松辽盆地东南隆起区吉扶地3井上白垩统青山口组一段油页岩品质特征

孙伟国，刘学生，詹天宇，付涛，代登亮，姜福平，朱小峰，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

松辽盆地是中国最大的含油气和产油气区之一。据前人研究成果，松辽盆地东南隆起区探明了4处超大型油页岩型矿床，含矿层分别为上白垩统嫩江组与上白垩统青山口组[1]；在全国油页岩资源中吉林省的油页岩矿产资源量占到80%以上。本文依托中国地质调查局油气资源中心《松辽盆地松南油页岩地质调查井工程》项目，讨论研究位于吉林省松原市扶余市长春岭附近的JFD3井的油页岩地质调查井，在通过对青山口组1段的取芯样品含油率、TOC、全硫含量等测试分析结果并研究青山口组1段油页岩特征，为了今后油页岩的原位压裂和热解开采靶区的优选提供重要依据[1-2]。

1 区域地质背景

松辽盆地横跨我国黑龙江、吉林、辽宁三省，面积约为26万km2；根据盆地构造演化和基底形态与盆地结构等特征，并划分成6个一级构造单元。

分别为北部倾没区、中央坳陷区、西部斜坡区、东北隆起区、东南隆起区和西南隆起区。

在6个一级构造单元中东南隆起区经历了多期的构造运动，从晚侏罗世以来，可划分为热拱期、断陷期、断坳转换期、坳陷期、萎缩隆褶期和弱伸展凹凸期的6个演化阶段，形成明显的下断上坳沉积特征。JDF3井位于东南隆起区的登娄库背斜部位(图1)，在晚白垩世末期—古近纪经历构造反转抬升后，长期处于隆升的状态，致使沉积层遭受到严重剥蚀，未接受上白垩统的嫩江组、四方台组、明水组与新近系的泰康组沉积。

图1 JFD3井构造位置图Fig.1 Structural location map of Well JFD3

2 油页岩形成环境

根据前人研究的松辽盆地青山口组一段主要发育在半深湖—深湖相沉积[1]。岩心观察认定，JDF3井青山口组一段主要分成上下两部分：下部为棕褐色泥页岩与油页岩发育；上部为灰黑色泥质页岩及棕黑色油页岩互层带，局部见有介形虫化石与叶肢介化石发育。整体呈现细粒结构和泥质结构。油页岩的新鲜面主要为棕黑色、褐色、黑褐色，密度较小，含少量介形虫与叶肢介碎屑和植物茎秆等生物化石，发育的水平层理、块状层理。综合性分析研究表明青山口组一段油页岩形成环境为半深湖或深湖相。

3 钻井及取样

3.1 JFD3井钻探情况

依据钻井岩心的观察统计，JDF3井钻遇的地层应是自上而下分别如下：

第四系腐殖土及冲积层(0～35.49 m)：地层厚度为35.49 m，岩性上部为松散的腐殖土层，灰黑色，夹泥砾，泥砾大小不均匀，硬度较差，不成岩。

嫩江组(35.49～218.70 m)：地层厚度183.21 m。为灰黑色泥岩，局部为灰黑色粉砂质泥岩、灰绿色泥质粉砂岩。

姚家组(218.70～579.92 m)：地层厚度361.22 m。为紫红色泥岩、粉砂质泥岩为主，另见灰绿色泥岩、粉砂质泥岩，局部呈条带状或互层状。

青山口组(579.92～811.48 m)：地层厚度231.58 m。为灰黑色油页岩、灰黑色泥岩夹少量灰绿色粉砂质泥岩、灰白色粉砂岩。该组页理发育，见有介形虫、叶肢介化石；局部砂岩中见有少量油迹。为含油页岩地层，其中泥岩累计厚度193.68 m，占青山口组厚度的83%；油页岩累计厚度37.90 m，占青山口组厚度的16%，分别为青山口二段和青山口一段：

(1)青山口组二段(579.92～654.35 m)：为灰黑色劣质油页岩、灰绿色泥岩和青灰色泥岩互层。层厚74.73 m。灰绿色泥岩和青灰色泥岩互层：灰黑色-青灰色，泥质结构，层状构造，主要成分为泥质，含量在90%以上。微含粉砂，砂质分布均匀，性较软，其中夹有灰白色砂岩。灰黑色劣质油页岩：灰黑色，泥质结构，层状构造，主要成分为泥质，含量多在90%左右，其次为油母质、沥青质、碳质。岩石层理发育，质轻、性脆，指甲刻划具明显油脂沟痕，层面平坦、光滑、细腻，有油腻感，用火烧会发出轻微爆裂的声音，并伴有轻微沥青味散出。岩石中见有介形虫及叶肢介化石碎片，化石呈黄褐色，直径多为2～3mm。

