الصخور

ودائع النفط الصخري في الولايات المتحدة



إعادة طبع: تقرير التحقيقات العلمية للمسح الجيولوجي الأمريكي ، 2005-5294 بقلم جون ر. ديني
الولايات المتحدة الأمريكية الصخر الزيتي

الصخر الزيتي في الولايات المتحدة: خريطة للمناطق الواقعة أسفل تكوين النهر الأخضر في كولورادو ، يوتا ، وويومنغ ، الولايات المتحدة (بعد دايني ، 2005) والمناطق الرئيسية من الصخر الزيتي الصخري القابل للتطهير السطحي في شرق الولايات المتحدة (بعد ماثيوز وآخرون 1980). انقر لتكبير الخريطة.

توجد العديد من الرواسب من الصخر الزيتي ، بدءًا من عصر ما قبل الكمبري وحتى العصر الثالث ، في الولايات المتحدة. أهم اثنين من الرواسب هي في Eocene Green River Formation في كولورادو ، وويومينغ ، ويوتا ، وفي صخور ديفونيان - ميسيسيبي السوداء في شرق الولايات المتحدة. الصخر الزيتي المرتبط برواسب الفحم في بنسلفانيا في شرق الولايات المتحدة. من المعروف أن الرواسب الأخرى موجودة في نيفادا ومونتانا وألاسكا وكنساس وأماكن أخرى ، ولكنها إما صغيرة جدًا أو منخفضة جدًا أو لم يتم استكشافها جيدًا بعد (راسل ، 1990 ، ص 82-157) تعتبر موارد لأغراض هذا التقرير. نظرًا لحجمها ودرجاتها ، ركزت معظم التحقيقات على النهر الأخضر ورواسب الديفون - المسيسيبي.

النفط الصخري - القائمة البلد

تشكيل النهر الأخضر:


-جيولوجيا

ترسبت رسوبيات لاكوسترين من تكوين النهر الأخضر في بحيرتين كبيرتين احتلتا 65000 كم 2 في العديد من الأحواض الهيكلية الرسوبية في كولورادو ، وويومنغ ، ويوتا خلال الفترة المبكرة وحتى منتصف عصر الإيوسين. يفصل جبل Uinta Mountain وامتداده الشرقي ، خط الحوض المحوري ، بين هذه الأحواض. كان نظام بحيرة Green River موجودًا منذ أكثر من 10 ملايين عام خلال فترة مناخ معتدل دافئ إلى مناخ شبه استوائي. خلال أجزاء من تاريخهم ، تم إغلاق أحواض البحيرة ، وأصبحت المياه عالية الملوحة.

تسببت التقلبات في كمية المياه المتدفقة المتدفقة في توسع كبير وتقلصات في البحيرات كما يتضح من التشابك الواسع النطاق لطبقات لاكوسترين الماريلية مع طبقات من الحجر الرملي المشتق من الأرض وحجر الطمي. خلال الأوقات القاحلة ، تقلصت البحيرات ، وأصبحت المياه أكثر ملوحة وقلوية. زاد محتوى البحيرة من كربونات الصوديوم القابلة للذوبان والكلوريد ، في حين ترسبت كربونات Ca + Mg + Fe ثنائية الذوبان الأقل ترسباتًا بالرواسب العضوية الغنية. خلال الفترات الأشد جفافاً ، وصلت مياه البحيرة إلى ملوحة كافية لترسيب أسرة من النكوليت والهاليت والترونا. كانت مياه مسام الرواسب مالحة بما فيه الكفاية لترسيب بلورات ناهكولايت والقصيرة والداوسونيت إلى جانب مجموعة من معادن كربونات وسيليكات أصيلة أخرى (ميلتون ، 1977).

