油页岩测井识别

【摘要】测井技术在油页岩实际勘探中应用较少，还没有形成一套行之有效，科学准确，可以被广泛应用的完整的技术方法。在辽宁北票、吉林桦甸和汪清三个勘探区油页岩矿藏的勘探过程中，主动试用煤田测井设备，采用常规的测井方法，遵循煤田测井解释的方法和原则，对油页岩矿层的赋存位置与结构特征进行勘察，并将测井成果与钻探、地质及相关化验资料进行类比和印证，总结与此相关的测井识别的规律和方法。在实践中，发现利用煤田测井设备与技术不但可以有效识别符合成矿标准的油页岩矿床，还可以在一定程度上判定油页岩矿床的品相。既降低了勘探成本，又提高了勘探速度和效率。

【关键词】油页岩 测井技术 识别方法

测井技术自2000年以来，虽然有了长足的发展，在煤田领域发挥着不可替代的作用，但是利用测井方法识别油页岩矿床的技术还未成熟，测井是地质勘探的重要手段，是一种很有发展前途的找矿方法。通过在辽宁北票、吉林桦甸、吉林汪清三个测区的测井实践，发现利用测井技术不但可以识别油页岩矿床，划分地质剖面和顶底板的位置，还可以相对鉴别矿床的品相。油页岩测井技术的成功应用，为油页岩的勘探提供了有利的技术支持，为寻找高品质的油页岩矿床奠定了基础，也在一定程度上拓展了测井技术的应用领域。

1 油页岩简介

一般地，国际上常以每吨油页岩能产出0.25桶（即0.034吨）以上页岩油的油页岩称为“油页岩矿”，或者将产油率高于4%者的油页岩称为矿。过去，我国将含油率在5%以上的油页岩定为富矿，并计算储量；含油率在5%以下的油页岩定为贫矿，不计算储量；也有将油页岩产油率低于6%者定为贫矿，高于10%者定为富矿。据调查，全世界油页岩的储量要比煤、石油或天然气的储量高，储量大约有3662 Gt，比传统石油的资源量至少多50%。世界已探明的产油率在4%以上的油页岩储量，可以提炼页岩油约470Gt，超过已探明的石油储量。美国西部格林河流域拥有世界上储量最大的油页岩矿藏；中国的油页岩资源也较丰富，仅次于美国、巴西、苏联等国，居世界第4位，2006年通过对全国84个油页岩含矿区进行全新资源评价，我们国家油页岩资源丰富，分布在20个省和自治区、47个盆地，共有80个含矿区，资源量为7199.37 Gt，页岩油资源为476.44 Gt，，可回收资源为119.79 Gt。

油页岩是一种能源矿产，属于低热值固态化石燃料，其蕴藏量虽十分丰富但几乎还未被很好利用。油页岩不但可提炼出燃料油类，而且还可炼制出合成煤气及化工原料，附产品还可用于制砖、水泥等建筑材料，其开发利用的前景十分光明。我国在《国土资源“”十一五规划纲要》中，明确提出将大力开展油页岩等非常规油气资源的勘探开发，增加投入，降低成本，首次将油页岩等资源列入国家评价体系，油页岩资源的未来可堪期待。

2 油页岩特性

油页岩是一种富含有机质、具有微细层理、可以燃烧的细粒沉积岩，含有的有机质绝大部分是不溶于普通有机溶剂的一种成油物质，俗称“油母”，又称“油母页岩”。主要成分是有机质、矿物质和水分，油母含量约为10%～50%，由复杂的高分子有机化合物组成，富含脂肪烃结构，而较少芳烃结构，其有机化合物主要由碳、氢及少量的氧、氮、硫元素组成，其氢碳原子比（H：C）为1.25～1.75，要高于煤炭的有机物质H：C比，油母含量越高，氢碳原子比值越大，油母页岩产油率越高。油页岩的矿物质主要有石英、高岭土、粘土、云母、碳酸盐岩以及硫铁矿等，主要是粘土矿物，当粘土矿物含量高时，往往形成明显的片理结构。油页岩的矿物质常与有机质均匀细密地混合，含量通常高于有机质。水分含量与矿物质颗粒间的微孔结构有关，一般含量在4%～25%之间。油页岩多呈浅灰至深褐色，以褐色居多，其颜色与有机质和无机物的颜色有关，相对密度为1.4～2.7吨/立方米，无机矿物质的含量和决定了密度的大小。油页岩是人造石油的重要原料，用于商业开采的油页岩其有机质与矿物质之比约为0.75：5～1.5：5，低于煤炭中的有机质和矿物质的比值，煤炭中该比值常大于4.75：5，与煤的主要区别是灰分超过4%，与碳质页岩的主要区别是含油率大于3.5%。

