松遼盆地中央凹陷區1 000 m以深青山口組油頁巖品質特征分析
——以吉寧地1井為例

劉 哲，代登亮，朱小鋒，徐銀波，詹天宇，姜福平

1.吉林省地質科學研究所，吉林 長春 130012；2.吉林省地質調查院，吉林 長春 130102；3.中國地質調查局油氣資源調查中心，北京 100083

0 引言

在常規石油能源消耗過高、價格持續波動以及國際石油局勢動蕩的背景下，非常規油氣資源，特別是油頁巖資源的勘探開發顯得日趨重要。據溫志良等人(2016)研究表明，吉林省境內蘊藏著豐富的油頁巖資源，總資源量更是占到了全國油頁巖資源的80%以上[1]。油頁巖賦存層位為白堊系青山口組和嫩江組，其中青山口組油頁巖礦層埋深范圍多集中在50～900 m范圍內，1 000 m以深的油頁巖探索工作較少。本文以中國地質調查局油氣資源中心2019年度“松遼盆地東部隆起地質調查井工程”項目為依托，利用位于中央凹陷區內的吉寧地1井，通過分析青山口組一段油頁巖特征，探索1 000 m以深油頁巖資源特征，為今后油頁巖深部勘探開發提供一定地質依據。

1 區域地質背景

松遼盆地是全世界范圍內典型白堊紀陸相沉積盆地之一，屬于陸內裂谷盆地。白堊紀時期的坳陷階段，發育了完整的盆地充填序列，其中青山口組和嫩江組沉積了厚層油頁巖序列，對于油頁巖的生成、演化及成礦作用提供了有利地質條件。松遼盆地前期受到地幔柱物質的熱動力驅動，后期遭受東太平洋板塊俯沖，在中生代演化階段分為裂谷前期、裂谷期、裂谷后熱沉降期、擠壓萎縮期及弱伸展—松弛階段。青山口組處在裂谷后熱沉降期，盆地構造活動趨向穩定，以湖相細粒沉積為主[2-3]。

吉寧地1井位于松遼盆地中央凹陷扶新隆起帶(圖1)，鉆遇地層自上而下分別是第四系、新近系大安組、白堊系上統嫩江組、姚家組、青山口組、泉頭組。其中，青山口組分為三段：青三段，主要巖性為灰綠色含泥質粉砂巖、淺灰黑色泥巖、灰黑色含粉砂質泥巖、深棕紅色粉砂巖、深棕紅色含泥質粉砂巖；青二段，主要巖性為灰黑色含泥質粉砂巖、灰綠色粉砂巖、灰黑色泥巖；青一段，為油頁巖賦存層位，主要巖性為黑灰色泥巖、灰黑色泥巖、淺灰黑色油頁巖，局部見灰白色粉砂巖，發育葉肢介和介形蟲化石(圖2)。油頁巖埋藏深度范圍1 299.90～1 424.00 m。

圖1 吉寧地1井井位位置圖Fig.1 Location map of Jiningdi Well 1

圖2 油頁巖巖心及介形蟲化石照片Fig.2 Photos of oil shale core and ostracod fossil

2 樣品測試

吉寧地1井青山口組油頁巖樣品采樣深度1 299.70～1 435.45 m，取樣標準分20 cm樣和1 m混合樣，共取得樣品120個，測試項目委托“油頁巖與共生能源礦產”吉林省重點實驗室和國土資源部長春礦產資源監督檢測中心共同完成。先對120個樣品進行含油率測試，根據含油率結果挑選副樣做有機地球化學和工業分析等測試。測試項目見表1。

表1 油頁巖測試分析項目表Table 1 Oil shale test and analysis project

3 油頁巖特征分析

3.1 含油率

含油率是油頁巖礦產資源評價的重要指標之一，是指油頁巖中頁巖油的質量百分數。通過對120件樣品的分析測試，含油率大于3.5%的樣品數量為18件，其中低品質(3.5%<含油率≤5%)油頁巖17件，中品質油頁巖(5%<含油率≤10%)1件(圖3)。從含油率來看，青山口組油頁巖品質較低。青山口組一段油頁巖含油率范圍3.5%～5.2%，平均值為4.16%，整體達到低級含油率水平。

