陜西銅川
—延安地區(qū)油頁巖及油氣資源特征

李玉宏，姜 亭，武富禮，姚志剛，羅克勇

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054；2.西安石油大學，西安 710065）

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陜西銅川
—延安地區(qū)油頁巖及油氣資源特征

李玉宏1，姜 亭1，武富禮2，姚志剛2，羅克勇1

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054；2.西安石油大學，西安 710065）

摘要：鄂爾多斯盆地東南部的銅川—延安地區(qū)是我國油頁巖資源最豐富的地區(qū)之一，其中，三疊系延長組是盆地內(nèi)最具潛力的油頁巖產(chǎn)出層位。為了掌握和評價該區(qū)三疊系延長組長7油頁巖礦床特征、資源品級和勘探遠景，為該區(qū)油頁巖勘探開發(fā)提供依據(jù)，在對油頁巖地質(zhì)調(diào)查、鉆探及測井等資料解釋和樣品分析的基礎上，進行了綜合研究和遠景資源量估算。結(jié)果表明：該區(qū)油頁巖厚度較大、油頁巖段集中，分布穩(wěn)定，含油率較高，為厚層中品級富—高硫油頁巖；沉積環(huán)境控制了油頁巖的厚度及含油率，半深湖—深湖與淺湖過渡帶及湖灣環(huán)境是油頁巖形成的最有利相帶；該區(qū)僅500 m以淺的長7油頁巖資源量達1 346.46×108t，干餾油頁巖油資源量為63.70× 108t，資源潛力巨大，具有大型—特大型油頁巖礦床遠景。

關鍵詞：鄂爾多斯盆地；三疊系延長組；油頁巖；油氣

引用格式：李玉宏，姜亭，武富禮，等.陜西銅川—延安地區(qū)油頁巖及油氣資源特征［J］.中國地質(zhì)調(diào)查，2016，3（1）：20－25.

0 引言

油頁巖的開發(fā)和利用已有近200年的歷史，其主要工業(yè)用途之一是制取頁巖油。我國是世界上油頁巖資源十分豐富的國家之一，21世紀初，隨著國際油價持續(xù)走高，油頁巖作為一種重要的能源礦產(chǎn)資源，逐步進入各國能源開發(fā)、利用的視野［1－3］。

鄂爾多斯盆地不僅具有豐富的油氣資源，也是大型的非常規(guī)油氣的“聚寶盆”。盆地南部是我國油頁巖資源最豐富的地區(qū)之一，其中三疊系延長組是盆地內(nèi)最具資源潛力的油頁巖產(chǎn)出層位，資源前景良好［4－6］。但該區(qū)的油氣研究程度遠低于盆地中、北部。隨著油氣勘查工作的深入，該區(qū)油氣、頁巖氣資源日益受到重視。因此，立足非常規(guī)油氣新領域、常規(guī)油氣南部新區(qū)，拓展油氣新層系，綜合研究鄂爾多斯盆地東南部延安—銅川地區(qū)的三疊系油頁巖及其伴生資源，對推進該區(qū)能源礦產(chǎn)勘查開發(fā)具有重要意義。本文在油頁巖測井解釋模型探索基礎上，對主要目的層——三疊系延長組長7油頁巖，進行了油頁巖成礦地質(zhì)條件研究，評價了油頁巖資源潛力，預測了資源量。同時根據(jù)項目實施中發(fā)現(xiàn)的石油、頁巖氣等伴生能源礦產(chǎn)顯示，按照多種伴生能源礦產(chǎn)綜合評價的思路，結(jié)合區(qū)域資料，對石油及頁巖氣資源前景做了概略評價。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地構(gòu)造形態(tài)總體表現(xiàn)為東翼寬緩、西翼陡窄，為不對稱大向斜的南北向矩形盆地。通常盆地邊緣斷裂褶皺相對發(fā)育，而盆地內(nèi)部構(gòu)造簡單、地層平緩，一般傾角不足1°。盆地內(nèi)無二級構(gòu)造，三級構(gòu)造以鼻狀褶皺為主，少見幅度較大的背斜構(gòu)造發(fā)育。根據(jù)現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)，結(jié)合盆地演化歷史，可將鄂爾多斯盆地進一步劃分為伊盟隆起、渭北隆起、西緣斷褶帶、晉西撓褶帶、天環(huán)向斜，以及陜北斜坡等6個一級構(gòu)造單元［7－8］。工作區(qū)位于鄂爾多斯盆地南部NE—SW向展布的渭北隆起帶的北部及陜北斜坡的東南部（圖1）。

