松辽盆地北部中浅层油页岩分布特征及资源潜力

丁寒生

（中国石油 大庆油田勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712；）

国际上把含油率不小于0.25桶页岩油/吨（相当于含油率3.5%以上）的页岩称为油页岩（全国矿产储量委员会办公室，1987）。刘招君[1]将油页岩定义为一种高灰分的固体可燃有机矿产，低温干馏可获得页岩油，含油率大于3.5%，一般灰分含量大于40%，有机质含量较高，主要为腐泥型、腐殖腐泥型和腐泥腐殖型，其发热量一般不小于4.18MJ/kg。全球油页岩主要分布在美国、巴西、前苏联（主要产在爱沙尼亚）、中国、澳大利亚、扎伊尔、意大利、法国、以色列等国家。其中美国的储量占世界第一，巴西第二，前苏联第三，中国第四[2]。我国油页岩主要分布在吉林省、辽宁省和广东省。随着全球能源短缺，油页岩作为石油替代品，越来越引起人们的重视，大力开发油页岩，具有重要的现实意义。

目前国内外对油页岩的研究主要偏重于油页岩的成因分类及油页岩开发利用，对于油页岩的成因机制、形成环境及生烃模式等的研究比较少。随着国内外对油气资源的需求量日益上升，而油气资源又属于不可再生资源，所以迫切的需要寻找另外的油气替代资源来缓解能源需求压力。油页岩储量巨大，是重要的油气补充能源资源。并且油页岩由于其特殊的组成和结构决定了它在综合利用方面的潜在前途，引起了全世界的关注。

1 油页岩分布特征

松辽盆地北部于上白垩统青山口组一段，嫩江组一段、二段发育三段油页岩，并以青山口组一段质量最好，含油率高，分布稳定。有机质类型为Ⅰ-Ⅱ型，属于未成熟～生油早期阶段。油页岩分布层位也主要为青山口组一段、嫩江组一段和嫩江组二段。在齐家—古龙凹陷、三肇凹陷、黑鱼泡凹陷和宾县—王府凹陷的嫩一段均有油页岩发育，但厚度不大。

1.1 油页岩在地质层位上的分布

郑玉龙和陈春瑞认为[3]，松辽盆地北部油页岩主要包括白垩系青山口组一段，嫩江组一、二段。其中青一段以深湖相、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10～30m黑色泥岩夹劣质油页岩。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。其底部5～20m的黑色泥岩夹劣质油页岩在全盆地均有分布。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5～15m厚的油页岩在全盆地分布稳定。

1.2 油页岩在区域上的分布

松辽盆地青山口组一、二段、嫩江组一、二段主要分布在沉齐家—古龙凹陷、三肇凹陷、黑鱼泡凹陷和宾县—王府凹陷，油页岩厚度不大，最大厚度为10.61m。据马中振[4]，齐家—古龙凹陷、三肇凹陷、黑鱼泡凹陷和宾县—王府凹陷的嫩一段均有油页岩发育，最大厚度为10.61m（表1）。

表1 松辽盆地北部典型井嫩一段源岩分布特征（马中振，2008）

郑玉龙、陈春瑞根据部分老井资料统计了松辽盆地北部大庆矿权区不同构造带油页岩的分布特征（表2），以内嫩江组小于1 000m油页岩分布面积总计44 777km2，青山口组小于1 000m油页岩分布面积总计 12 994km2。

表2 松辽盆地北部油页岩厚度统计表（老井）（郑玉龙和陈春瑞，2007）

2 油页岩理化性质

2.1 物理特征

据郑玉龙和陈春瑞[3]，松辽盆地油页岩页理经常出现贝壳状断面，颜色以黑色、褐色及深灰色为主，岩石密度范围2.01～2.60g/m3，平均值为2.31g/m3左右，与抚顺、茂名等地的相比，松辽盆地油页岩的岩石密度相对较大（表 3）。在油页岩中常见叶肢介、介形类等动物化石和植物碎片，裂隙中见有黄铁矿。

2.2 无机化学组成及特征

松辽盆地白垩系青山口组一段和嫩江组一、二段暗色油页岩中的有机碳、还原硫（S2-）、二价铁（Fe2+）具有明显的高峰值。如中央坳陷区的青山口组一段，有机碳平均含量可3.33%，最高值12.06%；还原硫平均含量0.57%，最大值0.82%；二价铁平均含量1.65%，最大值2.05%；三价铁平均含量0.08%，最大值0.11%。，相对青山口组二、三段的泥岩，青山口组一段和嫩江组一、二段的油页岩中具有显著的高有机碳、还原硫、二价铁和低的三价铁（Fe3+）等特征（表4）。

