銅川地區(qū)油頁巖地層電性斷面特征及勘查*

王 凱，張 旭，唐圣松，姜 亭

西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，陜西 西安 710054

銅川地區(qū)油頁巖地層電性斷面特征及勘查*

王 凱，張 旭，唐圣松，姜 亭

西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，陜西 西安 710054

為了研究電阻率測(cè)深方法在油頁巖地區(qū)的適用性及分辨率，在鄂爾多斯盆地南緣銅川地區(qū)開展了電阻率測(cè)深工作。結(jié)合鉆孔錄井和見礦情況，分析了油頁巖地段兩種勘查方法獲得的電阻率斷面特征，在電性斷面上圈定了油頁巖層的特定部位。油頁巖層厚度相對(duì)埋深而言屬薄層、高阻目標(biāo)體，其厚度與埋深縱向比小，在獲得的電阻率測(cè)深斷面上，高阻電性的油頁巖層在電阻率測(cè)深斷面上分辨率不清晰，其層位與電阻率等值線梯度變化帶對(duì)應(yīng)較好，從而間接指示了油頁巖層位置。同時(shí)，通過巖性與測(cè)井參數(shù)綜合分析，認(rèn)為測(cè)深斷面上這種電阻率值隨深度的漸變特征，從電性角度描述了油頁巖層由淺湖沉積環(huán)境到半深湖環(huán)境的變遷過程，提出電阻率測(cè)深方法可以達(dá)到勘查油頁巖層之目的。

電阻率測(cè)深；電阻率梯度帶；油頁巖；淺湖相沉積；鄂爾多斯盆地

王 凱，張 旭，唐圣松，等．銅川地區(qū)油頁巖地層電性斷面特征及勘查[J]．西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，36（3）：59–67．

Wang Kai,Zhang Xu,Tang Shengsong,et al．Resistivity Section Characteristics and Exploration of the Oil Shale Layer in Tongchuan Area[J]．Journal of Southwest Petroleum University：Science&Technology Edition，2014，36（3）：59–67．

引言

隨著能源需求形勢(shì)變化，油頁巖作為一種非常規(guī)能源，其資源開發(fā)被提高到了新的戰(zhàn)略高度。鄂爾多斯盆地是中國重要的非常規(guī)能源基地，具有巨大資源勘探潛力[1]。銅川地區(qū)位于鄂爾多斯盆地南緣，是晚三疊世延長期沉積中心的南部。該區(qū)油頁巖形成于中生代湖相沉積環(huán)境，分布范圍廣泛。受沉積相制約，油頁巖礦層產(chǎn)狀平緩，層位相對(duì)穩(wěn)定，因此一般具有較大的規(guī)模。其中，三疊系延長組第二巖性段（T3y2）上部油頁巖層厚度大，含油率高，可形成大型—特大型油頁巖礦床[2]。該巖性段以中厚層狀長石粉砂巖與泥巖互層為主，油頁巖賦存于該巖性段頂部。測(cè)井結(jié)果顯示，油頁巖地層具有高電阻率特征，其他如砂巖、粉砂巖和泥巖則電阻率值較低，這是電阻率法評(píng)價(jià)油頁巖資源地球物理前提。

1 鄂爾多斯盆地油頁巖地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于華北地臺(tái)的西部，是多旋回演化、多沉積類型的大型盆地[3-4]。在三疊世經(jīng)歷了湖盆形成、發(fā)展與消亡等3個(gè)演化過程，在晚三疊世中—晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈[5]，特別是在盆地邊緣，碎屑物沉積作用強(qiáng)烈[6-8]。鄂爾多斯盆地南緣油頁巖主要分布在三疊系延長組（T3y）和侏羅系安定組、延安組，其中三疊系延長組的長7、長9、長1油組是油頁巖發(fā)育的主要層段（圖1）。地層產(chǎn)狀平緩，總體位于向北西西向微傾的單斜構(gòu)造上。受巖相古地理環(huán)境控制，湖相沉積形成的油頁巖廣泛發(fā)育，在成礦空間上，油頁巖展布又嚴(yán)格受基底差異運(yùn)動(dòng)形成的構(gòu)造拗陷盆地所控制。

