松遼盆地北部嫩江組一段油頁巖測井識別

胡霞，王宇航

（1.大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712；2.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江 大慶 163712）

松遼盆地北部嫩江組一段油頁巖測井識別

胡霞1，王宇航2

（1.大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712；2.大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠，黑龍江 大慶 163712）

利用松遼盆地北部地區(qū)的測井資料，總結(jié)出松遼盆地北部地區(qū)嫩江組一段（K2n1）油頁巖測井響應(yīng)特征.并優(yōu)選參數(shù)，以深度700 m為界，建立了油頁巖測井識別圖版.圖版精度在72.4%以上，為松遼盆地北部地區(qū)油頁巖勘探開發(fā)提供了依據(jù).

油頁巖；測井響應(yīng)；識別圖版；嫩江組一段；松遼盆地

0 引言

松遼盆地是我國陸相白堊系發(fā)育最完整的地區(qū)之一，沉積厚度近10 000 m，產(chǎn)有豐富的生物化石.盆地內(nèi)白堊系劃分為10個組27個段，下部的火石嶺組、沙河子組、營城組主要為火山巖相和湖沼相沉積；泉頭組至嫩江組為大型湖泊、河流三角洲相沉積；四方臺組、明水組為湖盆萎縮期濱淺湖相、河流相沉積.松遼盆地北部除蘊(yùn)藏豐富的油氣資源外，也發(fā)育著豐富的油頁巖資源［1］.油頁巖是一種重要的能源礦產(chǎn)，它不僅可以抽取頁巖油及相關(guān)石油化工產(chǎn)品，而且可以作為燃料用來發(fā)電、取暖和運(yùn)輸，還可以生產(chǎn)建筑材料和化肥等［2］.松遼盆地北部含油頁巖的層位是上白堊統(tǒng)青山口組及嫩江組一、二段地層（圖1）.

青山口組分布于哈爾濱市以東的松花江南岸，完整剖面主要為鉆孔所揭示.厚度變化較大，一般為300～500 m，最厚可達(dá)639.5 m，最薄僅有數(shù)十米.青山口組與泉頭組之間為連續(xù)沉積，二者之間界線比較清晰.根據(jù)巖性組合及生物群特征，油頁巖主要發(fā)育在青山口組青一段.青一段以深湖相、半深湖相的黑色泥巖和頁巖為主，夾劣質(zhì)油頁巖，含薄層菱鐵礦條帶（透鏡體）及分散狀黃鐵礦，富含介形類等微體化石，底部10～30 m黑色泥巖夾劣質(zhì)油頁巖，為盆地劃分對比一級標(biāo)志層.

嫩江組嫩江組露頭剖面見于黑龍江省嫩江縣和吉林省農(nóng)安縣伏龍泉鎮(zhèn)，完整的嫩江組剖面見于井下剖面中.巖性橫向上分布穩(wěn)定，下部以黑色泥頁巖為主，夾油頁巖，上部為灰黑、灰綠、棕紅色泥巖與砂巖互層.沉積厚度一般為200～400 m，最厚可達(dá)1000 m.根據(jù)巖性組合及生物群特征，可分為5段.

圖1 松遼盆地北部白堊系上統(tǒng)綜合柱狀圖Fig.1Column of the Upper Cretaceous in Northern Songliao Basin

嫩一段為灰黑、深灰色泥巖夾灰綠色砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，下部夾劣質(zhì)油頁巖，具菱鐵礦條帶和薄層或條帶狀膨潤土.水平層理發(fā)育.生物化石豐富，介形類化石常成層分布.其底部5～20 m的黑色泥巖夾劣質(zhì)油頁巖在全盆地均有分布，為重要的區(qū)域性地層劃分對比標(biāo)志.

嫩二段下部為灰黑色泥巖、頁巖夾油頁巖薄層，中部為灰色、灰黑色泥巖，上部為灰黑色泥巖夾薄層灰、灰白色砂質(zhì)泥巖、粉砂巖.底部5～15 m厚的油頁巖在全盆地分布穩(wěn)定，是區(qū)域性地層劃分對比標(biāo)志層［3］.

1 油頁巖測井響應(yīng)特征

油頁巖的主要成分是有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)和水分，油頁巖中有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約10%～50%.有機(jī)質(zhì)是由復(fù)雜的高分子有機(jī)化合物組成，富含脂肪烴結(jié)構(gòu)，而較少芳烴結(jié)構(gòu).有機(jī)化合物主要由碳、氫及少量的氧、氮、硫元素組成，其氫碳原子比（H∶C）為1.25～1.75.油頁巖中礦物質(zhì)有石英、高嶺土、黏土、云母、碳酸鹽巖以及硫鐵礦等，但主要是黏土礦物.油頁巖中礦物質(zhì)常與有機(jī)質(zhì)均勻細(xì)密地混合，而且礦物質(zhì)含量通常高于有機(jī)質(zhì).油頁巖中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約4%～25%，水分含量與礦物質(zhì)顆粒間的微孔結(jié)構(gòu)有關(guān)［4］.

