松遼盆地北部嫩二底油頁巖的現場錄井識別特征

葉 凡

（大慶鉆探工程公司地質錄井一公司，黑龍江大慶 163411）

松遼盆地位于中國東北部，是中、新生代大型陸相坳陷型盆地，覆蓋面積為26×104km2，其形成與發展經歷了成盆先期褶皺階段、裂陷階段、沉陷階段和萎縮平衡階段四個構造演化階段，盆地由6個一級構造單元組成，其北部嫩江組是盆地發育優質烴源巖的重要時期，其中嫩二段底部油頁巖形成于溫暖濕潤的古氣候環境，湖水中水生生物較為繁盛，嫩江組沉積早期在全盆地發生的一次大規模的海侵為黑色油頁巖的形成提供了便利條件，該段油頁巖具有分布面積廣、沉積穩定的特點，是區域內重要的標準層[1]。在常規油氣勘探時，該段油頁巖是錄井現場層位劃分、取芯卡層、地層對比的重要依據。然而，隨著油田勘探重點轉向非常規油氣資源，嫩二底油頁巖作為優質烴源巖，成為了頁巖油勘探研究的重點對象之一。

從前期部署的嫩二底取芯井巖芯實物上看，嫩二段油頁巖發育不佳，部分巖芯頁理不發育，外觀特征與同層位泥巖并無明顯差異，因此單從外觀特征上很難準確劃分和定名。盡管從后期通過測井資料及研究院分析數據，均能準確劃分出油頁巖，但都有時效性，難以給錄井現場決策提供及時的參考意見。因此，急需利用其他錄井技術手段，分析嫩二段油頁巖的現場錄井特征，解決該段巖性的及時、準確鑒定難題。本文優選89 塊巖芯樣品和31 盒巖屑樣品進行巖性、地化、礦物、元素和化石特征進行觀察分析。

1 油頁巖錄井特征

1.1 巖性特征

前人分析認為，嫩江組二段油頁巖主要顏色有灰黑色、灰褐色和黑色、褐色，發育塊狀和水平層理，貝殼狀斷口，巖屑多呈小的薄片狀。從G3、S3、C2 等3 口井巖芯實物看，嫩二底部油頁巖有兩種存在特征：一種既有頁理又具有暗黃色熒光特征，另一種肉眼難以觀察到頁理且普照無熒光，兩種特征的油頁巖呈互層狀，兩者厚度共約4～8m，整體上呈黑褐色，頁理發育較差，熒光普照為暗黃色，滴照普遍為淺黃色，點火可燃。

綜合來看，在正常鉆進時，可以通過仔細觀察巖屑定名，牙輪鉆頭鉆進時可獲得較為理想的巖屑，顆粒較大，具很明顯的薄片狀，易于識別；但目前鉆井上大多采用PDC鉆頭鉆進，鉆出的顆粒較為細小，頁理的參考性差，只能利用較為明顯的熒光特征進行分析，通過熒光普照、熒光滴照、點滴分析、定量熒光等技術準確判斷，進行定名；由于油頁巖有機質豐度高，遇火可以燃燒，因此可以利用油頁巖的這一物理特性，輔助以酒精燈點火試驗進行進一步驗證。所以一般情況下只要巖屑的代表性強，鉆進比較勻速時，最能直接快速反映油頁巖特征的便是巖屑資料。在鉆井取芯時，可以從宏觀上觀察巖芯，對于頁理特征和熒光特征明顯的可以直接定名，部分巖芯在外觀上，包括顏色、頁理等，均無明顯特征，與普通泥巖接近（圖1），熒光特征也不明顯，僅靠熒光普照和滴照難以判斷，需再結合其他技術手段進行判斷。

圖1 S3井油頁巖外觀，與泥巖相似

1.2 氣測特征

油頁巖作為一種富含有機質的泥頁巖，在揭開該層段的時候，錄井氣測往往呈現高全烴、高甲烷、組分齊全的特征（圖2）。部分井總烴值可高達60%以上，但總烴值容易受到鉆時、鉆井液等因素影響，如遇到取芯不順利，鉆井液比重增加或者鉆井設備故障等異常因素，鉆時變慢會影響到總烴值，宏觀上觀察烴值曲線變化不明顯，此種情況下氣測就不能明顯反映出油頁巖特征了。

圖2 G3井嫩二底油頁巖(1693～1704m)氣測數據曲線

圖3 G3井殘余碳曲線

1.3 地球化學特征

1.4 礦物和元素特征

從多口井巖芯、巖屑元素分析數據上看，嫩二段泥頁巖主要Si 為主，其次是Al、Mg、K、P、Fe 等，進入底部頁巖油段后，Ca元素含量顯著增多。從XRD礦物分析結果看，嫩二段礦物成分以石英、斜長石、粘土礦物為主，底部方解石含量增多，平均含量為石英43.7%、粘土27.5%、斜長石17.6%；主要脆性礦物為石英和方解石，含量總體在39.5%～47.4%之間（圖4）。

圖4 G3井嫩二段底主要礦物含量

由于石英在風化作用中穩定性最高，一般只發生機械破碎，所以在碎屑沉積巖中，石英是目前常見礦物中最為穩定的造巖礦物，因此通過實鉆井的礦物含量變化和元素分析數據可以看出，嫩二段油頁巖在沉積階段具有穩定的物質來源，沉積環境穩定。所以當嫩二段底部Ca元素和石英、方解石含量逐漸增多時可以為判斷油頁巖提供有力參考。

1.5 化石特征

嫩江組早期沉積時，特大湖浸造成的缺氧環境使得該時期古生物大量死亡并被保存成為化石[1]。在S3井、G3井等多口井的巖芯實物中，均在嫩二段底部鄰近油頁巖處會發現大量葉肢介化石（圖5）。因此，葉肢介化石可以作為接近嫩二底油頁巖的預警證據。古生物的集體死亡說明了當時處于大面積的缺氧狀態，從側面反映了當時的沉積環境，即嫩江組沉積早期，特大湖侵的出現，為全盆地內黑色頁巖的產生提供了穩定的外部環境。所以大量古生物化石的出現也是嫩江組二段為深湖相沉積的一個佐證。

圖5 S3井嫩二段底部葉肢介化石

2 應用效果及實例

案例應用情況：由于該段巖性富含有機質，因此在電性特征上會有一個較高的響應，一般頁巖的雙側向電阻率值在10～100Ω·m 之間，而嫩二段中部—底部的泥巖電阻率值在2～5Ω·m之間；自然伽馬值也從100API升至160API 左右，宏觀上看，在曲線上兩者從近于平直瞬間同時升高幾十倍，對于油頁巖的劃分識別一目了然，但此方法僅適用于完鉆測井后，鉆進過程中無法應用，僅僅是在完井后與巖性特征相互印證，對于完井后的科研分析以及層位的精確劃分具有重要意義。

3 結論

（1）在正常鉆井條件下，巖屑代表性強，通過熒光觀察可以直接判斷油頁巖。

（2）工況正常，鉆速穩定時，氣測數據也可以直觀反映出油頁巖特征。

（3）地球化學特征尤其是S2、TOC 等值，是判斷油頁巖的重要依據。

（4）鉆井取芯時，化石特征可作為直接預警證據。（5）通過對巖芯、巖屑樣品分析，其礦物、元素特征可以作為嫩二底油頁巖識別的重要輔助識別手段。

4 結束語

在常規油氣勘探過程中，及時地獲取錄井原始地層資料，同時通過運用常規錄井技術手段，結合地球化學等新技術方法準確判斷嫩二段底部油頁巖，將會是對下步施工快速決策最直接的依據。