鄭玉龍，陳春瑞，王佰長，王占國，劉勝英，吳相梅

1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 1000832.大慶油田牡丹江新能源有限責(zé)任公司, 黑龍江 牡丹江 1570323.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院, 黑龍江 大慶 163712

?

松遼盆地北部油頁巖資源潛力評價

鄭玉龍1,2，陳春瑞3，王佰長2，王占國2，劉勝英3，吳相梅3

1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 1000832.大慶油田牡丹江新能源有限責(zé)任公司, 黑龍江 牡丹江 1570323.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院, 黑龍江 大慶 163712

為評價松遼盆地北部油頁巖資源潛力，開展了14口地質(zhì)井的鉆探、2 100多口老井的復(fù)查和多項油頁巖的樣品分析測試工作。根據(jù)油頁巖分析測試資料，結(jié)合錄井、測井、地震、沉積等研究成果，總結(jié)了油頁巖主要特征，并用體積豐度法初步估算了埋深小于1 km的油頁巖和頁巖油潛在資源量。結(jié)果表明：松遼盆地北部油頁巖主要發(fā)育在青山口組一段和嫩江組一、二段沉積時期的湖相沉積中，是盆地兩次最大湖泛期的產(chǎn)物；嫩江組和青山口組油頁巖平均巖石密度分別為2.20和2.18 t/m3，平均含油率分別為5.55%和5.39%；油頁巖有機質(zhì)類型為Ⅰ型和Ⅱ1型，處于未成熟--低成熟階段，有機質(zhì)豐度極高，是最好的生油巖。松遼盆地北部油頁巖分布廣泛、層位穩(wěn)定、資源潛力巨大，初步估算埋深小于1 km的油頁巖潛在資源量為6 008.40×108t，頁巖油潛在資源量為297.50×108t。油頁巖可以成為未來大慶油田常規(guī)油氣的重要補充或接替資源。

松遼盆地；油頁巖；含油率；沉積環(huán)境；地球化學(xué)；資源潛力

0 前言

21世紀，作為重要的非常規(guī)油氣重要接替或補充資源的油頁巖，其開發(fā)利用重新受到世界各國的關(guān)注[1]。油頁巖儲量巨大，在全球資源戰(zhàn)略中的地位日益彰顯，并逐漸提升到各國能源發(fā)展規(guī)劃的議程中[2-3]。按照中國石油建設(shè)綜合型國際能源公司的戰(zhàn)略，為實現(xiàn)大慶油田的可持續(xù)發(fā)展[4-5]，大慶油田有限責(zé)任公司近年來在松遼盆地北部開展了油頁巖資源勘查工作，獲得了豐富的基礎(chǔ)資料。目前，已在松遼盆地北部完成14口油頁巖地質(zhì)井的鉆探，并對272塊油頁巖巖心樣品進行了工業(yè)評價分析和格金低溫干餾分析，對142塊油頁巖樣品進行了有機地球化學(xué)分析。按照目前的油頁巖開采技術(shù)條件，本次工作重點對松遼盆地北部埋深小于1 km的油頁巖進行了研究。根據(jù)油頁巖樣品分析測試資料，結(jié)合錄井、測井、地震、沉積等研究成果，總結(jié)了松遼盆地北部油頁巖主要特征，并用體積豐度法初步估算了油頁巖和頁巖油潛在資源量。

1 地質(zhì)背景

松遼盆地是中國東北部最大的中、新生代陸相沉積盆地。盆地呈北北東向展布，總面積約26×104km2，其中位于黑龍江省境內(nèi)的松遼盆地北部面積約12×104km2。松遼盆地是我國陸相白堊系發(fā)育最完整的地區(qū)之一，沉積厚度近10 km，盆地內(nèi)白堊系劃分為10個組，自下而上為火石嶺組、沙河子組、營城組、登婁庫組、泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組和明水組。下部的火石嶺組、沙河子組、營城組主要以火山巖相和湖沼相沉積為主；泉頭組至嫩江組為大型湖泊、河流三角洲相沉積；四方臺組、明水組為湖盆萎縮期濱湖相、河流相沉積(圖1)。松遼盆地的形成和演化大致經(jīng)歷了熱隆張裂、裂陷、坳陷和萎縮4個階段，坳陷期地層按區(qū)域隆起和坳陷的發(fā)育特征劃分為6個一級構(gòu)造單元，分別為北部傾沒區(qū)、中央坳陷區(qū)、東北隆起區(qū)、東南隆起區(qū)、西南隆起區(qū)、西部斜坡區(qū)；二級構(gòu)造單元劃分為32個，包括大慶長垣、齊家--古龍凹陷、三肇凹陷、朝陽溝階地、長春嶺背斜帶、青山口隆起帶、扶余隆起帶等[6-7]。

