馬泉地區(qū)油頁巖測(cè)井技術(shù)及資料的應(yīng)用

曹亞娥， 張 喻

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065; 2.陜西省194煤田地質(zhì)有限公司，陜西 銅川 727000)

馬泉地區(qū)油頁巖測(cè)井技術(shù)及資料的應(yīng)用

曹亞娥1,2， 張 喻2

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065; 2.陜西省194煤田地質(zhì)有限公司，陜西 銅川 727000)

馬泉油頁巖測(cè)井物性特征表現(xiàn)為中高三側(cè)向電阻率、高自然伽瑪、高聲波時(shí)差、中低密度的“三高一低”測(cè)井響應(yīng)特征.通過常規(guī)測(cè)井曲線定性定量解釋油頁巖，劃分地層，進(jìn)行對(duì)比；通過水文測(cè)井曲線解釋含水層，計(jì)算出含水層補(bǔ)給速度及補(bǔ)給量；利用聲波時(shí)差、密度、井徑等測(cè)井參數(shù)計(jì)算力學(xué)性質(zhì)，評(píng)價(jià)巖體軟弱性；并對(duì)該區(qū)油頁巖放射性異常特征進(jìn)行分析.測(cè)井技術(shù)及相應(yīng)資料在該區(qū)的應(yīng)用已取得了一定的地質(zhì)效果.

油頁巖;測(cè)井參數(shù);地層對(duì)比;自然伽瑪異常

1 地質(zhì)背景

馬泉油頁巖處于鄂爾多斯盆地東南部之陜北斜坡部位即銅川煤礦區(qū)北部，屬黃土高原南部黃土殘塬丘陵區(qū)，構(gòu)造簡單，為一傾向西北的單斜構(gòu)造，地層傾角小于5°，在此基礎(chǔ)上發(fā)育了次一級(jí)寬緩的波狀起伏.含油頁巖地層為三疊系銅川組，裸露地表，埋藏淺，結(jié)構(gòu)簡單，較穩(wěn)定.主要勘探目標(biāo)是位于三疊系銅川組頂部的1號(hào)油頁巖層.通過對(duì)該區(qū)測(cè)井資料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)油頁巖測(cè)井響應(yīng)特征明顯，測(cè)井參數(shù)與油頁巖具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表現(xiàn)為中高三側(cè)向電阻率、高自然伽瑪、高聲波時(shí)差、中低密度的“三高一低”測(cè)井響應(yīng)特征.

2 油頁巖特征

鄂爾多斯盆地陜北及渭北地區(qū)的油頁巖分布層位主要為中生界.

馬泉油頁巖形成于大型內(nèi)陸湖盆，其構(gòu)造活動(dòng)微弱，沉積物常以細(xì)碎巖屑為主，為湖成油頁巖.其位于三疊系銅川組頂部，主要出露于區(qū)內(nèi)溝谷及半山腰，巖性為棕黑色、灰黑色粉砂質(zhì)泥巖或頁巖，具垂直節(jié)理，裂隙被方解石、黃鐵礦薄膜充填，易風(fēng)化為薄層狀，夾數(shù)層灰黑色粉砂巖及細(xì)砂巖.

對(duì)該區(qū)28口鉆井鉆探、實(shí)驗(yàn)、地質(zhì)、測(cè)井等資料進(jìn)行綜合對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，馬泉地區(qū)油頁巖埋藏淺或裸露地表，向西北方向傾伏，傾角一般小于5°.共見油頁巖5層，自上而下編號(hào)依次為0、1上、1、2、3號(hào)油頁巖，主要目標(biāo)層為1號(hào)油頁巖.勘查區(qū)北部在MX7-1號(hào)鉆孔附近受后期沖刷影響無油頁巖礦層，勘查區(qū)東南部受后期剝蝕無油頁巖.區(qū)內(nèi)油頁巖累計(jì)厚度2.22～67.10m，單層最大厚度47.65m.根據(jù)測(cè)試資料，一般含油率1.52～7.70%，發(fā)熱量1245～1443卡/克，屬灰分含量高，低揮發(fā)分，高硫，高氟，高磷，特低氯，四級(jí)含砷，特低發(fā)熱量，弱結(jié)渣-中等結(jié)渣的低品級(jí)油頁巖(見表1).

