Abstract

Oil shale, a unique organic energetic natural rock, is another important energy source after coal, oil and natural gas. Oil shale is a kind of sapropelic sedimentary rock with high ash content and low metamorphism, which is mainly formed from the remains of algae and some lower organisms through sapropelification and coalification. The ash content of this rock is more than 40%, the oil content is more than 3.5%, and the hybrid compounds in it can be extracted by heating. The characteristics of oil shale are varied, and the change of color and oil content is the most obvious. Generally speaking, the higher the oil content, the darker the color. The formation environment of oil shale requires still water lakes, lagoons, bays, and even normal Marine environments, and the quality of the oil shale formed varies according to the microorganisms and algae that each environment provides.

China's oil shale is widely distributed in the vast areas from north to Heilongjiang to south to Guangzhou Bay, almost every province. Like oil, coal and natural gas, oil shale is a non-renewable fossil energy source and is seen as an important energy source for China's future because of its energy abundance.

In the future, China will further utilize oil shale resources, which will provide more possibilities for meeting China's oil demand and reducing its dependence on imported oil. China has found abundant oil shale in Xinjiang, Jilin, Shaanxi, Guangdong, Liaoning, Gansu, Shandong and other places, but the development and utilization still face many challenges, due to the limitation of water resources and the negative impact on the environment, we need to continue to carry out technology research and development and personnel training to improve mining efficiency and reduce development costs. In view of the environmental problems in the development process, we also need more stringent norms to protect the ecological environment and prevent greater damage to the environment.

Due to the abundant and feasible oil shale resources, and will be supported by more policies, technologies and markets, we have reason to believe that this field will occupy an important position in the development of China's energy industry. Therefore, although China's oil shale development still faces some challenges, but the broad prospects brought by it should be full of expectations.

Key words: oil shale, oil content, non-renewable resources, exploitation of energy, development and utilization, ecological environment

摘要

油页岩，一种独特的有机含能天然岩石，是继煤炭、石油、天然气之后的又一种重要能源。油页岩主要由藻类及一部分低等生物的遗体经腐泥化作用和煤化作用而生成的一类高灰分、低变质的腐泥质沉积岩。这种岩石的灰分超过40%，含油率超过3.5%，并且通过加热可以提取其中的杂合物。油页岩的特征多样，以颜色和含油率的变化最为明显。通常来说，含油率越高，颜色越暗。油页岩的形成环境需要静水的湖泊、潟湖、海湾，甚至正常的海洋环境，各个环境提供生存的微生物和藻类不同，形成的油页岩质量也有所不同。

我国的油页岩广泛分布于北至黑龙江南至广州湾的广大领域，几乎每个省都有。和石油、煤炭、天然气一样，油页岩是一种不可再生的化石能源，因其能源丰富度，被视为中国未来的重要能源。

未来中国会进一步利用油页岩资源，为满足中国石油需求、降低对进口石油的依赖提供更多可能。中国已在新疆、吉林、陕西、广东、辽宁、甘肃、山东等地发现了丰富的油页岩，但开发利用仍面临诸多挑战，由于水资源的限制和对环境产生的负面影响，我们需要不断进行技术研发和人才培养来提高开采效率，降低开发成本。针对开发过程中的环境问题，我们还需要更严格的规范去保护生态环境，杜绝对环境造成更大的损害。

源于油页岩资源的丰富和可行，且将受到更多政策、技术和市场的多重支持，我们有理由相信，该领域将在中国能源产业发展中占据重要地位。所以，尽管我国油页岩开发仍面临一些挑战，但对其带来的广阔前景应充满期待。

关键词：油页岩、含油率、不可再生资源、开采能源、开发利用、生态环境

油页岩定义

油页岩是指主要由藻类及一部分低等生物的遗体经腐泥化作用和煤化作用而形成的一种高灰分的、低变质的腐泥质沉积岩，也被称为“油母页岩”。与煤的主要区别在于其灰分超过40%，与碳质页岩的区别则在于含油率大于3.5%。油页岩中含有一定的沥青物质，通过加热可从中提取原油，属于非常规油气资源，与石油、天然气、煤一样都是不可再生的化石能源[1]。

油页岩特征

油页岩是一种高灰分可燃的有机岩石，由多种无机矿物和有机质组成，外观类同泥质页岩，一般含油率为4%～20%，最高可达30%，发热量为418～16.65×106 J/kg。油页岩的有机成分有碳、氢、氧、氮、硫等。与煤不同的是它的碳氢比，含油率高，氮、硫含量也较高。油页岩的无机成分一般为粘土和粉砂，有时也出现碳酸盐矿物和黄铁矿等[2]。