2 油頁巖分布

2.1 油頁巖賦存層位

晚白堊世早中期，松遼盆地進入整體坳陷發(fā)育階段。特別是青山口組一段和嫩江組一、二段沉積期，出現(xiàn)了兩次特大湖侵期。由于盆地構(gòu)造沉降速率大于沉積物供應(yīng)速率，湖泊面積迅速擴大，水深增加，形成饑餓盆地。同時，這一時期氣候溫暖潮濕、雨量充沛，松花江生物群繁盛，近岸湖水表層生物的生產(chǎn)率提高，湖盆底部水循環(huán)不暢，固碳和聚碳作用進一步加強，導(dǎo)致在全盆地湖相沉積中發(fā)育3套缺氧條件下沉積的黑色頁巖和油頁巖[8-9]，成為盆地兩次最大湖泛期的產(chǎn)物。因此，油頁巖主要發(fā)育在青山口組一段和嫩江組一、二段的湖相沉積中(圖1)。

1.油頁巖；2.泥巖；3.粉砂質(zhì)泥巖；4.泥質(zhì)粉砂巖；5.粉砂巖；6.砂巖；7.砂礫巖;8.鈣質(zhì)粉砂巖；9.不整合；10.假整合。據(jù)文獻[7]修改。圖1 松遼盆地白堊系上統(tǒng)綜合柱狀圖Fig.1 Upper Cretaceous comprehensive column in Songliao basin

青山口組一段：為黑、灰黑色泥巖、頁巖夾油頁巖，含薄層菱鐵礦條帶(透鏡體)及分散狀黃鐵礦；富含介形類等微體化石，介形類化石在局部地區(qū)可成層出現(xiàn)；盆地西部和北部相變?yōu)榛液?、灰綠色泥巖和砂巖互層；底部為厚10～30 m黑色泥巖夾油頁巖，為盆地劃分對比一級標志層；本段厚度一般為60～135 m。

嫩江組一段：為灰黑、深灰色泥巖夾灰綠色砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，下部夾油頁巖，具菱鐵礦條帶和薄層條帶狀膨潤土；水平層理發(fā)育；生物化石豐富，介形類化石常成層分布；其底部5～20 m為黑色泥巖夾油頁巖,并在全盆地均有分布，為重要的區(qū)域性地層劃分對比標志；厚度一般為60～120 m，最厚超過200 m；在盆地東北部和西部為灰綠、灰黑色泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，中部、東南部為大段灰黑色泥巖，盆地西北邊緣變?yōu)榛野?、灰綠色砂巖、砂礫巖夾灰綠、深灰、棕紅色泥巖。

嫩江組二段：分布范圍很廣，北部已超出盆地現(xiàn)今邊界；巖性下部為灰黑色泥巖、頁巖夾油頁巖薄層，中部為暗灰色、灰黑色泥巖，上部為灰黑色泥巖夾薄層灰、灰白色砂質(zhì)泥巖、粉砂巖；底部5～15 m厚的油頁巖在全盆地分布穩(wěn)定，是區(qū)域性地層劃分對比標志層；泥巖水平層理發(fā)育，含豐富的動物化石，介形類、葉肢介常沿層面富集成層；一般厚150～250 m[7，10]。

2.2 油頁巖分布特征

通過對松遼盆地北部2 100多口鉆遇青山口組和嫩江組的鉆井中埋深小于1 km的油頁巖進行統(tǒng)計，結(jié)合地震、沉積研究成果，編制了青山口組和嫩江組油頁巖厚度等值線圖(圖2)，對松遼盆地北部油頁巖分布特征有了進一步的認識。

2.2.1 垂向分布

青山口組一段：油頁巖一般為3～8層，最多可達33層；單層厚度一般為0.4～3.0 m，最大單層厚度為9.0 m，平均累計厚度為6.4 m。

嫩江組一段：一般發(fā)育油頁巖2～6層；單層厚度一般為0.5～2.0 m，最大可達7.7 m，平均累計厚度為4.2 m。

嫩江組二段：穩(wěn)定發(fā)育1～3層油頁巖，受沉積控制，局部地區(qū)油頁巖層數(shù)有所增多，最多發(fā)育13層；單層厚度一般為0.2～5.0 m，最大的單層厚度為10.0 m，平均累計厚度為3.8 m。

2.2.2 平面分布

青山口組：從其平面分布來看，青山口組油頁巖主要分布在中央坳陷區(qū)、東南隆起區(qū)、東北隆起區(qū)的南部及西部斜坡區(qū)的局部地區(qū)，整體呈由西北向東南逐漸變厚的特點；埋深小于1 km的油頁巖主要發(fā)育于東南隆起區(qū)及東北隆起區(qū)，平均厚度一般為5～10 m(圖2a)。