表1 各油頁巖層特征表

3 測(cè)井系列的選擇

為了達(dá)到勘探目的，有效地解決地質(zhì)問題，從測(cè)井的“實(shí)用性”及“有效性”出發(fā)，經(jīng)過對(duì)鄰區(qū)馬莊油頁巖測(cè)井資料的分析總結(jié)，確定了本次最佳的測(cè)井方法系列.各測(cè)井方法參數(shù)如下：

①巖性測(cè)井系列：自然伽瑪(GR)，自然電位(SP)，井徑(CAL)，電測(cè)井.

②孔隙度測(cè)井系列：聲波時(shí)差(單收、雙收，AC)；密度測(cè)井(長、短源距伽瑪伽瑪ρ).

③電阻率測(cè)井：三側(cè)向電阻率測(cè)井(LL3).

④其他測(cè)井：井斜測(cè)井.

4 測(cè)井資料的應(yīng)用

4.1 油頁巖的測(cè)井響應(yīng)特征

油頁巖在區(qū)內(nèi)分布廣泛，其層位、厚度變化較大，各測(cè)井曲線在油頁巖層上異常特征明顯.其測(cè)井響應(yīng)特征為：三側(cè)向電阻率曲線起伏變化較大，相應(yīng)電阻率值為高值，在本次統(tǒng)計(jì)的見油頁巖孔中，相應(yīng)值為最高，為圍巖的2～4倍；自然伽瑪為高值，平均約為300API，比背景值高3～4倍；密度為中低值，曲線略低于砂巖幅值，變化較大，平均值約為2.02g/cm3;聲波時(shí)差曲線表現(xiàn)為鋸齒狀，呈高異常變化.

該區(qū)油頁巖層具有高三側(cè)向電阻率、高自然伽瑪、高聲波時(shí)差、低密度的“三高一低”的物性特點(diǎn)，與圍巖區(qū)別明顯，是識(shí)別該區(qū)油頁巖組合特征，見圖1.

濡化理論闡述了學(xué)習(xí)者對(duì)目的語文化的態(tài)度,以及此態(tài)度對(duì)學(xué)習(xí)效果的影響。濡化理論是美國人舒曼在1978年提出的,此后舒曼又對(duì)該理論進(jìn)行過多次補(bǔ)充[3]。濡化是指學(xué)習(xí)者與目的語群體的社會(huì)融合和心理融合。舒曼認(rèn)為,學(xué)習(xí)者的第二語言習(xí)得程度取決于其濡化程度。在舒曼的模式中，濡化程度是語言習(xí)得的決定性因素。舒曼認(rèn)為較好的濡化者在心理上對(duì)目的語群體保持開放態(tài)度，在社會(huì)生活方面能夠融合于目的語群體，或者甚至放棄了母語群體的生活方式和價(jià)值觀，并以目的語群體的生活方式和價(jià)值觀取而代之。該理論強(qiáng)調(diào)了在二語學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者深入學(xué)習(xí)目的語生活方式和價(jià)值觀的重要性。

圖1 油頁巖測(cè)井曲線特征圖

4.2 應(yīng)用測(cè)井資料劃分地層

本地區(qū)發(fā)育第四系上更新統(tǒng)馬蘭組(Q3m)與三疊系中統(tǒng)銅川(T2t)地層.

黃土層在勘查區(qū)內(nèi)分布較廣泛，厚度變化不大.三側(cè)向電阻率為低值，曲線平緩；自然伽瑪曲線略高于下伏地層；而密度曲線略低于下伏地層，曲線變化不大，見圖1.

4.3 測(cè)井曲線組合形態(tài)對(duì)比分析

油頁巖層測(cè)井曲線對(duì)比，對(duì)區(qū)內(nèi)28個(gè)鉆孔進(jìn)行對(duì)比，采用按勘探線進(jìn)行鉆孔對(duì)比分析.

本區(qū)油頁巖測(cè)井曲線特征明顯，三側(cè)向電阻率值較高，呈山鋒狀高低起伏；自然伽瑪曲線呈高異常反應(yīng)，其值為全孔最高；密度曲線呈低凹狀.三條曲線呈“二高一低”的組合特征，這一特征是本區(qū)油頁巖層在全孔剖面中唯一的組合特征，根據(jù)這一組合特征對(duì)油頁巖的解釋劃分是準(zhǔn)確、可靠的.

