松辽盆地北部油页岩资源潜力评价

郑玉龙，陈春瑞，王佰长，王占国，刘胜英，吴相梅

1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 1000832.大庆油田牡丹江新能源有限责任公司, 黑龙江 牡丹江 1570323.大庆油田有限责任公司勘探开发研究院, 黑龙江 大庆 163712



松辽盆地北部油页岩资源潜力评价

郑玉龙1,2，陈春瑞3，王佰长2，王占国2，刘胜英3，吴相梅3

1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 1000832.大庆油田牡丹江新能源有限责任公司, 黑龙江 牡丹江 1570323.大庆油田有限责任公司勘探开发研究院, 黑龙江 大庆 163712

为评价松辽盆地北部油页岩资源潜力，开展了14口地质井的钻探、2 100多口老井的复查和多项油页岩的样品分析测试工作。根据油页岩分析测试资料，结合录井、测井、地震、沉积等研究成果，总结了油页岩主要特征，并用体积丰度法初步估算了埋深小于1 km的油页岩和页岩油潜在资源量。结果表明：松辽盆地北部油页岩主要发育在青山口组一段和嫩江组一、二段沉积时期的湖相沉积中，是盆地两次最大湖泛期的产物；嫩江组和青山口组油页岩平均岩石密度分别为2.20和2.18 t/m3，平均含油率分别为5.55%和5.39%；油页岩有机质类型为Ⅰ型和Ⅱ1型，处于未成熟--低成熟阶段，有机质丰度极高，是最好的生油岩。松辽盆地北部油页岩分布广泛、层位稳定、资源潜力巨大，初步估算埋深小于1 km的油页岩潜在资源量为6 008.40×108t，页岩油潜在资源量为297.50×108t。油页岩可以成为未来大庆油田常规油气的重要补充或接替资源。

松辽盆地；油页岩；含油率；沉积环境；地球化学；资源潜力

0 前言

21世纪，作为重要的非常规油气重要接替或补充资源的油页岩，其开发利用重新受到世界各国的关注[1]。油页岩储量巨大，在全球资源战略中的地位日益彰显，并逐渐提升到各国能源发展规划的议程中[2-3]。按照中国石油建设综合型国际能源公司的战略，为实现大庆油田的可持续发展[4-5]，大庆油田有限责任公司近年来在松辽盆地北部开展了油页岩资源勘查工作，获得了丰富的基础资料。目前，已在松辽盆地北部完成14口油页岩地质井的钻探，并对272块油页岩岩心样品进行了工业评价分析和格金低温干馏分析，对142块油页岩样品进行了有机地球化学分析。按照目前的油页岩开采技术条件，本次工作重点对松辽盆地北部埋深小于1 km的油页岩进行了研究。根据油页岩样品分析测试资料，结合录井、测井、地震、沉积等研究成果，总结了松辽盆地北部油页岩主要特征，并用体积丰度法初步估算了油页岩和页岩油潜在资源量。

1 地质背景

松辽盆地是中国东北部最大的中、新生代陆相沉积盆地。盆地呈北北东向展布，总面积约26×104km2，其中位于黑龙江省境内的松辽盆地北部面积约12×104km2。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 km，盆地内白垩系划分为10个组，自下而上为火石岭组、沙河子组、营城组、登娄库组、泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组和明水组。下部的火石岭组、沙河子组、营城组主要以火山岩相和湖沼相沉积为主；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湖相、河流相沉积(图1)。松辽盆地的形成和演化大致经历了热隆张裂、裂陷、坳陷和萎缩4个阶段，坳陷期地层按区域隆起和坳陷的发育特征划分为6个一级构造单元，分别为北部倾没区、中央坳陷区、东北隆起区、东南隆起区、西南隆起区、西部斜坡区；二级构造单元划分为32个，包括大庆长垣、齐家--古龙凹陷、三肇凹陷、朝阳沟阶地、长春岭背斜带、青山口隆起带、扶余隆起带等[6-7]。

2 油页岩分布

2.1 油页岩赋存层位

晚白垩世早中期，松辽盆地进入整体坳陷发育阶段。特别是青山口组一段和嫩江组一、二段沉积期，出现了两次特大湖侵期。由于盆地构造沉降速率大于沉积物供应速率，湖泊面积迅速扩大，水深增加，形成饥饿盆地。同时，这一时期气候温暖潮湿、雨量充沛，松花江生物群繁盛，近岸湖水表层生物的生产率提高，湖盆底部水循环不畅，固碳和聚碳作用进一步加强，导致在全盆地湖相沉积中发育3套缺氧条件下沉积的黑色页岩和油页岩[8-9]，成为盆地两次最大湖泛期的产物。因此，油页岩主要发育在青山口组一段和嫩江组一、二段的湖相沉积中(图1)。

