Родовища сланцевих родовищ Сполучених Штатів | Карта, геологія та ресурси

Зміст

• Формування зеленої річки:
• -Геологія
• -Історичні розробки
• -Ресурси нафтопродуктів
• -Інші мінеральні ресурси
• Східнодевонське-Міссісіпійська нафтові сланці:
• -Депозиційне середовище
• -Ресурси

Американські сланці: Карта районів, зафіксованих Формою Зеленої Річки в Колорадо, штаті Юта та Вайомінг, США (після Діні, 2005 р.), Та основних районів поверхнево оброблюваних девонських сланцевих сланців на сході США (після Меттьюса та інших 1980 р.). Натисніть, щоб збільшити карту.

У США існують численні родовища сланцевих сланців, починаючи від докембрійського та третинного віку. Два найважливіші родовища є в еоценовій зеленій річці у Колорадо, Вайомінгу та Юті, а також у девоно-Міссісіпських чорних сланцях на сході США. Сланці нафти, пов'язані з родовищами вугілля епохи Пенсільванії, є також на сході США. Інші родовища, як відомо, знаходяться в Неваді, Монтані, Алясці, Канзасі та інших місцях, але вони або занадто малі, занадто низькі, або ще недостатньо вивчені (Рассел, 1990, с. 82-157), щоб бути розглядаються як ресурси для цілей цього звіту. Через їх розмір та ступінь більшість досліджень було зосереджено на річці Зелена та Девоно-Міссісіпі.

Формування зеленої річки:

-Геологія

Лакустринні відкладення утворення зеленої річки були осаджені у двох великих озерах, які займали 65 000 км2 у кількох осадово-структурних басейнах у Колорадо, Вайоміні та Юті протягом раннього до середньоеоценського часу. Підняття гори Уінта та її розширення на схід, антиксиліна осьового басейну відокремлюють ці басейни. Система озера Грін-Рівер існувала більше 10 мільйонів років за часів теплого помірного та субтропічного клімату. Протягом частини своєї історії басейни озера були закриті, а води стали сильно засоленими.

Коливання кількості припливних потокових вод спричиняли великі розширення та стиснення озер, про що свідчить широке взаємозв’язування мерзких лактурних прошарків із руслами наземних пісковиків та алевролітів. У посушливі часи озера стискалися, а води ставали все більш солоними та лужними. Вміст вмісту розчинних карбонатів натрію та хлориду в озері, тоді як менш розчинні двовалентні карбонати Са + Mg + Fe осаджувались багатими органічними відкладами. У найсухіші періоди води озера досягали засолення, достатніх для осадження руслах наколіту, галіту та трони. Водні пори осаду були достатньо сольовими для осадження дисемінованих кристалів наколіту, короткого і доусоніту разом з низкою інших автентичних карбонатних і силікатних мінералів (Milton, 1977).

Примітним аспектом мінералогії є повна відсутність аутогенних сульфатних мінералів. Хоча сульфат був, ймовірно, головним аніоном у потокових водах, що надходять до озер, іон сульфату, ймовірно, повністю споживався сульфаторедукційними бактеріями в озерних та осадових водах відповідно до наступної узагальненої реакції відновлення відновлення окислення:

2CH₂O + SO₄^-2 ? 2HCO₃^-1 + Н₂S

Зауважте, що дві молі бікарбонату утворюються на кожну молю сульфату, яка зменшується. Отриманий сірководень може або реагувати з наявними Fe ++ для осадження у вигляді мінералів сульфіду заліза, або виходити з опадів у вигляді газу (Dyni, 1998). Інші основні джерела карбонату включають водорості, що секретують карбонат кальцію, гідроліз силікатних мінералів та прямий вхід потоків, що надходять.

Теплі лужні озерні води озер Еоценової Зеленої Річки забезпечували прекрасні умови для рясного росту синьо-зелених водоростей (ціанобактерій), які, як вважають, є головним попередником органічної речовини в сланцевих оліях. За часів освіжаючих вод озера розміщували різноманітні риби, промені, двостулкові тварини, черевоноги, остракоди та іншу водну фауну. Області, осередкові до озер, підтримували велику і різноманітну сукупність наземних рослин, комах, земноводних, черепах, ящірок, змій, крокодилів, птахів, численних ссавців (McKenna, 1960; MacGinitie, 1969; і Grande, 1984).