والجانب الجدير بالملاحظة في علم المعادن هو النقص التام في معادن سلفات أصيلة المنشأ. على الرغم من أن الكبريتات كانت على الأرجح أنيونًا رئيسيًا في مجرى المياه التي تدخل البحيرات ، فمن المفترض أن أيونات الكبريتات قد استُهلكت تمامًا بواسطة البكتيريا التي تقلل الكبريتات في البحيرة ومياه الرواسب وفقًا لتفاعل تقليل الأكسدة المعمم التالي:

2CH2O + SO4-2 ؟ 2HCO3-1 + ح2S

لاحظ أنه يتم تكوين جزيئين من بيكربونات لكل مول من كبريتات يتم تقليله. يمكن أن يتفاعل كبريتيد الهيدروجين الناتج مع مادة Fe ++ المتاحة لترسب كمعادن كبريتيد الحديد أو الهروب من الرواسب كغاز (Dyni، 1998). تشمل المصادر الرئيسية الأخرى للكربونات الطحالب التي تفرز كربونات الكالسيوم ، والتحلل المائي لمعادن السيليكات ، والمدخلات المباشرة من تيارات التدفق.

وفرت مياه البحيرة القلوية الدافئة في بحيرات Eocene Green River ظروفًا ممتازة لنمو وفير من الطحالب الخضراء المزرقة (البكتيريا الزرقاء) التي يُعتقد أنها مقدمة رئيسية للمواد العضوية في الصخر الزيتي. خلال أوقات المياه العذبة ، استضافت البحيرات مجموعة متنوعة من الأسماك ، والأشعة ، وصدفتين ، وأرباع المعدة ، وحيوانات النخر ، وغيرها من الحيوانات المائية. دعمت المناطق المحيطة بالبحيرات مجموعة كبيرة ومتنوعة من النباتات البرية والحشرات والبرمائيات والسلاحف والسحالي والثعابين والتماسيح والطيور والعديد من حيوانات الثدييات (McKenna، 1960؛ MacGinitie، 1969؛ and Grande، 1984).

التطورات التاريخية

من المعروف أن حدوث الصخر الزيتي في تكوين النهر الأخضر في كولورادو ويوتا ووايومنغ لسنوات عديدة. خلال أوائل القرن العشرين ، ثبت بوضوح أن رواسب النهر الأخضر كانت مورداً رئيسياً لزيت الصخر الزيتي (Woodruff and Day ، 1914 ؛ وينشستر ، 1916 ؛ جافين ، 1924). خلال هذه الفترة المبكرة ، تم التحقيق في النهر الأخضر والودائع الأخرى ، بما في ذلك الصخر الزيتي من تشكيل الفوسفورية البحرية من العصر البرمي في ولاية مونتانا (بوين ، 1917 ؛ كونديت ، 1919) والصخر الزيتي في قيعان بحيرة ثلاثية بالقرب من إلكو ، نيفادا (وينشستر ، 1923).

في عام 1967 ، بدأت وزارة الداخلية الأمريكية برنامجًا واسعًا للتحقيق في تسويق رواسب الزيت الصخري في النهر الأخضر. أثارت الزيادات الهائلة في أسعار البترول الناتجة عن الحظر النفطي الذي فرضته أوبك على النفط في الفترة من 1973 إلى 1974 نشاطًا آخر في أنشطة الصخر الزيتي خلال السبعينيات وأوائل الثمانينيات. في عام 1974 ، طُرحت عدة طرود من أراضي الصخر الزيتي العامة في كل من كولورادو ويوتا ووايومنغ للحصول على عرض تنافسي بموجب برنامج Federal Prototype Oil Shale Leasing Program. تم استئجار مسارين في كولورادو (C-a و C-b) واثنان في Utah (U-a و U-b) لشركات النفط.