1.油页岩；2.泥岩；3.粉砂质泥岩；4.泥质粉砂岩；5.粉砂岩；6.砂岩；7.砂砾岩;8.钙质粉砂岩；9.不整合；10.假整合。据文献[7]修改。图1 松辽盆地白垩系上统综合柱状图Fig.1 Upper Cretaceous comprehensive column in Songliao basin

青山口组一段：为黑、灰黑色泥岩、页岩夹油页岩，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，介形类化石在局部地区可成层出现；盆地西部和北部相变为灰黑、灰绿色泥岩和砂岩互层；底部为厚10～30 m黑色泥岩夹油页岩，为盆地划分对比一级标志层；本段厚度一般为60～135 m。

嫩江组一段：为灰黑、深灰色泥岩夹灰绿色砂质泥岩、粉砂岩，下部夹油页岩，具菱铁矿条带和薄层条带状膨润土；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为黑色泥岩夹油页岩,并在全盆地均有分布，为重要的区域性地层划分对比标志；厚度一般为60～120 m，最厚超过200 m；在盆地东北部和西部为灰绿、灰黑色泥岩夹泥质粉砂岩、粉砂岩，中部、东南部为大段灰黑色泥岩，盆地西北边缘变为灰白、灰绿色砂岩、砂砾岩夹灰绿、深灰、棕红色泥岩。

嫩江组二段：分布范围很广，北部已超出盆地现今边界；岩性下部为灰黑色泥岩、页岩夹油页岩薄层，中部为暗灰色、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；泥岩水平层理发育，含丰富的动物化石，介形类、叶肢介常沿层面富集成层；一般厚150～250 m[7，10]。

2.2 油页岩分布特征

通过对松辽盆地北部2 100多口钻遇青山口组和嫩江组的钻井中埋深小于1 km的油页岩进行统计，结合地震、沉积研究成果，编制了青山口组和嫩江组油页岩厚度等值线图(图2)，对松辽盆地北部油页岩分布特征有了进一步的认识。

2.2.1 垂向分布

青山口组一段：油页岩一般为3～8层，最多可达33层；单层厚度一般为0.4～3.0 m，最大单层厚度为9.0 m，平均累计厚度为6.4 m。

嫩江组一段：一般发育油页岩2～6层；单层厚度一般为0.5～2.0 m，最大可达7.7 m，平均累计厚度为4.2 m。

嫩江组二段：稳定发育1～3层油页岩，受沉积控制，局部地区油页岩层数有所增多，最多发育13层；单层厚度一般为0.2～5.0 m，最大的单层厚度为10.0 m，平均累计厚度为3.8 m。

2.2.2 平面分布

青山口组：从其平面分布来看，青山口组油页岩主要分布在中央坳陷区、东南隆起区、东北隆起区的南部及西部斜坡区的局部地区，整体呈由西北向东南逐渐变厚的特点；埋深小于1 km的油页岩主要发育于东南隆起区及东北隆起区，平均厚度一般为5～10 m(图2a)。

图2 松辽盆地北部青山口组(a)和嫩江组(b)油页岩厚度等值线图(埋深小于1 km)Fig.2 Thickness contour map of oil shale in Qingshankou Formation(a)and Nenjiang Formation(b) in north Songliao basin(buried depth is less than 1 km)

嫩江组：受沉积作用控制，嫩江组油页岩平面上分布较广，主要分布于西部斜坡区、中央坳陷区、东南隆起区、东北隆起区及北部倾没区南部；其中，中央凹陷区厚度最大，但大部分地区埋深大于1 km，仅在大庆长垣发育小于1 km的油页岩，平均厚度一般为9～12 m；东南隆起区及东北隆起区厚度较大，平均厚度一般为3～7 m；厚度最薄的地区为西部斜坡区，油页岩平均厚度一般为1 m左右(图2b)。

3 油页岩物理化学特征

3.1 油页岩物理特征

松辽盆地北部油页岩页理大部分不发育，经常出现贝壳状断面，颜色以黑色、褐色及深灰色为主；在油页岩中常见叶肢介、介形类等动物化石和植物碎片，裂隙中见黄铁矿(图3)；岩石密度变化范围较大，为1.80～2.44 t/m3，但均值则相对稳定，嫩江组油页岩密度平均为2.20 t/m3，青山口组油页岩密度平均为2.18 t/m3(表1)。

