油砂主要由沙子、重油或瀝青、礦物質、粘土和水組成。油砂通常含有80% ~ 85%的無機物(沙子、礦物質、粘土等。)，3% ~ 6%的水和3% ~ 20%的瀝青。通常，油砂瀝青是壹種烴類和非烴類有機物，是壹種粘稠的半固體，含有80%左右的碳，此外還有氫、少量的氮、硫、氧和釩、鎳、鐵、鈉等微量金屬(王建球，1994)。中國新疆克拉瑪依、內蒙古二連浩特和加拿大阿薩巴斯卡油砂中瀝青、水和無機礦物的組成見表7.1。
表7.1中國和加拿大油砂成分表
瀝青在油藏條件下不能自由流動，但大部分溶於有機溶劑。由於流動性差，開采常規石油不可能得到油砂瀝青。
1982年，Koichi提出了阿薩巴斯卡油砂的結構模型(圖7.1)。沙粒主要是圓形或稍尖的應時。每個砂粒都被水膜潤濕，瀝青層包圍在水膜外層和填充空間，填充空間內充滿原生水和少量空氣或甲烷。
圖7.1阿薩巴斯卡油砂結構圖。
Bowman(1967)和Donaldson(1968)研究過阿薩巴斯卡油砂的微觀結構。結果表明，對於高品位油砂，砂表面水膜中的水分約為2% ~ 3%(重量)，水的厚度約為0.01 μ m，水膜被帶負電的瀝青和砂排斥，穩定存在於砂表面。對於低品位油砂，由於細顆粒被水飽和，其含水量隨著細顆粒的增加而線性上升。阿薩巴斯卡約87%的油砂粒度為147 ~ 417μ m，呈正態分布(表7.2)。油砂的性質見表7.3。
表7.2阿薩巴斯卡油砂粒度分布表
表7.3阿薩巴斯卡油砂的特性
除了阿爾伯塔省北部阿薩巴斯卡、瓦巴什卡和雙魚河地區油砂中的瀝青外，冷湖和刁山地區也有大量的重油。雖然重油和瀝青的化學性質非常相似，但它們的粘度卻大不相同。在通常的地層溫度下，瀝青基本不流動，而重油具有壹定的流動性。
美國猶他州的油砂表面非常幹燥，粉末接觸角和電鏡分析沒有觀察到油砂中的水膜和分散在瀝青中的水，因此認為油砂中的瀝青組分與油砂固體直接接觸。
(2)油砂中的有機質
油砂中的有機物，即瀝青，可溶於有機溶劑。雖然其元素組成與天然石油相似，但分子量更大，成分更復雜，含有數千種化合物。按照目前的分析水平，還不能完全分成單個化合物進行鑒定。加拿大、美國、委內瑞拉和中國油砂瀝青的性質見表7.4。通過核磁共振、紅外光譜、分子量測定和元素分析，研究和計算了中國新疆和內蒙古四種油砂瀝青的結構參數。發現四種瀝青的芳烴中均含有1/3以上的碳原子:新疆小油溝瀝青中的芳烴屬於聯苯類，有四個全環、兩個芳環和兩個環烷環；克拉傑背斜中有3個芳環和2個環烷環。內蒙古吉爾嘎朗圖砂巖、泥巖油砂中有9個瀝青環，其中芳環6個，11砂巖瀝青環8個。飽和烴的結構參數表明，瀝青中的烷基碳鏈大多與環烷烴直接相連，很少與芳烴相連。四種瀝青中，克拉賈背斜瀝青的脂肪碳鏈最長，吉爾加蘭圖砂巖瀝青的脂肪鏈最短。加拿大油砂瀝青壹般包含多種烴類，不同儲層之間或同壹儲層內其性質不同。這種瀝青中的大多數碳氫化合物比戊烷重；其中近壹半是非常重的分子，沸點超過977°f。輕餾分包含更多的環烷烴，而重餾分包含更多的瀝青質。瀝青質分子量大，含有氮、硫、氧等非烴類物質和金屬元素，尤其是鎳和釩。油砂瀝青除了含有直鏈、支鏈、飽和、不飽和烴外，還含有氧、氮、硫雜原子化合物和微量元素。
表7.4加拿大、委內瑞拉和其他國家油砂的性質
(3)油砂中的礦物
較大的油砂顆粒可以達到1000μm，較小的可以小於2微米..大多數小於44μm的顆粒是沙子和粘土。阿薩巴斯卡油砂礦物的99%是應時和粘土，65，438+0%是鈣鐵化合物。加拿大和中國油砂的礦物組成分別見表7.5和表7.6(王建球，1994)。
表7.5中國內蒙古和新疆油砂中瀝青、水和礦物質的重量百分比
表7.6中國、內蒙古和新疆油砂的礦物組成
阿薩巴斯卡油砂的主要礦物是應時，而金紅石(TiO2 _ 2)是主要的重礦物。金紅石可以在可提取瀝青中同時回收。因此，在開發油砂資源的同時，鈦工業也得到了發展。