青海油页岩地质勘查过程采样长度的确定

党洪量，魏 毅，张云鹏,郭 望,童海奎，范文科

(1.吉林大学地球科学学院，吉林 长春 130061;2.青海省地质调查局，青海 西宁 810001；3.青海煤炭地质一○五勘探队，青海 西宁 810007；4.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054)

青海油页岩地质勘查过程采样长度的确定

党洪量1,2，魏 毅3，张云鹏4,郭 望4,童海奎2，范文科2

(1.吉林大学地球科学学院，吉林 长春130061;2.青海省地质调查局，青海 西宁810001；3.青海煤炭地质一○五勘探队，青海 西宁810007；4.中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安710054)

为确定青海油页岩勘查过程中油页岩的最佳采样长度(以下简称“样长”)，在系统开展野外地质工作和样品采集化验基础上，分析认识青海油页岩地质特征，分别用类比法、统计学方法和试验法，得出技术和经济方面均合理的最大样长。结果显示：① 由于油页岩与同为固体可燃有机岩煤的宏观识别程度、有用组分的变化过程和分布均匀程度均存在差异，所以不能完全参考煤的采样规格；② 通过统计分析Y-1Y和Y-6Y井油页岩含油率正态分布类型为对数分布，与许多钼、锡、钨以及贵金属矿床的典型样品数据正态分布形态类似，可类比其样长规格，确定油页岩样长为1.5～2.0m；③ 对Y-1Y井中选定的加密采样层段含油率数据应用减稀法得出最大样长为1.5m或1.6m。

油页岩；采样长度；地质勘查；青海省

随着青海省油页岩探矿权招、拍、挂工作的结束，青海省油页岩勘查工作也将陆续开展。通过调研，目前国内油页岩的勘查手段仍为传统的重型工程(钻探、槽探等工程)揭露矿层，然后以化验结果确定油页岩矿品位等参数，最终达到估算资源量的目的。其他的手段，如测井、地震等尚处于讨论研究阶段，不能直接应用于勘查过程[1-3]。再加上油页岩具有资源潜力大、勘探程度低、分布不均匀的特点[4]，采样工作在其勘查过程显得尤为重要，而钻孔中岩芯采样长度需综合考虑地质因素和经济因素[5-6]。众所周知，样品的采集精度和成本历来是矛盾体，油页岩同其他矿产一样，矿的有用组分不可能完全均匀分布，岩芯样品长度越小，越能反映矿的实际情况[7]。但受实际工作中成本因素的影响，不可能无限制的增多样品数量。这就要求，在勘查工作需根据不同地区矿体稳定程度，在不同误差允许范围内，采用不同的样长。调研过程发现，目前在没有规范可执行情况下，大多数单位根据自身工作经验和工作阶段要求，在自然分层基础上，以不同的规格对油页岩层段进行样品采集。其中，科研单位为提高样品的代表性，每米采集一个样品；生产单位则直接按照煤炭规范中对煤样的要求，对连续矿层段取样长度以不大于3 m为原则。以上的样品长度确定缺乏明确的理论依据或数学推理。据此，在对青海全省可能赋存油页岩的矿点系统的开展路线地质调查、剖面测量、煤田钻孔油页岩识别、老井资料二次开发和样品分析的基础上，总结认识油页岩地质特征，然后在已知含油页岩矿区鱼卡煤田，施工参数孔，对油页岩层段连续加密采样分析，以此为原始数据，运用常用的确定样长方法，得出能够保证足够精度条件下，反映油页岩品质的最大样长，供今后开展油页岩相关工作人员参考。

1 青海油页岩特征

大部分学者在文献中叙述的所谓青海省油页岩是将具备生油气条件的暗色页岩统称为油页岩,以此认识的油页岩青海省赋存于侏罗系和三叠系[8-11]。但经过系统采样分析，青海省油页岩赋存于侏罗系中下统，三叠系达不到目前国内普遍认可的，由刘招君老师等人定义的油页岩指标(含油率大于3.5%，发热量一般不小于4.18 MJ/kg)[12]。侏罗系中下统的油页岩主要分布于青海省北部的煤矿区，含油率介于3.5%～19.5%之间，平均含油率为低-中品质；发热量介于4.18～18.84 MJ/kg，平均发热量为中-高品质[13]。