تم بناء منشآت التعدين الكبيرة تحت الأرض ، بما في ذلك مهاوي عمودية ، وإدخالات الغرف والأعمدة ، ومنتجعات المعدلة في الموقعين ، على منطقتي C-a و C-b ، ولكن تم إنتاج زيت صخري ضئيل أو معدوم. خلال هذا الوقت ، قامت شركة Unocal Oil بتطوير منشآت الصخر الزيتي الخاصة بها على أراض مملوكة ملكية خاصة على الجانب الجنوبي من حوض Piceance Creek. تضمنت المنشآت منجم للغرفة والأعمدة مع مدخل سطحي ، معمل بسعة 10000 برميل / يوم (1460 طن / يوم) ، ومصنع تطوير. على بعد أميال قليلة من شمال Unocal property ، افتتحت شركة Exxon Corporation منجمًا للغرفة والأعمدة مع مدخل سطحي وطرق نقل ومخلفات النفايات الصخرية وخزان وسد لتخزين المياه.

في الفترة من 1977 إلى 1978 ، افتتح مكتب المناجم الأمريكي منجمًا تجريبيًا شمل بعمق 723 مترًا مع عدة مداخل للغرف والأعمدة في الجزء الشمالي من حوض Piceance Creek لإجراء أبحاث حول الرواسب العميقة في الصخر الزيتي ، التي اختلطت مع nahcolite و dawsonite. تم إغلاق الموقع في أواخر الثمانينات.

تم إنفاق حوالي 80 مليون دولار على مساحات U-a / U-b في ولاية يوتا من قبل ثلاث شركات طاقة لإغراق عمود رأسي بعمق 313 م وطريقة نقل مائلة إلى منطقة عالية الجودة من الصخر الزيتي وفتح عدة مداخل صغيرة. وتشمل المرافق الأخرى مبنى خدمات المناجم ومحطات معالجة المياه والصرف الصحي وسد الاحتفاظ بالمياه.

يقع مشروع Seep Ridge جنوب مساحات U-a / U-b ، بتمويل من Geokinetics، Inc. ووزارة الطاقة بالولايات المتحدة ، حيث أنتج زيت الصخر الزيتي بطريقة إعادة الضحلة في الموقع. تم إنتاج عدة آلاف من براميل الزيت الصخري.

كان مصنع زيت يونوكال الصخري آخر مشروع رئيسي لإنتاج زيت الصخر الزيتي من تكوين النهر الأخضر. بدأ إنشاء المصنع في عام 1980 ، وبلغت استثمارات رأس المال لبناء المنجم والمعوجة وتحديث المصنع والمرافق الأخرى 650 مليون دولار. أنتجت Unocal 657،000 طن (حوالي 4.4 مليون برميل) من الزيت الصخري ، والتي تم شحنها إلى شيكاغو لتكريرها في وقود النقل وغيرها من المنتجات في إطار برنامج مدعوم جزئيًا من قبل الحكومة الأمريكية. بلغ متوسط ​​معدل الإنتاج في الأشهر الأخيرة من التشغيل حوالي 875 طنًا (حوالي 5900 برميل) من الزيت الصخري يوميًا ؛ تم إغلاق المنشأة في عام 1991.

في السنوات القليلة الماضية ، بدأت شركة Shell Oil في تنفيذ مشروع ميداني تجريبي لاستعادة زيت الصخر الزيتي بتقنية خاصة في الموقع. تم الإعلان عن بعض التفاصيل حول المشروع ، ويبدو أن النتائج حتى الآن (2006) تؤيد البحث المستمر.

الموارد النفطية الصخرية

عندما أصبحت رواسب الصخر الزيتي في النهر الأخضر في كولورادو معروفة ، زادت تقديرات الموارد من حوالي 20 مليار برميل في عام 1916 ، إلى 900 مليار برميل في عام 1961 ، وإلى 1.0 تريليون برميل (حوالي 147 مليار طن) في عام 1989 (وينشستر ، 1916 ، ص 140 ؛ دونيل ، 1961 ؛ بيتمان وآخرون ، 1989). يظهر في القسم 17 قسم صغير الحجم وملخص للموارد حسب مناطق الصخر الزيتي في حوض Piceance Creek.

