油页岩属于非常规油气资源，以资源丰富和开发利用的可行性而被列为21世纪重要的很现实的替代能源[1-3]。油页岩主要成分是有机质、矿物质和水分，其中有机质质量分数约10%-50%，可用来干馏、燃烧发电，副产品广泛应用于石油、电力、医药、建筑、农业和环境保护等领域，具有广阔的社会效益和经济效益。
本文主要研究铜川地马泉地区铜川组油页岩。马泉地区位于鄂尔多斯盆地东南部，油页岩分布广，埋藏较浅。主要通过对铜川宜君马泉地区铜川组油页岩的测井资料、地质资料、实验室测试资料等相关资料进行处理分析，利用测井资料结合钻探解释油页岩深度、厚度、结构，了解油页岩地球物理特征；通过连井剖面对比查明该区构造形态，油页岩展布规律以及分布、稳定性等；对该区油页岩物性参数、含油率、含碳量进行分析研究，并进行资源量计算，为利用测井资料研究评价油页岩提供地球物理依据，并对研究区油页岩的开发利用提供建议与意见。
1.2.1国外研究现状
油页岩作为一种燃料来使用，可以追溯到17世纪，瑞典最早于1637年使用油页岩作为燃料，从法国1838年开始发展油页岩工业至今油页岩的开发利用已有近200年的历史[4]。但是油页岩的定义至今没有统一。目前，国外常用的是Dynietal（2003）的定义：油页岩是一种细粒沉积岩，其中包含大量有机物，通过粉碎、蒸馏工艺可以提炼出大量的石油可天然气[5]。据统计，2000年全球开采的油页岩中有69%用于发电和供暖，25%用于提炼高收益的页岩油及相关产品，6%用于生产水泥以及其他用途。
世界油页岩沉积时代跨越大，在寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白玺系、古近系和新近系地层中均有分布。
油页岩资源在世界许多地区都有分布，但分布不均匀，主要分布于美国、俄罗斯、加拿大、中国、扎伊尔、巴西、爱沙尼亚、澳大利亚等国家（表2-1），其中，美国、俄罗斯和巴西三个国家的油页岩资源量就占了整个世界页岩油资源量的86%[4]。油页岩作为一种重要的非常规能源，储量巨大。据不完全统计，世界油页岩资源量约有10万亿吨，比煤炭资源量多40%。折算成页岩油约5000亿吨，超过全球石油资源量(约2700亿吨)的2倍[6-7]。目前世界上油页岩干馏生产页岩油的国家只有中国目前世界上油页岩干馏生产页岩油的国家只有中国 、爱沙尼亚和巴西，2015年共生产页岩油约151×104t[8]。
表2-1 世界主要国家油页岩换算成页岩油的储量表
|
国家 |
资源/亿t |
评估日期/年 |
|
美国 |
3035.66 |
2003 |
|
俄罗斯 |
387.70 |
2002 |
|
扎伊尔 |
143.10 |
1958 |
|
巴西 |
117.34 |
1994 |
|
加拿大 |
63.00 |
1997 |
|
澳大利亚 |
45.31 |
1999 |
|
中国 |
27.00 |
2005 |
|
爱沙尼亚 |
24.94 |
2000 |
|
法国 |
10.02 |
1978 |
|
意大利 |
14.31 |
2000 |
|
约旦 |
52.33 |
1999 |
|
摩洛哥 |
81.67 |
1984 |
美国拥有世界上最丰富的油页岩资源，主要集中在绿河地区。美国国会于2005年通过了发展非常规能源的法案，鼓励企业进行油页岩干馏炼油的研究与开发[8]，为油页岩产业发展提供政策支持。美国至今仍无油页岩干馏炼油的工业生产，但有多家机构在进行油页岩地下或地上干馏炼油的现场开发和基础研究。在美国内华达州东北部的湖相沉积盆地中发现了油页岩，含油率为1%～4%，干酪根类型主要为I型和III型[9] 。
爱沙尼亚油页岩资源较为丰富，具有八十多年的开采和使用历史，开采、提炼和环保技术世界一流。目前已累计开采约10亿吨，剩余可采储量约16亿吨[10]。爱沙尼亚油页岩用途广泛，主要用于燃烧发电，爱耐菲特公司(Enefit)是世界上最大的发电公司，总发电能力达2360MW，供应爱沙尼亚国家90%的电力需求。爱沙尼亚电站还拥有两台爱沙尼亚目前年开采油页岩约1800 ×104t，主要用于发电，其次为干馏炼油，少量用于制水泥[11-13]。
俄罗斯政府也针对页岩油勘探开发出台扶持政策，根据地区和储量不同，为页岩油开发提供矿产开采税减免优惠，其中巴热诺夫页岩区将享受零税率，其他页岩区可获得20%～80%的减税优惠。俄罗斯的页岩油资源丰富且已开展一些研究，但勘探开发还面临一系列挑战，包括自然环境较恶劣、油藏连续性较差、开发成本高和技术因素限制等。迄今为止，俄罗斯页岩钻井试验还仅仅停留在科学探索过程中，目的是寻找合适的开采技术[14-15]。