油頁巖的骨架結(jié)構(gòu)和成分組成決定了其與泥巖的測井曲線有著明顯的差異.嫩一段油頁巖主要具有高電阻率的測井響應(yīng)特征，其高自然伽馬、高聲波時差的測井響應(yīng)特征不明顯，尤其是在埋深較淺的地層.隨著埋深增大，其電阻率增大，聲波時差變小，與相鄰泥巖相比，測井響應(yīng)特征差異更加明顯，相對容易識別，如圖2所示［5］.

2 油頁巖的測井識別方法

油頁巖由富含有機(jī)質(zhì)的特殊礦物組成，決定了其在測井響應(yīng)上普遍具有與砂巖、泥巖及煤層不同的特征［6］.近年來，在油頁巖勘探過程中，總結(jié)出主要沉積巖類在測井線上有不同的響應(yīng)特征（表1）.

根據(jù)各層油頁巖典型測井響應(yīng)特征可知，研究區(qū)油頁巖的測井響應(yīng)總體上表現(xiàn)為“三高一低”的特征，即高電阻率、高自然伽馬、高聲波時差和低密度［7］.

1）高放射性：地層中鈾含量與有機(jī)質(zhì)含量成正比，油頁巖中含有相對豐富的有機(jī)質(zhì)，因而其自然伽馬測井值相對較高.松遼盆地北部油頁巖自然伽馬值為79.29～144.77 API.

2）高阻性：這是由于油頁巖中不導(dǎo)電的干酪根和油氣置換了部分導(dǎo)電的泥質(zhì)骨架或原生水，導(dǎo)致其電阻率比周圍不含有機(jī)質(zhì)的巖石的電阻率高（有時為10倍以上）.松遼盆地北部油頁巖電阻率為3.06～10.43 Ωm.

表1 主要沉積巖類測井響應(yīng)特征表Table 1The logging response characteristics of main sedimentary rocks

圖2 DY1井測井綜合解釋成果圖Fig.2Logging interpretation result of the DY1 well

3）高聲波時差值：一般情況下，泥巖、頁巖的聲波時差隨其埋藏深度和地層壓實(shí)程度的增加而減小，但由于油頁巖中所含干酪根和油氣的聲速比巖石骨架低得多，從而使其聲波時差偏高.一般油頁巖的聲波時差范圍為112～188 μs/ft，而泥巖為91 μs/ft左右.

4）低密度：密度是油頁巖品質(zhì)的一個指標(biāo)，主要取決于沉積過程中所攜帶和滲入的礦物質(zhì)含量及密度.松遼盆地北部油頁巖以淡褐色—深褐色為主，密度為2.01～2.76g/m3，與其他油頁巖產(chǎn)地的油頁巖相比，密度較低.

但并不是所有的油頁巖都具有這此特征，不同的盆地有機(jī)質(zhì)成熟度不同，可能某一特征會更明顯.由于自然伽馬、電阻率和聲波時差的測井值均與有機(jī)碳含量TOC成正比關(guān)系，可列出如下的三元線性關(guān)系式：

TOC=a×lgR+b×Δt+c×GR+d

其中l(wèi)gR為電阻率的對數(shù)值；Δt為聲波時差值；GR為自然伽馬值；a、b、c、d均為常系數(shù)，可通過對該地區(qū)油頁巖樣品分析后采用多元線性回歸擬合得到.由此可得：

嫩江組TOC=12.59×lgR－0.031×Δt－0.0093×GR+ 1.23，相關(guān)系數(shù)R2=0.72

青山口組TOC=20.12×lgR+0.31×Δt+0.0069×GR－53.01，相關(guān)系數(shù)R2=0.71

根據(jù)松遼盆地北部油頁巖樣品的測試分析數(shù)據(jù)，作含油率Ta與有機(jī)碳含量TOC的交會圖（圖3），可以觀察到兩者存在較好的正相關(guān)性：Ta=0.638×TOC+ 1.809，相關(guān)指數(shù)R2=0.74.

圖3 含油率與有機(jī)碳含量交會圖Fig.3Diagram of TOC vs.oil content

結(jié)合建立的有機(jī)碳含量的關(guān)系式，可建立松遼盆地北部嫩江組和青山口組的油頁巖測井評價模型：

由于在相同地層不同埋深的情況下，其測井響應(yīng)值會有所差別，因此，在應(yīng)用測井資料識別油頁巖時，要對不同埋深分別制定油頁巖識別圖版，并參考鄰井資料綜合確定.

根據(jù)深度與聲波時差關(guān)系圖可知，嫩一段時深關(guān)系在700 m左右具有明顯的差別（圖4），油頁巖和泥巖都呈現(xiàn)出這種現(xiàn)象.埋深小于700 m的主要分布于長春嶺背斜、朝陽溝階地、西部超覆帶和泰康隆起帶，埋深大于700 m的主要分布于齊家凹陷、古龍凹陷、龍虎泡、大慶長垣.因此以埋深700 m為界分別建立嫩一段油頁巖測井識別圖版.