(2)青山口组一段(654.35～811.48 m)：为灰黑色泥岩、灰绿色粉砂质泥岩、油页岩段，层厚157.13 m。灰黑色泥岩：灰黑色，泥质结构，层状构造，主要成分为泥质，含量在90%以上。微含粉砂，砂质分布均匀，较软，其中夹有灰白色砂岩。油页岩：灰黑色，泥质结构，层状构造，主要成分为泥质，含量多在90%左右，其次为油母质、沥青质、碳质。岩石层理发育，质轻、性脆，指甲刻划具明显油脂沟痕，层面平坦、光滑、细腻，有油腻感，用火烧会发出轻微爆裂的声音，并伴有轻微沥青味散出。岩石中见有介形虫及叶肢介化石碎片，化石呈黄褐色，直径多为2～3 mm。

泉头组(811.48～828.35 m)：厚度为16.87 m，见有泉头组顶部的灰白色砂岩、紫红色泥质粉砂岩、灰绿色泥岩未穿透泉头组。

3.2 取样分析

吉扶地3井中共采集样品169件，其中青山口组150件。油页岩样品中选取46件总有机碳分析样品与2件全硫含析样品、34件工业分析样品和3件小体重样品。本次的样品测试工作是委托国土资源部长春矿产资源监督检测中心完成。

4 油页岩的特征

4.1 油页岩宏观品质特征

青山口组一段油页岩岩性特征为：新鲜面主要为灰黑色与褐色(图2)，密度相对较小，含介形虫化石(图3)方解石条带局部团块，在JFD3井青山口组少量分布不均匀见图4，青山口组砂球、砂枕构造，青山口组泥岩撕裂构造见图5。

图2 青山口组油页岩介形虫Fig.2 Oil shale ostracod accumulation in Qingshankou Formation

图3 青山口组条带状方解石Fig.3 Calcite strip of Qingshankou Formation oil shale

图4 青山口组砂球、砂枕构造Fig.4 Sand ball and sand pillow structure of Qingshankou Formation

图5 青山口组泥岩撕裂构造Fig.5 Mudstone tear structure of Qingshankou Formation

4.2 测井曲线响应特征

油页岩的测井曲线响应通常表现为“三高一低”的特征，即高自然伽马、高电阻率、高声波时差和低密度[3]。

青山口组一段油页岩段自然伽马平均值≥145

API，非油页岩段平均值为125 API，油页岩段声波时差平均值≥400 s/m，非油页岩段平均值为350 s/m；油页岩段深双侧向电阻率平均值≥7.5 Ω·m，非油页岩段平均值为5 Ω·m；油页岩段补偿密度平均值≤2.30 g/cm3，非油页岩段平均值为2.45 g/cm3(表1)。

从以上数值与曲线特征来看，青山口组一段油页岩具备 “三高一低”特点(654.35～811.48 m)，所以通过测井曲线与数据来判明油页岩段是非常好的一个参考手段[3]。

表1 青山口组1段油页岩和非油页岩测井数据对比表

4.3 油页岩工业品质分析

青山口组共取150件，青山口组油页岩含油率大于3.5%的样品共计34件，含油率最高为15.9%，平均含油率为5.37%，其中低品质油页岩22件，中品质油页岩9件，高品质油页岩3件。

图6 JFD3井青山口组一段综合柱状图Fig.6 Comprehensive histogram of 1st mumber of Qingshankou Formation in Well JFD3

表2 吉扶地3井见矿情况简表

5 总有机碳

油页岩中含有大量的有机质，是形成烃类的物质基础，总有机碳的含量多少直接影响着含油率的高低[4-5]。本次工作在嫩江组、青山口组中采取了46件样品，经统计分析(见图7)，总有机碳与含油率之间呈正相关关系，相关系数为0.977 2，含油率随着有机碳的含量增高而变大。

图7 吉扶地3井有机碳与含油率的相关性Fig.7 Correlation between organic carbon and oil content of Well JFD3

嫩江组油页岩总有机碳质量分数为14%～20.8%，平均值为7.38%；青山口组油页岩总有机碳质量分数为5.5%～20.8%，平均值为8.11%。全部样品中含油率小于3.5%的样品(即顶底板和夹层)总有机碳质量分数为4.14%～5.63%，平均值为4.89%；含油率大于3.5%且小于5%的样品总有机碳质量分数为5.57%～7.52%，平均值为6.35%；含油率大于5%的样品总有机碳质量分数为7.53%～20.8%，平均值为11.94%。

综上所述，调查区的油页岩均属于最好的优质的生油岩，青山口组油页岩也优于嫩江组油页岩，与含油率分析结果相吻合。

6 结论

(1)研究区JFD3井青山口组一段共发育2层油页岩，累计厚度为10.30 m，为高灰分、低挥发分；特低硫、低硫品质油页岩，其含油率与小体积质量、灰分、挥发分显示一定的负相关性，并与总有机碳含量TOC呈现明显的正相关性，可以作为评价油页岩品质的替代指标。

(2)JFD3井的油页岩段与非油页岩段，具有明显的高自然伽马、高电阻率、高声波时差和低密度的特点，可以作为间接识别本研究区油页岩层的参考手段。