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基于地球化学—地球物理的松辽盆地上白垩统油页岩识别与资源评价

贾建亮  
【摘要】:松辽盆地是中国典型大型坳陷晚白垩纪含油页岩盆地,蕴藏丰富的油页岩资源,主要沉积于青山口组和嫩江组时期,其油页岩资源具有“局部查明程度高、整体认识程度低”的特征。本论文主要基于大量测试数据和地球物理资料,特别是本人在奥地利留学期间测试完成的大量宝贵有机地球化学数据,以地球化学和地球物理方法为指导,通过油页岩岩石矿物、地球化学及地球物理特征研究,探讨大型坳陷盆地油页岩成矿富集的主控因素,为松辽盆地油页岩的地球物理识别与资源评价鉴定基础。 松辽盆地油页岩主要由有机质和矿物质组成。松辽盆地油页岩段有机碳含量主要介于5.0~12.0wt. %,有机质类型以I型为优势,有机质成熟度随着埋深的加深而增大。油页岩中有机质的主要贡献来源于代表低等水生生物的结构藻和层状藻,结构藻/层状藻比值变化表明油页岩沉积是藻类-微生物共同作用的结果,青一段和嫩一段时期表现为层状藻优势,而嫩二段时期表现为结构藻优势,这种差异表明不同油页岩沉积时期藻类-微生物对有机质贡献强弱发生变化;同时,“富藻纹层”的发育表明油页岩沉积时期存在间歇性的“藻类勃发”,而高的4-甲基甾烷含量、高的甾类/霍类化合物比值及高的规则甾烷(C27+C28)/C29比值等生标参数也验证了藻类生源绝对优势。大量研究表明粘土是有机质富集的重要载体,松辽盆地油页岩中粘土矿物含量较高,青一段和嫩一段油页岩沉积时期的粘土矿物含量相比嫩二段的优势更加显著,而粘土矿物以伊利石和伊/蒙混层为主,粘土矿物含量与有机碳含量呈正相关性。 松辽盆地油页岩的地球化学参数具有重要地质意义。通过敏感古气候参数Rb/Sr比值、Th/U比值等分析,重建松辽盆地青山口组和嫩江组油页岩沉积时期的精细古气候演化特征,油页岩主要发育在温暖-湿润的气候演化阶段。通过敏感古盐度参数TOC/S比值、伽马蜡烷指数、MTTC比值、芳基类戊异二烯含量、Sr/Ba比值等分析,重建松辽盆地青山口组和嫩江组油页岩沉积时期的精细水体盐度演化特征,青山口组油页岩主要发育在半咸水环境,而嫩一段(微咸水)特别是嫩二段(微咸水-淡水)水体盐度相对较低。敏感参数Pr/Ph比值、β-胡萝卜烷含量、V/Ni比值等指示松辽盆地油页岩沉积时的水体氧化还原程度具有与盐度相似的演化特征,表明高盐度有利于加强水体的还原程度,但嫩二段水体氧含量明显高于嫩一段和青一段。 油页岩的成矿富集条件分析是进行油页岩的地球物理识别与资源评价的基础。松辽盆地油页岩的成矿富集是古气候、古构造和古沉积环境等因素综合作用的结果,通过油页岩成矿富集精细演化研究表明,不同地质因素在不同演化阶段对有机质富集的贡献存在差异。青山口组和嫩江组油页岩均沉积在构造快速沉降和气候温湿控制的深湖-半深湖相的大背景下,青山口组油页岩沉积时藻类优势的有机质来源、盐度较高和还原性较强的水介质条件、少量陆源碎屑物质的稀释及较低成熟度是有机质富集的有利因素,而嫩江组油页岩沉积时的藻类高度繁盛是有机质富集的主导因素,保存条件、陆源稀释作用、成熟度条件起到次要作用。 松辽盆地油页岩具有低密度、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”的测井响应特征和较高频率、中强振幅、低阻抗的地震响应特征。基于油页岩不同组分对测井响应贡献的差异,建立了油页岩不同测井响应的等效岩石物理模型,从理论上推导了油页岩不同性质的测井响应方程,表明油页岩的密度响应主要取决于有机质和重矿物的相对含量,声波速度、中子孔隙度、自然伽马响应主要取决于有机质和粘土矿物的相对含量,电阻率响应主要取决于湿粘土含量、有机质和重矿物的相对含量。基于有机质的“单层被覆”假设,提出了有机质置换粘土孔隙束缚水改变粘土孔隙“流体”性质的观点,把有机质的置换过程分为欠置换、平衡置换、过置换三个阶段,而过置换作用促使富有机质油页岩导电能力明显变差,从而重新解释了油页岩高电阻率测井响应的导电机理。油页岩的地震响应主要取决于“高有机质”替代“流体性质”引起的弹性参数变化,正演模拟结果表明研究区地震资料可以分辨最小6.4m的油页岩厚度。 为了提高勘探效率、节约勘探成本,论文把综合地球物理方法纳入油页岩识别体系。利用测井-地震多属性方法预测单井TOC值,多属性特别是地震属性的加入可以避免非地层因素的影响,而褶积因子算法在消除测井与地震频率差异的同时类似增加了(Nwi–1)×n个高权重属性,验证累计平均误差(0.293%)远小于△logR方法(0.995%),垂向上连续补偿了TOC背景值,符合地层TOC垂向的地质变化规律。论文利用地震方法对油页岩进行空间定量识别,把TOC5%和含油率3.5%作为定量识别的标准,结果表明基于测井约束反演方法的波阻抗反演数据体能定性识别油页岩的空间展布,基于多属性神经网络算法预测的TOC和含油率反演数据体不仅能定量预测油页岩的空间展布,还可以定量评价油页岩的品质特征,实现油页岩的综合地球物理技术的空间定量识别。 为了实现整个松辽大型坳陷盆地油页岩潜在资源评价,论文主要采用以地质类比法为主、统计算法为辅的统计类比法进行。本论文把松辽盆地高勘探程度的扶余长春岭、前郭-农安、深井子三处大型最新油页岩矿床作为类比刻度区,以松辽盆地油页岩成矿富集条件为理论依据,优选出古构造条件、古气候条件、古沉积环境、水体盐度、氧化还原条件、陆源碎屑物质输入、有机质类型、有机质成熟度、有机质丰度等参数作为控制油页岩成矿富集的主导地质因素建立类比参数库,采用特征因子法确定刻度区与预测区的相似类比系数,通过蒙特卡罗法和组合抽样法评价不同置信水平下的油页岩潜在资源。因此,统计类比法不仅可以定量评价中-低勘探盆地油页岩潜在资源,而且对油页岩资源潜在资源的估算值带有成功把握性,并可压制原始地质数据中个别奇异值的干扰作用。对于概率区间合理潜在油页岩资源的选取,论文提出利用“高概率值波动剧烈”选取方法,把100-85%概率区间的油页岩资源估算值作为松辽盆地油页岩资源评价的合理值区间,中浅层潜在油页岩资源量分别为3917.1亿吨(100%)、4607.6亿吨(95%)、5165.9亿吨(90%)、5750.5亿吨(85%),远高于“全国油页岩资源评价”松辽盆地潜在资源量(3236.5亿吨)。本次评价潜在资源的增加主要是盆地内油页岩资源查明程度提高、油页岩资源评价方法改进、预测区油页岩认识程度提高等诸因素共同作用的结果,表明资源评价结果会随着勘探程度的提高、评价方法的改进而发生变化。


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