综合野外地质工作成果和室内化验结果，得出油页岩的岩石组合特征为深灰-灰褐色泥岩、页岩和泥质粉砂岩；在同一矿区施工的三个钻孔中油页岩的结构差异也较大，平面分布主要受沉积环境影响，较区内煤层稳定程度差；油页岩与围岩的组合类型有4种。其中，A类型和B类型为湖进体系域下半深湖-深湖环境，厚度大，层系稳定，但含油率较低，与其围岩岩性一致，颜色差异不大；C类型和D类型为湖湾沼泽环境下沉积油页岩，属于煤的共伴生矿产，具有厚度小、含油率大的特点，与围岩煤、细砂岩容易区分，但与暗色泥页岩没有明显差异，需要通过化验结果才能确定是否为油页岩矿。即油页岩矿必须通过连续取样分析，才能确定其界限。因此，需要通过数学方法确定合理的样长，达到既可以客观反映油页岩品位情况，而且不造成成本的浪费。所以，在研究过程选取具有代表性工作程度相对较高的鱼卡地区的油页岩参数井进行连续加密采样，获取高精度的化验数据开展本次研究。另外，由于油页岩概念指标含油率和发热量的相关性为高度正相关[14]，如鱼卡Y-1Y井中二者相关系数为0.95(图1)，说明含油率可作为发热量的代替指标，所以，本次研究过程，仅分析能确保含油率精度条件下的最大采样长度，不再针对发热量指标开展研究。

图1 Y-1Y井含油率与发热量相关性分析

2 采样化验过程介绍

2.1 采样规格设置

基于“单个样品代表厚度一般应小于可采厚度”原则和本次样长确定试验研究的需要，对含油率值高的，现场可初步识别为油页岩的层段，设置采样规格不大于0.3 m；对无法确定或含油率值不高的层段，设置采样规格不大于0.8 m，采样过程要求连续取样，全部岩芯送样。为保证岩芯完整程度,Y-1Y井采用HYDX-6全液压钻机绳索取芯，钻获中侏罗统大煤沟组7段真厚55.55 m，倾角20°，目的层段长度采取率98.99%,剔除浅灰-灰色粉砂岩、细砂岩夹矸层，在大于0.1 m即自然分层的基础上，共计采集样品103件(图2)。其中，样品编号OS-1至OS-5为灰绿色泥页岩，可识别为非油页岩，采样规格为0.8 m；编号OS-7至OS52为灰褐、黑褐、灰黑色泥页岩，疑为油页岩，采样长度为0.3 m，其顶部有0.3 m灰色泥岩以采长0.3 m编号OS-6样品采集；疑似油页岩段的下伏岩层为灰黑色泥质粉砂岩过渡为深灰色粉砂岩加细砂岩，采样规格为0.8 m，样品编号OS-53至OS-103。

2.2 实验室化验方法

本次实验采用气密性好、试样受热均匀、残油收集方便的格金低温干馏法测定[15-16]。化验数据质量达到《GB/T1341—2007》要求，其他油页岩指标参照煤质化验的相关规范要求执行。

图2 Y-1Y井侏罗纪地层柱状剖面及采样位置示意图

3 试验方法及结果

根据青海油页岩已有工作成果和资料基础，本次用于确定采样长度的方法有类比法、统计学方法和试验法。

3.1 类比法

类比法，是参考已具有规范的类似矿床的采样要求，确定该类矿床的采样规格[17]。油页岩与煤同为固体可燃有机岩，常为共伴生矿产，但是油页岩与同为沉积矿床的煤的特征不尽一致，不能生搬硬套其采样规程。理由如下：首先在宏观特征方面，受油页岩勘查工作程度低限制，地质人员相关经验不足，现场采样过程很难将油页岩与其上下无论颜色还是岩性基本一致的围岩或夹矸泥页岩区分开来，而煤炭勘查工作经验相对丰富，基本达到现场可识别围岩及夹矸的程度；其次，碳是煤中最重要有用的组分，其含量随煤变质程度的增高而含量增大，而油页岩作为烃源岩，有用组分为页岩油，随着热演化作用加强，生成的油排出一部分，残留一部分，而且不仅生油，在一定阶段是将油转化为气，即有用组分呈现先增后减的趋势；再者，同一地区煤炭的各类化验指标尤其是含碳量等重要组分基本一致，而油页岩的主要组分含油率等分布不均匀(鱼卡地区Y-1Y、Y-2Y、Y-3Y和Y-6Y井中含油率变化系数分别为61.19%、54.26%、63.23%和60.98%)，无论是单个工程还是工程之间均存在一定的变化。另外，将Y-2Y和Y-3Y为完全参照煤炭采样规程中不大于3 m为原则采样化验结果，与每米一个样品的Y-6Y井和加密采样的Y-1Y井的对比，发现4口井位于同一成矿单元内，但由于采样规格的影响，Y-2Y和Y-3Y井的油页岩明显出现品位贫化，矿层厚度变薄的现象(表1)，佐证了油页岩采样规格不能完全按照煤的规范要求执行。

