סלעים

פיקדונות פצלי שמן של ארצות הברית



הדפסה מחודשת של: דו"ח חקירות מדעיות של הסקר הגיאולוגי של ארצות הברית 2005-5294 מאת ג'ון ר. דיני
פצלי השמן של ארצות הברית של אמריקה

פצלי שמן ארה"ב: מפת האזורים שעליהם הוקמה תצורת הנהר הירוק בקולורדו, יוטה ויומינג, ארצות הברית (אחרי Dyni, 2005) ואזורים עיקריים של פצלי שמן דבוניים הניתנים לצריבה במזרח ארצות הברית (אחרי מתיוס ואחרים 1980). לחץ להגדלה של המפה.

בארצות הברית קיימים מרבצים של פצלי שמן, החל מגיל הפרה-קמברי ועד לגיל השלישי. שני המרבצים החשובים ביותר נמצאים בתצורת נהר הירוק Eocene בקולורדו, ויומינג ויוטה ובצליחים השחורים הדבוניים-מיסיסיפיים במזרח ארצות הברית. פצלי שמן הקשורים למרבצי פחם בעידן פנסילבני נמצא גם במזרח ארצות הברית. ידוע כי פיקדונות אחרים נמצאים בנבדה, מונטנה, אלסקה, קנזס, ובמקומות אחרים, אך אלה הם קטנים מדי, דרגה נמוכה מדי, או שעדיין לא נבדקו מספיק (Russell, 1990, p. 82-157) כדי להיות נחשב כמשאבים לצורכי דוח זה. בגלל גודלם וציונם, מרבית החקירות התמקדו בנהר הירוק ובמפקדות דווון-מיסיסיפי.

פצלי שמן - תפריט כפרי

תצורת נהר ירוק:


-גיאולוגיה

משקעים לקוסטריים של תצורת הנהר הירוק הופקדו בשני אגמים גדולים שתפסו 65,000 קמ"ש בכמה אגן משקעים-מבניים בקולורדו, ויומינג ויוטה בתקופה מוקדמת של אמצע האוקן. מרומם הר האוינטה והארכו מזרחה, אנטיקליין אגן הצירים, מפרידים בין אגנים אלה. מערכת האגם נהר גרין התקיימה למעלה מעשרה מיליון שנים בתקופה של אקלים ממוזג עד סובטרופי. במהלך חלקים מההיסטוריה שלהם, אגני האגמים היו סגורים, והמים הפכו מלוחים מאוד.

תנודות בכמות מי הנחל הזורם גרמו להרחבות והתכווצויות גדולות של האגמים כפי שמעידים על ידי שילוב נרחב של שכבות לקוסטרין מארלי עם מיטות של אבן חול הנגזרת מאבן אדמה. בתקופות צחיחות, האגמים התכווצו, והמים הפכו יותר ויותר מלוחים ובסיסיים. תכולת מי האגם של נתרן פחמתי וכלוריד מסיסים עלתה, ואילו הפחממות Ca + Mg + Fe פחות דו-מסיסיות הוזלו עם משקעים עשירים אורגניים. בתקופות היבשות ביותר הגיעו מי האגם למליחות המספיקות כדי לזרז ערוגות של נחוליט, הליט וטרונה. מי הנקבוביות המשקעים היו מספיק מלוחים כדי לזרז גבישים מופצים של נחוליט, קורטייט ודונסוניט יחד עם שורה של מינרלים אחרים של קרבנט אטמטיבי וסיליקט (Milton, 1977).

היבט ראוי לציון של המינרלוגיה הוא המחסור המלא במינרלים סולפטיים אותנטיים. אף כי ככל הנראה סולפט היה אניון עיקרי במי הנחל הנכנסים לאגמים, אך יש להניח כי יון הגופרתי נצרך באופן מוחלט על ידי חיידקים המפחיתים גופרתיים באגם ובמים המשקעים על פי התגובה הבאה להפחתת החמצון:

2CH2O + SO4-2 ? 2HCO3-1 + ח2ס

שימו לב כי נוצרות שתי שומות של ביקרבונט לכל שומה של גופרתי המופחתת. המימן הגופרי הגופני שנוצר יכול היה להגיב עם Fe ++ זמין כדי לזרז כמינרלים גופרתיים מברזל או לברוח מהמשקעים כגז (Dyni, 1998). מקורות עיקריים אחרים לקרבונט כוללים אצות המפרישות סידן פחמתי, הידרוליזה של מינרלי סיליקט ותשורה ישירה מזרמים זורמים.