圖1 鄂爾多斯盆地三疊系油頁巖分布示意圖Fig.1 The Triassic oil shale distribution sketch map in Ordos Basin

長7期是湖盆發(fā)育的鼎盛時(shí)期，也是形成油頁巖礦床的主要時(shí)期。受沉積相控制，長7期湖盆面積最大，基本覆蓋了整個(gè)盆地。研究區(qū)西北的吳旗—慶陽湖盆中心地區(qū)，深湖相油頁巖一般20～30 m，最厚處可達(dá)40 m；陜北東部淺湖區(qū)，油頁巖厚度一般小于10 m[9]。研究表明，研究區(qū)銅川地區(qū)靠近湖盆中心，主要為淺湖—半深湖區(qū)[10]，油頁巖厚度較大（厚度一般在10～20 m），含油率較高。

延長組長7油組為典型的致密砂巖儲(chǔ)層，粒度細(xì)，填隙物含量高，物性差[11-12]。研究區(qū)主要為長7亞組，巖性為細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、中厚層狀粉砂巖。區(qū)內(nèi)收集到石油鉆井多在三疊系延長組中、下部完鉆，更老的地層出露于盆地周邊。

根據(jù)大量鉆井及野外踏勘，可將鄂爾多斯盆地內(nèi)侏羅系、三疊系含油地層分布及形成條件歸納于表1中。

表1 陜北含油頁巖地層分布特征及形成條件Tab.1 Distribution characteristics and formation conditions of oil shales in northern Shaanxi

2 油頁巖地層電性特征

油頁巖礦區(qū)以沉積巖為主，從全國有代表性的油頁巖礦區(qū)采集巖石標(biāo)本測(cè)定（表2）[13]表明，黏土、泥巖的電阻率最低，均值小于100 ?·m，富含有機(jī)質(zhì)的油頁巖電阻率均值大于700 ?·m，其他巖石如砂巖、粉砂巖電阻率為200～600 ?·m[3]。

表2 油頁巖礦區(qū)巖石標(biāo)本電阻率測(cè)定結(jié)果Tab.2 Oil shale mine rock specimen resistivity measurement results

銅川—地區(qū)第四系覆蓋廣泛，出露地層以三疊系延長組和紙坊組砂巖為主。主要巖性為砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖粉砂質(zhì)泥巖，頁巖炭質(zhì)頁巖、瀝青質(zhì)頁巖、油頁巖。不同地層電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)見表3。

泥巖、泥巖和細(xì)砂巖互層電阻率最低，均值為18.00～20.00 ?·m，砂巖及粉砂巖電阻率一般不超過100.00 ?·m，油頁巖電阻率最高，數(shù)值上幅值變化大，均值為420.00 ?·m。

表3 銅川油頁巖礦區(qū)巖石電阻率測(cè)定結(jié)果Tab.3 Rock resistivity measurement results of oil shale mining area in Tongchuan

3 油頁巖電阻率測(cè)深斷面分析

3.1 研究區(qū)域與勘查方法選擇

研究區(qū)選擇在銅川地區(qū)焦坪鎮(zhèn)附近。試驗(yàn)剖面位于前烈橋—紅柳溝ZK01兩側(cè)（圖2，剖面編號(hào)I）。資料顯示[14-17]，該帶出露地層以三疊系上統(tǒng)第延長組二—第四巖性段砂巖為主，北東向褶皺和斷裂發(fā)育。試驗(yàn)段油頁巖鉆探揭示，油頁巖頂板埋深252 m，厚度21 m，頂部為一套淺灰色粉砂巖、細(xì)砂巖，局部夾薄層泥巖。地表為第四系覆蓋，通視條件好，適合方法開展。電阻率測(cè)深選擇直流激電測(cè)深和瞬變電磁測(cè)深兩種方法，觀測(cè)裝置為對(duì)稱四極和中心回線。

