柴北緣魚卡地區中侏羅統石門溝組油頁巖資源潛力

謝文泉，劉招君，肖麗佳，宋 朔，劉金霖

(1.東北石油大學，黑龍江 大慶 163318；2.吉林大學，吉林 長春 130061；3.中國石油吉林油田分公司,吉林 松原 138000)

0 引 言

魚卡地區位于柴達木盆地北緣，前人研究表明，魚卡地區油頁巖品質好、資源潛力大，具有很好的開發價值[1-3]，但這些研究多數基于油頁巖露頭樣品，而油頁巖經過風化作用后，含油率等參數會發生改變[4]，導致評價結果與實際資源量有較大出入，且忽視了含煤段油頁巖的資源潛力。該地區通過全取心鉆井YYY1井對石門溝組進行了完整的揭示，以鉆井巖心樣品為研究對象，進行有機地球化學、品質特征等測試分析，探討研究區石門溝組油頁巖資源潛力。

1 地質背景

柴達木盆地位于青藏高原的東北部，地處古亞洲構造域南緣，其南部緊鄰特提斯-喜馬拉雅構造域，是一個典型的中—新生代沉積盆地[5-9]。魚卡地區位于柴達木盆地北緣，介于南側的綠梁山與北側的九龍山之間，呈北西向狹長帶狀分布(圖1)。研究區沉積基底為下元古界達肯大坂群、上奧陶統灘間山群，區內充填了中侏羅統大煤溝組、石門溝組，上侏羅統采石嶺組、紅水溝組，第三系古—始新統路樂河組以及第四系全新統砂礫石層[10-12]。中侏羅統石門溝組為此次研究目的層段，其可進一步劃分為下部含煤段和上部頁巖段。

圖1研究區區域地質

2 油頁巖特征

石門溝組共發育8層油頁巖，累計厚度可達28.00 m。其中，含煤段發育2層油頁巖，位于厚煤層的下部，累計厚度為3.00 m，有機質豐度高，TOC最高可達31.97%，生烴潛力高，S1+S2最高可達133.81 mg/g，含油率最高可達10.35%,有機質類型為Ⅲ型(表1)，整體為低灰分、高發熱量的中等品質油頁巖。頁巖段發育6層油頁巖，累計厚度為25.00 m，上部油頁巖品質較好，其中，第7層油頁巖連續厚度可達16.00 m，平均含油率為6.18%(表1)，是研究區最重要的油頁巖礦層，有機質類型為Ⅰ型，為中灰分、高發熱量的中高品質油頁巖；而發育于頁巖段下部的油頁巖有機質豐度較低，有機質類型為Ⅱ1型，為高灰分、中發熱量的低品質油頁巖。

3 油頁巖測井定量識別

應用體積法計算研究區油頁巖資源潛力，需要大量的油頁巖含油率數據作為支撐，研究區有豐富的巖心、測井資料，但缺乏油頁巖含油率實測數據。前人資料顯示，油頁巖TOC與測井曲線之間有良好的定量關系[13-15]，而研究區油頁巖含油率與TOC之間具有很好的相關性(圖2)，從而可以間接地建立起油頁巖含油率與測井曲線之間的定量計算公式。

目前油頁巖測井定量識別[12-14]主要有△logR方法、多元線性回歸、改進后的△logR等方法。經過對比驗證，采用改進后的△logR方法得到的預測含油率與實測含油率有較高的疊合性，故應用改進后的△logR方法在研究區開展油頁巖測井定量識別，取得了良好的效果(圖3)。

表1 YYY1井石門溝組油頁巖測試數據

圖2YYY1井石門溝組油頁巖含油率與TOC相關性

改進后的△logR公式[15]如下：

△logR=△logR+△log(Rmax/Rmin)/(△tmax-△tmin)×(△t-△tmax)-logRmin

(1)

式中：△logR為雙收時差和電阻率曲線疊合的間距；R為電阻率曲線值，Ω·m；Rmax為雙收時差與電阻率曲線疊合后的電阻率最大值，Ω·m；Rmin為雙收時差與電阻率曲線疊合后的電阻率最小值，Ω·m；△t為雙收時差曲線值，μs/m；△tmax為雙收時差與電阻率曲線疊合后的雙收時差的最大值，μs/m；△tmin為雙收時差與電阻率曲線疊合后的雙收時差的最小值，μs/m。

經過計算得出含煤段、頁巖段的△logR與TOC的定量關系式如下：

含煤段：TOC=60.82△logR+0.2150

(2)

頁巖段：TOC=23.95△logR+0.2798

(3)

將式(2)、(3)分別帶入含煤段、頁巖段油頁巖含油率與TOC相關性公式(圖2)，即可分別得到含煤段ω1、頁巖段ω2含油率值預測值與△logR之間的相關性公式：

ω1=13.45△logR+0.274

(4)

ω2=13.25△logR+0.612

(5)

為了驗證該方法在研究區是否具有廣泛的適用性，選取研究區內另一口油頁巖鉆井Y-3Y井作為驗證井，該井石門溝組頁巖段有豐富的含油率實測數據，對比其實測值與預測值，結果表明預測效果良好(表2)。此次對含煤段油頁巖資源潛力的研究尚屬首次，研究區內除YYY1井外，暫無油頁巖含油率實測數據，故暫時無法驗證。