3.2 油页岩品质特征

由松辽盆地北部油页岩样品工业分析和格金低温干馏分析结果(表1)可知，油页岩水分为0.62%～3.55%，嫩江组平均为1.92%，青山口组平均为2.34%；灰分为73.51%～92.64%，嫩江组平均为86.92%，青山口组平均为88.43%；挥发分为57.93%～100.00%，嫩江组平均为97.74%，青山口组平均为98.39%；含油率为3.50%～13.25%，嫩江组平均为5.55%，青山口组平均为5.39%。与国内正在开发利用的辽宁抚顺、吉林桦甸和黑龙江柳树河等地区油页岩相比[2,12],综合评价为低水分、高灰分、高挥发分、中等品位油页岩矿。

图3 松辽盆地北部油页岩岩心样品Fig.3 Sample of oil shale core in north Songliao basin

密度/(t/m3)范围平均值含油率/%范围平均值w(水分)/%范围平均值w(灰分)/%范围平均值嫩江组1．80～2．442．203．60～9．655．550．62～3．101．9274．59～92．6486．92青山口组1．80～2．372．183．50～13．255．391．02～3．552．3473．51～92．4788．43w(挥发分)/%范围平均值镜质组反射率/%范围平均值最高热解温度/℃范围平均值嫩江组57．93～100．0097．740．40～0．680．56429．00～444．00434．75青山口组75．61～100．0098．390．40～0．630．52425．00～447．00437．86

3.3 油页岩地球化学特征

3.3.1 有机质类型

松辽盆地北部油页岩元素分析的H/C(原子比)为0.75～1.61，O/C(原子比)为0.04～0.22，在Van Krevelen图版上主要分布于腐泥型(Ⅰ)和腐植腐泥型(Ⅱ1)区域，其中青山口组油页岩母质类型以腐泥型(Ⅰ)为主，好于嫩江组油页岩母质类型(图4)。

Ⅰ.腐泥型；Ⅱ1.腐植腐泥型；Ⅱ2.腐泥腐植型；Ⅲ.腐植型。图中比值为原子比。图4 松辽盆地北部油页岩有机质类型Fig.4 Types of organic matters of oil shale in north Songliao basin

3.3.2 有机质成熟度

松辽盆地北部油页岩镜质组反射率为0.40%～0.68%，嫩江组平均为0.56%，青山口组平均为0.52%；最高热解温度为425.00～447.00 ℃，嫩江组平均为434.75℃，青山口组平均为437.86℃。综上可知，油页岩有机质处于未成熟--低成熟阶段(表1)。

3.3.3 有机质丰度

松辽盆地北部油页岩有机碳质量分数高，为0.139%～14.420%，平均为2.418%；氯仿沥青“A”质量分数也很高，为0.000 3%～0.920 0%，平均为0.182 4%；生油潜量大，为0.05～103.30 mg/g，平均为12.03 mg/g。可见，该区油页岩有机质丰度极高，按照陆相烃源岩有机质丰度评价指标为好--最好的生油岩类型[11]。

4 资源潜力评价

综合油页岩老井复查、钻井、录井、测井、含油率和密度分析等资料，采用体积丰度法初步估算了松辽盆地北部埋深小于1 km的油页岩和页岩油潜在资源量。

4.1 计算范围和边界品位

计算范围 松辽盆地北部大庆油田有限责任公司矿产资源登记区块范围内、含油页岩沉积的湖相边界内、埋深小于1 km的青山口组和嫩江组油页岩。

边界品位 油页岩的边界品位定为含油率≥3.5%。

4.2 计算方法和关键参数

计算方法参照2003年“全国油页岩资源评价”油页岩资源估算方法[3]，采用体积丰度法按二级构造单元分别计算统计，计算公式如下：

式中：S为油页岩面积(m2)；H为油页岩厚度(m)；D为油页岩密度(t/m3)；ω为油页岩含油率(%)。其中的关键参数分析如下。 ①S：在油页岩厚度等值线图上测量的油页岩分布面积。②H：根据录井、测井、含油率分析等资料，综合确定的油页岩平均累计厚度。③D(也称视密度)：油页岩样品实测容重算术平均值，无实测数据的二级构造单元采用相邻构造单元数据。④ω：油页岩样品实测含油率算术平均值，无实测数据的二级构造单元采用相邻构造单元数据。将计算结果按照含油率3.5%～5.0%、5.0%～10.0%，分别统计油页岩和页岩油潜在资源量。