上三疊統(tǒng)延長組是在鄂爾多斯盆地持續(xù)拗陷和穩(wěn)定沉降過程中堆積的河流－湖泊相陸源碎屑巖系，其北部沉積物粒度粗、厚度小，南部沉積物粒度細、厚度大，是盆地內(nèi)主要含油巖系［9］。地礦部門根據(jù)巖性特征自下而上進一步將延長組劃分出5個巖性段；油田按巖性、電性及含油性等特征將其自上而下細分為10個油層組［7－9］。研究區(qū)三疊系延長組第二段上部（長7）油頁巖分布面積廣、厚度較大、含油率較高［10］，是油頁巖調(diào)查首選目標層系。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Tectonic location of the study area

2 研究方法

在調(diào)研國內(nèi)外油頁巖資源勘探經(jīng)驗，借鑒煤田地質(zhì)勘探、石油地質(zhì)勘探的方法，分析已有資料的基礎上，通過地質(zhì)調(diào)查、異常查證（鉆探）及地球物理測井，獲取油頁巖資源評價所需的各種參數(shù)，建立油頁巖測井評價模型，利用石油鉆井資料進行油頁巖資源潛力評價，綜合分析油頁巖資源形成條件，并預測資源量（圖2）。

圖2 技術(shù)路線Fig.2 Technological roadmap

在充分研究前人成果的基礎上，部署在研究區(qū)的3口鉆孔，均鉆遇了良好的長7油頁巖層段，并且在新區(qū)長4＋5、長6油層組和長10新層系均發(fā)現(xiàn)良好油氣顯示（圖3）。何3井在發(fā)現(xiàn)良好油頁巖礦層的同時，在鄂爾多斯盆地南部新區(qū)發(fā)現(xiàn)長4＋5、長6傳統(tǒng)層位良好的石油顯示，鉆獲油浸及以上含油巖心28.66 m；何3－1井進一步在南部新區(qū)發(fā)現(xiàn)長7頁巖氣顯示和長10新層系油層，取得顯著找礦效果。

圖3 何3井長4＋5含油巖心（477.15～478.44 m）Fig.3 Oil bearing cores from the Chang 4＋5 Member of the He 3 Well（477.15－478.44 m）

3 主要成果

（1）總結(jié)了研究區(qū)油頁巖成礦模式，明確了油頁巖特征。鄂爾多斯盆地三疊系延長組油頁巖形成于大型克拉通盆地的拗陷期，長7、長8和長9均不同程度地發(fā)育有油頁巖，其中以長7下部的油頁巖分布最廣（在整個研究區(qū)均有分布），厚度較大（一般厚度15 m左右，最厚可達35 m），品質(zhì)較好（平均含油率5.2%）。油頁巖礦主要為中品級、中灰分、高硫油頁巖，密度平均為2.14 g／cm3。通過對沉積相和有機質(zhì)富集機理的研究，修正了前人關于油頁巖有利沉積相帶的認識，提出油頁巖形成的最有利相帶為淺湖—半深湖相湖灣環(huán)境。

（2）總結(jié)了延長組油頁巖形成的4大主控因素和坳陷湖盆淺湖油頁巖成礦模式（圖4）。4大主控因素分別是古構(gòu)造與古地貌（控制湖盆的發(fā)育及有利沉積相帶的展布）、古氣候（主要影響有機質(zhì)生產(chǎn)力、有機質(zhì)類型及有機質(zhì)保存條件）、沉積環(huán)境（控制有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)保存、油頁巖單層厚度）以及后期構(gòu)造演化（主要通過地層埋深來控制油頁巖的剝蝕與熱演化程度，進而影響油頁巖的保存與品質(zhì)）。前3個條件控制有機質(zhì)輸入與沉積，第4個條件控制有機質(zhì)保存與演化。

圖4 淺湖—半深湖湖灣油頁巖成礦模式Fig.4 Accumulation model of oil shale from bays in shallow and semi-deep lakes