2.3 有机化学组成及特征

2.3.1 有机质丰度

烃源岩热解游离烃含量较低（0.06～0.72/0.57），裂解烃含量相对较高（12.40～61.08/39.9）；有机碳含量介于1.873%～10.625%之间，平均 6.47%；氯仿沥青“A”含量也很高（0.1120～10.7405/5.14），油页岩含油率平均达5.96%，最高 13.25%（表 4）。综合评价松辽盆地北部油页岩有机质丰度极高，是极好的烃源岩。

表3 松辽盆地油页岩与其他地区油页岩物理特征对比表（郑玉龙和陈春瑞，2007）

2.3.2 有机质类型

松辽盆地油页岩元素分析的H/C比值介于0.98～1.44之间，O/C比值介于0.04～0.13之间（表5），在Van Krevelen图版上主要分布于Ⅰ型、ⅡA型区域（图1）；干酪根镜检结果也证实了这种情况。

2.3.3 有机质成熟度

表4 松辽盆地油页岩地球化学特征（百分含量）表（郑玉龙和陈春瑞，2007）

松辽盆地北部油页岩有机质成熟度指标见表5，其中Ro位于0.41～0.78之间，热解Tmax介于429～446℃之间，产率指数小于0.1，所有的分析数据显示，松辽盆地北部油页岩的有机质主要正处于低成熟阶段。

图1 松辽盆地北部嫩江组、青山口组油页岩有机质类型划分图

3 松辽盆地北部油页岩的富集条件

3.1 有机质来源

油页岩的生成必须要有丰富的原始有机物质，主要来源于两部分：一部分来自于湖泊底栖生物、浮游生物、底栖藻类以及微生物的自身生产；另一部分来自从陆地上搬运的陆源生物的碎屑。松辽盆地油页岩发育的青山口组一段和嫩江组一、二段，湖生生物种群发育（图2）。一些学者提出，受全球海平面上升的影响，当时海水的侵入[6-11]，大面积的海水侵入会带来很多藻类，为油页岩的沉积提供了丰富的物质。

3.2 有机质保存

油页岩形成于湖盆发育的鼎盛时期的最大深水期，即湖扩展体系域的欠补偿阶段，在陆相层序地层学研究中又将其称为“密集段”，即沉积速率低、粒度细，一般对应最大欠补偿沉积段，湖盆可容空间最大时期，也就是最大湖域面积和最大湖水深度期，即湖扩展体系域[12]。松辽盆地早白垩世登娄库时期以来，盆地进入整体坳陷阶段，青山口组早期和嫩江组早期，盆地构造沉陷速率大于沉积物供应速率,湖泊面积扩大，水深增加（青山口组一段沉积时期湖泊最大面积达87 000km2，嫩江组一、二段沉积时期，湖泊面积超过200 000 km2），出现沉积物匮乏现象而形成饥饿盆地。油页岩形成时期，气候温暖潮湿，降雨量丰富，油页岩主要沉积于深湖—半深湖相沉积环境，水体较稳定。

3.3 缺氧事件

图2 松辽盆地晚中生代地质事件与生物演化的关系（黄清华等，1997）

许多研究者对几个克拉通上的白垩系进行了海平面变化研究，现已证实白垩纪至少有三次海侵具全球等时性，其中对Cenomanian期和Campanian期海侵研究较多，被确认为影响很大，造成全球性缺氧事件。Cenomanian期和Campanian期（青山口组一段和嫩江组一、二段沉积时期）。松辽盆地整体下降，湖泊面积迅速扩大，形成大面积深水环境，湖泊与海岸线距离不断缩小，最后于海水短暂沟通，形成了半咸水的湖泊环境。湖泊急剧扩张，湖水加深，造成了盆地内大面积的去碎屑供应严重不足，在还原环境下，分别沉积了两套巨厚的黑色页岩层。

