松遼盆地東南隆起區吉扶地3井上白堊統青山口組一段油頁巖品質特征

孫偉國，劉學生，詹天宇，付濤，代登亮，姜福平，朱小峰，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

松遼盆地是中國最大的含油氣和產油氣區之一。據前人研究成果，松遼盆地東南隆起區探明了4處超大型油頁巖型礦床，含礦層分別為上白堊統嫩江組與上白堊統青山口組[1]；在全國油頁巖資源中吉林省的油頁巖礦產資源量占到80%以上。本文依托中國地質調查局油氣資源中心《松遼盆地松南油頁巖地質調查井工程》項目，討論研究位于吉林省松原市扶余市長春嶺附近的JFD3井的油頁巖地質調查井，在通過對青山口組1段的取芯樣品含油率、TOC、全硫含量等測試分析結果并研究青山口組1段油頁巖特征，為了今后油頁巖的原位壓裂和熱解開采靶區的優選提供重要依據[1-2]。

1 區域地質背景

松遼盆地橫跨我國黑龍江、吉林、遼寧三省，面積約為26萬km2；根據盆地構造演化和基底形態與盆地結構等特征，并劃分成6個一級構造單元。

分別為北部傾沒區、中央坳陷區、西部斜坡區、東北隆起區、東南隆起區和西南隆起區。

在6個一級構造單元中東南隆起區經歷了多期的構造運動，從晚侏羅世以來，可劃分為熱拱期、斷陷期、斷坳轉換期、坳陷期、萎縮隆褶期和弱伸展凹凸期的6個演化階段，形成明顯的下斷上坳沉積特征。JDF3井位于東南隆起區的登婁庫背斜部位(圖1)，在晚白堊世末期—古近紀經歷構造反轉抬升后，長期處于隆升的狀態，致使沉積層遭受到嚴重剝蝕，未接受上白堊統的嫩江組、四方臺組、明水組與新近系的泰康組沉積。

圖1 JFD3井構造位置圖Fig.1 Structural location map of Well JFD3

2 油頁巖形成環境

根據前人研究的松遼盆地青山口組一段主要發育在半深湖—深湖相沉積[1]。巖心觀察認定，JDF3井青山口組一段主要分成上下兩部分：下部為棕褐色泥頁巖與油頁巖發育；上部為灰黑色泥質頁巖及棕黑色油頁巖互層帶，局部見有介形蟲化石與葉肢介化石發育。整體呈現細粒結構和泥質結構。油頁巖的新鮮面主要為棕黑色、褐色、黑褐色，密度較小，含少量介形蟲與葉肢介碎屑和植物莖稈等生物化石，發育的水平層理、塊狀層理。綜合性分析研究表明青山口組一段油頁巖形成環境為半深湖或深湖相。

3 鉆井及取樣

3.1 JFD3井鉆探情況

依據鉆井巖心的觀察統計，JDF3井鉆遇的地層應是自上而下分別如下：

第四系腐殖土及沖積層(0～35.49 m)：地層厚度為35.49 m，巖性上部為松散的腐殖土層，灰黑色，夾泥礫，泥礫大小不均勻，硬度較差，不成巖。

嫩江組(35.49～218.70 m)：地層厚度183.21 m。為灰黑色泥巖，局部為灰黑色粉砂質泥巖、灰綠色泥質粉砂巖。

姚家組(218.70～579.92 m)：地層厚度361.22 m。為紫紅色泥巖、粉砂質泥巖為主，另見灰綠色泥巖、粉砂質泥巖，局部呈條帶狀或互層狀。

青山口組(579.92～811.48 m)：地層厚度231.58 m。為灰黑色油頁巖、灰黑色泥巖夾少量灰綠色粉砂質泥巖、灰白色粉砂巖。該組頁理發育，見有介形蟲、葉肢介化石；局部砂巖中見有少量油跡。為含油頁巖地層，其中泥巖累計厚度193.68 m，占青山口組厚度的83%；油頁巖累計厚度37.90 m，占青山口組厚度的16%，分別為青山口二段和青山口一段：

(1)青山口組二段(579.92～654.35 m)：為灰黑色劣質油頁巖、灰綠色泥巖和青灰色泥巖互層。層厚74.73 m。灰綠色泥巖和青灰色泥巖互層：灰黑色-青灰色，泥質結構，層狀構造，主要成分為泥質，含量在90%以上。微含粉砂，砂質分布均勻，性較軟，其中夾有灰白色砂巖。灰黑色劣質油頁巖：灰黑色，泥質結構，層狀構造，主要成分為泥質，含量多在90%左右，其次為油母質、瀝青質、碳質。巖石層理發育，質輕、性脆，指甲刻劃具明顯油脂溝痕，層面平坦、光滑、細膩，有油膩感，用火燒會發出輕微爆裂的聲音，并伴有輕微瀝青味散出。巖石中見有介形蟲及葉肢介化石碎片，化石呈黃褐色，直徑多為2～3mm。