3.2 電阻率斷面特征分析

瞬變電磁通過特定時(shí)間段內(nèi)的連續(xù)觀測(cè)，獲取地下不同深度的電性信息，推斷電性結(jié)構(gòu)與地層、巖相變化等地質(zhì)模型[18-20]。從獲取參數(shù)意義上講，瞬變電磁和激電測(cè)深方法均為電阻率測(cè)深。

圖2 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Geological sketch map of the study area

圖3 試驗(yàn)段瞬變電磁和激電測(cè)深電阻率斷面圖Fig.3 Test of transient electromagnetic and IP sounding resistivity section

試驗(yàn)段的兩種測(cè)深方法對(duì)比分析（圖3）表明，瞬變電磁和激電測(cè)深獲得的電阻率斷面變化趨勢(shì)基本相同?？v向上隨著深度增加，瞬變電磁電阻率斷面有高—低—高變化特征，淺部0～150 m為高阻層，電阻率值為38～42 ?·m；中間200～300 m為低阻層，形態(tài)上向北西側(cè)伏，電阻率值為26～32 ?·m；深部有兩個(gè)高阻隆起，分別位于2 400點(diǎn)和3 400點(diǎn)附近；電阻率測(cè)深斷面呈現(xiàn)兩個(gè)電性層，淺部為低阻層，為30～40 ?·m，深度在0～200 m附近，深部為高阻，電阻率梯度變化帶位于200 m附近，兩個(gè)高阻隆起異常分別位于2 600和3 400附近。不同之處是瞬變電磁斷面淺部低阻帶拉長，深度下延到300～400 m一帶，其原因是瞬變電磁觀測(cè)衰減二次場(chǎng)的感應(yīng)信號(hào)，有低阻陰影效應(yīng)。

已終孔鉆井位于延長組第三巖性段，測(cè)井資料（表4）揭示，該段屬于延長組第三段長7巖性段。油頁巖上部灰黑色泥巖和頁巖發(fā)育，細(xì)砂巖、粉砂巖等泥質(zhì)成分較多，電阻率值不大于100 ?·m，均值在40 ?·m左右，具有較低電阻率特征。油頁巖層頁巖富含動(dòng)植物化石，有機(jī)質(zhì)豐度高，是該區(qū)最重要的生油層。在測(cè)井曲線上的高自然伽馬、高聲波時(shí)差、高電阻率、低密度的“三高一低”特征極易劃分，沉積厚度30～50 m左右[2]。對(duì)比測(cè)井資料，油頁巖層位于電性斷面梯度帶上。

表4 銅川油頁巖礦區(qū)井中巖石電阻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.4 Rock resistivity of drilling statistical results in oil shale mining area in Tongchuan

為了進(jìn)一步對(duì)電阻率斷面進(jìn)行分析，根據(jù)鉆井資料構(gòu)建了油頁巖地層一維地電模型，并對(duì)該模型進(jìn)行了正演計(jì)算和反演擬合。

根據(jù)錄井巖性和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，可構(gòu)建6層水平層狀模型。該模型正演測(cè)深曲線和實(shí)測(cè)測(cè)深數(shù)據(jù)反演模型見圖4。

圖4 孔旁測(cè)深正演模型計(jì)算與反演擬合Fig.4 Forward and inversion model calculation fitting beside borehole sounding

孔旁對(duì)稱四極測(cè)深最大供電極距 AB為2 000.0 m（實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表5）。正演計(jì)算（圖4a，圖4c）表明，淺部理論計(jì)算測(cè)深數(shù)值較為接近，正演曲線近似水平直線，AB/2大于200.0 m以后出現(xiàn)洼陷，類型上為H型。實(shí)測(cè)曲線形態(tài)上由淺到深出現(xiàn)先抑后揚(yáng)，AB/2大于100.0 m后實(shí)測(cè)電阻率值緩慢抬升，Rs最大值接近100.0 ?·m，曲線類型為H型。