表5 松辽盆地北部钻井油页岩地化指标统计表（郑玉龙和陈春瑞，2007）

关于湖相油页岩的成因模式，在其经典研究区美国绿河盆地，先后提出分层湖模式、干盐湖模式、生物化学分层湖模式和外因分层湖模式。我国部分学者[8、13]将油页岩视为陆相地层的密集段。刘立和王东坡将油页岩分为浅湖和深湖两大类，认为松辽盆地青山口组、嫩江组一、二段油页岩的形成与分层湖有关。部分学者[14]已经将松辽盆地的油页岩的形成与海水侵入联系起来，但尚未提出有力的证据和做出进一步的深入分析。

3.4 松辽盆地油页岩资源潜力

2003年全国新一轮油气资源评价对松辽盆地北部（黑龙江部分）青山口组一段、嫩江组一段和嫩江组二段三个油页岩段进行了预测，估算采用体积法。根据2005年完成的评价结果，预测松辽盆地北部油页岩资源为11 145 288×104t，油页岩技术可采资源量为3 622 219×104t；页岩油资源量为523 511×104t，页岩油技术可采资源量为170 141×104t，页岩油可回收资源量为127 606×104t（表6）。其中青山口组一段油页岩潜在资源量为5 666 804×104t，潜在技术可采资源量为1 841 711×104t；页岩油潜在资源量为273 707×104t，潜在技术可采资源量为88 955×104t，潜在可回收资源量为66 716×104t。嫩一段油页岩潜在资源量为2 308 610×104t，潜在技术可采资源量为750 298×104t；页岩油潜在资源量为95 115×104t，潜在技术可采资源量为30 912×104t，潜在可回收资源量为23 184×104t。嫩二段油页岩潜在资源量3 169 874×104t，潜在技术可采资源量为1 030 209×104t；页岩油潜在资源为154 690×104t，潜在技术可采资源为50 274×104t，潜在可回收资源为37 706×104t。

表6 松辽盆地北部油页岩含矿区油页岩/页岩油资源评价结果（李世荣等，2003）

郑玉龙和陈春瑞[3]根据最新钻井取样分析，在松辽盆地老井复查基础上，重新圈定了埋深<1 000m 的油页岩分布范围、厚度及埋深。用体积法计算确定松辽盆地北部油页岩预测资源量油页岩矿石预测资源量：6 000×108t，页岩油预测资源量297.3×108t。其中青山口组页岩油资源量104.8×108t，嫩江组页岩油资源量192.5×108t；埋深小于300m的页岩油资源量为21.7×108t，300～500m为74.7×108t，500～1 000m为200.9×108t；另外中央凹陷区页岩油资源量为82.2×108t，东南隆起区为60.5×108t，东北隆起区为136.8×108t，北部倾没区为4.4×108t，西部斜坡区为13.4×108t（图3）。

松辽盆地北部油页岩分布广、资源潜力大，是现实的后备资源油页岩，潜力大，松辽盆地北部油页岩矿石资源量达 6 000×108t，折算成页岩油约 300×108t（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院2007年勘探会报告）。（2）综合考虑埋深、厚度、含油率等因素，确定松辽盆地北部的东南隆起区、东北隆起区南部及中央凹陷区等地区为油页岩有利的勘探区块，其中东南隆起区、东北隆起区油页岩厚度较大，埋深适宜，资源量大，是露天开采有利区块；中央凹陷区油页岩厚度，分布面积大，但埋藏较深，适合原位开采。

图3 松辽盆地北部页岩油资源分布图

4 问题与建议

目前在松辽盆地油页岩的分布特征、形成环境及资源潜力等方面开展了初步的研究工作，取得初步的认识。由于这方面的研究还刚刚起步，在油页岩地质评价方面还存在许多有待解决的问题。由于松辽盆地白垩系油页岩埋藏深度较大，主要采用原位开采，目前对研究区油页岩开采的地质条件及制约因素，尤其是确定研究区是否具备原位开采的油页岩资源，其沉积环境、分布层位、深度及区域范围如何等均不清楚，还需要开展系统的研究工作。此外，影响油页岩原位干馏效率的边界条件（地下地质环境）十分复杂，其中关键的地质、地球化学因素主要包括油页岩矿体的几何形态、结构、岩性及其组合特征、油页岩中的有机质构成、演化程度及含油率、油页岩层的温度、压力、含水率等。油页岩中有机质在地下转化成页岩油后在地层中渗流特征，以及制约页岩油渗流作用的地质因素（如页岩油的含量和成分、油页岩的岩性以及其与上下地层的组合关系、地层温度压力等），这些问题都需要进一步的研究。

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