-Історичні розробки

Про появу сланців нафти в утворенні зеленої річки в Колорадо, штаті Юта та Вайомінг відомо вже багато років. На початку 1900-х років було чітко встановлено, що родовища Зеленої ріки є основним ресурсом сланцевої нафти (Woodruff and Day, 1914; Winchester, 1916; Gavin, 1924). У цей ранній період було досліджено зелену річку та інші родовища, включаючи сланці нафти морського утворення фосфорії пермського віку в штаті Монтана (Боуен, 1917; Кондіт, 1919) та сланці нафти в руслах третинного озера поблизу Елко, штат Невада (Вінчестер, 1923).

У 1967 році Міністерство внутрішніх справ США розпочало розгорнуту програму розслідування комерціалізації нафтових сланцевих родовищ Грін-Рівер. Різке зростання цін на нафту внаслідок ембарго на нафту ОПЕК 1973-74 рр. Викликало ще одне пожвавлення діяльності на сланцевих сланцях протягом 1970-х та на початку 1980-х років. У 1974 р. Декілька земельних ділянок публічних сланцевих сланців у Колорадо, штаті Юта та Вайомінг були виставлені на конкурсні торги в рамках програми Федерального Прототипу оренди сланцевих сланців. Два урочища були передані в оренду в Колорадо (C-a і C-b) і два в Юті (U-a і U-b) нафтовим компаніям.

Великі підземні гірничі споруди, включаючи вертикальні шахти, приміщення для стовбурів і стовпів, та модифіковані ретро-місця, були побудовані на урочищах С-а та С-б, але мало сланцевої нафти майже не було видобуто. За цей час компанія Unocal Oil займалась розробкою нафтогазових споруд на території приватної власності на південній стороні басейну Крик-Пікенс. У складі споруди були шахта для стовбурів і стовпів із поверхневим входом, ретортом 10 000 барелів на добу (1460 тонн на добу) та модернізація заводу. У кількох милях на північ від нерухомості Unocal корпорація Exxon відкрила шахту з кімнатами та стовпами з поверхневим входом, перевезенням доріг, сміттєзвалищем, водосховищем та дамбою.

У 1977-78 рр. Міністерство шахт США відкрило експериментальну шахту, яка включала вал глибиною 723 м з декількома входами в кімнатах і стовпах у північній частині басейну Крик-Пірс, щоб провести дослідження глибших покладів сланцевих сланців, які змішуються з нахолітом і доусонітом. Сайт був закритий наприкінці 1980-х.

Три енергетичні компанії витратили близько 20 мільйонів доларів на урочища U-a / U-b в штаті Юта, щоб пропустити вертикальний вал глибиною 313 м і похилим шляхом перевезення до висококласної зони сланцевих сланців і відкрити кілька невеликих записів. Інші споруди включали будівництво мінних служб, очисні споруди та очисні споруди та водозатримуючу греблю.

Проект Seep Ridge розташований на південь від урочищ U-a / U-b, що фінансується Geokinetics, Inc. та Міністерством енергетики США, виробляючи сланцеву олію неглибоким методом реторингу in situ. Видобуто кілька тисяч барелів сланцевої нафти.

Олійно-сланцевий комбінат Unocal був останнім великим проектом з видобутку сланцевої нафти з утворення зеленої річки. Будівництво заводу розпочалося в 1980 році, а капітальні інвестиції на будівництво шахти, реторту, модернізацію заводу та інших об'єктів склали 650 мільйонів доларів. Компанія Unocal видобула 657 000 тонн сланцевої нафти (близько 4,4 мільйона мільярдів), які були відправлені в Чикаго для переробки в паливо для транспортування та інші продукти за програмою, яка частково субсидується урядом США. Середній темп видобутку за останні місяці експлуатації становив близько 875 тонн (близько 5900 барелів) сланцевої нафти на добу; заклад був закритий у 1991 році.

В останні кілька років компанія Shell Oil Company розпочала експериментальний польовий проект з видобутку сланцевої нафти за допомогою фірмової техніки in situ. Деякі подробиці щодо проекту були оприлюднені публічно, і результати на сьогодні (2006 р.), Начебто, сприяють продовженню досліджень.

-Ресурси нафтопродуктів

У міру того, як родовища сланцевих родовищ Грін-Рівер у Колорадо стали більш відомими, оцінки ресурсу зросли з приблизно 20 мільярдів барелів в 1916 році, до 900 мільярдів барелів в 1961 році і до 1,0 трильйона барелів (~ 147 мільярдів тонн) в 1989 році (Вінчестер, 1916, стор. 140; Доннелл, 1961; Пітман та ін, 1989). Літологічний розділ та короткий підсумок ресурсів за нафтовими сланцевими зонами в басейні затоки Піцанс-Крик показані на рисунку 17.