מי האגם האלקלים החמימים של אגמי הנהר הירוק האאוקני סיפקו תנאים מצוינים לגידול שופע של אצות כחולות-ירוקות (ציאנובקטריה) שנחשבים כמבשר העיקרי של החומר האורגני בשפת פצלי השמן. בתקופות של רענון מים, האגמים אירחו מגוון של דגים, קרניים, שני זרדים, גדי חזה, אוסטרקודים, ובעלי חיים אחרים במים. אזורים היקפיים לאגמים תמכו במכלול גדול ומגוון של צמחי יבשה, חרקים, דו חיים, צבים, לטאות, נחשים, תנינים, ציפורים, וחיות רבות של יונקים (McKenna, 1960; MacGinitie, 1969; and Grande, 1984).

התפתחויות היסטוריות

התרחשות פצלי השמן בתצורת הנהר הירוק בקולורדו, יוטה וויומינג ידועה כבר שנים רבות. בראשית המאה העשרים הוברר בבירור כי מרבצי הנהר הירוק הם משאב עיקרי של שמן פצלי (Woodruff and Day, 1914; Winchester, 1916; Gavin, 1924). במהלך תקופה מוקדמת זו נחקרו הנהר הירוק ושקעים אחרים, כולל פצלי שמן של היווצרות הפוספוריה הימית של תקופת פרמיאן במונטנה (בואן, 1917; Condit, 1919) ופצלי שמן במצעי האגם השלצי ליד אלקו, נבדה (וינצ'סטר, 1923).

בשנת 1967 החלה מחלקת הפנים האמריקאית בתוכנית נרחבת לחקר המסחור של מרבצי פצלי השמן בנהר הירוק. העלייה הדרמטית במחירי הנפט כתוצאה ממברג הנפט של OPEC בשנים 1973-74 עוררה תחייה נוספת של פעילות פצלי שמן במהלך שנות השבעים ובתחילת שנות השמונים. בשנת 1974 הועמדו כמה חבילות של אדמות פצלי שמן פומביים בקולורדו, יוטה, ויומינג והציעו הצעה תחרותית במסגרת תוכנית ליסינג של פצלי שמן פצלי שמן. שני מסלולי טיולים הושכרו בקולורדו (C-a ו- C-b) ושניים ביוטה (U-a ו- U-b) לחברות נפט.

מתקני כרייה תת-קרקעיים גדולים, כולל פירים אנכיים, כניסות לחדר ועמוד, ובתמונות נקודתיות באתר הוקמו על גבי דרכי C-a ו- C-b, אך מעט שמן או פצלים לא הופק. במהלך תקופה זו, חברת נפט Unocal פיתחה את מתקני פצלי השמן שלה על אדמות בבעלות פרטית בצד הדרומי של אגן נחל פיקאנצה. המתקנים כללו מכרה בחדר ועמוד עם כניסה פני השטח, רטור 10,000 חבית ליום (1,460 טון ליום) ומתקן שדרוג. כמה קילומטרים צפונית לרכוש Unocal פתחה חברת Exxon מכרה בחדר ועמוד עם כניסה פני השטח, דרכי הובלה, אתר מזבלה וסלע ומאגר אגירת מים וסכר.

בשנים 1977-78 פתחה לשכת המכרות האמריקנית מכרה ניסיוני שכלל פיר בעומק של 723 מ 'עם מספר כניסות לחדר ועמוד בחלק הצפוני של אגן נחל פיקאנצה כדי לערוך מחקר על מרבצי פצלי השמן העמוקים יותר, אשר מעורבבים בנחוליט ודונסוניט. האתר נסגר בסוף שנות השמונים.

כ -80 מיליון דולר הוצאו על דרכי U-A / U-b ביוטה על ידי שלוש חברות אנרגיה כדי לשקוע פיר אנכי בעומק 313 מ 'ונטו את דרך ההובלה לאזור בדרגה גבוהה של פצלי שמן ולפתוח כמה כניסות קטנות. מתקנים אחרים כללו בניין לשירותי מוקשים, מתקני טיהור מים וביוב וסכר שמירת מים.

