劉同慶

(山東省煤田地質(zhì)局第五勘探隊，山東 濟南 250104)

油頁巖作為油母質(zhì)的一種，是由藻類及部分低等生物的遺體在厭氧細菌的活動下，經(jīng)過腐泥化及煤化作用形成的一種灰分高的可燃有機巖。含油率大于3.5%的油頁巖可用于開發(fā)提取頁巖油。吉木薩爾-烏市一帶的油頁巖礦床呈弧形展布于博格達山前，東西長約134km，南北寬10～20km。自西向東，有妖魔山、水磨溝、蘆草溝、三工河及東大龍口油頁巖礦床等。該區(qū)帶油頁巖礦床于晚二疊世在該區(qū)域的內(nèi)陸湖灣環(huán)境形成，礦床主要賦存于上二疊統(tǒng)蘆草溝組的褶皺構(gòu)造帶中。含油層段巖性主要為粉砂巖、白云質(zhì)粉砂巖和粉砂質(zhì)白云巖，礦床頁巖油密度平均0.92g/cm3左右。本文主要探討吉木薩爾南油頁巖礦層的測井響應(yīng)及利用測井曲線測算油頁巖含油率的方法。

1 油頁巖測井響應(yīng)特征

油頁巖巖層主要由黏土礦物、骨架礦物、油頁巖（重質(zhì)油為主）及有機質(zhì)（干酪根）等多種礦物組成，不同礦物成分的多少使得測井曲線有不同的響應(yīng)。油頁巖中有用組分以未成熟的有機質(zhì)及重質(zhì)油為主，游離態(tài)的頁巖油很少，油氣主要以固態(tài)有機質(zhì)形勢吸附在油頁巖的空隙中。游離油的平均密度約為0.92g/cm3，純凈有機質(zhì)密度僅為1.10g/cm3左右，并且游離油和有機質(zhì)均是不導(dǎo)電的礦物，游離油和有機質(zhì)中氫原子含量比粘土和骨架礦物高，因而測井曲線在油頁巖礦層上具有較低密度、高聲波時差幅值、高電阻率幅值、高中子孔隙度等相應(yīng)特征。沉積過程中的強還原環(huán)境造成有機質(zhì)中的干酪根放射性元素富集，粘土礦物吸收的放射性元素含量遠少于干酪根吸收的放射性元素含量，這使得油頁巖的放射性比泥頁巖的放射性高，因此油頁巖礦層同時具有高自然伽馬異常。圖1為油頁巖段典型曲線反映。

1.1 油頁巖物性特征

根據(jù)東大龍口礦區(qū)油頁巖測井反應(yīng)特征，在井眼狀況較好的情況下，高含油油頁巖高三孔隙度的特征是非?？煽康模唠娮杪实奶卣饕卜浅Ｃ黠@，采用孔隙度和電阻率曲線交匯法，可對油頁巖礦層進行定厚解釋。高含油率油頁巖在自然伽馬曲線為高值響應(yīng)，但礦層分界點不明顯，可作為定性解釋的參考曲線。

圖1 ZK1井油頁巖段測井響應(yīng)

1.2 油頁巖測井劃分

根據(jù)吉木薩爾頁巖油三高一低的地球物理測井組合特性，通過測井曲線可以很準(zhǔn)確區(qū)分油頁巖和圍巖。參考巖芯編錄，結(jié)合相同地區(qū)其他井的分層經(jīng)驗，根據(jù)幾種不同曲線的形態(tài)特征、物性差異及異常幅值進行綜合分析，對鉆孔測井剖面進行定性、定厚劃分。

交會圖可以反映兩種不同曲線在不同巖性上幅值差異，依據(jù)鉆探取芯編錄同測井分層對應(yīng)良好的井段，分別繪出ZK1井砂巖油、泥巖、頁巖的中子孔隙度-對數(shù)電阻率交會圖（圖2）、補償密度-對數(shù)電阻率交會圖（圖3）。圖2及圖3中，圓為油頁巖點，三角為砂巖點，方形為泥巖點。由圖2、圖3可知，兩種交會方法，就可使油頁巖點與其他巖性點分類區(qū)分，而利用三種曲線（其中須有電阻率曲線）則可以使油頁巖點與其他巖性點完全分離，則由此可見利用不同的測井參數(shù)進行交會對油頁巖進行識別劃分是可行的。ZK1井的主要巖性測井響應(yīng)范圍見表1。

表1 主要巖性測井響應(yīng)范圍

1.3 ΔlogR重疊法基本原理

ΔlogR法是把刻度好的某條孔隙度曲線疊加在電阻率曲線上。在飽水并且不含有機質(zhì)的地層中，調(diào)整兩條曲線的極值可使兩者相互平行或者重合。這是由于兩條曲線均對應(yīng)于沉積地層孔隙度的變化。在含油氣儲集層或富含有機質(zhì)的巖層中，兩條曲線會開一定的間距。分離的原因有二：（1）孔隙度曲線產(chǎn)生低密度、低聲速、高中子孔隙度（中子反向刻度）的干酪根的響應(yīng)；（2）電阻率曲線產(chǎn)生儲層中高電阻率流體的響應(yīng)（圖4）。分離的間距ΔlogR與油頁巖含油率有很好的相關(guān)性。