圖2 松遼盆地北部青山口組(a)和嫩江組(b)油頁巖厚度等值線圖(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)

嫩江組：受沉積作用控制，嫩江組油頁巖平面上分布較廣，主要分布于西部斜坡區(qū)、中央坳陷區(qū)、東南隆起區(qū)、東北隆起區(qū)及北部傾沒區(qū)南部；其中，中央凹陷區(qū)厚度最大，但大部分地區(qū)埋深大于1 km，僅在大慶長垣發(fā)育小于1 km的油頁巖，平均厚度一般為9～12 m；東南隆起區(qū)及東北隆起區(qū)厚度較大，平均厚度一般為3～7 m；厚度最薄的地區(qū)為西部斜坡區(qū)，油頁巖平均厚度一般為1 m左右(圖2b)。

3 油頁巖物理化學(xué)特征

3.1 油頁巖物理特征

松遼盆地北部油頁巖頁理大部分不發(fā)育，經(jīng)常出現(xiàn)貝殼狀斷面，顏色以黑色、褐色及深灰色為主；在油頁巖中常見葉肢介、介形類等動物化石和植物碎片，裂隙中見黃鐵礦(圖3)；巖石密度變化范圍較大，為1.80～2.44 t/m3，但均值則相對穩(wěn)定，嫩江組油頁巖密度平均為2.20 t/m3，青山口組油頁巖密度平均為2.18 t/m3(表1)。

3.2 油頁巖品質(zhì)特征

由松遼盆地北部油頁巖樣品工業(yè)分析和格金低溫干餾分析結(jié)果(表1)可知，油頁巖水分為0.62%～3.55%，嫩江組平均為1.92%，青山口組平均為2.34%；灰分為73.51%～92.64%，嫩江組平均為86.92%，青山口組平均為88.43%；揮發(fā)分為57.93%～100.00%，嫩江組平均為97.74%，青山口組平均為98.39%；含油率為3.50%～13.25%，嫩江組平均為5.55%，青山口組平均為5.39%。與國內(nèi)正在開發(fā)利用的遼寧撫順、吉林樺甸和黑龍江柳樹河等地區(qū)油頁巖相比[2,12],綜合評價為低水分、高灰分、高揮發(fā)分、中等品位油頁巖礦。

圖3 松遼盆地北部油頁巖巖心樣品Fig.3 Sample of oil shale core in north Songliao basin

密度/(t/m3)范圍平均值含油率/%范圍平均值w(水分)/%范圍平均值w(灰分)/%范圍平均值嫩江組1．80～2．442．203．60～9．655．550．62～3．101．9274．59～92．6486．92青山口組1．80～2．372．183．50～13．255．391．02～3．552．3473．51～92．4788．43w(揮發(fā)分)/%范圍平均值鏡質(zhì)組反射率/%范圍平均值最高熱解溫度/℃范圍平均值嫩江組57．93～100．0097．740．40～0．680．56429．00～444．00434．75青山口組75．61～100．0098．390．40～0．630．52425．00～447．00437．86

3.3 油頁巖地球化學(xué)特征

3.3.1 有機質(zhì)類型

松遼盆地北部油頁巖元素分析的H/C(原子比)為0.75～1.61，O/C(原子比)為0.04～0.22，在Van Krevelen圖版上主要分布于腐泥型(Ⅰ)和腐植腐泥型(Ⅱ1)區(qū)域，其中青山口組油頁巖母質(zhì)類型以腐泥型(Ⅰ)為主，好于嫩江組油頁巖母質(zhì)類型(圖4)。

Ⅰ.腐泥型；Ⅱ1.腐植腐泥型；Ⅱ2.腐泥腐植型；Ⅲ.腐植型。圖中比值為原子比。圖4 松遼盆地北部油頁巖有機質(zhì)類型Fig.4 Types of organic matters of oil shale in north Songliao basin

3.3.2 有機質(zhì)成熟度

松遼盆地北部油頁巖鏡質(zhì)組反射率為0.40%～0.68%，嫩江組平均為0.56%，青山口組平均為0.52%；最高熱解溫度為425.00～447.00 ℃，嫩江組平均為434.75℃，青山口組平均為437.86℃。綜上可知，油頁巖有機質(zhì)處于未成熟--低成熟階段(表1)。

3.3.3 有機質(zhì)豐度

松遼盆地北部油頁巖有機碳質(zhì)量分數(shù)高，為0.139%～14.420%，平均為2.418%；氯仿瀝青“A”質(zhì)量分數(shù)也很高，為0.000 3%～0.920 0%，平均為0.182 4%；生油潛量大，為0.05～103.30 mg/g，平均為12.03 mg/g?？梢?，該區(qū)油頁巖有機質(zhì)豐度極高，按照陸相烴源巖有機質(zhì)豐度評價指標為好--最好的生油巖類型[11]。