פרויקט Seep Ridge הממוקם מדרום לצינורות ה- U-A / U-b, במימון Geokinetics, Inc. ומחלקת האנרגיה האמריקאית, ייצר שמן פצלים בשיטת רטורטיזציה רדודה במקום. הופקו כמה אלפי חביות שמן פצלי.

מפעל פצלי השמן Unocal היה הפרויקט המרכזי האחרון לייצור שמן פצלי מתצורת הנהר הירוק. בניית הצמחים החלה בשנת 1980 והשקעת ההון להקמת מכרה, יישוב מחדש, שדרוג מפעל ומתקנים אחרים הייתה 650 מיליון דולר. חברת Unocal ייצרה 657,000 טון (כ -4.4 מיליון קילוסטרליות) של שמן פצלי, שנשלחו לשיקגו לצורך זיקוק לדלקים לתחבורה ומוצרים אחרים במסגרת תוכנית שסובסדה בחלקה על ידי ממשלת ארה"ב. קצב הייצור הממוצע בחודשי הפעילות האחרון היה כ 875 טון (כ -5,900 חביות) שמן פצלי ליום; המתקן נסגר בשנת 1991.

בשנים האחרונות חברת נפט מעטפת פתחה בפרויקט שדה ניסיוני לשחזור שמן פצלים בטכניקה קניינית באתר. כמה פרטים על הפרויקט הוכרזו בפומבי, והתוצאות עד כה (2006) ככל הנראה מעדיפות המשך מחקר.

משאבי נפט

עם היוודע טוב יותר משקעי פצלי השמן בנהר הירוק בקולורדו, הערכות המשאב גדלו מכ- 20 מיליארד חביות בשנת 1916, ל 900- מיליארד חביות בשנת 1961, ול 1.0 טריליון חביות (~ 147 מיליארד טון) בשנת 1989 (ווינצ'סטר, 1916, עמ '140; דונל, 1961; פיטמן ואחרים, 1989). קטע ליטולוגי וסיכום המשאבים באזורי פצלי שמן באגן פיקניק קריק מוצגים באיור 17.

משאבי פצלי השמן של נהר הירוק ביוטה ובוויומינג אינם ידועים כמו אלה בקולורדו. טרדל ואחרים (1983, עמ '57) חישבו את המשאבים המדודים והמשוערים של שמן פצלי בשטח של כ -5,200 ק"מ2 במזרח אגן ינטה, יוטה, להיות 214 מיליארד חביות (31 מיליארד טונות), כשליש מהם באזור פצלי השמן העשירים של מהגוני. קולברטסון ואחרים (1980, עמ '17) העריכו כי משאבי פצלי השמן בתצורת הנחל הירוק באגן הנהר הירוק בדרום מערב ויומינג היו 244 מיליארד חביות (35 מיליארד טונות) של שמן פצלי.

משאבים נוספים נמצאים גם באגן Washakie שממזרח לאגן הנחל הירוק בדרום מערב ויומינג. טרודל ואחרים (1973) דיווחו כי כמה מחברי תצורת הנהר הירוק בקיניי רים בצד המערבי של אגן הוושאקי מכילים רצפים של דרגות פצלי שמן נמוכים עד בינוניים בשלושה חורי ליבה. שני רצפי של פצלי שמן בחבר לייני, בעובי של 11 ו 42 מ ', 63 ל"ט בממוצע ומייצגים עד 8.7 מיליון טונות של שמן פצלי במקום באתר לקמ"ר. לא דווח על אומדן כולל של המשאב באגן Washakie מחוסר בנתונים מתחת לפני השטח.

משאבים מינרליים אחרים

בנוסף לאנרגיה מאובנת, מרבצי פצלי השמן של הנהר הירוק בקולורדו מכילים משאבים יקרי ערך של מינרלים נתרן פחמתי כולל נחוליט (NaHCO)3) ודווסונייט NaAl (OH)2שיתוף3. שני המינרלים מעורבבים עם פצלי שמן בדרגה גבוהה בחלק הצפוני העמוק של האגן. דיני (1974) העריך את משאב הנחוליט הכולל ב 29 מיליארד טון. בירד ואחרים (1974) העריכו כמעט את אותה כמות של נהוליט ו -17 מיליארד טונות של דוודוניט. לשני המינרלים ערך לאפר סודה (Na2CO 3) ולדוסוניט יש גם ערך פוטנציאלי לאלומינה שלה (Al2תוכן O3). סביר להניח כי המינרל האחרון יתאושש כתוצר לוואי של פעולת פצלי שמן. חברה אחת היא כריית נחולוליט לפתרונות לייצור נתרן ביקרבונט בחלק הצפוני של אגן קריק פיקאניצה בעומקים של כ- 600 מ '(Day, 1998). חברה אחרת הפסיקה את כריית הנחוליט בכריית בשנת 2004, אך כעת מעבדת אפר סודה המתקבל ממפקדי הטרומונה של וויומינג לייצור נתרן ביקרבונט.