圖3 含油率分布頻率直方圖Fig.3 Frequency histogram of oil content distribution

3.2 灰分

一般情況下，灰分值越低，油頁巖的有機質含量和品質就越高；灰分值越高，相應值就越低。分析結果表明，青一段油頁巖灰分范圍84.61%～88.21%，平均值為86.84%，為高灰分油頁巖，而油頁巖屬于低級水平。

3.3 全硫分析

全硫含量的高低指示油頁巖開發過程中對環境產生污染物的程度大小，含硫量高，對環境污染大，含硫量低，對環境污染小。測試結果顯示，全硫質量分數范圍為0.64%～2.14%，平均為1.23%，特低硫油頁巖w≤1.0%的樣品數量為3個，低硫油頁巖1.0%

3.4 發熱量

發熱量是評價油頁巖作為工業燃料價值的重要參數，該參數大，工業燃料價值則高，參數小，價值就低。分析結果顯示，青一段油頁巖的發熱量范圍2 574.87～3 952.93 kJ/kg，平均值為3 134.0 kJ/kg，發熱量相對較高[5]。

3.5 小體積質量

小體積質量指的是單位體積油頁巖的質量，也稱體重，是油頁巖品質的一個重要指標。體重的大小與油頁巖中有機質的含量密切相關，同時也與含油率、灰分等相關。小體積質量和含油率的線性回歸方程為y= -2.162 8x+ 9.152 3，兩者的相關系數為R2=0.058 5(圖3)。由圖可知，小體積質量和含油率顯示出一定的負相關性，即樣品含油率增高，小體積質量減小；含油率降低，小體積質量加大[6](圖4)。

圖4 含油率和小體積質量關系圖Fig.4 Relationship between oil content and small volume mass

3.6 有機地球化學

3.6.1 有機質豐度

通過對油頁巖樣品進行巖石熱解測試，獲得S1(液態烴殘留量)、S2(熱解生烴量)、TOC(總有機碳)和Tmax(熱解峰溫)等多個參數，確定巖石中的有機質類型。結果表明，青一段油頁巖生烴潛量(S1+S2)在34.15～61.72 mg/g之間，平均值為47.17 mg/g；TOC質量分數在3.33%～7.86%之間，平均值為5.44%。全部樣品中含油率小于3.5%的樣品總有機碳質量分數在3.33%～4.84%之間，平均值為4.12%；含油率大于3.5%且小于5%的樣品總有機碳質量分數在5.21%～7.86%之間，平均值為6.26%；含油率大于5%的樣品數量僅有1個，總有機碳含量為7.37%。按照陸相烴源巖有機質豐度評價指標，青一段油頁巖屬于好—中等烴源巖類型[7-8]。

3.6.2 有機質類型

用S2除以巖石的有機碳含量得到的指標為氫指數(HI)，可以用其判別干酪根類型。HI=S2(mg/g)/TOC(%)×100。測試結果顯示，氫指數在469～821之間，平均值為693，數值小于600的樣品數量僅為1個。表明，青一段油頁巖干酪根類型以Ⅰ型為主。此外，通過H/C(原子比)和O/C(原子比)也可以判斷干酪根類型。青一段組油頁巖的H/C(原子比)介于1.38～1.76之間，平均為1.57，O/C(原子比)介于0.10～0.14之間，平均為0.12。投圖結果顯示，青一段油頁巖干酪根類型為I型(圖5)。

圖5 油頁巖有機質類型判別圖解Fig.5 Discriminant diagram of organic matter types in oil shale

3.6.3 有機質成熟度

巖石最大熱解峰溫可以較為準確地劃分有機質的熱演化階段。對于松遼盆地烴源巖，一般以435 ℃作為成熟的界限溫度。測試結果顯示，青一段油頁巖最大熱解峰溫介于440～448 ℃，平均值為446 ℃，屬于成熟油頁巖。

4 結論

松遼盆地中央凹陷區扶新隆起帶1 000 m以深青山口組一段發育4層油頁巖礦層，礦層頂板深1 299.90 m，累計厚度5.6 m，屬于低等品質油頁巖，屬于好—中等烴源巖類型，干酪根以Ⅰ型為主，具有高灰分、低—中含硫量、較高發熱量特征。從埋藏深度、礦層厚度、油頁巖品質以及現今油頁巖勘探開發條件等方面考慮，筆者認為，中央凹陷區扶新隆起帶青山口組油頁巖在當前技術條件下，僅能作為今后開采的備選區。