4 資源潛力評價

綜合油頁巖老井復(fù)查、鉆井、錄井、測井、含油率和密度分析等資料，采用體積豐度法初步估算了松遼盆地北部埋深小于1 km的油頁巖和頁巖油潛在資源量。

4.1 計算范圍和邊界品位

計算范圍 松遼盆地北部大慶油田有限責(zé)任公司礦產(chǎn)資源登記區(qū)塊范圍內(nèi)、含油頁巖沉積的湖相邊界內(nèi)、埋深小于1 km的青山口組和嫩江組油頁巖。

邊界品位 油頁巖的邊界品位定為含油率≥3.5%。

4.2 計算方法和關(guān)鍵參數(shù)

計算方法參照2003年“全國油頁巖資源評價”油頁巖資源估算方法[3]，采用體積豐度法按二級構(gòu)造單元分別計算統(tǒng)計，計算公式如下：

式中：S為油頁巖面積(m2)；H為油頁巖厚度(m)；D為油頁巖密度(t/m3)；ω為油頁巖含油率(%)。其中的關(guān)鍵參數(shù)分析如下。 ①S：在油頁巖厚度等值線圖上測量的油頁巖分布面積。②H：根據(jù)錄井、測井、含油率分析等資料，綜合確定的油頁巖平均累計厚度。③D(也稱視密度)：油頁巖樣品實測容重算術(shù)平均值，無實測數(shù)據(jù)的二級構(gòu)造單元采用相鄰構(gòu)造單元數(shù)據(jù)。④ω：油頁巖樣品實測含油率算術(shù)平均值，無實測數(shù)據(jù)的二級構(gòu)造單元采用相鄰構(gòu)造單元數(shù)據(jù)。將計算結(jié)果按照含油率3.5%～5.0%、5.0%～10.0%，分別統(tǒng)計油頁巖和頁巖油潛在資源量。

4.3 計算結(jié)果

計算結(jié)果表明：松遼盆地北部埋深小于1 km的油頁巖潛在資源量為6 008.40×108t，其中青山口組為2 124.96×108t，嫩江組為3 883.44×108t；頁巖油潛在資源量為297.50×108t，其中青山口組為104.78×108t，嫩江組為192.72×108t。含油率3.5%～5.0%的油頁巖潛在資源量為4 141.67×108t，頁巖油潛在資源量為200.86×108t；含油率5.0%～10.0%的油頁巖潛在資源量為1 866.73×108t，頁巖油潛在資源量為96.64×108t(表2)。

表2 松遼盆地北部油頁巖/頁巖油潛在資源評價結(jié)果匯總表

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

108t

注：油頁巖總資源量為6 008.40×108t；頁巖油總資源量為297.50×108t。

由此可見，松遼盆地北部油頁巖資源潛力巨大，可以成為未來大慶油田常規(guī)油氣的重要補充或接替資源。目前，大慶油田有限責(zé)任公司正在黑龍江省柳樹河盆地建設(shè)頁巖油中試先導(dǎo)基地[12]，為油頁巖的大規(guī)模開發(fā)利用積累技術(shù)、儲備人才。隨著油頁巖開發(fā)利用技術(shù)的不斷進步，松遼盆地北部巨大的油頁巖資源必將在大慶油田未來發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。

5 結(jié)語

松遼盆地北部油頁巖主要發(fā)育在青山口組一段和嫩江組一、二段沉積時期湖相地層中，是盆地兩次最大湖泛期的產(chǎn)物。嫩江組和青山口組油頁巖巖石密度較大，分別為2.20和2.18 t/m3,平均含油率分別為5.39%和5.55%，有機質(zhì)類型分別為Ⅰ型和Ⅱ1型，處于未成熟--低成熟階段，有機質(zhì)豐度極高，是最好的生油巖。松遼盆地北部油頁巖分布廣泛、層位穩(wěn)定、資源潛力巨大，初步估算埋深小于1 km的油頁巖潛在資源量為6 008.40×108t，頁巖油潛在資源量為297.50×108t。油頁巖的開發(fā)利對大慶油田可持續(xù)發(fā)展意義重大。

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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

國家科技重大專項項目(2008ZX05055)；國家潛在油氣資源(油頁巖勘探開發(fā)利用)產(chǎn)學(xué)研用合作創(chuàng)新項目(OSR-01-10)

鄭玉龍(1966--)，男，高級工程師，博士，主要從事非常規(guī)油氣地質(zhì)研究，E-mail:zhengyul@petrochina.com.cn。

10.13278/j.cnki.jjuese.201503103

P618.12

A

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