موارد النهر الأخضر الصخر الزيتي في يوتا ووايومنغ ليست معروفة جيدًا في كولورادو. قام ترودل وآخرون (1983 ، ص 57) بحساب الموارد المقيسة والمقدرة لزيت الصخر في مساحة حوالي 5،200 كم2 في شرق حوض أوينتا ، يوتا ، تبلغ 214 مليار برميل (31 مليار طن) ، ثلثها تقريباً في منطقة الصخر الزيتي الغنية بالماهوجني. قدّر Culbertson وآخرون (1980 ، ص 17) موارد الصخر الزيتي في تكوين النهر الأخضر في حوض النهر الأخضر في جنوب غرب ولاية وايومنغ بنحو 244 مليار برميل (حوالي 35 مليار طن) من زيت الصخر الزيتي.

توجد موارد إضافية أيضًا في حوض واساكي شرق حوض النهر الأخضر في جنوب غرب وايومنغ. أفاد ترودل وآخرون (1973) أن العديد من أعضاء "تكوين النهر الأخضر" على حافة الكيني على الجانب الغربي من حوض واساكي يحتوي على تسلسلات من درجات منخفضة إلى معتدلة من الصخر الزيتي في ثلاثة ثقوب أساسية. يبلغ متوسط ​​سلسلتين من الزيت الصخري في عضو لاني ، يبلغ سمكه 11 و 42 مترًا ، 63 لتر / طن ويمثلان ما يصل إلى 8.7 مليون طن من زيت الصخر الزيتي في الموقع لكل كيلومتر مربع. لم يتم الإبلاغ عن تقدير إجمالي للمورد في حوض واساكي بسبب نقص البيانات الموجودة تحت سطح الأرض.

الموارد المعدنية الأخرى

بالإضافة إلى الطاقة الأحفورية ، تحتوي رواسب الصخر الزيتي في النهر الأخضر في كولورادو على موارد قيمة من معادن كربونات الصوديوم بما في ذلك nahcolite (NaHCO3) وداوسونيت نال (OH)2CO3. تختلط كل من المعادن مع الصخر الزيتي عالية الجودة في الجزء الشمالي العميق من الحوض. قدرت Dyni (1974) إجمالي موارد nahcolite بنحو 29 مليار طن. وقد قدر بيرد وآخرون (1974) نفس الكمية تقريبًا من النكوليت و 17 مليار طن من الداوسونيت. كل من المعادن لها قيمة رماد الصودا (نا2ثاني أكسيد الكربون 3) وداوسونيت أيضا قيمة محتملة للألومينا (آل2O3) المحتوى. من المرجح أن يتم استرداد المعدن الأخير كمنتج ثانوي لعملية الصخر الزيتي. شركة واحدة هي حل التعدين nahcolite لتصنيع بيكربونات الصوديوم في الجزء الشمالي من حوض Piceance Creek على عمق حوالي 600 متر (Day، 1998). توقفت شركة أخرى عن تعدين محلول nahcolite في عام 2004 ، لكن الآن تعالج رماد الصودا الذي يتم الحصول عليه من رواسب تروما Wyoming لتصنيع بيكربونات الصوديوم.

لا يحتوي "عضو ويلكنز بيك" العضو في "تكوين النهر الأخضر" في حوض النهر الأخضر في جنوب غرب ولاية وايومنغ ، على الصخر الزيتي فحسب ، بل يحتوي أيضًا على أكبر مورد معروف في العالم لكربونات الصوديوم الطبيعية باسم trona (Na)2CO3.NaHCO3.2H2O). يقدر مورد trona بأكثر من 115 مليار طن في 22 سريرًا يتراوح سمكها بين 1.2 و 9.8 مترًا (Wiig وآخرون ، 1995). في عام 1997 ، كان إنتاج trona من خمسة مناجم 16.5 مليون طن (هاريس ، 1997). المكرر ترونا في رماد الصودا (نا2CO3) تستخدم في صناعة الزجاجة والزجاج المسطح وصودا الخبز والصابون والمنظفات والمواد الكيميائية لمعالجة النفايات والعديد من المواد الكيميائية الصناعية الأخرى. يتم الحصول على طن واحد من رماد الصودا من حوالي طنين من خام trona. ترونا Wyoming توفر حوالي 90 بالمائة من احتياجات رماد الصودا في الولايات المتحدة ؛ بالإضافة إلى ذلك ، يتم تصدير حوالي ثلث إجمالي رماد الصودا Wyoming المنتجة.

