松辽盆地东南隆起区JFD6井1 000 m以深白垩系青山口组油页岩特征

付 涛，孙伟国，詹天宇，朱小锋，刘学生，徐银波

1.吉林省地质调查院，吉林 长春 130102；2. 中国地质调查局油气资源调查中心，北京 100083

0 引言

松辽盆地油页岩资源极其丰富[1]。2005年至2012年间，吉林省地质调查院在松辽盆地东南隆起区开展了油页岩详查及相关研究，发现超大型油页岩矿床4处，探明油页岩资源量超千亿吨[2]，含矿层位主要发育在上白垩统青山口组一段和嫩江组一、二段，矿层深度均位于1 000 m以内[3]。由于当年没有开展测井工作，针对这一问题，本次研究选取2018年中国地质调查局油气资源中心在松辽盆地东南隆起区布置的JFD6井，通过对1 000 m以深油页岩特征、测井资料等进行研究，了解了松辽盆地东南隆起区1 000 m以深青山口组油页岩品质及物性特征。

1 区域地质背景

松辽盆地是一个发育在古生代褶皱基底之上白垩纪以来形成的大型中新生代沉积盆地。盆地经历了断陷、坳陷和萎缩三个不同的沉积演化阶段[4]。根据盆地发生、发展过程将其划分为西部斜坡区、北部倾没区、中央凹陷区、西南隆起区、东北隆起区和东南隆起区。东南隆起区基底(中生界底板)相对隆起，中、新生界沉积盖层薄,侏罗系分布零星，第四系厚小于50 m，JFD6井位于哈拉海向斜中(图1)。

图1 JFD6井构造位置图(底图据文献[5])Fig.1 Structural location map of Well JFD6(after [5])

2 油页岩基本特征

2.1 地层特征

松辽盆地油页岩层主要赋存在上白垩统嫩江组一、二段、青山口组一段地层中[5]。本次共施工1口1 000 m以深油页岩地质调查井：JFD6井。共见到6层油页岩。嫩江组见有1层油页岩矿体，厚度为6.80 m，平均含油率4.1%，单样最高为4.9%。青山口组共见油页岩矿5层，位于青山口组一段。矿体厚度最大为5.00 m，平均含油率最高为5.0%，单样最高含油率10.5%，累计见矿体厚度10.30 m。研究认为本井白垩系青山口组一段为优质含矿层段，矿层深度、含油率、矿层厚度等详见表1。

表1 JFD6井见矿情况

由表1可以看出青山口组一段的油页岩厚度大，含油率较高，为优质油页岩矿层，但埋深较深。嫩江组油页岩厚度相对较小，但埋深较浅。

2.2 岩石学特征

油页岩多呈灰黑色、灰褐色，泥质结构，层状或块状构造，发育水平层理，质量较轻，硬度低，富含介形虫、叶肢介、双壳类等生物化石碎屑，火烧可闻到轻微沥青味。

2.3 岩石地球化学特征

2.3.1 化学组分

本次工作在JFD6井青山口组油页岩中共采集2件全分析样品，分析结果见表2。

表2 JFD6井油页岩化学成分分析结果表

分析结果表明，油页岩化学组分主要以SiO2、Al2O3为主，其次为Fe2O3和CaO。SiO2平均质量分数为54.16%，Al2O3平均质量分数为13.71%，两者之和占总量的67.87%。说明油页岩矿石主要以铝硅酸盐矿物为主要存在形式，与黏土矿物化学组分相近。亦说明油页岩具有高灰分特点。

2.3.2 微量元素特征

本次工作在JFD6井嫩江组2号矿层和青山口组①号矿层中共采集了3件微量元素样品，按矿层统计各元素质量分数,平均值见表3。

表3 JFD6井油页岩矿层微量元素分析结果表

注：各元素值×10-6

对比发现，Cu、Mo元素质量分数均高于同类岩石的克拉克值。

2.3.3 稀土元素

本次研究在嫩江组2号矿层和青山口组①号矿层共采集了3件稀土元素样品，矿层各元素质量分数平均值及相关参数见表4、表5。

由表5可知，矿层稀土元素总量(不含Y)在(153.34～205.06)×10-6之间，平均值为172.44×10-6。LREE/HREE比值为7.39～8.18，均值为7.68，LaN/YbN比值为4.79～9.75，均值为7.76，说明油页岩中明显富集轻稀土，轻重稀土分馏明显，曲线为右倾型(图2)。δEu值为0.62～0.65，均小于1，Eu呈负异常。

