青海油頁巖地質(zhì)勘查過程采樣長度的確定

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(1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長春 130061;2.青海省地質(zhì)調(diào)查局，青海 西寧 810001；3.青海煤炭地質(zhì)一○五勘探隊，青海 西寧 810007；4.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054)

青海油頁巖地質(zhì)勘查過程采樣長度的確定

黨洪量1,2，魏 毅3，張云鵬4,郭 望4,童?？?，范文科2

(1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長春130061;2.青海省地質(zhì)調(diào)查局，青海 西寧810001；3.青海煤炭地質(zhì)一○五勘探隊，青海 西寧810007；4.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安710054)

為確定青海油頁巖勘查過程中油頁巖的最佳采樣長度(以下簡稱“樣長”)，在系統(tǒng)開展野外地質(zhì)工作和樣品采集化驗基礎(chǔ)上，分析認識青海油頁巖地質(zhì)特征，分別用類比法、統(tǒng)計學(xué)方法和試驗法，得出技術(shù)和經(jīng)濟方面均合理的最大樣長。結(jié)果顯示：① 由于油頁巖與同為固體可燃有機巖煤的宏觀識別程度、有用組分的變化過程和分布均勻程度均存在差異，所以不能完全參考煤的采樣規(guī)格；② 通過統(tǒng)計分析Y-1Y和Y-6Y井油頁巖含油率正態(tài)分布類型為對數(shù)分布，與許多鉬、錫、鎢以及貴金屬礦床的典型樣品數(shù)據(jù)正態(tài)分布形態(tài)類似，可類比其樣長規(guī)格，確定油頁巖樣長為1.5～2.0m；③ 對Y-1Y井中選定的加密采樣層段含油率數(shù)據(jù)應(yīng)用減稀法得出最大樣長為1.5m或1.6m。

油頁巖；采樣長度；地質(zhì)勘查；青海省

隨著青海省油頁巖探礦權(quán)招、拍、掛工作的結(jié)束，青海省油頁巖勘查工作也將陸續(xù)開展。通過調(diào)研，目前國內(nèi)油頁巖的勘查手段仍為傳統(tǒng)的重型工程(鉆探、槽探等工程)揭露礦層，然后以化驗結(jié)果確定油頁巖礦品位等參數(shù)，最終達到估算資源量的目的。其他的手段，如測井、地震等尚處于討論研究階段，不能直接應(yīng)用于勘查過程[1-3]。再加上油頁巖具有資源潛力大、勘探程度低、分布不均勻的特點[4]，采樣工作在其勘查過程顯得尤為重要，而鉆孔中巖芯采樣長度需綜合考慮地質(zhì)因素和經(jīng)濟因素[5-6]。眾所周知，樣品的采集精度和成本歷來是矛盾體，油頁巖同其他礦產(chǎn)一樣，礦的有用組分不可能完全均勻分布，巖芯樣品長度越小，越能反映礦的實際情況[7]。但受實際工作中成本因素的影響，不可能無限制的增多樣品數(shù)量。這就要求，在勘查工作需根據(jù)不同地區(qū)礦體穩(wěn)定程度，在不同誤差允許范圍內(nèi)，采用不同的樣長。調(diào)研過程發(fā)現(xiàn)，目前在沒有規(guī)范可執(zhí)行情況下，大多數(shù)單位根據(jù)自身工作經(jīng)驗和工作階段要求，在自然分層基礎(chǔ)上，以不同的規(guī)格對油頁巖層段進行樣品采集。其中，科研單位為提高樣品的代表性，每米采集一個樣品；生產(chǎn)單位則直接按照煤炭規(guī)范中對煤樣的要求，對連續(xù)礦層段取樣長度以不大于3 m為原則。以上的樣品長度確定缺乏明確的理論依據(jù)或數(shù)學(xué)推理。據(jù)此，在對青海全省可能賦存油頁巖的礦點系統(tǒng)的開展路線地質(zhì)調(diào)查、剖面測量、煤田鉆孔油頁巖識別、老井資料二次開發(fā)和樣品分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)認識油頁巖地質(zhì)特征，然后在已知含油頁巖礦區(qū)魚卡煤田，施工參數(shù)孔，對油頁巖層段連續(xù)加密采樣分析，以此為原始數(shù)據(jù)，運用常用的確定樣長方法，得出能夠保證足夠精度條件下，反映油頁巖品質(zhì)的最大樣長，供今后開展油頁巖相關(guān)工作人員參考。