油页岩颜色多样，有暗褐、黄褐、褐黑、灰黑、深绿、黑色等。一般是含油率越高，其颜色越暗淡。条痕有褐至黑色不等。相对密度为1.4~2.3，比一般的页岩轻，干燥的油页岩相对密度更小。油页岩大都坚韧不易破碎，常具有弹性；含油率高者，用小刀刮起的薄片可发生卷曲。含油率4%~20%不等，高的可达30%。具有可燃性，含油率高的用火柴即可点燃。

油页岩发育页状层理甚至呈极薄的纸状层理；有时外表看起来也呈块状，但一经风化，其页理就呈现出来了。

油页岩的战略意义

油页岩不仅可以用于炼油，还可作为燃料用来发电、取暖和运输，同时也能生产建筑材料和化肥等。世界油页岩资源主要分布于美国、俄罗斯、中国、爱沙尼亚等国家。为了提高油气产量，许多国家都在积极尝试对油页岩的开发利用。中国科学院院士李廷栋认为，油页岩作为常规油气的重要接替或补充资源，在全球资源战略中的地位日益彰显，开发油页岩有利于满足我国石油需求、降低对进口石油的依存度。因其资源丰富和开发利用的可行性，被列为21世纪非常重要的接替能源[3]。

油页岩的形成环境

油页岩的生成环境与腐泥煤的生成环境近似。内陆淡水湖泊、时有海水注入的半咸水湖泊、潟湖，甚至海湾，都是形成油页岩的良好环境。正常海洋环境也可生成油页岩，如俄罗斯伏尔加地区侏罗系油页岩和我国塔里木盆地寒武系——奥陶系萨尔干组黑色油页岩均是海洋环境生成的[4]。

油页岩的形成原理

油页岩的形成是一个复杂的地质过程。它主要由藻类、微生物等低等生物的残骸在长期地质作用下形成。这些生物残骸在静水水底，由于氧气不足，受到微生物（细菌）的作用，逐渐变成腐泥胶。随着时间的推移，腐泥胶层逐渐增厚，并在厌氧细菌的作用下，逐渐转化为腐泥。随着沉积厚度的增加，腐泥的稠度也逐渐增大，最终形成膏状的腐泥[5]。

在这个过程中，水流将大量的泥土等无机物质带入静水中，与有机物质混合并沉积。随着水质条件的变化，一些溶解在水流中的无机盐类也会沉淀出来，并与死亡的有机体混合。

在腐泥的形成过程中，有机物的不断腐烂与细菌的作用密切相关。这导致腐泥中的有机物含量不断下降，而无机物含量则逐渐增加。

由此，我们可以得出油页岩的几个形成阶段：

1. 藻类等低等生物的生长与死亡：在特定的水域环境中，藻类等低等生物大量生长，并随着时间的推移逐渐死亡。
2. 微生物作用下的腐泥胶形成：死亡的生物残骸在静水水底，由于氧气不足，受到微生物（细菌）的作用，逐渐变成腐泥胶。
3. 腐泥胶的沉积与转化：随着时间的推移，腐泥胶层逐渐增厚，并在厌氧细菌的作用下，逐渐转化为腐泥。
4. 无机物的沉积与混合：水流将大量的泥土等无机物质带入静水中，与有机物质混合并沉积。
5. 有机物与无机物的转化：随着水质条件的变化，一些溶解在水流中的无机盐类也会沉淀出来，并与死亡的有机体混合。同时，有机物在微生物的作用下不断腐烂，导致腐泥中的有机物含量不断下降，而无机物含量则增加。

油页岩在我国的分布

我国油页岩分布很广，北自黑龙江，南至广州湾，几乎各省都有。含油率在5%以上者，有山西的浑源，吉林的桦甸，湖南的邵阳，四川的屏山，广东的茂名，陕西的延安、横山、子长一带，辽宁的抚顺等地。

油页岩作为油母质的一种，是由藻类及部分低等生物的遗体在厌氧细菌的活动下，经过腐泥化及煤化作用形成的一种灰分高的可燃有机岩。含油率大于3.5%的油页岩即可用于开发提取页岩油。中国第十三个五年规划纲要中未来五年中国计划实施的100个重大工程及项目中，明确指出要推动致密油、油砂、深海石油勘探开发和油页岩综合开发利用。2006年，我国完成首次全国油页岩资源评价。结果显示我国油页岩资源为7199亿吨，页岩油查明资源为476亿吨，居世界第二位[6]。我国油页岩资源十分丰富，目前，已在新疆、吉林、陕西、广东、辽宁、甘肃、山东等多地发现油页岩资源[7]。

