袁二军，冯小伟，杨宁宁，张 超，王延伦，苏殿程

(1.青海大学地质工程系，青海 西宁 810016； 2.青藏高原北缘新生代资源环境重点实验室，青海 西宁 810016； 3.包头市北斗地质勘查有限责任公司，内蒙古 包头 014000； 4.内蒙古自治区有色地质勘查局综合普查队，内蒙古 呼和浩特 010010)

0 引 言

近年来，我国国民经济持续快速发展，有力带动了国内能源市场，燃料油市场消费量也大幅增长，伴随着原油的不断消耗，石油资源短缺将成为制约经济发展的重大难题。而我国是贫油少气国家，石油供需缺口逐年增大，原油对外依赖度不断提高，石油供不应求的矛盾将长期存在。然而我国油页岩资源丰富，可以接替部分常规油气市场需求，缓解我国能源压力。油页岩作为一种重要的石油补充和替代能源，以其巨大的储量、丰富的综合利用层次引起了全世界的关注。随着传统资源短缺问题日益严重，人造石油的地位越来越重要，在不久的将来，页岩油工业将会出现空前大发展，前景看好。

巴格毛德地区油页岩位于乌拉特后旗查干瑙劳-查干特格断陷盆地内，根据区域地质调查成果显示，该区油页岩找矿远景潜力巨大。为查明巴格毛德地区下白垩统巴音戈壁组油页岩资源规模、储量及品质特征，2012—2018年该地区开展了地质详查及勘探工作，并进行了选矿试验，主要对油页岩干馏炼油的开发利用性能作了论述评价，对油页岩的其他方面的开发利用前景研究较少[1-3]。

本文旨在通过对巴格毛德地区油页岩的地层学、岩石学、矿物学、工业品质等特征进行归纳总结，从而探讨其开发利用前景，希望对该地区油页岩资源的开发利用起到指导作用。

1 区域地质背景

巴格毛德地区位于内蒙古西北部，所处区域大地构造位置为银(银川)额(额济纳旗)盆地东北缘。

(注：1-第四系全新统；2-第四系更新统；3-上白垩统乌兰苏海组；4-下白垩统巴音戈壁组三段；5-下白垩统巴音戈壁组二段(油页岩赋矿层位)；6-下白垩统巴音戈壁组一段；7-上石炭统阿木山组；8-早元古界宝音图群；9-侏罗纪中细粒花岗岩；10-三叠纪花岗岩；11-二叠纪中细粒二长花岗岩；12-二叠纪蚀变、碎裂片理化闪长岩；13-石炭纪中细粒花岗岩；14-石炭纪花岗闪长岩；15-石炭纪辉长岩；16-实测地质界线及侵入接触界线；17-实测不整合地质界线；18-岩浆岩相带界线及地层相变界线；19-实测正地层；20-实测逆冲断层；21-实测平推断层；22-实测性质不明地层；23-推测性质不明地层；24-糜棱岩带；25-碎裂岩带；26-油页岩矿床；27-研究区。)图1 区域构造纲要图Fig.1 Regional structural outline

受其大地构造环境的影响，该区域形成了中部为构造隆起带，两侧为断陷盆地的构造格局，总体构造方向呈北东向(图1)。区域的2个断陷盆地，分别为西尼乌苏-虎勒盖尔断陷盆地和查干瑙劳-查干特格断陷盆地，后者位于区域北西查干瑙劳-查干特格一带， 该断陷盆地在区域上延伸长约100 km， 宽大于20 km， 局部宽8 km，为中新生代断陷盆地，沉积有白垩系下统巴音戈壁组、上统乌兰苏海组地层，其中，白垩系下统巴音戈壁组是油页岩主要赋矿层位。白垩系下统巴音戈壁组根据岩性组合特征及沉积旋回分为两个段。巴音戈壁组一段为砂砾岩段，发育一套灰褐色砾岩、含砾砂岩、细砾岩、灰白色砂岩，偶夹薄层灰色砂质泥岩、粉砂岩、青灰色泥灰岩等细粒沉积物，相变大，岩性变化大，粒度相对较粗，为低水位-水进体系域时期，沉积环境由扇三角沉积体系向滨浅湖-半深湖沉积体系过渡。巴音戈壁组二段为油页岩和泥岩段，下部发育含砾泥岩、灰色泥岩、深灰色泥岩，发育高水位体系域的灰黑色油页岩，是油页岩广泛发育的最主要岩性段，形成的油页岩厚度最大，层位稳定，区内主要油页岩矿层均位于该层位中，平面上分布较为连续，油页岩含油率较高，与巴音戈壁组一段呈整合接触，为半深湖-深湖沉积体系，可见介形虫、叶肢介和鱼类化石；上部发育为灰绿色、灰色泥岩，与钙质泥岩薄层泥质灰岩互层，在泥岩中可见黄铁矿的小晶体，为水退体系域，为半深湖过渡为滨浅湖沉积环境，常见动植物化石碎屑及碳屑，局部可见鱼类化石。与上覆地层白垩系上统乌兰苏海组呈不整合接触。