约旦油页岩品位较高，平均含油率约10%，折算成页岩油约60亿吨[16]。约旦努力开发利用国内油页岩资源，由于国内技术落后，已经与多家公司签订了协议，以对其国内油页岩资源开展评价研究工作。委托壳牌公司对埋藏较深的油页岩进行地下干馏的中试实验研究，计划与中国公司、爱沙尼亚Enefit公司合作，分别利用拉琼油页岩和阿特拉特油页岩建设油页岩燃烧产汽发电站。
另外，许多国家也正在对油页岩进行勘探开发与合作。
油页岩虽然资源量巨大，但高品质的含油率所占的比例并不高，而现阶段一般只开发利用含油率较高的高品质油页岩，含油率低的油页岩由于技术和成本的原因很少进行开采利用。不断研制开发先进的科学技术手段及设备，将极大提高油页岩的综合开发能力，对全球能源资源走可持续发展道路具有举足轻重的地位。
1.2.2 国内油页岩研究现状
在国内，广为接受的是刘招君等对油页岩的定义： 油页岩(又称油母页岩)是一种高灰分的固体可燃有机矿产，低温干馏可获得页岩油，含油率>3.5%，有机质含量较高，主要为腐泥质、腐殖腐泥型和腐泥腐殖型，其发热量一般≥4.19 kJ /g[17]。
我国油页岩分布广泛，资源较丰富，以陆相沉积为主[18]，主要赋存于中新生界。其中94%的资源分布在松辽、鄂尔多斯、伦坡拉、准噶尔、羌塘、茂名、柴达木等7个盆地中（见图1-1，全国油页岩资源分布图）。鄂尔多斯盆地油页岩资源量巨大，预测的、内蕴经济的资源量(334) 30848×108t。鄂尔多斯盆地中晚三叠世形成，主要是南侧印支运动推挤作用的结果，其中的油页岩也是鄂尔多斯盆地超大型油田的主要生油岩[20-21]。
中国开发利用油页岩已有70年的历史，20世纪50年代，我国对油页岩资源投入了较多的普查、勘探力量。进入20世纪60年代，随着我国大庆油田的发现和开发，油页岩工业逐渐萎缩，投入的勘探力量逐步减少。60年代后，由于国家给予扶持政策，每年亏损的处理加工油页岩，油页岩工业一直没有停止。20世纪90年代，由于石油资源不断减少，油页岩来新的春天，油页岩工业进入快速发展时期。进入21世纪以后，我国对能源的需求越来越大，国家开始高度重视油页岩的勘探开发工作，由国土资源部带头对我国油页岩资源情况进行了调查研究。
2003年10月至2007年6月，国土资源部、国家发展和改革委员会、财政部联合组织开展了新一轮全国油气资源评价工作。对全国80个油页岩含矿区进行了评价。成果表明我国油页岩资源潜力可观，有望成为石油的重要补充。油页岩折合成页岩油地质资源量476×108t、可提炼页岩油120×108t。
中国页岩油产量逐年增加，2012 年页岩油产量约 70 万吨，2013 年 75 万吨，2014 年达到 80 万吨（约 1.54 万桶/天），产油量居世界第一位[8]。预计2030年页岩油产量达到2000×108t[4]。
中国在2015年有11座页岩油厂，共生产页岩油约83×104t，其中以抚顺矿业集团的页岩油年产量最高达40 ×104t[9]。2015年，吉林大学进行了多项油页岩地下干馏的研究，研究了亚临界状态的水萃取油页岩过程中渗透性能的变化，并建立了相应的模拟模型，采用THM联合数据模型进行程序计算[22]；山东科技大学对中国东部地区黄县的早第三纪的煤和油页岩进行了研究；东北电力大学研究了如何回收油页岩污泥中的油，考察了用溶剂抽提和表面活性剂洗涤两种方法[23]；东北电力大学与神华电力公司合作，利用热天平研究了桦甸油页岩和玉米秆混合燃烧的反应机理[24]等。
油页岩作为能源体系中的一股新生替代力量，正处于技术快速发展和产业化成长阶段，发展油页岩矿产的开发与利用，以补充能源资源的不足，不仅有良好的经济效益，而且具有重大战略意义。
本区解放以后进行过1:10万的地质、水文地质填图工作。20世纪60年代苏联专家在该区对油页岩进行踏勘工作，估计油页岩平均厚度27m。
1959年2月陕西省石油工业局勘测院渭北队提交了“铜川北部油页岩普查初勘报告”。对铜川地区油页岩有了初步认识。
2006年，中国石油勘探开发研究院西北分院对包括铜川、彬县含矿区在内的西北地区油页岩进行了资源调查和评价。
2006年8月20日~2006年12月20日，陕西省煤田地质局一九四队在铜川市印台区金锁镇何家坊村北部进行了铜川市何家坊油页岩研究地质工作，共施工4个钻孔，钻探进尺816.43米，1：5万地质填图面积10平方公里，槽探6个，测井4个钻孔，完成常规测井804.90实测米，声波测井630.55实测米，采取各类样品39个；共获得资源量为4236万吨，编制了《铜川市何家坊油页岩研究地质资料》。