Нефтяні сланцеві ресурси в річці Юта та Вайомінг не так відомі, як ресурси в Колорадо. Trudell та інші (1983, стор. 57) обчислили виміряні та розрахункові ресурси сланцевої нафти на площі близько 5200 км² у східному басейні Уінта, штат Юта, має 214 млрд барелів (31 млрд. т.), з яких близько третини знаходиться в багатій сланцевій зоні сланців Махагоні. Кульбертсон та інші (1980, стор. 17) оцінили запаси сланцевих сланців в утворенні зеленої річки в басейні річки Зелена на південному заході Вайомінгу в 244 млрд барелів (~ 35 млрд т) сланцевої нафти.

Додаткові ресурси є також у басейні Вашакіе на схід від басейну річки Зелений на південному заході Вайомінгу. Trudell та інші (1973) повідомили, що кілька членів Зеленої річкової формації на Кінмі Римі на західній стороні басейну Васакі містять послідовності низьких до помірних ступенів сланцевих сланців у трьох ямах. Дві послідовності сланцевих сланців у Лані-члена, товщиною 11 і 42 м, в середньому 63 л / т і являють собою 8,7 млн. Тонн сланцевої сланцевої олії на квадратний кілометр. Про загальну оцінку ресурсу в басейні Вашакіе не було повідомлено про відсутність надповерхових даних.

-Інші мінеральні ресурси

На додаток до викопної енергії, у сланцевих відкладах Грін-Рівер в Колорадо містяться цінні ресурси мінералів карбонату натрію, включаючи наколліт (NaHCO₃) і доусоніт. Обидва корисні копалини змішуються з високоякісними сланцями нафти у глибокій північній частині басейну. Діні (1974) оцінив загальний ресурс наколіту в 29 мільярдів тонн. Борода та інші (1974) оцінили майже стільки ж нахаліту та 17 мільярдів тонн доусоніту. Обидва мінерали мають цінність для кальцинованої соди (Na₂СО3) і доусоніт також має потенційну цінність для глинозему (Al₂O3) зміст. Останній мінерал, швидше за все, буде відновлюватися як побічний продукт операції з видобутку сланців. Одна компанія займається видобутком нафтоліту для виготовлення натрію гідрокарбонату натрію в північній частині басейну Крик-Пірс на глибині близько 600 м (День, 1998). Інша компанія припинила видобуток розчину наколіту в 2004 році, але зараз переробляє кальциновану соду, отриману з родовищ троні Вайомінг, для виробництва гідрокарбонату натрію.

Пік Уїлкінса, що займається утворенням річки Зелена річка в басейні річки Зелена на південному заході Вайомінгу, містить не тільки сланцеві олії, але і найбільший у світі відомий ресурс природного карбонату натрію як трона (Na₂СО₃.NaHCO₃.2H₂О).Ресурс трона оцінюється в понад 115 мільярдів тонн на 22 ліжка, товщиною від 1,2 до 9,8 м (Wiig та ін, 1995). У 1997 році видобуток трони з п'яти шахт становив 16,5 млн. Тонн (Harris, 1997). Трона очищається в кальциновану соду (Na₂СО₃) використовується у виробництві пляшок і плоского скла, харчової соди, мила та миючих засобів, хімікатів для обробки відходів та багатьох інших промислових хімікатів. Одну тонну кальцинованої соди отримують приблизно з двох тонн руди трона. Вайомінг-трона постачає близько 90 відсотків потреб у кальцинованому соді США; крім того, близько третини загальної кількості виробленої соди Вайомінг експортується.

У більш глибокій частині басейну Крик-Пікенс, нафтові сланці Грін-Рівер містять потенційний ресурс природного газу, але його економічне відновлення сумнівне (Cole and Daub, 1991). Природний газ також присутній у сланцевих родовищах Грін-Рівер на південному заході Вайомінгу та, ймовірно, у сланцевій нафті в штаті Юта, але в невідомих кількостях. Короткий опис сланців нафти та корисних копалин утворення зеленої річки в Колорадо, Вайоміні та Юті наведено в таблиці 8.

Східнодевонське-Міссісіпійська нафтові сланці:

-Депозиційне середовище

Чорні багаті органічними морськими сланцями та пов'язані з ними відкладення пізньодевонського та раннього Міссісіпського віку становлять близько 725 000 км² на сході США. Ці сланці багато років використовувались як ресурс природного газу, але також розглядалися як потенційний низькосортний ресурс сланцевої нафти та урану (Roen and Kepferle, 1993; Conant and Swanson, 1961).