4.3 计算结果

计算结果表明：松辽盆地北部埋深小于1 km的油页岩潜在资源量为6 008.40×108t，其中青山口组为2 124.96×108t，嫩江组为3 883.44×108t；页岩油潜在资源量为297.50×108t，其中青山口组为104.78×108t，嫩江组为192.72×108t。含油率3.5%～5.0%的油页岩潜在资源量为4 141.67×108t，页岩油潜在资源量为200.86×108t；含油率5.0%～10.0%的油页岩潜在资源量为1 866.73×108t，页岩油潜在资源量为96.64×108t(表2)。

表2 松辽盆地北部油页岩/页岩油潜在资源评价结果汇总表

Table 2 Results summary table of potential resource evaluation of oil shale/shale oil in north Songliao basin

108t

注：油页岩总资源量为6 008.40×108t；页岩油总资源量为297.50×108t。

由此可见，松辽盆地北部油页岩资源潜力巨大，可以成为未来大庆油田常规油气的重要补充或接替资源。目前，大庆油田有限责任公司正在黑龙江省柳树河盆地建设页岩油中试先导基地[12]，为油页岩的大规模开发利用积累技术、储备人才。随着油页岩开发利用技术的不断进步，松辽盆地北部巨大的油页岩资源必将在大庆油田未来发展中发挥重要的作用。

5 结语

松辽盆地北部油页岩主要发育在青山口组一段和嫩江组一、二段沉积时期湖相地层中，是盆地两次最大湖泛期的产物。嫩江组和青山口组油页岩岩石密度较大，分别为2.20和2.18 t/m3,平均含油率分别为5.39%和5.55%，有机质类型分别为Ⅰ型和Ⅱ1型，处于未成熟--低成熟阶段，有机质丰度极高，是最好的生油岩。松辽盆地北部油页岩分布广泛、层位稳定、资源潜力巨大，初步估算埋深小于1 km的油页岩潜在资源量为6 008.40×108t，页岩油潜在资源量为297.50×108t。油页岩的开发利对大庆油田可持续发展意义重大。

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Resource Potential Evaluation of Oil Shale in North Songliao Basin

Zheng Yulong1,2, Chen Chunrui3, Wang Baichang2, Wang Zhanguo2, Liu Shengying3, Wu Xiangmei3

1.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China2.MudanjiangNewEnergyCompanyLtd.,DaqingOilfield,Mudanjiang157032,Heilongjiang,China3.ExplorationanddevelopmentResearchInstituteofDaqingOilfieldCompanyLtd.,Daqing163712,Heilongjiang,China

In order to evaluate the oil shale resource potential in north Songliao basin, 14 geological wells are drilled, more than 2 100 old wells are reviewed and a number of oil shale samples are tested. According to the testing data of the oil shale, combined with the well logging, seismic, deposit， and the other research achievements, the main characteristics of oil shale is summarized, and the potential resources of oil shale and shale oil,buried less than 1 000 m in depth, are preliminarily estimated using the volume abundance method. Oil shales in north Songliao basin are mainly developed in the lacustrine deposit when the first section of Qingshankou Formation, the first and second section of Nenjiang Formation deposited, which are the results of the twice maximum flooding period in the basin. The average density of oil shale in Nenjiang Formation and Qingshankou Formation is 2.20 t/m3and 2.18 t/m3respectively, and the average oil yield is 5.39% and 5.55% respectively. The types of organic matter of the oil shale are I and II1in the developing stage from immaturity to low maturity; and they are excellent hydrocarbon source rocks. Oil shale resources in north Songliao basin are widely distributed, stable in strata, and have a great resource potential. It is estimated that the potential resource of oil shale is 6 008.40×108t and of shale oil is 297.50×108t for those are buried less than 1 000 m in depth. The oil shale can be an important supplement or replacement of the conventional oil and gas in Daqing oil field in the near future.

Songliao basin; oil shale; oil yield; depositional environment; geochemistry; resource potential

10.13278/j.cnki.jjuese.201503103.

2014-08-29

国家科技重大专项项目(2008ZX05055)；国家潜在油气资源(油页岩勘探开发利用)产学研用合作创新项目(OSR-01-10)

郑玉龙(1966--)，男，高级工程师，博士，主要从事非常规油气地质研究，E-mail:zhengyul@petrochina.com.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201503103

P618.12

A

郑玉龙，陈春瑞，王佰长，等. 松辽盆地北部油页岩资源潜力评价.吉林大学学报:地球科学版,2015,45(3):683-690.

Zheng Yulong, Chen Chunrui, Wang Baichang, et al.Resource Potential Evaluation of Oil Shale in North Songliao Basin.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(3):683-690.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201503103.