في الجزء الأعمق من حوض Piceance Creek ، يحتوي الصخر الزيتي Green River على مورد محتمل للغاز الطبيعي ، لكن انتعاشه الاقتصادي أمر مشكوك فيه (Cole and Daub، 1991). يوجد الغاز الطبيعي أيضًا في رواسب الزيت الصخري Green River في جنوب غرب Wyoming ، وربما في الصخر الزيتي في ولاية Utah ، ولكن بكميات غير معروفة. ويرد في الجدول 8 ملخص للطبخ الصخري والموارد المعدنية لتشكيل النهر الأخضر في كولورادو ووايومنغ ويوتا.

الزيت الصخري الشرق ديفون-ميسيسيبي:


البيئة الإفتراضية

الصخر البحري الأسود الغني بالعضوية والرواسب المرتبطة به في العصر الديفوني المتأخر وعصر الميسيسيبيين الأساسيين حوالي 725،000 كم2 في شرق الولايات المتحدة. لقد تم استغلال هذه الصخر الزيتي لسنوات عديدة كمصدر للغاز الطبيعي ، ولكن تم اعتبارها أيضًا مورداً محتملاً من الدرجة المنخفضة لزيت الصخر واليورانيوم (رون وكيبفرل ، 1993 ؛ كونانت وسوانسون ، 1961).

على مر السنين ، طبق الجيولوجيون العديد من الأسماء المحلية على هذه الصخور والصخور المرتبطة بها ، بما في ذلك Chattanooga و New Albany و Ohio و Sunbury و Antrim وغيرها. نشرت مجموعة المسح الجيولوجي الأمريكية (Roen and Kepferle، 1993) مجموعة من الأوراق التي تتناول بالتفصيل الطبقات ، والهيكل ، وإمكانات الغاز لهذه الصخور في شرق الولايات المتحدة.

ترسبت الصخور السوداء خلال فترة العصر الديفوني المتأخر وميسيسيبي في وقت مبكر من بحر epeiric الذي غطى معظم الولايات المتحدة الوسطى والشرقية شرق نهر المسيسيبي. تضمنت المنطقة المنصة الداخلية الضحلة الواسعة من الغرب التي تتجه شرقًا نحو حوض أبالاشيان. يتراوح عمق صخور ديفونيان - ميسيسيبيان السوداء من التعرض السطحي على المنصة الداخلية إلى أكثر من 2700 متر على طول المحور الترسب لحوض أبالاشيان (دي ويت وآخرون ، 1993 ، pl. 1).

كان بحر ديفون المتأخر ضحلًا نسبيًا مع الحد الأدنى من الحركة الحالية والموجة ، تمامًا مثل البيئة التي أودع فيها الشب السويدي في السويد. جزء كبير من المادة العضوية في الصخر الأسود هو البيتومينيت غير المتبلور ، على الرغم من وجود عدد قليل من الكائنات الأحفورية المهيكلة مثل تسمانيا ، بوتريوكوكوس ، فورستييا ، وغيرها قد تم الاعتراف بها. يتم توزيع الكودودات ورابطات الأرجل البطنية بشكل قليل في بعض الأسرة. على الرغم من أن الكثير من المادة العضوية غير متبلور ومنشأ غير مؤكد ، إلا أنه يُعتقد عمومًا أن الكثير منها مستمد من الطحالب العوالق.