Протягом багатьох років геологи застосовували багато місцевих назв до цих сланців та пов’язаних з ними порід, включаючи Чаттанугу, Нью-Олбані, Огайо, Санбері, Антрім та інші. Геологічна служба США (Roen and Kepferle, 1993) опублікувала групу статей з деталізацією стратиграфії, структури та газового потенціалу цих порід на сході США.

Чорні сланці були відкладені під час пізнього девону та раннього Міссісіпі у велике епіричне море, яке охоплювало більшу частину середнього та східного штату США на схід від річки Міссісіпі. Територія включала широку, неглибоку внутрішню платформу на заході, яка направляється на схід до басейну Аппалачі. Глибина до основи девоно-міссісіпських чорних сланців коливається від поверхневих експозицій на внутрішній платформі до понад 2700 м вздовж осі осадження басейну Аппалачі (de Witt та ін., 1993, пл. 1).

Пізньодевонське море було відносно мілководним з мінімальним струмом і хвильовою дією, як і середовище, в якому Сланцева колона Швеції осідала в Європі. Значна частина органічної речовини в чорних сланцях є аморфним бітумінітом, хоча декілька структурованих викопних організмів, таких як Тасманіти, ботріокок, фоерстія, та інших визнано. Кондонти і лінгвоїдні брахіоподи помірковано розподіляються через деякі грядки. Хоча велика частина органічної речовини є аморфною та невизначеним походженням, як правило, вважається, що значна частина її походить із планктонових водоростей.

У віддалених районах девону море органічна речовина накопичується дуже повільно разом із дуже дрібнозернистими глинистими опадами у погано киснених водах, що не містять організмів. Конант і Свонсон (1961, стор. 54) підрахували, що 30 см верхньої частини Шаттануга-сланця, осіданої на внутрішній платформі в штаті Теннессі, може представляти цілих 150 000 років осадження.

Чорні сланці потовщуються на схід в Аппалачій басейн, завдяки збільшенню кількості кластичних відкладів, які були пролиті в девонське море з Аппалачського нагір'я, що лежить на схід від басейну. Пірити та марказити - це багаті автентичні мінерали, але карбонатні мінерали - лише незначна частка мінеральної речовини.

-Ресурси

Ресурс сланцевих сланців знаходиться в тій частині внутрішньої платформи, де чорні сланці є найбагатшими та найближчими до поверхні. Незважаючи на те, що давно відомо, що видобувають нафту при реторгінгу, органічна речовина в дековно-міссіпійських чорних сланцях дає лише приблизно вдвічі менше, ніж органічна речовина сланцю в річці Грін-Рівер, що, як вважають, пояснюється відмінностями у типі органічної речовини (або тип органічного вуглецю) у кожному з сланцевих масел. Девоно-Міссісіпська нафтові сланці мають більш високе співвідношення ароматичного та аліфатичного органічного вуглецю, ніж сланці зеленої ріки, і це показано матеріальним балансом, який Фішер аналізує, щоб отримати набагато менше сланцевої олії та більший відсоток залишків вуглецю (Miknis, 1990).

Гідрореторинг сланців Девоно-Міссісіпія може збільшити вихід нафти більш ніж на 200 відсотків від значення, визначеного аналізом Фішера. Навпаки, конверсія органічної речовини в олію гідрореторуванням набагато менша для сланців нафти в річці Грін-Рівер, приблизно від 130 до 140 відсотків значення аналізу Фішера. Інші сланцеві морські олії також сприятливо реагують на гідрореагування, при цьому врожайність сягає або більше 300 відсотків аналізу Фішера (Dyni та ін, 1990).

Меттьюс та ін. (1980) оцінювали девоно-міссісіпські масляні сланці в районах Внутрішньої платформи, де сланці достатньо багаті органікою і достатньо близько до поверхні, щоб можна було видобувати відкриту яму. Результати досліджень в Алабамі, Іллінойсі, Індіані, Кентуккі, Огайо, Мічигані, східному Міссурі, Теннессі та Західній Вірджинії показали, що 98 відсотків надземних корисних копалин знаходяться в Кентуккі, Огайо, Індіані та Теннесі (Matthews, 1983) .

Критеріями оцінки ресурсу Девоно-Міссісіпі з нафтових сланців, який використовували Метьюс та інші (1980), були:

1. Вміст органічного вуглецю: = 10 вагових відсотків
2. Перекриття: = 200 м
3. Коефіцієнт зачистки: = 2,5: 1
4. Товщина сланцевого ложа: = 3 м
5. Видобуток ями та гідрореактор

Виходячи з цих критеріїв, загальний обсяг запасів нафтових сланцевих районів у Девоні та Міссісіпі склав 423 млрд барелів (61 млрд т).