我国的油页岩开发概述

随着油气资源的短缺，油页岩成为一种重要的替代能源[8]。通过干馏、蒸馏、燃烧等方式，油页岩可以产生可观的工业价值[9]。新疆准噶尔盆地是我国重要的油气产区，其东缘巴里坤县大长沟盆地在前期勘探中已发现丰富的油页岩资源，已探明两个油页岩富集区[10]。

以新疆巴里坤县大长沟盆地东部油页岩为例：

油页岩的含油率是评价油页岩工业品质的重要指标[11]。通过对26口钻孔取芯中的油页岩进行含油率实验分析，研究区油页岩含油率在5%~16.4%之间，平均7.43%。其中Y1油页岩层平均含油率8.54%，相对最高，其次为Y3油层组，平均含油率8.12%。根据我国油页岩分类标准，含油率5%<ω<10%为中品质油页岩，开发潜力较大[12]。

表1 研究区八道湾组油页岩含油率统计表

根据以上结果，Y3油页岩层焦油产率最高，平均达8.51%，同时灰分较低，固定碳相对较高，半焦相对较低，为油页岩工业品位最高的岩层。其次为Y1油页岩层，焦油产率达8.02%，且灰分含量最低，固定碳含量最高，水分与半焦相对较低。Y2油页岩层工业品质相对较差[13]。

除炼油与燃烧外，油页岩利用后剩余的灰渣同样可以用作工业用途。油页岩中二氧化硅的含量一般大于50%，研究区的油页岩中SiO2含量较高，达64.69%，Al2O3的含量达到12.3%，Fe2O3的含量达到9.1%。干馏后的灰渣可作水泥原料、烧制陶粒、陶瓷纤维等轻质骨料和保温材料[14]。

我国油页岩开发中存在的问题

目前，油页岩的开发利用技术尚未完全成熟，开采和提炼的效率相对较低，导致开发成本较高。此外，由于油页岩的开采和利用需要大量的水资源，而一些地区的水资源匮乏或质量不达标，这也增加了开发成本。

油页岩开发利用过程中会对生态环境造成不良影响。首先，开采过程中可能会破坏土地的生态环境，导致土地贫瘠化或生态平衡被破坏。其次，开采过程中使用的水通常会被注入地下，这可能会导致地下水污染。此外，开采过程中使用的化学品和杀菌剂也可能会污染地下水[15]。

另外，油页岩的燃烧会产生大量的二氧化碳和其他有害气体，对空气质量造成影响。这些气体会导致温室效应加剧，进而引发全球气候变化等问题。

解决途径

针对技术问题，可以通过引进先进技术、加强技术研发和人才培养，提高油页岩开采和提炼的技术水平。这可以降低开采和提炼过程中的能耗和资源消耗，提高生产效率，从而降低开发成本。也可以对生产流程进行优化，减少不必要的环节和浪费，提高生产效率。这可以通过改进设备、提高自动化程度、加强生产管理等措施实现[16]。同时，改进开采方法、提高资源回收率、加强资源管理等措施也尤为重要。

而对于开发过程中产生的环境问题，则需要施工单位继续强化环保管理，利用现有装置和技术，进一步提高环保水平。层层落实环保责任制，加强指标考核，加强环保奖惩开好生产、预处理、污水处理装置把考核环保指标和企业升级结合起来，把环保指标变成升级的硬指标抓好重点户的污染防治工作，对外排污水合格率低的企业要限期整改。从理论上讲，环境污染实质上也是资源的浪费。从这个意义上说，节约资源和保护环境便是同一个问题的两个方面。油页岩开发利用则更深刻地体现到这一点[17]。

对于我国油页岩开发利用的展望

我国油页岩开发利用的发展前景广阔，随着能源结构的调整和环保意识的提高，油页岩作为一种清洁、可再生的能源资源将受到更多关注。同时，我国政府对油页岩开发利用给予了大力支持，未来将有更多政策支持和保障。随着技术进步和市场需求的驱动，油页岩的开发利用将更加高效、经济，为我国能源产业的发展注入新的活力[18]。

未来，我国将继续加大在油页岩开采、提炼和利用方面的技术研发力度，提高技术水平和生产效率，降低开发成本，推动油页岩产业的快速发展。同时，政府将继续出台相关政策，鼓励和支持油页岩的开发利用，为企业提供良好的政策环境[19]。此外，随着全球能源市场的不断扩大和能源需求的不断增加，油页岩作为一种潜在的替代能源资源，其市场需求也在不断增加。未来，我国油页岩开发利用将得到更多的市场机会和空间，为我国能源产业的发展注入新的活力[20]。

综上所述，我国油页岩开发利用的发展前景与展望非常广阔，未来将受到更多政策、技术、市场等方面的推动和支持，为我国能源产业的发展注入新的活力。