柴北緣?mèng)~卡地區(qū)中侏羅統(tǒng)石門溝組油頁(yè)巖資源潛力

謝文泉，劉招君，肖麗佳，宋 朔，劉金霖

(1.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318；2.吉林大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130061；3.中國(guó)石油吉林油田分公司,吉林 松原 138000)

0 引 言

魚卡地區(qū)位于柴達(dá)木盆地北緣，前人研究表明，魚卡地區(qū)油頁(yè)巖品質(zhì)好、資源潛力大，具有很好的開發(fā)價(jià)值[1-3]，但這些研究多數(shù)基于油頁(yè)巖露頭樣品，而油頁(yè)巖經(jīng)過風(fēng)化作用后，含油率等參數(shù)會(huì)發(fā)生改變[4]，導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際資源量有較大出入，且忽視了含煤段油頁(yè)巖的資源潛力。該地區(qū)通過全取心鉆井YYY1井對(duì)石門溝組進(jìn)行了完整的揭示，以鉆井巖心樣品為研究對(duì)象，進(jìn)行有機(jī)地球化學(xué)、品質(zhì)特征等測(cè)試分析，探討研究區(qū)石門溝組油頁(yè)巖資源潛力。

1 地質(zhì)背景

柴達(dá)木盆地位于青藏高原的東北部，地處古亞洲構(gòu)造域南緣，其南部緊鄰特提斯-喜馬拉雅構(gòu)造域，是一個(gè)典型的中—新生代沉積盆地[5-9]。魚卡地區(qū)位于柴達(dá)木盆地北緣，介于南側(cè)的綠梁山與北側(cè)的九龍山之間，呈北西向狹長(zhǎng)帶狀分布(圖1)。研究區(qū)沉積基底為下元古界達(dá)肯大坂群、上奧陶統(tǒng)灘間山群，區(qū)內(nèi)充填了中侏羅統(tǒng)大煤溝組、石門溝組，上侏羅統(tǒng)采石嶺組、紅水溝組，第三系古—始新統(tǒng)路樂河組以及第四系全新統(tǒng)砂礫石層[10-12]。中侏羅統(tǒng)石門溝組為此次研究目的層段，其可進(jìn)一步劃分為下部含煤段和上部頁(yè)巖段。

圖1研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)

2 油頁(yè)巖特征

石門溝組共發(fā)育8層油頁(yè)巖，累計(jì)厚度可達(dá)28.00 m。其中，含煤段發(fā)育2層油頁(yè)巖，位于厚煤層的下部，累計(jì)厚度為3.00 m，有機(jī)質(zhì)豐度高，TOC最高可達(dá)31.97%，生烴潛力高，S1+S2最高可達(dá)133.81 mg/g，含油率最高可達(dá)10.35%,有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型(表1)，整體為低灰分、高發(fā)熱量的中等品質(zhì)油頁(yè)巖。頁(yè)巖段發(fā)育6層油頁(yè)巖，累計(jì)厚度為25.00 m，上部油頁(yè)巖品質(zhì)較好，其中，第7層油頁(yè)巖連續(xù)厚度可達(dá)16.00 m，平均含油率為6.18%(表1)，是研究區(qū)最重要的油頁(yè)巖礦層，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ型，為中灰分、高發(fā)熱量的中高品質(zhì)油頁(yè)巖；而發(fā)育于頁(yè)巖段下部的油頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度較低，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ1型，為高灰分、中發(fā)熱量的低品質(zhì)油頁(yè)巖。

3 油頁(yè)巖測(cè)井定量識(shí)別

應(yīng)用體積法計(jì)算研究區(qū)油頁(yè)巖資源潛力，需要大量的油頁(yè)巖含油率數(shù)據(jù)作為支撐，研究區(qū)有豐富的巖心、測(cè)井資料，但缺乏油頁(yè)巖含油率實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。前人資料顯示，油頁(yè)巖TOC與測(cè)井曲線之間有良好的定量關(guān)系[13-15]，而研究區(qū)油頁(yè)巖含油率與TOC之間具有很好的相關(guān)性(圖2)，從而可以間接地建立起油頁(yè)巖含油率與測(cè)井曲線之間的定量計(jì)算公式。

目前油頁(yè)巖測(cè)井定量識(shí)別[12-14]主要有△logR方法、多元線性回歸、改進(jìn)后的△logR等方法。經(jīng)過對(duì)比驗(yàn)證，采用改進(jìn)后的△logR方法得到的預(yù)測(cè)含油率與實(shí)測(cè)含油率有較高的疊合性，故應(yīng)用改進(jìn)后的△logR方法在研究區(qū)開展油頁(yè)巖測(cè)井定量識(shí)別，取得了良好的效果(圖3)。