3 识别的设备及方法

3.1 测井仪器

针对油页岩的勘探，目前国内与国外还没有专用的仪器设备和固定的测井方法，目前利用测井技术寻找油页岩还处于探索研究阶段，研究井下地层及油页岩层的物理性质特征、建立地质参数与物理参数的关系。

测井仪器：

（1）地面采集系统：完成对井下仪器的信号采集、处理、显示、记录，主要有电源、信号采集系统、记录系统、显示系统、操作系统。

（2）井下仪器：实现地质信息转化成电信号，存储或通过电缆等传输介质传输到地面的采集系统，主要包括不同类型的井下探管。

（3）辅助设备：包括绞车系统、滑轮、变速箱、电机、电缆与仪器连接器。

根据测试目的要求，设计完成任务的方法、技术、步骤，利用数学、物理技术、信号处理技术等手段，把电信号还原为物理参数，依据地质参数与物理参数的关系，确定出目地层。

3.2 测井方法

在测井的过程中即便是同一种矿产，其物理性能上的差异，也常常需要使用不同的测井方法才能判别。为了识别的准确性，在常规测井中通常采用多种参数相结合的方法：

侧向电阻率测井具有较强的分层能力，并且受井液、围岩及邻层的影响较小，易于获得目的矿层和岩层的近似真电阻率值，能够更加准确地反映矿层与岩层的电性特征，易于划分地层剖面，精确度较高。

人工伽玛所测定的射线强度与岩石的密度相关，两者近似为一指数函数关系，即：Jrr≈K*Q*e-mδ 。这种参数反映灵敏，可有效提示岩石中矿物的含量、计算地层的孔隙度，与其它参数配合使用可以寻找目的矿层，也叫密度测井。

自然伽玛是常规测井中一种重要的测井参数，用来测量地层中天然放射性元素的含量及泥质的含量的高低，可以划分岩性，确定地层中的泥质含量，以及进行地层对比。

声速速度测井是依据声波在地层内传播速度不同，测量纵波的传播速度，计算该波的传播慢度，进行地层对比和计算地层孔隙度，不但可以区分岩性，而且还可以划分各种不同的地层。

4 油页岩识别方法

辽宁北票、吉林桦甸、吉林汪清三个测区的油页岩都属于内陆湖泊型沉积类型，上下围岩以粉砂岩和灰黑色页岩为主。矿石类型属于自然类型和工业类型。自然类型分为两种：一种为页理明显，薄层状、褐黑色、有韧性的页岩油型；一种为页理不发育，矿石呈碎块状，断口表面光滑平整，可见明显小沥青质细纹或小斑点，颜色多为灰黑色或黑色的泥岩油型。根据干馏、元素、发热量等分析结果，发现矿石的工业类型为炼油用油页岩型。

4.1 反映特征

在测井实践中发现，油页岩在测井参数上的反映特征如下（图1）。

电阻率特征：在三个测区，油页岩矿层视电阻率一般只有十几到三十几个欧姆米，当上下围岩为电阻率更低的页岩时，油页岩矿层在电阻率曲线上呈现较高幅值的反映特性。当围岩是砂岩时，油页岩矿层在电阻率曲线上呈低幅值特征，但在吉林汪清勘探区有些油页岩矿层局部有较高电阻率现象，有类煤电阻率特征。