1 青海油頁巖特征

大部分學(xué)者在文獻中敘述的所謂青海省油頁巖是將具備生油氣條件的暗色頁巖統(tǒng)稱為油頁巖,以此認識的油頁巖青海省賦存于侏羅系和三疊系[8-11]。但經(jīng)過系統(tǒng)采樣分析，青海省油頁巖賦存于侏羅系中下統(tǒng)，三疊系達不到目前國內(nèi)普遍認可的，由劉招君老師等人定義的油頁巖指標(含油率大于3.5%，發(fā)熱量一般不小于4.18 MJ/kg)[12]。侏羅系中下統(tǒng)的油頁巖主要分布于青海省北部的煤礦區(qū)，含油率介于3.5%～19.5%之間，平均含油率為低-中品質(zhì)；發(fā)熱量介于4.18～18.84 MJ/kg，平均發(fā)熱量為中-高品質(zhì)[13]。

綜合野外地質(zhì)工作成果和室內(nèi)化驗結(jié)果，得出油頁巖的巖石組合特征為深灰-灰褐色泥巖、頁巖和泥質(zhì)粉砂巖；在同一礦區(qū)施工的三個鉆孔中油頁巖的結(jié)構(gòu)差異也較大，平面分布主要受沉積環(huán)境影響，較區(qū)內(nèi)煤層穩(wěn)定程度差；油頁巖與圍巖的組合類型有4種。其中，A類型和B類型為湖進體系域下半深湖-深湖環(huán)境，厚度大，層系穩(wěn)定，但含油率較低，與其圍巖巖性一致，顏色差異不大；C類型和D類型為湖灣沼澤環(huán)境下沉積油頁巖，屬于煤的共伴生礦產(chǎn)，具有厚度小、含油率大的特點，與圍巖煤、細砂巖容易區(qū)分，但與暗色泥頁巖沒有明顯差異，需要通過化驗結(jié)果才能確定是否為油頁巖礦。即油頁巖礦必須通過連續(xù)取樣分析，才能確定其界限。因此，需要通過數(shù)學(xué)方法確定合理的樣長，達到既可以客觀反映油頁巖品位情況，而且不造成成本的浪費。所以，在研究過程選取具有代表性工作程度相對較高的魚卡地區(qū)的油頁巖參數(shù)井進行連續(xù)加密采樣，獲取高精度的化驗數(shù)據(jù)開展本次研究。另外，由于油頁巖概念指標含油率和發(fā)熱量的相關(guān)性為高度正相關(guān)[14]，如魚卡Y-1Y井中二者相關(guān)系數(shù)為0.95(圖1)，說明含油率可作為發(fā)熱量的代替指標，所以，本次研究過程，僅分析能確保含油率精度條件下的最大采樣長度，不再針對發(fā)熱量指標開展研究。

圖1 Y-1Y井含油率與發(fā)熱量相關(guān)性分析

2 采樣化驗過程介紹

2.1 采樣規(guī)格設(shè)置

基于“單個樣品代表厚度一般應(yīng)小于可采厚度”原則和本次樣長確定試驗研究的需要，對含油率值高的，現(xiàn)場可初步識別為油頁巖的層段，設(shè)置采樣規(guī)格不大于0.3 m；對無法確定或含油率值不高的層段，設(shè)置采樣規(guī)格不大于0.8 m，采樣過程要求連續(xù)取樣，全部巖芯送樣。為保證巖芯完整程度,Y-1Y井采用HYDX-6全液壓鉆機繩索取芯，鉆獲中侏羅統(tǒng)大煤溝組7段真厚55.55 m，傾角20°，目的層段長度采取率98.99%,剔除淺灰-灰色粉砂巖、細砂巖夾矸層，在大于0.1 m即自然分層的基礎(chǔ)上，共計采集樣品103件(圖2)。其中，樣品編號OS-1至OS-5為灰綠色泥頁巖，可識別為非油頁巖，采樣規(guī)格為0.8 m；編號OS-7至OS52為灰褐、黑褐、灰黑色泥頁巖，疑為油頁巖，采樣長度為0.3 m，其頂部有0.3 m灰色泥巖以采長0.3 m編號OS-6樣品采集；疑似油頁巖段的下伏巖層為灰黑色泥質(zhì)粉砂巖過渡為深灰色粉砂巖加細砂巖，采樣規(guī)格為0.8 m，樣品編號OS-53至OS-103。