2009年 3月，陕西省煤田地质局一九四队编制了《铜川市宜君县棋盘镇马庄油页岩资源储量核实报告》，并经陕西省国土资源规划与评审中心审查通过。陕国土资储备［2009］163号备案证明，获得保有资源储量为22756万吨，其中控制的内蕴经济资源量（332）1205万吨，推断的内蕴经济资源量（333）14342万吨，预测的资源量（334？）7209万吨。
2010年10月20日至2011年1月20日，陕西省煤田地质局一九四队在马庄油页岩矿区进行了油页岩详查工作，共施工10个钻孔，钻探进尺1063.22m，完成1：10000地质填图面积9.86km2；地球物理测井常规测井1043.75实测米，声波测井936.45米；工程测量共布施测钻孔10个，采取各类样品77个（组）；共获得资源量为25844万吨，编制了《陕西省铜川市宜君县棋盘镇马庄油页岩研究区详查地质资料》。2012年6月10日至2012年9月13日，陕西省煤田地质局一九四队在马庄油页岩矿区进行了勘探工作，共施工8个钻孔，钻探进尺631.65m；地球物理测井常规测井591.65实测米，声波测井4个钻孔200.29米；工程测量共布施测钻孔8个；采取各类样品54个（组）。共获得资源量为20238万吨。编制了《陕西省铜川市宜君县棋盘镇马庄油页岩勘探地质报告》。2014年3月20日至2014年7月21日陕西省煤田地质局一九四队在马庄油页岩矿区进行了首采区补充勘探工作，共施工15个钻孔，钻探进尺1000.82m；地球物理测井常规测井965.70实测米，声波测井964.05m；工程测量共施测钻孔15个；采取油页岩、岩石力学样品144个（组）。编制了《陕西省铜川市宜君县棋盘镇马庄油页岩补充勘探地质报告》，该报告通过陕西欧赛利新能源开发有限公司组织专家评审，采矿证内共获得油页岩资源量21352万吨。马庄油页岩厚度 0~32.35m，平均厚度14.35m，1号油页岩的含油率变化在3.4~6.1%之间，平均含油率5.07%。马庄油页岩的研究工作为马泉油页岩研究提供了工作基础。
2009年～2014年陕西省地质矿产研究开发局区域地质矿产研究院承担实施了“陕西省彬县-旬邑地区三叠系延长组（T3y21）油页岩资源调查”项目，该项目自2009年至2014经两次延续，共提交预测的油页岩资源量153.43亿吨，折合页岩油9.18亿吨。调查区范围在马庄油页岩矿的西部。
2009年10月27日陕西省国土资源厅以陕地勘金字[2009]26号文下达了“陕西省铜川-黄陵地区三叠纪油页岩远景调查”项目任务书，该项目是陕西省地质研究基金（周转金）矿产研究项目，项目承担单位与研究单位为陕西省地矿局地质调查院（原陕西省地质调查院），调查区面积2733平方千米，全区共获油页岩资源量（332+333+334?）155.54亿吨，折合页岩油资源量8.802亿吨，调查区范围包括马泉油页岩研究区。
研究区外以往油页岩研究工作为本次研究工作提供了地质工作基础。
1.4.1 研究内容：
（1）结合钻探资料，确定该区的油页岩测井地球物理特征；
（2）对区域内测井资料进行处理解释，划分油页岩深度、厚度和结构；
（3）对该区油页岩的对应测井曲线特征进行分析研究；
（4）分析研究区油页岩特征；
（5）明确该区油页岩的空间分布规律，计算储量；
1.4.2采取的技术路线：
本文根据地质、钻探、测井等资料，对该区油页岩进行定性定量分析，划分其深度、厚度和结构，了解油页岩的空间展布特征、沉积环境、含油率并计算储量。 首先收集各种基础资料（岩性资料、区域特征、钻探资料、化验资料、测井资料等），并对资料进行分析整理；应用专业软件Logdrow对各测井资料进行处理解释，确定适用于该区的解释模型、解释方法，确定油页岩的测井识别标志；对分析处理后的资料进行对比，分析，作出相应图件，提取有用信息，了解该区构造信息、地层及油页岩分布；借助测井评价烃源岩的方法来评价油页岩，计算含油率；应用测井曲线幅度及其形态特征进行沉积微相划分。
技术路线如下图所示：
图1-1 技术路线流程图
a.收集研究区28口井的地质资料、测井资料及化验分析资料。
b. 通过观察野外露头及岩心资料，了解油页岩物理特征。
c.对收集的测井资料进行处理解释。认识研究区油页岩测井参数反应，及对应物性特征。将各井测井岩性剖面及曲线首尾相接进行对比，了解油页岩测井分布特征。
d.对研究区油页岩化验测试资料进行分析，了解油页岩化学工艺等特征。
e.计算研究区油页岩资源量。
f.文字报告一份，约3万字。
g.多媒体报告一份。
