松辽盆地北部上白垩统青山口组油页岩岩矿及地化特征

松辽盆地北部上白垩统青山口组油页岩岩矿及地化特征李昭;徐银波【摘要】松辽盆地油页岩资源极为丰富,本次研究利用位于松辽盆地北部的全取芯井,对油页岩有机质峰度、有机质类型、有机质成熟度和工业品质进行了研究,并分析了研究区油页岩的沉积环境.研究结果表明:松辽盆地北部青山口组一段共发育8层油页岩,平均含油率为5.26%,最高含油率可达12.65%,油页岩有机质峰度较高,有机质类型主要为Ⅰ型和Ⅱ型,处于未成熟-低成熟的热演化阶段.工业品质研究表明,油页岩主要为中等偏高品质、高灰分、较高挥发分、高发热量、低密度和特低硫型.通过对沉积环境的分析,研究区油页岩主要形成于半深湖-深湖,其中品质较好的油页岩层发育在高水位体系域中,因为较深的湖泊水体可能有助于油页岩中有机质的保存.%Oil shale resources in the Songliao basin are abundant.Based on the core wells drilled in the northern Songliao basin,the abundance,types and maturity organic matter and the industrial quality of the Oil shale has been studied in this paper,and the sedimentary environment of oil shale formation in the study area has been analyzed.The results show totally eight layers of oil shale developed in the 1st Member of Qingshankou formation,the average and maximum oil yield respectively is 5.26% and 12.65%;the abundance of organic matter is high;the types of organic matter is mainly type Ⅰ and type Ⅱ,and organic matter is in the immature-low maturity thermal evolution stage.The industrial quality analysis show the oil shale in the study area are characterized by middle-high quality,high ash,high volatile component,high calorific value,low density and super-low suffixation.Based on the analysis of sedimentaryenvironment,the oil shale are formed in semi-deep and deep lake,high quality oil shale was developed in the High Stand System Tract(HST),that is because the deeper lake environment is benefit for the accumulation and preservation of the organic matter in oil shale.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2017(026)0z1【总页数】8页(P319-325,337)【关键词】油页岩特征;青山口组;上白垩统;松辽盆地北部【作者】李昭;徐银波【作者单位】中国地质调查局油气资源调查中心,北京 100029;中国地质调查局油气资源调查中心,北京 100029【正文语种】中文【中图分类】TE122松辽盆地油页岩资源极为丰富，约占东北地区油页岩资源的96%[1]，松辽盆地的油页岩主要发育在上白垩统青山口组一段，嫩江组一段和二段，其中青山口组一段的油页岩品质最好，平均含油率最高[2-3]。

但是对松辽盆地青山口组一段油页岩的研究主要集中在盆地南部地区[1,4-7]，盆地北部地区仅进行了油页岩的资源评价和沉积环境初探[8-9]，而对油页岩的单层厚度、岩石学特征、测井响应和地化特征等研究相对较少。

针对上述问题，本次研究选取2013年9月中国地质调查局油气资源调查中心在松辽盆地中央凹陷区布置的ZY1全取芯科探井，通过对ZY1井青山口组一段进行系统的岩芯观察和描述及有机地球化学测试分析，开展油页岩的岩矿特征与地化特征研究，目的在于查明松辽盆地北部青山口组的油页岩特征及其形成条件，从而进一步丰富松辽盆地油页岩的研究成果。

松辽盆地内部的构造单元可划分为五个二级构造单元，分别为西部斜坡区、北部倾没区、东北隆起区、东南隆起区、西南隆起区以及中央坳陷区[10-11](图1)。

松辽盆地发育从上侏罗统到第四系的陆相沉积地层，中、新生代地层总厚度可达万米以上，由盆地中心向盆地边缘逐渐减薄[10]。

白垩系为盆地的主要沉积充填地层，共包括9个组，27个段，划分为上、下白垩统。

下白垩统地层自下而上为火石岭组(K1h)、沙河子组(K1sh)、营城组(K1y)、登娄库组(K1d)以及泉头组(K1q)；上白垩统地层自下而上发育青山口组(K2qn)、姚家组(K2y)、嫩江组(K2n)、四方台组(K2s)和明水组(K2m)[11](图2)。

优质油页岩层主要发育在青山口组和嫩江组内。

青山口组整体为一套暗色细碎屑岩沉积，其中青山口组一段主要发育暗色泥岩，夹薄层泥灰岩和油页岩，局部可见介形虫灰岩，青一段底部暗色泥岩中含黄铁矿颗粒，分布稳定，可作为区域标志层[12]。

2.1 厚度与分布特征青山口组一段油页岩主要分布于中央坳陷区、东北隆起区和东南隆起区，其中以中央坳陷区的三肇凹陷厚度最大，厚度可达33.7 m，此外齐家-古龙凹陷也有较厚层发育，而中央坳陷区外的东北隆起区与东南隆起区的最厚仅在10～20 m范围内，整体油页岩的厚度11 m左右。