2.2 實驗室化驗方法

本次實驗采用氣密性好、試樣受熱均勻、殘油收集方便的格金低溫干餾法測定[15-16]?；灁?shù)據(jù)質(zhì)量達到《GB/T1341—2007》要求，其他油頁巖指標參照煤質(zhì)化驗的相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行。

圖2 Y-1Y井侏羅紀地層柱狀剖面及采樣位置示意圖

3 試驗方法及結(jié)果

根據(jù)青海油頁巖已有工作成果和資料基礎(chǔ)，本次用于確定采樣長度的方法有類比法、統(tǒng)計學(xué)方法和試驗法。

3.1 類比法

類比法，是參考已具有規(guī)范的類似礦床的采樣要求，確定該類礦床的采樣規(guī)格[17]。油頁巖與煤同為固體可燃有機巖，常為共伴生礦產(chǎn)，但是油頁巖與同為沉積礦床的煤的特征不盡一致，不能生搬硬套其采樣規(guī)程。理由如下：首先在宏觀特征方面，受油頁巖勘查工作程度低限制，地質(zhì)人員相關(guān)經(jīng)驗不足，現(xiàn)場采樣過程很難將油頁巖與其上下無論顏色還是巖性基本一致的圍巖或夾矸泥頁巖區(qū)分開來，而煤炭勘查工作經(jīng)驗相對豐富，基本達到現(xiàn)場可識別圍巖及夾矸的程度；其次，碳是煤中最重要有用的組分，其含量隨煤變質(zhì)程度的增高而含量增大，而油頁巖作為烴源巖，有用組分為頁巖油，隨著熱演化作用加強，生成的油排出一部分，殘留一部分，而且不僅生油，在一定階段是將油轉(zhuǎn)化為氣，即有用組分呈現(xiàn)先增后減的趨勢；再者，同一地區(qū)煤炭的各類化驗指標尤其是含碳量等重要組分基本一致，而油頁巖的主要組分含油率等分布不均勻(魚卡地區(qū)Y-1Y、Y-2Y、Y-3Y和Y-6Y井中含油率變化系數(shù)分別為61.19%、54.26%、63.23%和60.98%)，無論是單個工程還是工程之間均存在一定的變化。另外，將Y-2Y和Y-3Y為完全參照煤炭采樣規(guī)程中不大于3 m為原則采樣化驗結(jié)果，與每米一個樣品的Y-6Y井和加密采樣的Y-1Y井的對比，發(fā)現(xiàn)4口井位于同一成礦單元內(nèi)，但由于采樣規(guī)格的影響，Y-2Y和Y-3Y井的油頁巖明顯出現(xiàn)品位貧化，礦層厚度變薄的現(xiàn)象(表1)，佐證了油頁巖采樣規(guī)格不能完全按照煤的規(guī)范要求執(zhí)行。

表1 魚卡地區(qū)油頁巖參數(shù)井情況

3.2 統(tǒng)計學(xué)方法

上一節(jié)已述油頁巖不能直接應(yīng)用類比法類比類似礦床煤的采樣規(guī)程的原因，故筆者試圖運用統(tǒng)計學(xué)方法，在統(tǒng)計分析油頁巖品味(含油率)變化特征，類比品味變化特征較一致的其他金屬礦床。具體操作過程如下：首先通過統(tǒng)計分析Y-1Y井油頁巖含油率化驗數(shù)據(jù)，繪制正態(tài)分布正方圖，確定其正態(tài)分布類型為對數(shù)分布(圖3(a))。由于Y-1Y井的樣長不是一種規(guī)格(表1)，為了保證正太統(tǒng)計數(shù)據(jù)不受樣長影響，進一步選取樣長規(guī)格均為1m的Y-6Y井進行正太分布統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)其分布類型也為對數(shù)分布(圖3(b))。在此基礎(chǔ)上，對比各類礦床典型樣品數(shù)據(jù)分布直方圖(圖4)，發(fā)現(xiàn)許多鉬、錫、鎢以及貴金屬礦床的典型樣品數(shù)據(jù)同樣具有這種正態(tài)分布特征[16]，故類比此類礦種的常用樣長，參照此類礦種相關(guān)規(guī)范要求的樣長規(guī)格，確定的油頁巖樣長為1.5～2 m。