（3）建立了油頁巖測井解釋模型，為利用油田測井資料解釋油頁巖奠定了基礎。油頁巖含油率是指油頁巖中頁巖油（焦油）所占的質(zhì)量分數(shù)，是界定油頁巖礦產(chǎn)資源的一項重要指標，也是油頁巖評價過程中最重要的參數(shù)［11］。目前，油頁巖評價過程中含油率等主要參數(shù)都是采用實驗室測試巖心的方法來獲得。雖然該方法獲得的數(shù)據(jù)較為準確，但受成本等原因的影響，不可能對每口井都做大量的取心和分析化驗，而且油頁巖含油率縱向非均質(zhì)性強，分析數(shù)據(jù)的代表性不佳。測井資料具有數(shù)量多、分辨率高、連續(xù)性好等特點，利用測井資料進行油頁巖評價可以在降低成本的基礎上，獲得更多且連續(xù)性好的數(shù)據(jù)，彌補常規(guī)方法的不足，提高資源量估算的準確性。

此次研究首先根據(jù)油頁巖探井大量巖心的有機碳、含油率分析數(shù)據(jù)，運用Δlog R法建立了油頁巖有機碳、含油率與測井曲線之間的關系，得出了含油率計算公式［12］（圖5）。

圖5 Δlog R與含油率關系Fig.5 Relationship between Δlog R and oil content

通過與實測值的對比，計算值的絕對誤差為0.94%，相對誤差為20%，為利用盆地中已有各類測井資料進行油頁巖識別和資源評價建立了有效途徑。

鄂爾多斯盆地埋藏較淺的三疊系延長組長7油頁巖資源主要分布在陜北南部及渭北地區(qū)的銅川—富縣地區(qū)，該區(qū)靠近盆地中生代沉積與沉降中心，長7油頁巖出露點多、埋藏淺、厚度較大、含油率較高，為品質(zhì)良好的油頁巖，具有巨大的油頁巖勘查前景［4－6］。由于該區(qū)積累了大量油氣測井資料（圖6），利用該含油率地區(qū)性測井解釋模型，快速有效地進行了油頁巖資源量評價，預測工作區(qū)長7油頁巖工業(yè)品級以上的礦體面積達1.08×104km2，其中500 m以淺的油頁巖遠景資源量1 346.46×108t，折算干餾頁巖油遠景資源量63.70×108t，說明區(qū)內(nèi)資源潛力巨大，具有大型—特大型油頁巖礦床遠景。

銅川—延安地區(qū)油頁巖礦體平均含油率5.2%，屬中品級；油頁巖灰分含量平均75.4%，屬于中灰分油頁巖；油頁巖發(fā)熱量高，平均1 664 cal／g；油頁巖產(chǎn)氣率較高，平均為4.0%，有利于綜合利用和減少干餾過程中的加熱成本；油頁巖樣品水分含量平均1.69%，屬于低濕度油頁巖，加工和燃燒過程中不需要預先干燥，可降低預處理成本；油頁巖全硫含量平均6.5%，屬高硫油頁巖，油頁巖利用時存在較大的環(huán)境污染問題。

圖6 銅川地區(qū)延長組長73期沉積相Fig.6 Sedimentary facies of 73Member of Yanchang Formation in Tongchuan area

（4）發(fā)現(xiàn)了長10含油新層系。何3－1井在長10段鉆遇含油顯示段16 m（圖7、圖8）。對長101油藏特征及油源對比的分析認為，長101油藏為弱構(gòu)造－巖性油藏，長101原油與延長組上組合原油的有機地球化學特征有明顯的差異［13］。對延長組下組合的初步分析認為，延長組下組合蘊涵著較豐富的油氣資源，其中長101的物性最好，其次是長9，再次是長8。長101的滲透性甚至好于長4＋5和長6，為長101油藏的形成奠定了良好的儲集條件［14］。

（5）研究區(qū)長4＋5和長6有較好的油氣資源潛力。鉆探過程中在長4＋5和長6油層組中發(fā)現(xiàn)了多套油層，長4＋5—長6儲層非均質(zhì)性較強，總體屬低孔特低滲儲層。在調(diào)查區(qū)南部新優(yōu)選了2個油氣有利區(qū)，分別為宜君—銅川有利區(qū)和旬邑有利區(qū)。長4＋5有利區(qū)分布面積為1 822 km2，旬邑有利區(qū)位于三角洲前緣水下分流河道和濁積巖砂體帶，鼻狀隆起高點，斷裂較發(fā)育，宜君—銅川有利區(qū)內(nèi)何3井和何3－1井已見油浸砂巖。長6有利區(qū)分布面積為1 990 km2，旬邑有利區(qū)較大，宜君—銅川有利區(qū)內(nèi)何3井和何3－1井已見油浸砂巖，2個有利區(qū)主體位于濁積扇之上［14］。