表5 ZK01鉆井旁測(cè)深數(shù)據(jù)表Tab.5 Sounding data beside borehole ZK01

為了提高擬合精度，按供電極距大小，將測(cè)深數(shù)據(jù)分為淺部和深部?jī)啥畏謩e進(jìn)行擬合，分段極距為AB/2=0～100.0 m、AB/2=50.0～1 000.0 m，擬合精度分別達(dá)到4.4%、6.9%。反演計(jì)算結(jié)果（圖4b，圖4d）顯示，擬合電性斷面為二層地電模型，0～255 m等效電阻率為63 ?·m，大于255 m深部為高阻，計(jì)算電阻率＞260 ?·m。淺部為黏土和砂巖風(fēng)化界面，電阻率值在47～21 ?·m。

孔旁測(cè)深正演計(jì)算和反演擬合表明，薄層高阻的油頁巖在反演擬合時(shí)等效模型為中等電阻率。

4 勘查實(shí)例

根據(jù)孔旁測(cè)深得到的結(jié)論，在研究區(qū)部署了兩條測(cè)深剖面（圖2，編號(hào)I、II）。其中I號(hào)剖面位于前烈橋—紅柳溝一帶，是在試驗(yàn)剖面（ZK01附近）上向兩端延伸，剖面總長5.2 km。II號(hào)剖面位于哭泉鎮(zhèn)—四郎廟一帶，剖面總長11.3 km，走向北西向，與盆地南緣三疊世沉積地層走向相切，剖面南部有油頁巖層出露地表。

前烈橋—紅柳溝（I）剖面電阻率測(cè)深斷面反映，剖面淺部為低阻層，產(chǎn)狀較平穩(wěn)，深部整體為高阻。在剖面600～2 200點(diǎn)和3 600～5 200點(diǎn)，分別存在兩處低阻凹陷，2 400～3 300點(diǎn)深部發(fā)現(xiàn)一向上隆起高阻異常（圖5）。

圖5 前烈橋—紅柳溝（I號(hào)）剖面電阻率斷面及解釋Fig.5 Resistivity section and interpretation of Qianlieqiao–Hongliugou（I#）profile

結(jié)合地質(zhì)情況，認(rèn)為剖面范圍發(fā)育兩個(gè)向斜、一個(gè)背斜構(gòu)造，背斜核部位于高阻隆起位置。油頁巖層位于電阻率梯度變化界面上，其展布形態(tài)隨著背斜構(gòu)造面起伏，背斜核部埋藏較淺，向斜核部埋藏較深，約500～700 m。

鉆孔ZK02完鉆深度500 m，鉆遇油頁巖深度162.7～191.1 m，與解釋深度基本一致。

鄂爾多斯盆地南緣區(qū)域地質(zhì)資料[19]研究表明，該區(qū)地層產(chǎn)狀平緩，局部背斜向斜構(gòu)造發(fā)育，斷裂發(fā)育。

哭泉鎮(zhèn)—四郎廟（II）剖面可控源音頻大地電磁測(cè)深電阻率斷面（圖6）反映，剖面南部地層電阻率較高，淺部為低阻且厚度較小。隨著剖面向北西向延伸，低阻層逐漸增厚。下部為高阻層，并向北西向側(cè)伏。電阻率由低—高變化帶在剖面南部較淺，向北逐漸變深。根據(jù)I號(hào)剖面試驗(yàn)結(jié)論，該梯度帶即為油頁巖層的賦存層位。10 500點(diǎn)附近深部有一高阻隆起，推測(cè)該處存在深部背斜構(gòu)造，高阻異常北側(cè)低阻“凹陷”可能為斷裂引起。

圖6 哭泉鎮(zhèn)—四郎廟（II號(hào)）剖面推斷成果Fig.6 Interpretation result of Kuquan-Silang temple（II#）profile

