随着中国能源结构的不断调整，国家已逐渐加大了对非常规能源资源的勘探开发力度。油页岩作为一种较为重要的一种非常规能源资源，目前已成为国家重点勘探与评价的资源类型。第一轮全国油页岩资源评价表明（2003-2006年），我国油页岩资源丰富，油页岩总资源7199亿吨，查明资源500亿吨，其中松辽盆地资源量3236亿吨，折合成油页岩油资源154亿吨，占全国总量的45%。近年，中国在松辽盆地南部又新发现几个大型油页岩矿床，累计查明资源1062.46亿吨，查明资源占全国总查明资源的92.5%，其中，青山口组油页岩矿床产状稳定，厚度变化小，规模巨大，查明油页岩资源达659.44亿吨，其资源开发利用势在必行。然而对于松辽盆地南部油页岩开发的地质参数特征，以及开发后如何利用的工业品质参数特征，目前还未有全面和系统的评价。
针对上述科学问题，吉林大学地球科学学院吉林省油页岩与共生能源矿产重点实验室胡菲博士和刘招君教授等在中石油油田项目及国家自然科学基金项目的联合资助下，基于吉林省油页岩与共生能源矿产重点实验室对松辽盆地南部青山口组油页岩岩石矿物学特征、地球化学特征及工业品质特征的测试分析结果，对松辽盆地南部青山口组油页岩特征及综合利用潜力进行了评价。
岩石矿物学测试结果表明：松辽盆地南部青山口组油页岩属于泥页岩类型，主要呈灰黑色和深灰色，多为块状，水平层理发育，主要由陆源碎屑颗粒和粘土矿物组成，其次为碳酸岩盐矿物和黄铁矿（表1）。高含量粘土矿物的灰渣是制作水泥、陶粒等建筑材料的良好原料。
表1松辽盆地南部油页岩粘土矿物特征
样品 |
石英/% |
长石/% |
方解石/% |
白云石/% |
黄铁矿/% |
粘土矿物/% |
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 |
工业品质分析结果表明：油页岩含油率最大为16.37%，平均为5.54%；发热量最高达10174 J/g，平均为3264 J/g；水分含量介于3.83%-6.46%之间，平均为4.90%，灰分含量分布主要介于80%-85%之间，平均为82.03%，挥发分主要介于10%-15%之间，平均为12.06%；全硫含量介于0.59-4.08%之间，平均为1.49%，属于中等品质-中发热量-高灰分-低硫型油页岩，可以用来提炼油页岩油或单独用来燃烧发电（表2）。
表2松辽盆地南部油页岩工业品质分析
类别 |
含油率(%) |
发热量(J/g) |
水分(%) |
灰分(%) |
挥发份 (%) |
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 |
地球化学分析结果表明：油页岩化学组分以高SiO2和Al2O3含量为特征，其次含一定量的CaO、MgO和K2O等成分。其中SiO2平均含量为51.58%， Al2O3平均含量15.02%，二者之和占总量的66.60%。 富含Si、Al和Ca等元素含量的油页岩灰渣可用来制备氧化铝、提取白炭黑和人工合成大理石。油页岩中Mo、U和Pb元素最为富集，稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd和Tb相对富集，具有提取微量元素和轻稀土元素的潜力（表3）。
表3松辽盆地南部油页岩地球化学特征分析
元素类型 |
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 |
富集系数 |
|
|
|
4.7 |
2.09 |
1.54 |
1.63 |
最后，在以上分析的基础上，探讨了研究区油页岩的综合利用方案：油页岩直接用于干馏提炼油页岩油或进入流化床用于燃烧发电，干馏和燃烧发电产生的灰渣可以用来制作人工合成大理石、建筑材料（水泥和陶粒）、制备氧化铝、白炭黑和提取金属元素。在提取过程中，先提取氧化铝，然后提取二氧化硅，使得金属元素在剩余灰渣中富集，最后提取微量与稀土金属元素，再根据油页岩的不同特征，实现研究区油页岩经济的、高效的综合利用。
以上研究成果发表在地学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）。
论文链接：http://www.kirj.ee/public/oilshale_pdf/2017/issue_4/Oil_Shale-2017-4-312-335.pdf