في الأجزاء البعيدة من بحر ديفون ، تتراكم المادة العضوية ببطء شديد مع رواسب طينية شديدة الحبيبات في مياه سيئة الأكسجين خالية من الكائنات الحية المختبرة. قدر كونانت وسوانسون (1961 ، ص 54) أن 30 سم من الجزء العلوي من شاتانوغا شيل المودعة على المنصة الداخلية في تينيسي يمكن أن تمثل ما يصل إلى 150 ألف عام من الترسبات.

تتكثف الصخور السوداء شرقًا في حوض الأبلاش نظرًا لكميات متزايدة من الرواسب القاتلة التي تم إلقاؤها في البحر الديفوني من هضبة أبالاتشي الواقعة إلى الشرق من الحوض. البايرايت و marcasite معادن أصيلة وفيرة ، ولكن معادن الكربونات ليست سوى جزء بسيط من المادة المعدنية.

-مصادر

يوجد مورد الصخر الزيتي في ذلك الجزء من المنصة الداخلية حيث تكون الصخور السوداء أغنى وأقرب إلى السطح. على الرغم من أنه معروف منذ فترة طويلة بإنتاج النفط عند إعادة معادته ، فإن المادة العضوية في الصخر الزيتي الأسود ديفوني- ميسيسيبي لا تنتج سوى حوالي نصف كمية المادة العضوية في صخر الزيت الأخضر في النهر الأخضر ، والذي يُعتقد أنه يعزى إلى الاختلافات في نوع المادة العضوية (أو نوع من الكربون العضوي) في كل من الصخر الزيتي. يحتوي صخر الزيت الديفوني - المسيسيبي على نسبة أعلى من الكربون العضوي العطري إلى الأليفاتي من الصخر الزيتي في Green River ، ويتضح من خلال توازن المواد أن فحوصات فيشر تؤدي إلى إنتاج زيت صخري أقل بكثير ونسبة مئوية أعلى من بقايا الكربون (Miknis ، 1990).

هدرورتورتينج الصخر الزيتي ديفونيان ميسيسيبيان يمكن أن تزيد من العائد النفط بنسبة تزيد على 200 في المئة من القيمة التي تحددها فيشر الاختبار. على النقيض من ذلك ، فإن تحويل المادة العضوية إلى زيت عن طريق الاستزراع المائي يكون أقل بكثير من الصخر الزيتي في Green River ، حوالي 130 إلى 140 في المائة من قيمة اختبار فيشر. تستجيب الصخر الزيتي البحري الآخر أيضًا بشكل إيجابي تجاه الإهتزاز بالهيدروجين ، مع عائدات تصل إلى أكثر من 300 في المائة من مقايسة فيشر (Dyni، and others، 1990) أو أكثر من ذلك.

قام ماثيوز وآخرون (1980) بتقييم صخور الزيت الديفوني - المسيسيبي في مناطق المنصة الداخلية حيث تكون الصخور غنية بما فيه الكفاية في المادة العضوية وقريبة بدرجة كافية من السطح لتكون قابلة للحفر بواسطة حفرة مفتوحة. أشارت نتائج التحقيقات التي أجريت في ألاباما وإلينوي وإنديانا وكنتاكي وأوهايو وميشيغان وشرق ميسوري وتينيسي وغرب فرجينيا إلى أن 98 بالمائة من الموارد القابلة للصرف السطحي موجودة في كنتاكي وأوهايو وإنديانا وتينيسي (ماثيوز ، 1983) .

كانت معايير تقييم مورد صخر الزيت الديفوني - المسيسيبي التي استخدمها ماثيوز وآخرون (1980):

  1. محتوى الكربون العضوي: = 10 في المئة من الوزن
  2. مثقلة: = 200 م
  3. نسبة التعرية: = 2.5: 1
  4. سمك السرير الصخري: = 3 م
  5. التعدين حفرة مفتوحة و hydroretorting

على أساس هذه المعايير ، تم تقدير إجمالي موارد زيت الصخر الديفوني - المسيسيبي بحوالي 423 مليار برميل (61 مليار طن).

شاهد الفيديو: Wealth and Power in America: Social Class, Income Distribution, Finance and the American Dream (قد 2020).