根据刘招君等[13-14]的研究成果，本次研究中将含油率大于3.5 wt/%作为油页岩的界限。

通过对松辽盆地北部ZY1井青山口组一段的系统测试结果表明，青山口组一段由底到顶共发育8层油页岩，含油率介于3.51%～12.65%之间，平均为5.26%。

其中第2、3、4层油页岩厚度较大，为6～7 m，其中第2层含油率最高可达12.65%，为品质最好的油页岩层(表1)。

与松辽盆地北部青山口组一段油页岩的厚度和埋深相比，南部的油页岩厚度相对较小，但埋深相对较浅[15]。

松辽盆地北部青山口组一段油页岩主要为灰褐色、深灰色和灰黑色，灰色条痕，贝壳状断口，泥质结构，致密块状构造，很少呈片状，用刀刮之卷曲，火烧冒烟，并带有浓烈的沥青味。

油页岩水平层理发育，富含介形虫、叶肢介、双壳类等生物化石碎片，裂隙中偶见黄铁矿和方解石条带(图3a)。

显微镜下，可见油页岩中的有机质呈层状分布(图3b)，偶见铁质结核。

2.3 岩石地球化学特征有机碳含量(TOC，wt/%)是评价油页岩有机质丰度的重要指标。

松辽盆地北部青山口组一段油页岩的有机碳含量介于4.51%～14.6%之间，平均为6.47%。

含油率与总有机碳含量的交汇图表明，二者存在良好的正相关性(r2=0.91；图4a)，即随着含油率的上升，油页岩中有机碳的含量也逐渐增加。

生烃潜力(可溶烃S1+热解烃S2)也可作为评价有机质丰度的参数，研究区油页岩的生烃潜力介于14.76～107.77 mgHC/g Rock之间，平均为52.68 mg HC/g Rock。

通过有机碳含量与生烃潜力的交汇图(图5)，表明研究区青山口组一段油页岩为好至非常好的烃源岩。

有机质类型是决定有机质生烃能力和生烃属性的重要因素。

通过对研究区油页岩的最大热解峰温(Tmax)和氢指数(HI)的交汇图解可以看出油页岩的有机质类型以I型为主，其次为II型(图6)，说明研究区油页岩的有机质主要来源于水生生物[16-17]。

最大热解峰温(Tmax)常用来判断有机质成熟度，一般以Tmax为435℃作为有机质成熟的界限温度[18]。

研究区青山口组一段油页岩的最大热解峰温介于435～452℃之间，平均为443℃，表明研究区油页岩的有机质主要处于未成熟-低成熟热演化阶段，其与实测青山口组一段油页岩的成熟度结果一致(Ro：0.48%～0.72%)。

油页岩对测井的响应特征归因于其各组分对测井响应的总和[19]。

一般情况下油页岩对地层密度测井、声速测井、中子孔隙度测井、自然伽马测井和电阻率测井具有较高的敏感性，因此这几种测井方法对油页岩具有明显的相应特征。

岩石中有机质的密度很低(1.1 g/cm3)，而陆源碎屑矿物、粘土矿物及碳酸盐矿物的密度几乎相当(2.2～2.87 g/cm3)，重矿物却有很高的密度值(3.7～5.2g/cm3)[19]。

因此，油页岩的密度测井响应随着有机碳含量的升高而逐渐降低。

松辽盆地北部ZY1井青山口组一段油页岩的有机碳平均含量为6.47%，因此密度测井曲线为低值响应(图7)。

油页岩岩石组分的声波时差、中子孔隙度以及自然伽马分析结果均表明，油页岩中有机质的响应值很高，而陆源碎屑矿物、碳酸盐矿物及重矿物各成分的响应值一般很低[19]。

因此，油页岩的声波时差、中子孔隙度以及自然伽马测井响应随着有机质含量的升高而逐渐升高。

而研究区油页岩的平均有机碳含量较高，因此油页岩的三种测井曲线均为高值响应。

油页岩的电阻率响应主要取决于粘土束缚水孔隙度的变化，两者呈现负相关关系，孔隙度越大，其导电能力越强，对应较低的电阻率响应值。

通过研究区钻井油页岩段的统计分析，表明油页岩的电阻率较高。

综上所述，油页岩具有低地层密度、高声波时差、高中子孔隙度、高自然伽马、高电阻率的“四高一低”的测井响应特征(图7)。

在图6中由于发育多层泥灰岩在测井曲线上显示高密度、低声波时差、低中子孔隙度、低自然伽马和中电阻率的特征，使测井曲线齿化强烈。

2.5 工业品质特征油页岩的工业品质特征解决了油页岩的工业矿体范畴，矿体品位，制取页岩油潜力和工业燃料价值等，是决定油页岩研究价值的最终衡量标准[13]。

油页岩工业品质分析中的关键参数主要包括含油率、灰分、全硫含量、发热量等。

含油率是指油页岩中页岩油(焦油)所占的质量分数，是界定油页岩矿产资源概念的指标，也是最重要的评价指标。

2006年“全国油页岩资源评价”将油页岩含油率边界品位定位w>3.5%，并将其分为低、中、高三个品质：3.5%<w≤5%、5%<w≤10%、w>10%。