δCe值为0.87～2.06，均值为1.29，无明显异常，说明是在缺氧环境下形成。

表4 JFD6井各元素质量分数平均值表

表5 JFD6井各元素相关参数表

注：REE值×10-6

图2 稀土元素球粒陨石标准化分布模式图Fig.2 Standardized distribution pattern of rare earth chondrites

2.3.4 总有机碳

油页岩中含有大量的有机质，其中，总有机碳的质量分数直接影响着油页岩的质量。本次研究在青山口组采取了20件样品测试了有机碳含量。分析表明，总有机碳与含油率之间呈正相关关系，见图3。相关系数为0.705 1，含油率随着有机碳的含量增高而变大。

图3 JFD6井有机碳与含油率相关性图Fig.3 Correlation between organic carbon and oil content of Well JFD6

JFD6井油页岩总有机碳质量分数在5.46%～10.00%之间，平均值为7.12%。样品中含油率小于3.5%的样品(即顶底板和夹层)总有机碳质量分数为5.95%；含油率大于3.5%且小于5%的样品总有机碳质量分数在5.46%～8.16%之间，平均值为6.45%；含油率大于5%的样品总有机碳质量分数在6.02%～10.00%之间，平均值为8.44%。

3 工业指标评价

3.1 含油率

含油率是指油页岩中页岩油(焦油)所占的质量分数，是界定油页岩最重要的评价指标。2006年“全国油页岩资源评价”将油页岩含油率边界品位定为w>3.5%，并将其分为低、中、高三个品质：3.5%10%。

本次工作共采集样品116件，其中青山口组含油率最高为10.50%，平均5%。

3.2 全硫特征

全硫质量分数是指油页岩中各种硫分的总和，是评价油页岩利用时潜在环境污染程度的重要指标。全硫质量分数越高，油页岩利用时的潜在环境污染程度越大。根据全硫质量分数可将油页岩的硫分为五级：特低硫油页岩w(S)≤1.0%，低硫油页岩1.0%4.0%。

本次工作在JFD6井主要矿层中共采集3件样品。

通过测试分析，JFD6井嫩江组2号矿层全硫均值为1.24%，为低硫油页岩；青山口组①号矿层全硫均值为1.28%，为低硫油页岩(表6)。

表6 JFD6井主要矿层全硫质量分数一览表

综上，JFD6井中的油页岩为低硫油页岩，表明在未来开发过程中，对周围环境的污染程度较低。

4 油页岩测井响应特征

(1)JFD6井钻遇嫩江组、姚家组、青山口组、泉头组地层。参考录井资料显示及岩心含油率测试结果，根据测井响应特征全井解释嫩江组油页岩6.4 m，其埋藏顶部深度为391 m；青山口组油页岩21.8 m，其埋藏顶部深度为1 054 m。

(2)JFD6井油页岩测井曲线均具有“三高一低”的测井响应特征，即高自然伽马、高声波时差、中高电阻率、低密度值。本井嫩江组油页岩层自然伽马曲线(GR)测井值≥140 API、密度(DEN)曲线测井值≤2.25 g/cm3、声波时差(AC)曲线测井值≥400 μs/m,深侧向电阻率(RLLD)曲线测井值≥7.5 Ω·m；青山口组油页岩层自然伽马曲线(GR)测井值≥160 API、密度(DEN)曲线测井值≤2.4 g/cm3、声波时差(AC)曲线测井值≥375 μs/m,深侧向电阻率(RLLD)曲线测井值≥7.5 Ω·m。

综合对比分析可以看到：测井解释岩性与地质录井及化验分析资料基本吻合。

5 结论

(1)白垩系上统青山口组一段见有5层油页岩矿体，其中①、②为主矿体。①号矿层平均含油率6.3%，厚度3.30 m，单样含油率最高为8.5%；②号矿层平均含油率6.2%，厚度4.00 m，单样含油率最高为10.5%。青山口组①、②矿层为低硫油页岩，表明未来开采过程中对周围环境的污染程度较低。所以①、②号矿层为原位开采首选层位。

(2)JFD6井油页岩有机质丰度较高，通过对油页岩品质的分析表明，油页岩的含油率与有机碳，灰分等具有一定相关性。

(3)油页岩测井曲线具有中高电阻率、高声波时差、高自然伽马、低密度的特征。