松遼盆地東南隆起區(qū)JFD6井1 000 m以深白堊系青山口組油頁巖特征

付 濤，孫偉國，詹天宇，朱小鋒，劉學(xué)生，徐銀波

1.吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林 長春 130102；2. 中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京 100083

0 引言

松遼盆地油頁巖資源極其豐富[1]。2005年至2012年間，吉林省地質(zhì)調(diào)查院在松遼盆地東南隆起區(qū)開展了油頁巖詳查及相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)超大型油頁巖礦床4處，探明油頁巖資源量超千億噸[2]，含礦層位主要發(fā)育在上白堊統(tǒng)青山口組一段和嫩江組一、二段，礦層深度均位于1 000 m以內(nèi)[3]。由于當(dāng)年沒有開展測井工作，針對這一問題，本次研究選取2018年中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源中心在松遼盆地東南隆起區(qū)布置的JFD6井，通過對1 000 m以深油頁巖特征、測井資料等進(jìn)行研究，了解了松遼盆地東南隆起區(qū)1 000 m以深青山口組油頁巖品質(zhì)及物性特征。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

松遼盆地是一個發(fā)育在古生代褶皺基底之上白堊紀(jì)以來形成的大型中新生代沉積盆地。盆地經(jīng)歷了斷陷、坳陷和萎縮三個不同的沉積演化階段[4]。根據(jù)盆地發(fā)生、發(fā)展過程將其劃分為西部斜坡區(qū)、北部傾沒區(qū)、中央凹陷區(qū)、西南隆起區(qū)、東北隆起區(qū)和東南隆起區(qū)。東南隆起區(qū)基底(中生界底板)相對隆起，中、新生界沉積蓋層薄,侏羅系分布零星，第四系厚小于50 m，JFD6井位于哈拉海向斜中(圖1)。

圖1 JFD6井構(gòu)造位置圖(底圖據(jù)文獻(xiàn)[5])Fig.1 Structural location map of Well JFD6(after [5])

2 油頁巖基本特征

2.1 地層特征

松遼盆地油頁巖層主要賦存在上白堊統(tǒng)嫩江組一、二段、青山口組一段地層中[5]。本次共施工1口1 000 m以深油頁巖地質(zhì)調(diào)查井：JFD6井。共見到6層油頁巖。嫩江組見有1層油頁巖礦體，厚度為6.80 m，平均含油率4.1%，單樣最高為4.9%。青山口組共見油頁巖礦5層，位于青山口組一段。礦體厚度最大為5.00 m，平均含油率最高為5.0%，單樣最高含油率10.5%，累計見礦體厚度10.30 m。研究認(rèn)為本井白堊系青山口組一段為優(yōu)質(zhì)含礦層段，礦層深度、含油率、礦層厚度等詳見表1。

表1 JFD6井見礦情況

由表1可以看出青山口組一段的油頁巖厚度大，含油率較高，為優(yōu)質(zhì)油頁巖礦層，但埋深較深。嫩江組油頁巖厚度相對較小，但埋深較淺。

2.2 巖石學(xué)特征

油頁巖多呈灰黑色、灰褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀或塊狀構(gòu)造，發(fā)育水平層理，質(zhì)量較輕，硬度低，富含介形蟲、葉肢介、雙殼類等生物化石碎屑，火燒可聞到輕微瀝青味。

2.3 巖石地球化學(xué)特征

2.3.1 化學(xué)組分

本次工作在JFD6井青山口組油頁巖中共采集2件全分析樣品，分析結(jié)果見表2。

表2 JFD6井油頁巖化學(xué)成分分析結(jié)果表

分析結(jié)果表明，油頁巖化學(xué)組分主要以SiO2、Al2O3為主，其次為Fe2O3和CaO。SiO2平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54.16%，Al2O3平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.71%，兩者之和占總量的67.87%。說明油頁巖礦石主要以鋁硅酸鹽礦物為主要存在形式，與黏土礦物化學(xué)組分相近。亦說明油頁巖具有高灰分特點。

2.3.2 微量元素特征

本次工作在JFD6井嫩江組2號礦層和青山口組①號礦層中共采集了3件微量元素樣品，按礦層統(tǒng)計各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù),平均值見表3。

表3 JFD6井油頁巖礦層微量元素分析結(jié)果表

注：各元素值×10-6

對比發(fā)現(xiàn)，Cu、Mo元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于同類巖石的克拉克值。

2.3.3 稀土元素

本次研究在嫩江組2號礦層和青山口組①號礦層共采集了3件稀土元素樣品，礦層各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值及相關(guān)參數(shù)見表4、表5。

由表5可知，礦層稀土元素總量(不含Y)在(153.34～205.06)×10-6之間，平均值為172.44×10-6。LREE/HREE比值為7.39～8.18，均值為7.68，LaN/YbN比值為4.79～9.75，均值為7.76，說明油頁巖中明顯富集輕稀土，輕重稀土分餾明顯，曲線為右傾型(圖2)。δEu值為0.62～0.65，均小于1，Eu呈負(fù)異常。

