松辽盆地北部嫩江组一段油页岩测井识别

胡霞，王宇航

（1.大庆油田勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712；2.大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江 大庆 163712）

松辽盆地北部嫩江组一段油页岩测井识别

胡霞1，王宇航2

（1.大庆油田勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712；2.大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江 大庆 163712）

利用松辽盆地北部地区的测井资料，总结出松辽盆地北部地区嫩江组一段（K2n1）油页岩测井响应特征.并优选参数，以深度700 m为界，建立了油页岩测井识别图版.图版精度在72.4%以上，为松辽盆地北部地区油页岩勘探开发提供了依据.

油页岩；测井响应；识别图版；嫩江组一段；松辽盆地

0 引言

松辽盆地是我国陆相白垩系发育最完整的地区之一，沉积厚度近10 000 m，产有丰富的生物化石.盆地内白垩系划分为10个组27个段，下部的火石岭组、沙河子组、营城组主要为火山岩相和湖沼相沉积；泉头组至嫩江组为大型湖泊、河流三角洲相沉积；四方台组、明水组为湖盆萎缩期滨浅湖相、河流相沉积.松辽盆地北部除蕴藏丰富的油气资源外，也发育着丰富的油页岩资源［1］.油页岩是一种重要的能源矿产，它不仅可以抽取页岩油及相关石油化工产品，而且可以作为燃料用来发电、取暖和运输，还可以生产建筑材料和化肥等［2］.松辽盆地北部含油页岩的层位是上白垩统青山口组及嫩江组一、二段地层（图1）.

青山口组分布于哈尔滨市以东的松花江南岸，完整剖面主要为钻孔所揭示.厚度变化较大，一般为300～500 m，最厚可达639.5 m，最薄仅有数十米.青山口组与泉头组之间为连续沉积，二者之间界线比较清晰.根据岩性组合及生物群特征，油页岩主要发育在青山口组青一段.青一段以深湖相、半深湖相的黑色泥岩和页岩为主，夹劣质油页岩，含薄层菱铁矿条带（透镜体）及分散状黄铁矿，富含介形类等微体化石，底部10～30 m黑色泥岩夹劣质油页岩，为盆地划分对比一级标志层.

嫩江组嫩江组露头剖面见于黑龙江省嫩江县和吉林省农安县伏龙泉镇，完整的嫩江组剖面见于井下剖面中.岩性横向上分布稳定，下部以黑色泥页岩为主，夹油页岩，上部为灰黑、灰绿、棕红色泥岩与砂岩互层.沉积厚度一般为200～400 m，最厚可达1000 m.根据岩性组合及生物群特征，可分为5段.

图1 松辽盆地北部白垩系上统综合柱状图Fig.1Column of the Upper Cretaceous in Northern Songliao Basin

嫩一段为灰黑、深灰色泥岩夹灰绿色砂质泥岩、粉砂岩，下部夹劣质油页岩，具菱铁矿条带和薄层或条带状膨润土.水平层理发育.生物化石丰富，介形类化石常成层分布.其底部5～20 m的黑色泥岩夹劣质油页岩在全盆地均有分布，为重要的区域性地层划分对比标志.

嫩二段下部为灰黑色泥岩、页岩夹油页岩薄层，中部为灰色、灰黑色泥岩，上部为灰黑色泥岩夹薄层灰、灰白色砂质泥岩、粉砂岩.底部5～15 m厚的油页岩在全盆地分布稳定，是区域性地层划分对比标志层［3］.

1 油页岩测井响应特征

油页岩的主要成分是有机质、矿物质和水分，油页岩中有机质质量分数约10%～50%.有机质是由复杂的高分子有机化合物组成，富含脂肪烃结构，而较少芳烃结构.有机化合物主要由碳、氢及少量的氧、氮、硫元素组成，其氢碳原子比（H∶C）为1.25～1.75.油页岩中矿物质有石英、高岭土、黏土、云母、碳酸盐岩以及硫铁矿等，但主要是黏土矿物.油页岩中矿物质常与有机质均匀细密地混合，而且矿物质含量通常高于有机质.油页岩中水分的质量分数约4%～25%，水分含量与矿物质颗粒间的微孔结构有关［4］.