圖3 魚卡部分鉆孔含油率分布直方圖

表2 試驗法采樣品長度的對比選擇

3.3 試驗法

試驗法也叫減稀法[17]。本次試驗對Y-1Y井中選定的油頁巖層段，按照0.3 m長度連續(xù)采樣，化驗結(jié)果顯示含油率加權(quán)平均值為6.3%，依次減稀一個樣品絕對差值為0.1%，依次減稀2個樣品的絕對差值為0～0.2%，依次減稀3個樣品的絕對差值為0.1%～0.5%，依次減稀4個樣品的絕對差值為0～0.6%，依次減稀5個樣品的絕對差值為0.1%～1.1%(表1)。按照《GB/T1341—2007》標準對格金低溫干餾試驗中含油率精度要求，含油率重復(fù)性試驗誤差絕對值不大于1%的原則，Y-1Y井最大樣長應(yīng)大于1.5 m，小于1.8 m，換算成真厚度后，進一步確定減稀法得出的油頁巖最佳樣長為1.5 m或1.6 m。

圖4 典型的樣本分布直方圖(數(shù)據(jù)來源：文獻[18])

4 結(jié) 論

在分析認識青海油頁巖地質(zhì)特征基礎(chǔ)上，分別運用類比法、統(tǒng)計學(xué)方法和試驗法，確定技術(shù)和經(jīng)濟方面均合理的最佳樣長。

1) 經(jīng)對比得出，油頁巖與同為固體可燃有機巖煤的宏觀識別程度、有用組分的變化過程和分布均勻程度均存在差異，所以不能完全參考煤的采樣規(guī)格。

2) 通過Y-1Y井油頁巖含油率數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，確定其正態(tài)分布類型為對數(shù)分布，與許多鉬、錫、鎢以及貴金屬礦床的典型樣品數(shù)據(jù)正態(tài)分布形態(tài)類似，可類比其采樣規(guī)格，確定油頁巖樣長為1.5～2.0 m。

3) 對Y-1Y井中選定的油頁巖層段以0.3 m樣長規(guī)格加密采樣分布后獲得含油率加權(quán)平均值后，歷次減稀樣品化驗數(shù)據(jù)后，以誤差絕對值不大于1%的原則，減稀法確定的最大樣長為1.5 m或1.6 m。

4) 對比本次運用的三種方法原理和效果，類比法較其他兩種方法，具有經(jīng)濟成本低的優(yōu)勢，主要工作是地質(zhì)人員通過研究礦床地質(zhì)特征后，確定可類比的具有規(guī)程操作的礦床即可；而統(tǒng)計法和減稀法相比，減稀法需要通過加密采樣，耗費大量成本得到精密化驗數(shù)據(jù)后依次減稀才能得出結(jié)果，但是較統(tǒng)計法數(shù)據(jù)不僅詳實，而且操作過程較為簡單。

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DeterminationofsamplinglengthofgeologicalexplorationprocessinQinghaiprovince

DANG Hongliang1,2,WEI Yi3,ZHANG Yunpeng4,GUO Wang4,TONG Haikui2,FAN Wenke2

(1.College of Earth Science, Jilin University, Changchun130061,China;2.Qinghai Geological Survey,Xining810001,China;3.Qinghai No.105Coal Geological Exploration Team,Xining810007,China;4.Xi’an Center of Geological Survey,China Geological Survey,Xi’an710054,China)

In order to determine the best oil shale sampling length in Qinghai province,through carrying out the system field geology work and getting the chemical testing data of oil shale sample,analyzed the geological and industrial quality characteristics of the oil shale in Qinghai province,then applied the analogy method,the statistical analysis technique and the reduce data method to determine the best sampling length for meeting the technical requirements and economic efficiency.The result shows that the coal bed sampling specification cannot be completely used;the normal distribution of oil rate in Y-1Y and Y-6Y drilling is logarithmically distributed by statistical analysis,The normal distribution is similar to that of molybdenum,tungsten and precious metals,so using statistical analysis technique to determine the best sampling length between1.5and2meters;the best sampling length is1meter with the reduce data method in Y-1Y drilling,which are sampled by encryption of shale deposits.

oil shale;sampling length;geological exploration;Qinghai province

P618.11

A

1004-4051(2017)12-0161-05

2017-06-30責(zé)任編輯宋菲

國家自然科學(xué)基金項目資助(編號：41502200；41602162)；國家科技重大專項資助(編號：2016ZX05034001-006)；青海省地勘基金項目資助(編號：2013274011kc001；2014057043kc006；2015083086kc002)

黨洪量(1986-)，男，陜西榆林人，地質(zhì)礦產(chǎn)工程師，主要從事礦產(chǎn)勘查評價與項目管理工作，E-mail：289853181@qq.com。