4.國家支持和保護的油頁巖開發利用技術研究。
油頁巖的開發利用能否走向規模化生產，取決於降本技術和環保技術。目前我國油頁巖開發利用技術研究多由公司和地方政府支持，研究周期和規模都不大。建議國家加大對油頁巖綜合利用技術研究的扶持和支持，使技術不斷更新。比如開發新的燃燒爐，讓油頁巖燃燒更充分，更環保；開發更先進的頁巖油精煉系統，使頁巖油得到更全面、更充分的利用；研究如何獲得高質量的主產品和附加值更大的副產品。支持和鼓勵中國科學家積極參與國際合作與交流，盡快掌握先進的油頁巖開發利用技術。
5.做好油頁巖開發後的環境修復。
嚴格執行國家采礦汙染與環境恢復收費制度，力爭在采礦過程中和閉坑時及時恢復被破壞的生態環境。建立相應的監督管理體系，在促進生產的同時保護環境。
6.制定油頁巖勘探開發國家標準和規範。
我國各省油頁巖資源勘探缺乏標準化，資源評價標準和計算方法不統壹；油頁巖開發的經濟指標、環保指標和管理有待規範。建議參考國外經驗，制定油頁巖勘探開發國家標準和規範。
作者簡介
[1]張家強，中國地質調查局發展研究中心，研究員。
[2]王德傑，中國地質調查局發展研究中心，實習研究員。