油页岩的骨架结构和成分组成决定了其与泥岩的测井曲线有着明显的差异.嫩一段油页岩主要具有高电阻率的测井响应特征，其高自然伽马、高声波时差的测井响应特征不明显，尤其是在埋深较浅的地层.随着埋深增大，其电阻率增大，声波时差变小，与相邻泥岩相比，测井响应特征差异更加明显，相对容易识别，如图2所示［5］.

2 油页岩的测井识别方法

油页岩由富含有机质的特殊矿物组成，决定了其在测井响应上普遍具有与砂岩、泥岩及煤层不同的特征［6］.近年来，在油页岩勘探过程中，总结出主要沉积岩类在测井线上有不同的响应特征（表1）.

根据各层油页岩典型测井响应特征可知，研究区油页岩的测井响应总体上表现为“三高一低”的特征，即高电阻率、高自然伽马、高声波时差和低密度［7］.

1）高放射性：地层中铀含量与有机质含量成正比，油页岩中含有相对丰富的有机质，因而其自然伽马测井值相对较高.松辽盆地北部油页岩自然伽马值为79.29～144.77 API.

2）高阻性：这是由于油页岩中不导电的干酪根和油气置换了部分导电的泥质骨架或原生水，导致其电阻率比周围不含有机质的岩石的电阻率高（有时为10倍以上）.松辽盆地北部油页岩电阻率为3.06～10.43 Ωm.

表1 主要沉积岩类测井响应特征表Table 1The logging response characteristics of main sedimentary rocks

图2 DY1井测井综合解释成果图Fig.2Logging interpretation result of the DY1 well

3）高声波时差值：一般情况下，泥岩、页岩的声波时差随其埋藏深度和地层压实程度的增加而减小，但由于油页岩中所含干酪根和油气的声速比岩石骨架低得多，从而使其声波时差偏高.一般油页岩的声波时差范围为112～188 μs/ft，而泥岩为91 μs/ft左右.

4）低密度：密度是油页岩品质的一个指标，主要取决于沉积过程中所携带和渗入的矿物质含量及密度.松辽盆地北部油页岩以淡褐色—深褐色为主，密度为2.01～2.76g/m3，与其他油页岩产地的油页岩相比，密度较低.

但并不是所有的油页岩都具有这此特征，不同的盆地有机质成熟度不同，可能某一特征会更明显.由于自然伽马、电阻率和声波时差的测井值均与有机碳含量TOC成正比关系，可列出如下的三元线性关系式：

TOC=a×lgR+b×Δt+c×GR+d

其中lgR为电阻率的对数值；Δt为声波时差值；GR为自然伽马值；a、b、c、d均为常系数，可通过对该地区油页岩样品分析后采用多元线性回归拟合得到.由此可得：

嫩江组TOC=12.59×lgR－0.031×Δt－0.0093×GR+ 1.23，相关系数R2=0.72

青山口组TOC=20.12×lgR+0.31×Δt+0.0069×GR－53.01，相关系数R2=0.71

根据松辽盆地北部油页岩样品的测试分析数据，作含油率Ta与有机碳含量TOC的交会图（图3），可以观察到两者存在较好的正相关性：Ta=0.638×TOC+ 1.809，相关指数R2=0.74.

图3 含油率与有机碳含量交会图Fig.3Diagram of TOC vs.oil content

结合建立的有机碳含量的关系式，可建立松辽盆地北部嫩江组和青山口组的油页岩测井评价模型：

由于在相同地层不同埋深的情况下，其测井响应值会有所差别，因此，在应用测井资料识别油页岩时，要对不同埋深分别制定油页岩识别图版，并参考邻井资料综合确定.

根据深度与声波时差关系图可知，嫩一段时深关系在700 m左右具有明显的差别（图4），油页岩和泥岩都呈现出这种现象.埋深小于700 m的主要分布于长春岭背斜、朝阳沟阶地、西部超覆带和泰康隆起带，埋深大于700 m的主要分布于齐家凹陷、古龙凹陷、龙虎泡、大庆长垣.因此以埋深700 m为界分别建立嫩一段油页岩测井识别图版.

图4 松辽盆地北部嫩一段深度与声波时差关系图Fig.4Diagram of depth vs.interval transit time of K2n1in Northern Songliao Basin

1）埋深大于700 m

根据油页岩测井响应特征可知，油页岩的电阻率一般高于泥岩电阻率，而电阻率较高的泥灰岩的声波时差小于油页岩和泥岩，因此优选了声波时差和深侧向电阻率建立油页岩识别图版.