該層油頁巖位于銅川組頂部，本區(qū)大部分布，蓋層厚度以MP1-2(蓋層厚度135.20m)號(hào)孔為中心在勘查區(qū)中部以MP1-2、MX3-2、MX7-2、MX9-1構(gòu)成一線向四周逐漸變薄.

本區(qū)北部剝蝕，東南部剝蝕，MX1-2與MP1-3號(hào)鉆孔附近受古地形影響未沉積油頁巖層，地層傾向北西，傾角3～5°，構(gòu)造簡單.

4.4 水文測(cè)井的應(yīng)用

本區(qū)應(yīng)用鹽擴(kuò)散法進(jìn)行水文測(cè)井，確定含水層,水的補(bǔ)給方向及判斷淡水或咸水[3].利用三側(cè)向電阻率、自然伽瑪、密度、聲波時(shí)差曲線劃分地層巖性，利用鹽化后的井液電阻率測(cè)井曲線進(jìn)行解釋，并確定了含水層之間的補(bǔ)給關(guān)系，計(jì)算出含水層的補(bǔ)給速度、補(bǔ)給量.

根據(jù)井液電阻率曲線分析，本孔存在兩層或兩層以上含水層，其中上部含水層位于63.05～72.20m，厚9.15m；下部含水層由于井液電阻率曲線的反應(yīng)情況無法準(zhǔn)確劃分深厚度，但可以準(zhǔn)確計(jì)算其補(bǔ)給關(guān)系.含水層補(bǔ)給關(guān)系為上部含水層向下部含水層縱向補(bǔ)給，補(bǔ)給速度V約為1.05m/h.本鉆孔半徑r為59mm，經(jīng)計(jì)算補(bǔ)給量Q補(bǔ)為0.0114m3/h，見圖2.

補(bǔ)給量計(jì)算公式如下：

Q補(bǔ)=πr2V

Q補(bǔ)為補(bǔ)給量，單位m3/h；r為鉆孔半徑，單位m；V為補(bǔ)給速度，單位m/h.

圖2 水文測(cè)井曲線圖

4.5 分析巖石力學(xué)性質(zhì)

利用聲波時(shí)差、密度及井徑等測(cè)井參數(shù)，按照虎克定律計(jì)算出油頁巖頂、底板巖石物理力學(xué)的各種參數(shù)，為建礦提供參考.

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該區(qū)油頁巖強(qiáng)度指數(shù)平均值都小于30MPa，波松比平均值約為0.31，屬軟質(zhì)巖石.油頁巖頂、底板巖性多為細(xì)粉砂巖、泥巖，強(qiáng)度指數(shù)小于30MPa，屬軟弱巖層.建議在開采過程中引起足夠重視.

4.6 有益礦產(chǎn)分析

本區(qū)油頁巖自然伽瑪測(cè)井曲線異常幅值較高.銅川組自然伽瑪基值約為94API，油頁巖層上天然放射性平均值基本一般為200～300API，超出此地區(qū)基值天然放射性平均強(qiáng)度2～3倍.其中，最大值為1090.63API(MX0-1號(hào)鉆孔),深度為41.15～41.70m，厚度為0.55m，超出此地區(qū)基值20多倍.

馬泉三疊系銅川組油頁巖屬于湖相沉積.晚三疊系時(shí)期，鄂爾多斯盆地沉積體系豐富，北部主要發(fā)育沉積平原、辮狀河流相，中部以分流河道亞相為主，南部以淺湖-深湖亞相為主，是該期沉積中心.三疊系高自然伽瑪異常特征與該期沉積特征關(guān)系密切，異常最高處對(duì)應(yīng)沉積中心[5].對(duì)區(qū)內(nèi)油頁巖樣品進(jìn)行微量元素分析，發(fā)現(xiàn)微量元素Ge、Ga、U.在開采過程中，油頁巖目前沒有統(tǒng)一的工業(yè)指標(biāo).參照《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(cè)》(2014修訂本)，結(jié)合本礦區(qū)初步設(shè)計(jì)為露天開采，油頁巖主要用于煉油，確定本區(qū)油頁巖工業(yè)指標(biāo)為最低可采厚度1m.