圖4 松遼盆地北部嫩一段深度與聲波時差關(guān)系圖Fig.4Diagram of depth vs.interval transit time of K2n1in Northern Songliao Basin

1）埋深大于700 m

根據(jù)油頁巖測井響應(yīng)特征可知，油頁巖的電阻率一般高于泥巖電阻率，而電阻率較高的泥灰?guī)r的聲波時差小于油頁巖和泥巖，因此優(yōu)選了聲波時差和深側(cè)向電阻率建立油頁巖識別圖版.

對于埋深大于700 m的地層，應(yīng)用26口井的116層取心資料，采用分步法識別油頁巖.首先以深側(cè)向電阻率為縱坐標(biāo)，以聲波時差為橫坐標(biāo)，建立了松遼盆地北部嫩一段油頁巖識別圖版A（圖5A），用于識別出泥巖、泥灰?guī)r.然后以聲波時差為橫坐標(biāo)，以深度為縱坐標(biāo)，建立了松遼盆地北部嫩一段油頁巖識別圖版B（圖5B），用于識別出泥質(zhì)粉砂巖.其中油頁巖70層，漏掉6層；泥巖35層，誤入1層；泥灰?guī)r3層，誤入1層；泥質(zhì)粉砂巖8層，誤入2層.圖版精度91.4%.

埋深大于700 m的嫩一段的油頁巖劃分標(biāo)準(zhǔn)為：

RLLD＞5且DT＞300且DT＞－7.42×Depth+3716.5

2）埋深小于700 m

對于埋深小于700 m的地層，應(yīng)用8口井30層取心資料，以深側(cè)向電阻率為縱坐標(biāo)，以聲波時差為橫坐標(biāo)，建立了大慶長垣嫩一段油頁巖識別圖版C（圖5C）.從前面的分析可知，對于埋深較淺的油頁巖，其測井響應(yīng)不明顯，而且部分油頁巖較薄，因此該圖版精度較低，僅達(dá)到72.4%.其中油頁巖13層，漏掉5層；泥巖13層，誤入3層；介形蟲層3層.對于埋深小于700 m的嫩一段，在應(yīng)用圖版的基礎(chǔ)上還要參考鄰近探井或巖屑錄井資料綜合劃分油頁巖.

圖5 松遼盆地北部嫩一段油頁巖識別圖版Fig.5Identification charts of the oil shale in K2n1in Northern Songliao Basin

埋深小于700 m的嫩一段的油頁巖劃分標(biāo)準(zhǔn)為：

RLLD＞4且RLLD＞2067.8e－0.0243×DT

3 結(jié)論

本文結(jié)合松遼盆地北部嫩一段大量鉆井取心資料，根據(jù)嫩一段油頁巖測井響應(yīng)特征，優(yōu)選關(guān)鍵參數(shù)，以深度700 m為界，分別建立了油頁巖測井識別圖版，圖版精度在72.4%以上，為松遼盆地北部油頁巖準(zhǔn)確識別提供了依據(jù).

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［3］賀君玲，鄧守偉，陳文龍，等.測井技術(shù)評價松遼盆地南部油頁巖［J］.吉林大學(xué)學(xué)報：地球科學(xué)版,2006,36（6）:909—914.

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THE IDENTIFICATION OF OIL SHALE LOGGING OF THE FIRST MEMBER OF NENJIANG FORMATION IN NORTHERN SONGLIAO BASIN

HU Xia1,WANG Yu-hang2

（1.Research Institute of Exploration and Development,Daqing Oilfield Co.Ltd.,Daqing 163712,Heilongjiang Province,China; 2.The First Oil Production Plant of Daqing Oilfield Co.Ltd.,Daqing 163712,Heilongjiang Province,China）

Based on the logging data of Northern Songliao Basin,the response characteristics of the oil shale of the first member of Nenjiang Formation are summed up.With optimization parameters,adopting the depth of 700 m as boundary,the identification charts for the oil shale logging are established.With the accuracy up to 72.4%and more,the identification providesabasisfortheoilshaleexplorationanddevelopmentinNorthernSongliaoBasin.

oilshale;wellloggingresponse;identificationcharts;firstmemberofNenjiangFormation;SongliaoBasin

1671-1947（2014）03-0225-05

P618.12

A

2013－03－01；

2013-06-03.編輯：張哲．

國家潛在油氣資源（油頁巖勘探開發(fā)利用）產(chǎn)學(xué)研用合作創(chuàng)新研究項(xiàng)目資助.

胡霞（1981—），女，工程師，主要從事油氣綜合地質(zhì)研究，通信地址黑龍江省大慶市大慶油田勘探開發(fā)研究院勘探研究二室，E-mail//hux@petrochina.com.cn