油頁巖層上部即長71+2巖性以泥巖、泥巖與砂巖互層為主。測(cè)井結(jié)果顯示，其電性上為相對(duì)低阻，具淺湖相沉積特點(diǎn)。油頁巖層下部即長8、長9油組，巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)減少，測(cè)井曲線反映具高阻特征，地層形成于淺湖—半深湖相沉積環(huán)境。電阻率測(cè)深斷面縱向上的這種變化特點(diǎn)，反映了油頁巖沉積環(huán)境的變遷及形態(tài)。

鉆孔ZK9完鉆深度1 291 m，鉆遇油頁巖深度700～750 m，與推斷深度基本吻合。

5 結(jié) 論

（1）在成礦環(huán)境上，油頁巖層處于淺湖相—半深湖相變遷特定地質(zhì)時(shí)期，因有機(jī)質(zhì)含量差異，電阻率斷面在縱深上具有由低—高變化特征，在電性斷面上形成易識(shí)別的梯度變化帶，間接指示了油頁巖層賦存層位。

（2）在有效勘探深度范圍內(nèi)，電阻率測(cè)深斷面反映了地下不同電性特征的地質(zhì)體展布形態(tài)，結(jié)合鉆孔資料對(duì)比分析，可以達(dá)到油頁巖勘查之目的。

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Resistivity Section Characteristics and Exploration of the Oil Shale Layer in Tongchuan Area

Wang Kai,Zhang Xu,Tang Shengsong,Jiang Ting
Xi′an Institute of Geology and Mineral Resources，Xi′an，Shaanxi 710054，China

In order to study the suitability and resolution of resistivity sounding method in oil shale region，we carried out the resistivity sounding in Tongchuan Area，the south of Ordos Basin.Combined with drilling mud logging and discovery ore situation，analysis of the oil shale section resistivity features by two methods is made，and the specific areas of oil shale layer in the electrical section are selected.Oil shale layer thickness is thin and high resistance layer in target body，compared to bury depth.In the obtained electrical section，the resolution of high resistance electrical oil shale layer is not very clear，but resistivity isoline change of gradient zone corresponds well to oil shale layer position，indicating the oil shale layer position indirectly. And through the comprehensive analysis of lithology and logging parameters，we think the gradient changes of resistivity values with depth changes resistivity value with depth describes from electrical aspect the evolution of oil shale layer from shallow lake sedimentary environment to half deep lacustrine environment.Therefore we conclude that resistivity sounding method can achieve the purpose of the exploration of oil shale layer.

resistivity sounding method；gradient zone of resistivity isoline change；oil shale；shallow lake sedimentary；Ordos Basin

http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.11885/j.issn.1674-5086.2012.10.11.04.html

王凱，1967年生，男，漢族，陜西眉縣人，高級(jí)工程師，主要從事金屬礦產(chǎn)勘查、綜合勘探方法研究。E-mail：wangkaixian001@sina.com

張旭，1980年生，男，漢族，陜西咸陽人，工程師，碩士，主要從事與礦產(chǎn)、水文、構(gòu)造相關(guān)電磁法研究。E-mail：114651590@qq.com

唐圣松，1983年生，男，漢族，湖南辰溪人，助理工程師，主要從事電磁勘探方法研究。E-mail：825781975@163.com

姜亭，1978年生，男，漢族，陜西咸陽人，助理研究員，碩士，主要從事油氣勘探開發(fā)研究和非常規(guī)能源礦產(chǎn)評(píng)價(jià)。E-mail：jt2307@163.com

10.11885/j.issn.1674-5086.2012.10.11.04

1674-5086（2014）03-0059-09

P319

A

2012–10–11 < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：

時(shí)間：2014–05–21

中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“鄂爾多斯盆地南部銅川—延安地區(qū)三疊系油頁巖資源調(diào)查評(píng)價(jià)”（1212011120963）。