2 油页岩矿层地质特征

巴格毛德地区油页岩矿由巴格毛德、呼和恰布以及查干套海3个矿区组成，其中巴格毛德矿区位于中部，面积约200 km2；呼和恰布矿区紧邻巴格毛德矿区，位于其西南向，面积约25 km2；查干套海矿区亦紧邻巴格毛德矿区，位于其北东向，面积约30 km2。油页岩矿层主要赋存于下白垩统巴音戈壁组二段中，矿层下部为巴音戈壁组一段，上部为下白垩统乌兰苏海组，矿层横向延伸近30 km，矿层总厚度0～60 m。矿层共由103个钻孔控制，其中，巴格毛德矿区47个，呼和恰布矿区33个，查干套海矿区23个。通过对3个矿区施工钻孔所揭露油页岩矿层的地层综合柱状图进行对比，圈定出Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号3层油页岩矿层。各矿层埋深、形态、厚度、含油率及稳定类型等特征详见表1。

由表1可知，巴格毛德地区油页岩矿层主要呈层状产出，矿层较稳定，为大部可采矿层。矿层厚度为0～24.28 m，平均厚度为5.26 m。含油率为3.81%～10.60%，平均含油率为5.97%，属中等品质油页岩。 矿层埋深为12.37～268.09 m，埋深较浅。

表1 巴格毛德地区油页岩矿层特征一览表Table 1 List of characteristics of oil shale deposits in Bagemaode area

3 油页岩岩石及矿物学特征

3.1 岩石学特征

巴格毛德地区油页岩颜色多呈深灰色、灰褐色、灰黑色。油页岩常与深灰色粉砂岩、粉砂质泥岩及炭质泥岩互层沉积，油页岩层之间多发育泥灰岩层，泥质结构，水平层理发育(图2)，呈薄页片状，也可见块状构造。硬度小，具油脂光泽，新鲜面指甲刻划出现光亮之油脂条痕，用小刀可削起卷屑，视密度多在2.0 g/cm3以上，一般为2.02～2.44 g/cm3，均值为2.20 g/cm3，密度较小，薄片或小块投入炉中可燃，燃烧散发较浓沥青味。页理面含丰富的叶肢介化石(图3)、藻类化石、碳屑、植物茎干化石及密集的介形虫化石。

图2 油页岩水平层理Fig.2 Horizontal bedding of oil shale

图3 叶肢介化石Fig.3 Fossils of leaf limbs

3.2 矿物学特征

根据2018年9—10月吉林大学在巴格毛德地区对油页岩进行的衍射矿物成分分析可知[8]，油页岩以石英、长石为主的陆源碎屑矿物和以伊蒙混层、伊利石为主的黏土矿物组成，还含有部分方解石和白云石。据统计，油页岩中石英平均含量为23.6%；长石类型以斜长石为主，含量相对较少，不足10%；方解石含量较低，但富含较多白云石，平均含量为14.7%。通过对油页岩黏土矿物定量分析表明，黏土矿物中伊蒙混层、伊利石的含量占绝对优势，平均含量分别为34.8%、12.3%，高岭石和绿泥石含量较少，均不足总量的2%。据油页岩扫描电镜和能谱分析资料可知，在扫描电镜下，油页岩中的各种矿物形态清晰可见，根据能谱可进一步确定陆源碎屑矿物石英、钾长石、钠长石、方解石、白云石等，以及伊蒙混层、伊利石、绿泥石等黏土矿物。其中，扫描电镜下石英呈柱状，方解石呈四面体形，晶型较好，伊利石为鳞片状。从矿物组成上来说，油页岩属含高硅高铝矿。