圖2 中子孔隙度-對數(shù)電阻率交會圖

圖3 補償密度-對數(shù)電阻率交會圖

1.4 油頁巖ΔlogR識別方法

把對數(shù)電阻率曲線按照一定比例刻度疊加到上孔隙度曲線（聲波時差、密度、中子孔隙度等），兩者在同一地層組段一定的深度范圍相互重疊的曲線即為基線，該井段對應(yīng)巖性是圍巖，兩條曲線分離的井段對應(yīng)油頁巖，兩者的間距記為ΔlogR。在基線選取過程中，即使是同一口井也有可能存在多段基線，應(yīng)按地層組段或者不整合界面的變化和曲線響應(yīng)情況進行分段疊置。兩條曲線分離的井段圖4灰色部分就是油頁巖。

圖4 ΔlogR交會法識別油頁巖

2 礦區(qū)油頁巖礦層含油率計算初探

2.1 ΔlogR與TOC的線性關(guān)系

ΔlogR重疊法是評價烴源巖最常用的測井方法，率先提出此方法的是?？松桶Ｋ鞴尽Ｔ摲椒梢岳脺y井曲線計算油頁巖總有機碳含量（TOC）及油頁巖含油率。通過聲波時差曲線和對數(shù)電阻率曲線疊合來求取ΔlogR，擬合計算油頁巖含油率，計算公式如下：

式中：

ΔlogR—兩種曲線間距；

R-對數(shù)電阻率曲線，Ω·m；

Δt-聲波時差曲線，μs/m ；

Rb-基線對應(yīng)的電阻率曲線平均值，Ω·m；

Δtb-基線對應(yīng)的聲波時差曲線平均值，μs/m；

K-聲波時差曲線與對數(shù)電阻率曲線的刻度區(qū)間比例系數(shù)，無量綱。

此外還可以利用對數(shù)電阻率曲線和密度曲線疊合或者對數(shù)電阻率曲線和中子孔隙度曲線疊合計算ΔlogR。有機碳含量TOC可以通過曲線間距ΔlogR計算。在已知油頁巖的干酪根成熟度的情況下，可用Passey等提出的經(jīng)驗公式法計算TOC：

式中：

TOC-有機碳含量，%；

LOM-干酪根成熟度，可通過估算熱演化史或油頁巖巖芯實驗室分析得到；

ΔTOC-圍巖有機碳背景值，一般取0.08%～0.12%。

令M=2.297-0.1688×LOM，則公式（2）可以簡化為：

即TOC和ΔlogR是呈線性正相關(guān)關(guān)系的。

2.2 含油率Ta與測井參數(shù)的線性關(guān)系

在一般情況下油頁巖含油率Ta與其有機碳含量TOC具有較好的正相關(guān)性。已知油頁巖段有機碳含量與含油率，可以通過擬合回歸得出兩者之間的線性關(guān)系式：

式中：

Ta-油頁巖測試含油率，%；

A，B-擬合系數(shù)。

由（1）、（3）、（4）可知含油率與對數(shù)電阻率和聲波時差為線性關(guān)系，同樣可得含油率與中子孔隙度和密度也是線性關(guān)系。這樣就可以建立含油率Ta與4個測井參數(shù)的線性回歸方程。

表2 含油率與測井參數(shù)線性回歸系數(shù)表

由表2可知，三孔隙度曲線與含油率的相關(guān)性很高，對數(shù)電阻率同含油率的相關(guān)性較差，根據(jù)回歸系數(shù)可得Ta與測井參數(shù)的線性回歸方程：

表3 ZK1油頁巖測試含油率與計算含油率對比表

根據(jù)方程（5）計算擬合含油率見表3。對比測試含油率與擬合含油率，它們的相對誤差均小于5%，說明擬合度較好，利用測井曲線計算的含油率可以用來評價油頁巖資源。

3 結(jié)論

（1）吉木薩爾南油頁巖具有高電阻率、高中子孔隙度、高聲波時差、低密度（三高一低）的物組合特性，通過ΔlogR曲線疊合法可以較為快速準(zhǔn)確的區(qū)分圍巖與油頁巖段。

（2）可以利用與含油率高相關(guān)的曲線，根據(jù)孔隙度曲線與電阻率曲線在不同粒度非有機質(zhì)沉積巖中物性反應(yīng)規(guī)律的一致性及油頁巖含油率與測井參數(shù)間較強的相關(guān)性，通過線性回歸得到含油率與測井參數(shù)的關(guān)系方程（5），可以較為準(zhǔn)確、快速地計算油頁巖含油率，可大大節(jié)省勘探時間和費用。

（3）油頁巖在測井曲線上的響應(yīng)是多種礦物的綜合效應(yīng)，精確定量計算含油率需要多種參數(shù)共同參與計算?？偨Y(jié)該地區(qū)高含油率油頁巖測井響應(yīng)值與含油率的關(guān)系，能提高油頁巖含油率測井測算精度。同時通過較多的巖芯試驗參數(shù)刻度測井參數(shù)，可以提高測井解釋的地質(zhì)認(rèn)識程度。