חבר שיא וילקינס בתצורת הנהר הירוק באגן הנהר הירוק בדרום מערב ויומינג מכיל לא רק פצלי שמן אלא גם המשאב הידוע הגדול בעולם של נתרן פחמתי טבעי כטרונה (Na2שיתוף3.ההקו3.2 ח2O). משאב הטרונה מוערך ביותר מ- 115 מיליארד טון ב 22 מיטות שנעו בין 1.2 ל 9.8 מ 'עובי (Wiig ואחרים, 1995). בשנת 1997 ייצור טרונה מחמישה מוקשים היה 16.5 מיליון טון (האריס, 1997). טרונה מעודנת לאפר סודה (Na2שיתוף3) המשמש לייצור בקבוקים וזכוכית שטוחה, סודה לשתיה, סבון וחומרי ניקוי, כימיקלים לטיפול בפסולת וכימיקלים תעשייתיים רבים אחרים. טונה של אפר סודה מתקבלת מכשני טונות של עפרות טרונה. ווינאה טרונה מספקת כ 90 אחוז מצרכי אפר סודה אמריקאי; בנוסף, מיוצא כשליש מכלל האפרה הסודה של וויומינג המיוצרת.

בחלק העמוק יותר של אגן פליקנס קריק, פצלי השמן של הנהר הירוק מכילים משאב פוטנציאלי של גז טבעי, אך התאוששותו הכלכלית מוטלת בספק (קול ודאוב, 1991). גז טבעי קיים גם במפקדי פצלי השמן של הנהר הירוק בדרום מערב ויומינג, וככל הנראה במפצלי השמן ביוטה, אך בכמויות לא ידועות. סיכום של פצלי השמן והמשאבים המינרלים של תצורת הנהר הירוק בקולורדו, ויומינג ויוטה מובא בטבלה 8.

פצלי שמן מפלסי מזרח דבוני:


-סביבה של התפקידים

פצלים ימיים עשירים אורגניים שחורים ומשקעים נלווים בעידן דבון מאוחר ומיסיסיפי הקדום עומדים על בסיס 725,000 ק"מ2 במזרח ארצות הברית. פצלים אלה מנוצלים במשך שנים רבות כמשאב של גז טבעי, אך נחשבו גם כמשאב פוטנציאלי בדרגה נמוכה של שמן פצלים ואורניום (Roen and Kepferle, 1993; Conant and Swanson, 1961).

במהלך השנים יישמו גיאולוגים שמות מקומיים רבים על פצלים וסלעים קשורים אלה, כולל צ'טנוגה, ניו אלבני, אוהיו, סונברי, אנטרים ואחרים. קבוצה של מאמרים המפרטים את פוטנציאל הסטרטגרפיה, המבנה והגז של סלעים אלה במזרח ארצות הברית פורסמו על ידי הסקר הגיאולוגי האמריקני (Roen and Kepferle, 1993).

האצבעות השחורות הופקדו בתקופת דבון המאוחרת וימי מיסיסיפי הקדום בים אפירי גדול שכיסה חלק ניכר ממדינות ארצות הברית התיכונה והמזרחית ממזרח לנהר מיסיסיפי. האזור כלל את הרציף הפנימי הרחב, הרדוד במערב, המדרג מזרחה לאגן האפלצ'ים. העומק לבסיס הפלחות השחורות הדבוניות-מיסיסיפיות נע בין חשיפות שטח על משטח הפנים ליותר מ -2,700 מ 'לאורך ציר ההפקדה של אגן אפלאצ'י (דה ויט ואחרים, 1993, חלק 1).