(2)青山口組一段(654.35～811.48 m)：為灰黑色泥巖、灰綠色粉砂質泥巖、油頁巖段，層厚157.13 m。灰黑色泥巖：灰黑色，泥質結構，層狀構造，主要成分為泥質，含量在90%以上。微含粉砂，砂質分布均勻，較軟，其中夾有灰白色砂巖。油頁巖：灰黑色，泥質結構，層狀構造，主要成分為泥質，含量多在90%左右，其次為油母質、瀝青質、碳質。巖石層理發育，質輕、性脆，指甲刻劃具明顯油脂溝痕，層面平坦、光滑、細膩，有油膩感，用火燒會發出輕微爆裂的聲音，并伴有輕微瀝青味散出。巖石中見有介形蟲及葉肢介化石碎片，化石呈黃褐色，直徑多為2～3 mm。

泉頭組(811.48～828.35 m)：厚度為16.87 m，見有泉頭組頂部的灰白色砂巖、紫紅色泥質粉砂巖、灰綠色泥巖未穿透泉頭組。

3.2 取樣分析

吉扶地3井中共采集樣品169件，其中青山口組150件。油頁巖樣品中選取46件總有機碳分析樣品與2件全硫含析樣品、34件工業分析樣品和3件小體重樣品。本次的樣品測試工作是委托國土資源部長春礦產資源監督檢測中心完成。

4 油頁巖的特征

4.1 油頁巖宏觀品質特征

青山口組一段油頁巖巖性特征為：新鮮面主要為灰黑色與褐色(圖2)，密度相對較小，含介形蟲化石(圖3)方解石條帶局部團塊，在JFD3井青山口組少量分布不均勻見圖4，青山口組砂球、砂枕構造，青山口組泥巖撕裂構造見圖5。

圖2 青山口組油頁巖介形蟲Fig.2 Oil shale ostracod accumulation in Qingshankou Formation

圖3 青山口組條帶狀方解石Fig.3 Calcite strip of Qingshankou Formation oil shale

圖4 青山口組砂球、砂枕構造Fig.4 Sand ball and sand pillow structure of Qingshankou Formation

圖5 青山口組泥巖撕裂構造Fig.5 Mudstone tear structure of Qingshankou Formation

4.2 測井曲線響應特征

油頁巖的測井曲線響應通常表現為“三高一低”的特征，即高自然伽馬、高電阻率、高聲波時差和低密度[3]。

青山口組一段油頁巖段自然伽馬平均值≥145

API，非油頁巖段平均值為125 API，油頁巖段聲波時差平均值≥400 s/m，非油頁巖段平均值為350 s/m；油頁巖段深雙側向電阻率平均值≥7.5 Ω·m，非油頁巖段平均值為5 Ω·m；油頁巖段補償密度平均值≤2.30 g/cm3，非油頁巖段平均值為2.45 g/cm3(表1)。

從以上數值與曲線特征來看，青山口組一段油頁巖具備 “三高一低”特點(654.35～811.48 m)，所以通過測井曲線與數據來判明油頁巖段是非常好的一個參考手段[3]。

表1 青山口組1段油頁巖和非油頁巖測井數據對比表

4.3 油頁巖工業品質分析

青山口組共取150件，青山口組油頁巖含油率大于3.5%的樣品共計34件，含油率最高為15.9%，平均含油率為5.37%，其中低品質油頁巖22件，中品質油頁巖9件，高品質油頁巖3件。

圖6 JFD3井青山口組一段綜合柱狀圖Fig.6 Comprehensive histogram of 1st mumber of Qingshankou Formation in Well JFD3

表2 吉扶地3井見礦情況簡表

5 總有機碳

油頁巖中含有大量的有機質，是形成烴類的物質基礎，總有機碳的含量多少直接影響著含油率的高低[4-5]。本次工作在嫩江組、青山口組中采取了46件樣品，經統計分析(見圖7)，總有機碳與含油率之間呈正相關關系，相關系數為0.977 2，含油率隨著有機碳的含量增高而變大。

圖7 吉扶地3井有機碳與含油率的相關性Fig.7 Correlation between organic carbon and oil content of Well JFD3

嫩江組油頁巖總有機碳質量分數為14%～20.8%，平均值為7.38%；青山口組油頁巖總有機碳質量分數為5.5%～20.8%，平均值為8.11%。全部樣品中含油率小于3.5%的樣品(即頂底板和夾層)總有機碳質量分數為4.14%～5.63%，平均值為4.89%；含油率大于3.5%且小于5%的樣品總有機碳質量分數為5.57%～7.52%，平均值為6.35%；含油率大于5%的樣品總有機碳質量分數為7.53%～20.8%，平均值為11.94%。

綜上所述，調查區的油頁巖均屬于最好的優質的生油巖，青山口組油頁巖也優于嫩江組油頁巖，與含油率分析結果相吻合。

6 結論

(1)研究區JFD3井青山口組一段共發育2層油頁巖，累計厚度為10.30 m，為高灰分、低揮發分；特低硫、低硫品質油頁巖，其含油率與小體積質量、灰分、揮發分顯示一定的負相關性，并與總有機碳含量TOC呈現明顯的正相關性，可以作為評價油頁巖品質的替代指標。

(2)JFD3井的油頁巖段與非油頁巖段，具有明顯的高自然伽馬、高電阻率、高聲波時差和低密度的特點，可以作為間接識別本研究區油頁巖層的參考手段。