对于埋深大于700 m的地层，应用26口井的116层取心资料，采用分步法识别油页岩.首先以深侧向电阻率为纵坐标，以声波时差为横坐标，建立了松辽盆地北部嫩一段油页岩识别图版A（图5A），用于识别出泥岩、泥灰岩.然后以声波时差为横坐标，以深度为纵坐标，建立了松辽盆地北部嫩一段油页岩识别图版B（图5B），用于识别出泥质粉砂岩.其中油页岩70层，漏掉6层；泥岩35层，误入1层；泥灰岩3层，误入1层；泥质粉砂岩8层，误入2层.图版精度91.4%.

埋深大于700 m的嫩一段的油页岩划分标准为：

RLLD＞5且DT＞300且DT＞－7.42×Depth+3716.5

2）埋深小于700 m

对于埋深小于700 m的地层，应用8口井30层取心资料，以深侧向电阻率为纵坐标，以声波时差为横坐标，建立了大庆长垣嫩一段油页岩识别图版C（图5C）.从前面的分析可知，对于埋深较浅的油页岩，其测井响应不明显，而且部分油页岩较薄，因此该图版精度较低，仅达到72.4%.其中油页岩13层，漏掉5层；泥岩13层，误入3层；介形虫层3层.对于埋深小于700 m的嫩一段，在应用图版的基础上还要参考邻近探井或岩屑录井资料综合划分油页岩.

图5 松辽盆地北部嫩一段油页岩识别图版Fig.5Identification charts of the oil shale in K2n1in Northern Songliao Basin

埋深小于700 m的嫩一段的油页岩划分标准为：

RLLD＞4且RLLD＞2067.8e－0.0243×DT

3 结论

本文结合松辽盆地北部嫩一段大量钻井取心资料，根据嫩一段油页岩测井响应特征，优选关键参数，以深度700 m为界，分别建立了油页岩测井识别图版，图版精度在72.4%以上，为松辽盆地北部油页岩准确识别提供了依据.

［1］高瑞祺，萧德铭.松辽盆地及其外围油气勘探新进展［M］.北京：石油工业出版社,1995.

［2］刘招君，杨虎林，董清水，等.中国油页岩［M］.北京：石油工业出版社,2009:1—10.

［3］贺君玲，邓守伟，陈文龙，等.测井技术评价松辽盆地南部油页岩［J］.吉林大学学报：地球科学版,2006,36（6）:909—914.

［4］刘昭君，董清水.中国页岩油资源现状［J］.吉林大学学报：地球科学版,2006,36（6）:869—876.

［5］赵隆业，陈基娘，王天顺.中国油页岩物质成分及工业成因类型［M］.武汉：中国地质大学出版社,1990:1—80.

［6］王永明，郭建军，刘宏.陕北三叠纪煤田勘探中油页岩的地球物理测井效果［J］.陕西地质,2007,25（1）:59—72.

［7］董清水，王立贤.油页岩资源评价关键参数及其求取方法［J］.吉林大学学报：地球科学版,2006,36（6）:899—903.

THE IDENTIFICATION OF OIL SHALE LOGGING OF THE FIRST MEMBER OF NENJIANG FORMATION IN NORTHERN SONGLIAO BASIN

HU Xia1,WANG Yu-hang2

（1.Research Institute of Exploration and Development,Daqing Oilfield Co.Ltd.,Daqing 163712,Heilongjiang Province,China; 2.The First Oil Production Plant of Daqing Oilfield Co.Ltd.,Daqing 163712,Heilongjiang Province,China）

Based on the logging data of Northern Songliao Basin,the response characteristics of the oil shale of the first member of Nenjiang Formation are summed up.With optimization parameters,adopting the depth of 700 m as boundary,the identification charts for the oil shale logging are established.With the accuracy up to 72.4%and more,the identification providesabasisfortheoilshaleexplorationanddevelopmentinNorthernSongliaoBasin.

oilshale;wellloggingresponse;identificationcharts;firstmemberofNenjiangFormation;SongliaoBasin

1671-1947（2014）03-0225-05

P618.12

A

2013－03－01；

2013-06-03.编辑：张哲．

国家潜在油气资源（油页岩勘探开发利用）产学研用合作创新研究项目资助.

胡霞（1981—），女，工程师，主要从事油气综合地质研究，通信地址黑龙江省大庆市大庆油田勘探开发研究院勘探研究二室，E-mail//hux@petrochina.com.cn