表1 鱼卡地区油页岩参数井情况

3.2 统计学方法

上一节已述油页岩不能直接应用类比法类比类似矿床煤的采样规程的原因，故笔者试图运用统计学方法，在统计分析油页岩品味(含油率)变化特征，类比品味变化特征较一致的其他金属矿床。具体操作过程如下：首先通过统计分析Y-1Y井油页岩含油率化验数据，绘制正态分布正方图，确定其正态分布类型为对数分布(图3(a))。由于Y-1Y井的样长不是一种规格(表1)，为了保证正太统计数据不受样长影响，进一步选取样长规格均为1m的Y-6Y井进行正太分布统计分析，发现其分布类型也为对数分布(图3(b))。在此基础上，对比各类矿床典型样品数据分布直方图(图4)，发现许多钼、锡、钨以及贵金属矿床的典型样品数据同样具有这种正态分布特征[16]，故类比此类矿种的常用样长，参照此类矿种相关规范要求的样长规格，确定的油页岩样长为1.5～2 m。

图3 鱼卡部分钻孔含油率分布直方图

表2 试验法采样品长度的对比选择

3.3 试验法

试验法也叫减稀法[17]。本次试验对Y-1Y井中选定的油页岩层段，按照0.3 m长度连续采样，化验结果显示含油率加权平均值为6.3%，依次减稀一个样品绝对差值为0.1%，依次减稀2个样品的绝对差值为0～0.2%，依次减稀3个样品的绝对差值为0.1%～0.5%，依次减稀4个样品的绝对差值为0～0.6%，依次减稀5个样品的绝对差值为0.1%～1.1%(表1)。按照《GB/T1341—2007》标准对格金低温干馏试验中含油率精度要求，含油率重复性试验误差绝对值不大于1%的原则，Y-1Y井最大样长应大于1.5 m，小于1.8 m，换算成真厚度后，进一步确定减稀法得出的油页岩最佳样长为1.5 m或1.6 m。

图4 典型的样本分布直方图(数据来源：文献[18])

4 结 论

在分析认识青海油页岩地质特征基础上，分别运用类比法、统计学方法和试验法，确定技术和经济方面均合理的最佳样长。

1) 经对比得出，油页岩与同为固体可燃有机岩煤的宏观识别程度、有用组分的变化过程和分布均匀程度均存在差异，所以不能完全参考煤的采样规格。

2) 通过Y-1Y井油页岩含油率数据统计分析，确定其正态分布类型为对数分布，与许多钼、锡、钨以及贵金属矿床的典型样品数据正态分布形态类似，可类比其采样规格，确定油页岩样长为1.5～2.0 m。

3) 对Y-1Y井中选定的油页岩层段以0.3 m样长规格加密采样分布后获得含油率加权平均值后，历次减稀样品化验数据后，以误差绝对值不大于1%的原则，减稀法确定的最大样长为1.5 m或1.6 m。

4) 对比本次运用的三种方法原理和效果，类比法较其他两种方法，具有经济成本低的优势，主要工作是地质人员通过研究矿床地质特征后，确定可类比的具有规程操作的矿床即可；而统计法和减稀法相比，减稀法需要通过加密采样，耗费大量成本得到精密化验数据后依次减稀才能得出结果，但是较统计法数据不仅详实，而且操作过程较为简单。

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DeterminationofsamplinglengthofgeologicalexplorationprocessinQinghaiprovince

DANG Hongliang1,2,WEI Yi3,ZHANG Yunpeng4,GUO Wang4,TONG Haikui2,FAN Wenke2

(1.College of Earth Science, Jilin University, Changchun130061,China;2.Qinghai Geological Survey,Xining810001,China;3.Qinghai No.105Coal Geological Exploration Team,Xining810007,China;4.Xi’an Center of Geological Survey,China Geological Survey,Xi’an710054,China)

In order to determine the best oil shale sampling length in Qinghai province,through carrying out the system field geology work and getting the chemical testing data of oil shale sample,analyzed the geological and industrial quality characteristics of the oil shale in Qinghai province,then applied the analogy method,the statistical analysis technique and the reduce data method to determine the best sampling length for meeting the technical requirements and economic efficiency.The result shows that the coal bed sampling specification cannot be completely used;the normal distribution of oil rate in Y-1Y and Y-6Y drilling is logarithmically distributed by statistical analysis,The normal distribution is similar to that of molybdenum,tungsten and precious metals,so using statistical analysis technique to determine the best sampling length between1.5and2meters;the best sampling length is1meter with the reduce data method in Y-1Y drilling,which are sampled by encryption of shale deposits.

oil shale;sampling length;geological exploration;Qinghai province

P618.11

A

1004-4051(2017)12-0161-05

2017-06-30责任编辑宋菲

国家自然科学基金项目资助(编号：41502200；41602162)；国家科技重大专项资助(编号：2016ZX05034001-006)；青海省地勘基金项目资助(编号：2013274011kc001；2014057043kc006；2015083086kc002)

党洪量(1986-)，男，陕西榆林人，地质矿产工程师，主要从事矿产勘查评价与项目管理工作，E-mail：289853181@qq.com。