松遼盆地東南隆起區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，劉學生，徐銀波

1.吉林省地質調查院，吉林 長春 130102；2. 中國地質調查局油氣資源調查中心，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，吉林省地質調查院在松遼盆地東南隆起區開展了油頁巖詳查及相關研究，發現超大型油頁巖礦床4處，探明油頁巖資源量超千億噸[2]，含礦層位主要發育在上白堊統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[3]。由于當年沒有開展測井工作，針對這一問題，本次研究選取2018年中國地質調查局油氣資源中心在松遼盆地東南隆起區布置的JFD6井，通過對1 000 m以深油頁巖特征、測井資料等進行研究，了解了松遼盆地東南隆起區1 000 m以深青山口組油頁巖品質及物性特征。

1 區域地質背景

松遼盆地是一個發育在古生代褶皺基底之上白堊紀以來形成的大型中新生代沉積盆地。盆地經歷了斷陷、坳陷和萎縮三個不同的沉積演化階段[4]。根據盆地發生、發展過程將其劃分為西部斜坡區、北部傾沒區、中央凹陷區、西南隆起區、東北隆起區和東南隆起區。東南隆起區基底(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井構造位置圖(底圖據文獻[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以深油頁巖地質調查井：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。研究認為本井白堊系青山口組一段為優質含礦層段，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，為優質油頁巖礦層，但埋深較深。嫩江組油頁巖厚度相對較小，但埋深較淺。

2.2 巖石學特征

油頁巖多呈灰黑色、灰褐色，泥質結構，層狀或塊狀構造，發育水平層理，質量較輕，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 巖石地球化學特征

2.3.1 化學組分

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，分析結果見表2。

表2 JFD6井油頁巖化學成分分析結果表

分析結果表明，油頁巖化學組分主要以SiO2、Al2O3為主，其次為Fe2O3和CaO。SiO2平均質量分數為54.16%，Al2O3平均質量分數為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，按礦層統計各元素質量分數,平均值見表3。

表3 JFD6井油頁巖礦層微量元素分析結果表

注：各元素值×10-6

對比發現，Cu、Mo元素質量分數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，礦層各元素質量分數平均值及相關參數見表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，說明是在缺氧環境下形成。

表4 JFD6井各元素質量分數平均值表

表5 JFD6井各元素相關參數表

注：REE值×10-6

圖2 稀土元素球粒隕石標準化分布模式圖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，其中，總有機碳的質量分數直接影響著油頁巖的質量。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關系，見圖3。相關系數為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性圖Fig.3 Correlation between organic carbon and oil content of Well JFD6

JFD6井油頁巖總有機碳質量分數在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(即頂底板和夾層)總有機碳質量分數為5.95%；含油率大于3.5%且小于5%的樣品總有機碳質量分數在5.46%～8.16%之間，平均值為6.45%；含油率大于5%的樣品總有機碳質量分數在6.02%～10.00%之間，平均值為8.44%。

3 工業指標評價

3.1 含油率

含油率是指油頁巖中頁巖油(焦油)所占的質量分數，是界定油頁巖最重要的評價指標。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：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

全硫質量分數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境污染程度的重要指標。全硫質量分數越高，油頁巖利用時的潛在環境污染程度越大。根據全硫質量分數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井主要礦層全硫質量分數一覽表

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

4 油頁巖測井響應特征

(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果，根據測井響應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錄井及化驗分析資料基本吻合。

5 結論

(1)白堊系上統青山口組一段見有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井油頁巖有機質豐度較高，通過對油頁巖品質的分析表明，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。