4 油页岩矿工业品质特征

1) 水分。根据巴格毛德地区施工钻孔样品测试中水分分析结果可知，水分为0.03%～6.93%，平均为2.42%，油页岩水分总体含量较低，有利于油页岩的综合利用。

2) 灰分。据该区钻孔样品灰分分析测试结果，油页岩灰分为64.00%～88.24%，平均78.18%，表明该地区油页岩属高灰分油页岩。而且，油页岩灰分越低，其相应的含油率就越高。

3) 挥发分。该区油页岩挥发分为13.49%～19.38%，平均值17.85%，属低挥发分油页岩。

4) 固定碳。该区油页岩固定碳为0.01%～20.41%，平均值1.45%，属低固定碳油页岩。

5) 全硫。该区油页岩全硫为0.01%～4.63%，平均0.70%，属低硫油页岩。

6) 发热量。该区油页岩发热量为1.35～9.45 MJ/kg，平均值4.17 MJ/kg，属低发热量油页岩。

7) 元素分析。据该区油页岩部分钻孔样品元素分析测试结果，油页岩矿层的元素组成中碳含量为26.79%～62.34%，平均53.52%，氢含量为3.99%～11.41%，平均6.97%，氮含量为0.97%～1.80%，平均1.27%，氧含量为21.91%～67.21%，平均34.61%。参照《油页岩有机化学成分分类》标准，碳含量<60%，氢含量<7.3%，油页岩品级属一级品。

8) 油页岩灰成分分析。根据该区油页岩灰成分分析结果可知，灰成分以SiO2为主，含量为36.07%～61.28%，平均50.90%，其次为Al2O3含量为12.40%～17.21%，平均15.20%，CaO含量为2.99%～22.18%，平均10.70%，Fe2O3含量为5.59%～8.79%，平均6.82%，少量MgO、K2O、SO3、Na2O、TiO2。

综上所述，该地区油页岩属低水分、高灰分、低挥发分、低发热量、低固定碳和低硫型油页岩，油页岩品级属一级品。油页岩灰成分以SiO2为主，其次为Al2O3、CaO、Fe2O3。

5 开发利用前景分析

油页岩开发利用最早可追溯到17世纪，在20世纪前油页岩主要用于生产煤油、灯油、石蜡、燃料油、润滑油、油脂和化学肥料等产品；20世纪随着汽车的出现，油页岩被作为运输燃料原料而大量开发，直到20世纪60年代原油的大量开采利用，油页岩作为主要能源矿物才退出历史舞台[4]。目前，油页岩的利用更加广泛，国内外对油页岩的开发利用主要有发电、取暖、提炼页岩油、制造水泥、生产化学药品、用作塑料制品掺合料、填充料、合成建筑材料以及研制土壤增肥剂等[5-7]。

5.1 油页岩开发利用条件

巴格毛德地区油页岩矿通过详查和勘探已查明油页岩资源量20.70亿t，平均含油率5.97%，油页岩油量1.24亿t。矿层埋藏较浅，油页岩矿层较稳定，区内构造、开采技术条件简单。同时，巴格毛德地区油页岩属中等品质油页岩，水分、硫分低，油质较好。此外，该区有新建公路直达，交通较为方便，具备较好的开发利用条件[8]。

5.2 油页岩开发利用前景

1) 巴格毛德地区的油页岩平均灰分为78.18%，平均硫分为0.70%，平均发热量4.17 MJ/kg，发热量低于规范中燃烧用油页岩最低发热量一般工业指标要求，同时灰分也大于最高灰分要求，因此，该区油页岩不能用作燃料。但平均含油率5.97%，根据规范和选矿试验报告，适合进行低温干馏提取页岩油。

2) 油页岩灰渣可作水泥原料、烧制陶粒、陶瓷纤维等轻质骨料和保温材料。此外，巴格毛德地区油页岩灰渣中SiO2和Al2O3总含量为66.10%左右，可从中提取氧化铝和高纯度二氧化硅。

3) 油页岩发热量较低，固定碳也很低，难以直接用于锅炉燃烧，但可以用于油页岩的干馏加热。

6 结 论

1) 巴格毛德地区油页岩属于中等品质、低水分、高灰分、低挥发分、低发热量、低固定碳和低硫型油页岩，油页岩品级属一级品。油页岩灰成分以SiO2为主，其次为Al2O3、CaO、Fe2O3。

2) 巴格毛德地区油页岩资源量大，埋藏浅，地质条件较好，交通便利，联合干馏炼油-灰渣-建材的一站式工业开发工艺，具有较高的工业价值。在现有经济技术条件下，适宜大规模开采，具有巨大的开发利用前景。