表2 Y-3Y井頁巖段油頁巖實測值與預測值

圖3YYY1井石門溝組△logR分析

4 油頁巖展布規律

4.1 含煤段油頁巖展布規律

石門溝組下部含煤段處于盆地沉降的初始階段，隨著構造的沉降，形成穩定的匯水區域，此時,湖泊和三角洲發育，在三角洲河道間沼澤和湖沼植物較為繁盛，隨著可容納空間的進一步增長，有機質得以較好地保存，此時在河道間沼澤環境容易形成厚煤層，在湖沼環境可形成一定厚度的油頁巖，但這些區域環境較為動蕩，煤層和油頁巖層容易遭受破壞，故此時期形成的油頁巖厚度較薄，分布范圍也很局限。含煤段油頁巖厚度整體上為2.00 m左右，在研究區的西部油頁巖厚度較大，厚度最大可達3.50 m(圖4a)，但含油率較低，研究區的中南部不發育油頁巖，至東北方向油頁巖厚度逐漸增大，而油頁巖的含油率則呈現出相反的趨勢，中部含油率較高，兩側油頁巖含油率反而更低(圖4b)。

4.2 頁巖段油頁巖展布規律

石門溝組頁巖段，盆地持續沉降至最大，此時期湖平面大規模擴張，研究區整體為深湖—半深湖沉積，穩定的水體有利于湖泊生物的大量繁殖，同時可容納空間增大形成的補償環境使得湖泊生物和陸源有機質可以得到較好的沉降和保存。

該時期頁巖段整體為有機含量較高的暗色泥巖和油頁巖，油頁巖在整個研究區均有發育，研究區的西南部為研究區的沉降中心，油頁巖厚度最大，為12.00～27.00 m，油頁巖累計厚度最厚可達27.00 m，油頁巖累計厚度大于12.00 m的區域范圍可達21.17 km2(圖4c)，平均含油率為6.00%(圖4d)，中品質油頁巖(含油率大于5.00%)分布廣泛，面積約為35.34 km2，由西南部至東北部，油頁巖厚度逐漸減薄，整體表現為西南高東北低的特點。研究區中南部油頁巖含油率最高，沿兩側逐漸降低。

圖4石門溝組油頁巖等值線

5 油頁巖資源潛力

油頁巖資源評價指標主要為油頁巖邊界指標、最小可采厚度、埋藏深度。在當前經濟技術可采條件下，將含油率大于3.50%作為邊界指標，將單層油頁巖礦體最小可采厚度定為0.70 m，埋藏深度小于1 000 m作為可采埋深的邊界指標[16-17]。

5.1 含煤段油頁巖資源

含煤段位于石門溝組的下部，埋深整體較淺，均不超過1 000 m，都在可采深度之內，將單層厚度小于0.70 m的油頁巖層剔除，將油頁巖含油率等值線圖(圖4b)與油頁巖厚度等值線圖(圖4a)疊加，借助于DoubleFox軟件計算出不同含油率范圍內油頁巖礦體的體積，油頁巖密度采用低、中品質油頁巖，平均密度為2.22、1.64 t/m3。計算出含煤段油頁巖資源量為1.542×108t，折合成油頁巖油資源為0.081×108t，其中，低品質油頁巖資源量為0.536×108t，折合成油頁巖油資源為0.024×108t；中高品質油頁巖資源為1.006×108t，折合成油頁巖油資源量為0.057×108t(表3)。含煤段油頁巖資源潛力相對頁巖段較低，但大部分為中品質油頁巖，且其常與厚煤層互層沉積。

5.2 頁巖段油頁巖資源

頁巖段埋深較含煤段更淺，大部分區域埋深小于500 m，易于開發利用。將單層厚度小于0.70 m的油頁巖層剔除，將油頁巖含油率等值線圖(圖4d)與油頁巖厚度等值線圖(圖4c)疊加，借助于DoubleFox軟件計算出不同含油率范圍內油頁巖礦體的體積，低品質、中高品質的油頁巖平均密度分別為2.00 、1.94 t/m3。頁巖段油頁巖資源量為11.64×108t，折合成油頁巖油資源為0.59×108t，其中，低品質油頁巖資源量為4.6×108t，折合成油頁巖油資源為0.20×108t；中高品質油頁巖資源量為7.04×108t，折合成油頁巖油為0.39×108t(表3)。頁巖段油頁巖品質好、厚度大、且埋深淺，資源潛力巨大，具有良好的開發前景。

表3 石門溝組油頁巖資源潛力

6 結 論

(1) 研究區石門溝組共發育8層油頁巖，累計厚度可達28 m，集中發育于頁巖段。下部含煤段為低灰分、高發熱量的中品質油頁巖，上部頁巖段整體上為中灰分、中發熱量的中高品質油頁巖。

(2) 石門溝組含煤段時期油頁巖主要發育于研究區的西部，向東油頁巖層厚度逐漸減薄，后增大；頁巖段油頁巖在整個研究區內均有分布，研究區的西南部油頁巖最為發育，中部逐漸減薄，東部又逐漸增厚，含油率的變化趨勢也大致相同。

(3) 研究區石門溝組油頁巖資源量為13.18×108t、折合成油頁巖油資源為0.67×108t，頁巖段油頁巖資源占總資源量的88.32%，研究區頁巖段油頁巖資源潛力大，且埋深較淺，具有很好的開發利用前景。