δCe值為0.87～2.06，均值為1.29，無明顯異常，說明是在缺氧環(huán)境下形成。

表4 JFD6井各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值表

表5 JFD6井各元素相關(guān)參數(shù)表

注：REE值×10-6

圖2 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式圖Fig.2 Standardized distribution pattern of rare earth chondrites

2.3.4 總有機碳

油頁巖中含有大量的有機質(zhì)，其中，總有機碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接影響著油頁巖的質(zhì)量。本次研究在青山口組采取了20件樣品測試了有機碳含量。分析表明，總有機碳與含油率之間呈正相關(guān)關(guān)系，見圖3。相關(guān)系數(shù)為0.705 1，含油率隨著有機碳的含量增高而變大。

圖3 JFD6井有機碳與含油率相關(guān)性圖Fig.3 Correlation between organic carbon and oil content of Well JFD6

JFD6井油頁巖總有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5.46%～10.00%之間，平均值為7.12%。樣品中含油率小于3.5%的樣品(即頂?shù)装搴蛫A層)總有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.95%；含油率大于3.5%且小于5%的樣品總有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5.46%～8.16%之間，平均值為6.45%；含油率大于5%的樣品總有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6.02%～10.00%之間，平均值為8.44%。

3 工業(yè)指標(biāo)評價

3.1 含油率

含油率是指油頁巖中頁巖油(焦油)所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，是界定油頁巖最重要的評價指標(biāo)。2006年“全國油頁巖資源評價”將油頁巖含油率邊界品位定為w>3.5%，并將其分為低、中、高三個品質(zhì)：3.5%10%。

本次工作共采集樣品116件，其中青山口組含油率最高為10.50%，平均5%。

3.2 全硫特征

全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)是指油頁巖中各種硫分的總和，是評價油頁巖利用時潛在環(huán)境污染程度的重要指標(biāo)。全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，油頁巖利用時的潛在環(huán)境污染程度越大。根據(jù)全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)可將油頁巖的硫分為五級：特低硫油頁巖w(S)≤1.0%，低硫油頁巖1.0%4.0%。

本次工作在JFD6井主要礦層中共采集3件樣品。

通過測試分析，JFD6井嫩江組2號礦層全硫均值為1.24%，為低硫油頁巖；青山口組①號礦層全硫均值為1.28%，為低硫油頁巖(表6)。

表6 JFD6井主要礦層全硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)一覽表

綜上，JFD6井中的油頁巖為低硫油頁巖，表明在未來開發(fā)過程中，對周圍環(huán)境的污染程度較低。

4 油頁巖測井響應(yīng)特征

(1)JFD6井鉆遇嫩江組、姚家組、青山口組、泉頭組地層。參考錄井資料顯示及巖心含油率測試結(jié)果，根據(jù)測井響應(yīng)特征全井解釋嫩江組油頁巖6.4 m，其埋藏頂部深度為391 m；青山口組油頁巖21.8 m，其埋藏頂部深度為1 054 m。

(2)JFD6井油頁巖測井曲線均具有“三高一低”的測井響應(yīng)特征，即高自然伽馬、高聲波時差、中高電阻率、低密度值。本井嫩江組油頁巖層自然伽馬曲線(GR)測井值≥140 API、密度(DEN)曲線測井值≤2.25 g/cm3、聲波時差(AC)曲線測井值≥400 μs/m,深側(cè)向電阻率(RLLD)曲線測井值≥7.5 Ω·m；青山口組油頁巖層自然伽馬曲線(GR)測井值≥160 API、密度(DEN)曲線測井值≤2.4 g/cm3、聲波時差(AC)曲線測井值≥375 μs/m,深側(cè)向電阻率(RLLD)曲線測井值≥7.5 Ω·m。

綜合對比分析可以看到：測井解釋巖性與地質(zhì)錄井及化驗分析資料基本吻合。

5 結(jié)論

(1)白堊系上統(tǒng)青山口組一段見有5層油頁巖礦體，其中①、②為主礦體。①號礦層平均含油率6.3%，厚度3.30 m，單樣含油率最高為8.5%；②號礦層平均含油率6.2%，厚度4.00 m，單樣含油率最高為10.5%。青山口組①、②礦層為低硫油頁巖，表明未來開采過程中對周圍環(huán)境的污染程度較低。所以①、②號礦層為原位開采首選層位。

(2)JFD6井油頁巖有機質(zhì)豐度較高，通過對油頁巖品質(zhì)的分析表明，油頁巖的含油率與有機碳，灰分等具有一定相關(guān)性。

(3)油頁巖測井曲線具有中高電阻率、高聲波時差、高自然伽馬、低密度的特征。