（6）長7油頁巖段具有形成頁巖氣的基本條件。何3－1井施鉆過程中，在長7油頁巖段發(fā)現(xiàn)較好的氣測異常，異常值是背景值的3～4倍。采集的7件樣品瓦斯含量為0.25～0.40 m3／t，平均0.35 m3／t，含氣性較好。通過與國內(nèi)外已開展頁巖氣商業(yè)開采區(qū)的頁巖特征及頁巖氣富集區(qū)選區(qū)參數(shù)對比，區(qū)內(nèi)油頁巖TOC含量極高，可彌補厚度和低演化程度導致的生氣量不足。結(jié)合區(qū)域頁巖氣勘查進展，認為該區(qū)具有一定的頁巖氣前景［14］。

圖7 何3－1井長10油層綜合圖Fig.7 Oil layer from the Chang 10 Member of the He 3－1 Well

圖8 何3－1井869.27～869.54 m含油巖心照片F(xiàn)ig.8 Pictures of the oil－bearing cores from the He 3－1 Well（869.27－869.54 m）

4 結(jié)論

本文通過地質(zhì)調(diào)查與油頁巖鉆探、地球物理測井及樣品分析測試，充分收集和利用工作區(qū)石油鉆探資料，開展了油頁巖測井解釋、成礦條件和分布規(guī)律研究，以及油頁巖資源潛力評價，初步建立了研究區(qū)油頁巖測井識別方法和含油率計算模板；總結(jié)了研究區(qū)油頁巖特征和成礦模式；初步探索了工作區(qū)油頁巖電法探測方法；預測了工作區(qū)長7油頁巖資源量，評價認為該區(qū)具有大型—特大型規(guī)模油頁巖礦產(chǎn)地資源前景。同時根據(jù)項目實施中發(fā)現(xiàn)的石油、頁巖氣等伴生能源礦產(chǎn)顯示，按照多種伴生能源礦產(chǎn)綜合評價的思路，結(jié)合區(qū)域資料，對石油及頁巖氣資源前景進行了概略評價。該項目對鄂爾多斯盆地東南部新區(qū)、新層系、新領域油氣資源勘探發(fā)揮了引導作用，也為相關企業(yè)進一步開展多種能源礦產(chǎn)綜合勘查利用提供了依據(jù)。

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（責任編輯：劉永權(quán)）

Characteristics of oil shale and oil gas resources in the Tongchuan－Yan’an area，Shaanxi Province

LI Yuhong1，JIANG Ting1，WU Fuli2，YAO Zhigang2，LUO Keyong1
（1.Xi’an Center，China Geological Survey，Xi’an 710054，China；2.Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China）

Abstract：The Tongchuan-Yan’an area，the southeastern of Ordos Basin，is one of the richest oil shale resources areas in China.Triassic Yanchang Formation is considered as the greatest potential resource layer for oil shale exploration.In order to understand the deposit characteristics，grade quality and exploration prospect and to provide a reference for further exploration of oil shale in Chang 7 Member of Yanchang Formation in the study area，according to comprehensive data interpretation of geological survey，geological drilling，well logging and sample analysis，the prospective resource estimation reveals that the oil shale is large in thickness and high in oil content，and it has a concentrated and stable distribution，which is considered as medium-grade and sulfur-rich oil shale.Sedimentary environment has an important effect on the thickness and oil content of oil shale.The tran-sition belt between semi-deep lake and shallow lake，and the lake-bay environment are the most favorable facies for the formation of oil shale.It is proposed that the amount of oil shale resource of Chang 7 with the depth below 500 meters has reached 1 346.46×108t，while the counterpart of carbonized oil shale has reached 63.70×108t.The resource potential of the study area is enormous，and implies the prospect of large and super-large oil shale deposits.

Key words：Ordos Basin；Triassic Yanchang Formation；oil shale；oil and gas

第一作者簡介：李玉宏（1968—），男，教授級高級工程師，主要從事油氣及非常規(guī)能源地質(zhì)調(diào)查工作。Email：929726833＠qq.com。

基金項目：中國地質(zhì)調(diào)查局“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)查評價（編號：1212011120963）”項目資助。

收稿日期：2015－04－09；

修訂日期：2015－11－18。

中圖分類號：P618.12；TE132.2

文獻標志碼：A

文章編號：2095－8706（2016）01－0020－06