表1 YYY1井石門溝組油頁(yè)巖測(cè)試數(shù)據(jù)

圖2YYY1井石門溝組油頁(yè)巖含油率與TOC相關(guān)性

改進(jìn)后的△logR公式[15]如下：

△logR=△logR+△log(Rmax/Rmin)/(△tmax-△tmin)×(△t-△tmax)-logRmin

(1)

式中：△logR為雙收時(shí)差和電阻率曲線疊合的間距；R為電阻率曲線值，Ω·m；Rmax為雙收時(shí)差與電阻率曲線疊合后的電阻率最大值，Ω·m；Rmin為雙收時(shí)差與電阻率曲線疊合后的電阻率最小值，Ω·m；△t為雙收時(shí)差曲線值，μs/m；△tmax為雙收時(shí)差與電阻率曲線疊合后的雙收時(shí)差的最大值，μs/m；△tmin為雙收時(shí)差與電阻率曲線疊合后的雙收時(shí)差的最小值，μs/m。

經(jīng)過計(jì)算得出含煤段、頁(yè)巖段的△logR與TOC的定量關(guān)系式如下：

含煤段：TOC=60.82△logR+0.2150

(2)

頁(yè)巖段：TOC=23.95△logR+0.2798

(3)

將式(2)、(3)分別帶入含煤段、頁(yè)巖段油頁(yè)巖含油率與TOC相關(guān)性公式(圖2)，即可分別得到含煤段ω1、頁(yè)巖段ω2含油率值預(yù)測(cè)值與△logR之間的相關(guān)性公式：

ω1=13.45△logR+0.274

(4)

ω2=13.25△logR+0.612

(5)

為了驗(yàn)證該方法在研究區(qū)是否具有廣泛的適用性，選取研究區(qū)內(nèi)另一口油頁(yè)巖鉆井Y-3Y井作為驗(yàn)證井，該井石門溝組頁(yè)巖段有豐富的含油率實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比其實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值，結(jié)果表明預(yù)測(cè)效果良好(表2)。此次對(duì)含煤段油頁(yè)巖資源潛力的研究尚屬首次，研究區(qū)內(nèi)除YYY1井外，暫無(wú)油頁(yè)巖含油率實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，故暫時(shí)無(wú)法驗(yàn)證。

表2 Y-3Y井頁(yè)巖段油頁(yè)巖實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值

圖3YYY1井石門溝組△logR分析

4 油頁(yè)巖展布規(guī)律

4.1 含煤段油頁(yè)巖展布規(guī)律

石門溝組下部含煤段處于盆地沉降的初始階段，隨著構(gòu)造的沉降，形成穩(wěn)定的匯水區(qū)域，此時(shí),湖泊和三角洲發(fā)育，在三角洲河道間沼澤和湖沼植物較為繁盛，隨著可容納空間的進(jìn)一步增長(zhǎng)，有機(jī)質(zhì)得以較好地保存，此時(shí)在河道間沼澤環(huán)境容易形成厚煤層，在湖沼環(huán)境可形成一定厚度的油頁(yè)巖，但這些區(qū)域環(huán)境較為動(dòng)蕩，煤層和油頁(yè)巖層容易遭受破壞，故此時(shí)期形成的油頁(yè)巖厚度較薄，分布范圍也很局限。含煤段油頁(yè)巖厚度整體上為2.00 m左右，在研究區(qū)的西部油頁(yè)巖厚度較大，厚度最大可達(dá)3.50 m(圖4a)，但含油率較低，研究區(qū)的中南部不發(fā)育油頁(yè)巖，至東北方向油頁(yè)巖厚度逐漸增大，而油頁(yè)巖的含油率則呈現(xiàn)出相反的趨勢(shì)，中部含油率較高，兩側(cè)油頁(yè)巖含油率反而更低(圖4b)。

4.2 頁(yè)巖段油頁(yè)巖展布規(guī)律

石門溝組頁(yè)巖段，盆地持續(xù)沉降至最大，此時(shí)期湖平面大規(guī)模擴(kuò)張，研究區(qū)整體為深湖—半深湖沉積，穩(wěn)定的水體有利于湖泊生物的大量繁殖，同時(shí)可容納空間增大形成的補(bǔ)償環(huán)境使得湖泊生物和陸源有機(jī)質(zhì)可以得到較好的沉降和保存。