הים הדבוני המאוחר היה רדוד יחסית עם מינימום פעולת זרם וגלים, בדומה לסביבה בה הופקד פצצה האלום של שבדיה באירופה. חלק גדול מהחומר האורגני בפצלי השחור הוא ביטומניט אמורפי, אם כי מעט אורגניזמים מאובנים מובנים כמו Tasmanites, Botryococcus, Foerstia, ואחרים הוכרו. קונודונטים וברכיאופים לינגולואידים מופצים במשורה בכמה מיטות. למרות שחלק גדול מהחומר האורגני הוא אמורפי ומקור לא וודאי, בדרך כלל מאמינים שחלק גדול ממנו נגזר מאצות פלנקטוניות.

בחלקים המרוחקים של הים הדבוני, החומר האורגני הצטבר לאט מאוד יחד עם משקעי חרסית דקים במיוחד במים חמוצים גרועים, נקיים מאורגניזמים מתפרקים. קוננט וסוונסון (1961, עמ '54) העריכו כי 30 ס"מ מהחלק העליון של פצלי צ'טנוגה שהופקדו במשטח הפנים בטנסי יכולים לייצג עד 150,000 שנות שקיעה.

הצלחים השחורים מתעבים מזרחה אל אגן האפלצ'ים כתוצאה מכמויות גדלות והולכות של משקעים קלסטיים שהושלכו לים הדבוני מההאזור האפלצ'י השוכן ממזרח לאגן. פיריט ומרקזיט הם מינרלים אותנטיים בשפע, אך מינרלים פחמתי הם רק חלק קטן מחומר המינרלים.

מקורות

משאב פצלי השמן נמצא באותו החלק של משטח הפנים בו הצלחים השחורים הם העשירים והקרובים ביותר לפני השטח. למרות שידוע זמן רב כי הוא מייצר נפט לאחר retorting, החומר האורגני בשומן פצלי דבוני-מיסיסיפי מניב רק כמחצית כמו החומר האורגני של פצלי השמן של הירק הירוק, שנחשב לייחס להבדלים בסוג החומר האורגני. (או סוג פחמן אורגני) בכל אחד מפצלי השמן. פצלי השמן דבוני-מיסיסיפי הם בעלי יחס גבוה יותר של פחמן אורגני לאליפטי מאשר פצלי שמן נהר ירוק, ומוצג על ידי איזון חומרי שמבחן פישר מניב שמן פחות פצלי ושיעור גבוה יותר של שאריות פחמן (Miknis, 1990).

פיתול נפט של דבון-מיסיסיפינית על ידי הידור יכול להגדיל את תפוקת הנפט ביותר מ- 200 אחוז מהערך שנקבע על ידי ניסוי פישר. לעומת זאת, ההמרה של חומר אורגני לשמן על ידי התייבשות באמצעות הידרואורט היא הרבה פחות עבור פצלי שמן של נהר גרין, בערך 130 עד 140 אחוז מערך פישר. מפצלי שמן ימיים אחרים מגיבים גם הם לטובה על ידי גרימת הידרוג, עם תשואות כמו או יותר מ- 300 אחוז ממבחן פישר (Dyni, ואחרים, 1990).

מת'יו ואחרים (1980) העריכו את פצלי השמן של דבון-מיסיסיפי באזורים במשטח הפנים שבהם הצלצלים עשירים מספיק בחומר אורגני וקרובים מספיק לפני השטח בכדי להיות ניתן לכרות על ידי בור פתוח. תוצאות החקירות באלבמה, אילינוי, אינדיאנה, קנטאקי, אוהיו, מישיגן, מזרח מיזורי, טנסי ומערב וירג'יניה הצביעו על כך ש 98 אחוז מהמשאבים הניתנים לצפייה בקרקע נמצאים בקנטקי, אוהיו, אינדיאנה וטנסי (Matthews, 1983) .

הקריטריונים להערכת משאב פצלי השמן של דבון-מיסיסיפי ששימשו את מתיוס ואחרים (1980) היו:

  1. תכולת פחמן אורגנית: = 10 אחוז משקל
  2. עומס יתר: = 200 מ '
  3. יחס הפשטה: = 2.5: 1
  4. עובי מיטת פצלים: = 3 מ '
  5. כריית בור פתוח וניתור הידרו

על בסיס קריטריונים אלה, נאמדו כולה משאבי נפט פצלי דבוני-מיסיסיפי כ 423 מיליארד חביות (61 מיליארד טון).