密度特征：油页岩的视密度在北票勘探区平均为2.03左右，摩氏硬度2.2左右；汪清勘探区油页岩视密度测试在2.08―2.26之间，摩氏硬度2.4左右；桦甸勘探区油页岩的视密度测试在1.66―2.25之间，三个测区中其它岩层的视密度值均表现为较高于油页岩，所以在人工伽玛曲线上油页岩矿层呈较高幅值反映，即在密度曲线上呈较低幅值反映。而且油页岩的视密度值与含油率成反比例关系。

自然放射性：三个测区的油页岩在自然伽玛曲线上呈现低异常反映，含油率高的矿层，由于油页岩腐植质含量降低，吸附放射性元素的能力减弱，泥质含量和放射性元素含量降低，与围岩的差异性增强，反映的低异常幅值随之增大。

声学特性：由于油页岩层理明显，硬度较小，对声波的传播能力较弱，时差较大，在声波时差曲线上表现为高幅值反映特征，而且油页岩矿层含油率越高，幅值反映愈明显。

4.2 识别方法

三个测区的油页岩在测井参数上具有“两较低两较高”的综合反映特征，即在电阻率曲线上呈较低幅值小尖峰跳跃式形态特征；自然放射性曲线呈较低幅值的跳跃锯齿波状形态特征；人工伽玛曲线表现为较高幅值且呈现山形物征；声波时差曲线呈现高幅值小锯齿波状的反映特征。利用这一特征可以从岩层中识别出油页岩矿层。从三个测区的资料对比分析发现，油页岩矿层在这四种测井参数曲线上反映较为明显、稳定，较易于辨识，而且油页岩矿层含油率越高，测井参数曲线反映越明显、越充分、越易于甄别，油页岩的品相也相对越好（图2）。

依据多参数组合原则，采用层间距对比法、油页岩本身特征、空间位置及临区赋存形态对比法，利用钻探、地质、化验等多资料、多角度互相验证的识别原则。保证两种以上测井方法，三种以上物性参数的原则，进行定量分析。界面与结构的划分主要选取1：200的三侧向电阻率参数曲线；人工伽玛参数曲线（密度曲线）；声波参数曲线；自然放射性参数曲线；差分曲线。剖面划分取用三侧向电阻率曲线拐点处或最大异常幅度的1/2处作为分层点；人工伽玛曲线（密度曲线）与声波时差曲线取用最大异常幅度的1/2或1/34/5处作为分层点；自然伽玛曲线取用最大异常幅度的1/2处作为分层定厚分界点；辅以使用各种物性参数差分曲线的双向峰值处作为分层定厚点（图3）。

5 结论

油页岩的测井实践表明，常规的测井方法能够有效地识别和划分油页岩矿层，能够查清油页岩矿层的厚度及结构的变化规律，满足地质要求，完成勘察任务，成效显著。

在辽宁北票勘探区油页岩埋藏较浅，页岩岩层沉积稳定，共6、2、1、0四个可采层，可采层层间距不大，油页岩较厚，含油率变化造成矿层厚度及层间距变化，层位较稳定，全区含油率5.46%，属低品位工业矿石；吉林桦甸勘探区油页岩矿床赋存于第三系桦甸组中部油页岩段，区内共见十五层油页岩矿层，总厚度12.68～36.47米，平均厚度23.1米，其中可采油页岩十层，以层状结构的泥岩、砂岩为主，矿层较稳定，含矿系数为7.89～12.81%，平均10.31%，矿石类型简单，平均含油率5.45～13.97%，属低-高含油率矿层；吉林汪清勘探区油页岩矿床赋存于罗子沟盆地白垩系下统大拉子组上部砂页岩段中，盆地形成晚期火山活动停止，构造相对稳定，没有大断层，无岩浆侵入，区内共见三层油页岩矿层，其中可采油页岩二层，各层平均含油率6.2～7.1%。

测井识别技术对于研究油页岩的形成规律，空间特征、地质条件有其特有的优势，为油页岩勘探的发展提供了的新的技术支持。