表2 稀散元素測(cè)試成果表

從表2可知，0號(hào)油頁巖中鍺的含量變化在1～2μg/g之間，平均為2μg/g；鎵的含量變化在13～26μg/g之間，平均為20μg/g，鈾的含量變化在5～32μg/g之間，平均為19μg/g;1上號(hào)油頁巖中鍺的含量為1μg/g；鎵的含量變化在10～25μg/g之間，平均為18μg/g，鈾的含量變化在6～37μg/g之間，平均為26μg/g.1號(hào)油頁巖中鍺的含量變化在1～2μg/g之間，平均為1μg/g；鎵的含量變化在11～31μg/g之間，平均為19μg/g，鈾的含量變化在4～38μg/g之間，平均為21μg/g.2號(hào)油頁巖中鍺的含量為1μg/g；鎵的含量變化在22～23μg/g之間，平均為22.6μg/g，鈾的含量變化在29～33μg/g之間，平均為30μg/g.3號(hào)油頁巖中鍺的含量為1μg/g；鎵的含量為23μg/g，鈾的含量為20μg/g.均不夠最低工業(yè)品位的要求.

5 結(jié)論

1)油頁巖在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為高三側(cè)向電阻率、高自然伽瑪、高聲波時(shí)差、低密度的組合特征，根據(jù)這一特征，可以定性識(shí)別油頁巖，并對(duì)油頁巖進(jìn)行定量識(shí)別，提供油頁巖深度、厚度及結(jié)構(gòu).

2)利用水文測(cè)井識(shí)別區(qū)內(nèi)含水層以及補(bǔ)給關(guān)系，聲波時(shí)差測(cè)井判斷巖石軟弱性，放射性測(cè)井對(duì)區(qū)內(nèi)其他有益礦產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)分析，為進(jìn)一步礦井建設(shè)提供相應(yīng)依據(jù)，取得一定的地質(zhì)效果.

[1] 趙軍龍.測(cè)井方法原理[M].西安：陜西人民教育出版社,2008，8.

[2] 劉寶珺，曾允孚.巖相古地理基礎(chǔ)和工作方法[M].北京：地質(zhì)出版社,1985，5.

[3] 遲義賓，荊永渠，孫瑞剛.鹽擴(kuò)散法水文測(cè)井在焦家金礦床深部詳查中的應(yīng)用[J].山東國土資源,2010,26(10):40-43.

[4] 李玉宏，姚志剛，張慧元，等.陜西銅川地區(qū)油頁巖含油率測(cè)井評(píng)價(jià)方法[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012,32(5)：591-597.

[5] 譚成仟，劉池陽，趙軍龍，等.鄂爾多斯盆地高自然伽瑪值異常特征及主控因素研究[J].石油地球物理勘探，2007,42(1)：50-58.

[責(zé)任編輯 仲 圓]

Application of the Well Logging Technology andIts Measurement Data of Oil Shale in Maquan Area

CAO Ya-e1，2, ZHANG Yu2

(1.School of Earth Science and Engineering,Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065, China;2. The No.194Coalfield and Geology Company Limited in Shaanxi Province, Tongchuan 727000, China)

The oil shale in Maquan area has the logging response characteristics of “three high and one low” such as the middle and high three lateral resistivity, high natural gamma, high acoustic time difference, low and medium density. The oil shale is qualitatively and quantitatively interpreted and the stratum is divided and compared by using of the conventional well logging curve. The aquifer is interpreted and the supply speed and recharge of aquifer are calculated by using of the logging curve. The mechanical properties of rock are calculated and the weakness of rock is evaluated by using of the logging parameters such as the time difference, density and well diameter, and the radioactive anomaly of the oil shale in Maquan area is analyzed. The well logging technology and its application have achieved good geological results in Maquan area.

oil shale; logging parameters; stratigraphic correlation; natural gamma anomaly

1008-5564(2016)05-0077-05

2016-04-10

曹亞娥(1985—)，女，陜西銅川人，西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生，陜西省194煤田地質(zhì)有限公司物探工程師，主要從事煤田測(cè)井研究.

P168.12

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