該時(shí)期頁(yè)巖段整體為有機(jī)含量較高的暗色泥巖和油頁(yè)巖，油頁(yè)巖在整個(gè)研究區(qū)均有發(fā)育，研究區(qū)的西南部為研究區(qū)的沉降中心，油頁(yè)巖厚度最大，為12.00～27.00 m，油頁(yè)巖累計(jì)厚度最厚可達(dá)27.00 m，油頁(yè)巖累計(jì)厚度大于12.00 m的區(qū)域范圍可達(dá)21.17 km2(圖4c)，平均含油率為6.00%(圖4d)，中品質(zhì)油頁(yè)巖(含油率大于5.00%)分布廣泛，面積約為35.34 km2，由西南部至東北部，油頁(yè)巖厚度逐漸減薄，整體表現(xiàn)為西南高東北低的特點(diǎn)。研究區(qū)中南部油頁(yè)巖含油率最高，沿兩側(cè)逐漸降低。

圖4石門溝組油頁(yè)巖等值線

5 油頁(yè)巖資源潛力

油頁(yè)巖資源評(píng)價(jià)指標(biāo)主要為油頁(yè)巖邊界指標(biāo)、最小可采厚度、埋藏深度。在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)技術(shù)可采條件下，將含油率大于3.50%作為邊界指標(biāo)，將單層油頁(yè)巖礦體最小可采厚度定為0.70 m，埋藏深度小于1 000 m作為可采埋深的邊界指標(biāo)[16-17]。

5.1 含煤段油頁(yè)巖資源

含煤段位于石門溝組的下部，埋深整體較淺，均不超過1 000 m，都在可采深度之內(nèi)，將單層厚度小于0.70 m的油頁(yè)巖層剔除，將油頁(yè)巖含油率等值線圖(圖4b)與油頁(yè)巖厚度等值線圖(圖4a)疊加，借助于DoubleFox軟件計(jì)算出不同含油率范圍內(nèi)油頁(yè)巖礦體的體積，油頁(yè)巖密度采用低、中品質(zhì)油頁(yè)巖，平均密度為2.22、1.64 t/m3。計(jì)算出含煤段油頁(yè)巖資源量為1.542×108t，折合成油頁(yè)巖油資源為0.081×108t，其中，低品質(zhì)油頁(yè)巖資源量為0.536×108t，折合成油頁(yè)巖油資源為0.024×108t；中高品質(zhì)油頁(yè)巖資源為1.006×108t，折合成油頁(yè)巖油資源量為0.057×108t(表3)。含煤段油頁(yè)巖資源潛力相對(duì)頁(yè)巖段較低，但大部分為中品質(zhì)油頁(yè)巖，且其常與厚煤層互層沉積。

5.2 頁(yè)巖段油頁(yè)巖資源

頁(yè)巖段埋深較含煤段更淺，大部分區(qū)域埋深小于500 m，易于開發(fā)利用。將單層厚度小于0.70 m的油頁(yè)巖層剔除，將油頁(yè)巖含油率等值線圖(圖4d)與油頁(yè)巖厚度等值線圖(圖4c)疊加，借助于DoubleFox軟件計(jì)算出不同含油率范圍內(nèi)油頁(yè)巖礦體的體積，低品質(zhì)、中高品質(zhì)的油頁(yè)巖平均密度分別為2.00 、1.94 t/m3。頁(yè)巖段油頁(yè)巖資源量為11.64×108t，折合成油頁(yè)巖油資源為0.59×108t，其中，低品質(zhì)油頁(yè)巖資源量為4.6×108t，折合成油頁(yè)巖油資源為0.20×108t；中高品質(zhì)油頁(yè)巖資源量為7.04×108t，折合成油頁(yè)巖油為0.39×108t(表3)。頁(yè)巖段油頁(yè)巖品質(zhì)好、厚度大、且埋深淺，資源潛力巨大，具有良好的開發(fā)前景。

表3 石門溝組油頁(yè)巖資源潛力

6 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)石門溝組共發(fā)育8層油頁(yè)巖，累計(jì)厚度可達(dá)28 m，集中發(fā)育于頁(yè)巖段。下部含煤段為低灰分、高發(fā)熱量的中品質(zhì)油頁(yè)巖，上部頁(yè)巖段整體上為中灰分、中發(fā)熱量的中高品質(zhì)油頁(yè)巖。

(2) 石門溝組含煤段時(shí)期油頁(yè)巖主要發(fā)育于研究區(qū)的西部，向東油頁(yè)巖層厚度逐漸減薄，后增大；頁(yè)巖段油頁(yè)巖在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)均有分布，研究區(qū)的西南部油頁(yè)巖最為發(fā)育，中部逐漸減薄，東部又逐漸增厚，含油率的變化趨勢(shì)也大致相同。

(3) 研究區(qū)石門溝組油頁(yè)巖資源量為13.18×108t、折合成油頁(yè)巖油資源為0.67×108t，頁(yè)巖段油頁(yè)巖資源占總資源量的88.32%，研究區(qū)頁(yè)巖段油頁(yè)巖資源潛力大，且埋深較淺，具有很好的開發(fā)利用前景。