引言

随着能源需求形势变化，油页岩作为一种非常规能源，其资源开发被提高到了新的战略高度。鄂尔多斯盆地是中国重要的非常规能源基地，具有巨大资源勘探潜力^[1]。铜川地区位于鄂尔多斯盆地南缘，是晚三叠世延长期沉积中心的南部。该区油页岩形成于中生代湖相沉积环境，分布范围广泛。受沉积相制约，油页岩矿层产状平缓，层位相对稳定，因此一般具有较大的规模。其中，三叠系延长组第二岩性段（T₃y²）上部油页岩层厚度大，含油率高，可形成大型—特大型油页岩矿床^[2]。该岩性段以中厚层状长石粉砂岩与泥岩互层为主，油页岩赋存于该岩性段顶部。测井结果显示，油页岩地层具有高电阻率特征，其他如砂岩、粉砂岩和泥岩则电阻率值较低，这是电阻率法评价油页岩资源地球物理前提。

1 鄂尔多斯盆地油页岩地质概况

鄂尔多斯盆地位于华北地台的西部，是多旋回演化、多沉积类型的大型盆地^[3-4]。在三叠世经历了湖盆形成、发展与消亡等3个演化过程，在晚三叠世中—晚期构造运动强烈^[5]，特别是在盆地边缘，碎屑物沉积作用强烈^[6-8]。鄂尔多斯盆地南缘油页岩主要分布在三叠系延长组（T₃y）和侏罗系安定组、延安组，其中三叠系延长组的长7、长9、长1油组是油页岩发育的主要层段（图 1）。地层产状平缓，总体位于向北西西向微倾的单斜构造上。受岩相古地理环境控制，湖相沉积形成的油页岩广泛发育，在成矿空间上，油页岩展布又严格受基底差异运动形成的构造拗陷盆地所控制。

长7期是湖盆发育的鼎盛时期，也是形成油页岩矿床的主要时期。受沉积相控制，长7期湖盆面积最大，基本覆盖了整个盆地。研究区西北的吴旗—庆阳湖盆中心地区，深湖相油页岩一般20~30 m，最厚处可达40 m；陕北东部浅湖区，油页岩厚度一般小于10 m^[9]。研究表明，研究区铜川地区靠近湖盆中心，主要为浅湖—半深湖区^[10]，油页岩厚度较大（厚度一般在10~20 m），含油率较高。

延长组长7油组为典型的致密砂岩储层，粒度细，填隙物含量高，物性差^[11-12]。研究区主要为长7亚组，岩性为细砂岩、砂质泥岩、中厚层状粉砂岩。区内收集到石油钻井多在三叠系延长组中、下部完钻，更老的地层出露于盆地周边。

根据大量钻井及野外踏勘，可将鄂尔多斯盆地内侏罗系、三叠系含油地层分布及形成条件归纳于表 1中。

2 油页岩地层电性特征

油页岩矿区以沉积岩为主，从全国有代表性的油页岩矿区采集岩石标本测定（表 2）^[13]表明，黏土、泥岩的电阻率最低，均值小于100 Ω·m，富含有机质的油页岩电阻率均值大于700 Ω·m，其他岩石如砂岩、粉砂岩电阻率为200~600 Ω·m^[3]。

铜川—地区第四系覆盖广泛，出露地层以三叠系延长组和纸坊组砂岩为主。主要岩性为砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩粉砂质泥岩，页岩炭质页岩、沥青质页岩、油页岩。不同地层电性参数统计见表 3。

泥岩、泥岩和细砂岩互层电阻率最低，均值为18.00~20.00 Ω·m，砂岩及粉砂岩电阻率一般不超过100.00 Ω·m，油页岩电阻率最高，数值上幅值变化大，均值为420.00 Ω·m。

3 油页岩电阻率测深断面分析 3.1 研究区域与勘查方法选择

研究区选择在铜川地区焦坪镇附近。试验剖面位于前烈桥—红柳沟ZK01两侧（图 2，剖面编号I）。资料显示^[14-17]，该带出露地层以三叠系上统第延长组二—第四岩性段砂岩为主，北东向褶皱和断裂发育。试验段油页岩钻探揭示，油页岩顶板埋深252 m，厚度21 m，顶部为一套浅灰色粉砂岩、细砂岩，局部夹薄层泥岩。地表为第四系覆盖，通视条件好，适合方法开展。电阻率测深选择直流激电测深和瞬变电磁测深两种方法，观测装置为对称四极和中心回线。

3.2 电阻率断面特征分析

瞬变电磁通过特定时间段内的连续观测，获取地下不同深度的电性信息，推断电性结构与地层、岩相变化等地质模型^[18-20]。从获取参数意义上讲，瞬变电磁和激电测深方法均为电阻率测深。

试验段的两种测深方法对比分析（图 3）表明，瞬变电磁和激电测深获得的电阻率断面变化趋势基本相同。纵向上随着深度增加，瞬变电磁电阻率断面有高—低—高变化特征，浅部0~150 m为高阻层，电阻率值为38~42 Ω·m；中间200~300 m为低阻层，形态上向北西侧伏，电阻率值为26~32 Ω·m；深部有两个高阻隆起，分别位于2 400点和3 400点附近；电阻率测深断面呈现两个电性层，浅部为低阻层，为30~40 Ω·m，深度在0~200 m附近，深部为高阻，电阻率梯度变化带位于200 m附近，两个高阻隆起异常分别位于2 600和3 400附近。不同之处是瞬变电磁断面浅部低阻带拉长，深度下延到300~400 m一带，其原因是瞬变电磁观测衰减二次场的感应信号，有低阻阴影效应。

已终孔钻井位于延长组第三岩性段，测井资料（表 4）揭示，该段属于延长组第三段长7岩性段。油页岩上部灰黑色泥岩和页岩发育，细砂岩、粉砂岩等泥质成分较多，电阻率值不大于100 Ω·m，均值在40 Ω·m左右，具有较低电阻率特征。油页岩层页岩富含动植物化石，有机质丰度高，是该区最重要的生油层。在测井曲线上的高自然伽马、高声波时差、高电阻率、低密度的“三高一低”特征极易划分，沉积厚度30~50 m左右^[2]。对比测井资料，油页岩层位于电性断面梯度带上。

为了进一步对电阻率断面进行分析，根据钻井资料构建了油页岩地层一维地电模型，并对该模型进行了正演计算和反演拟合。

根据录井岩性和测井数据，可构建6层水平层状模型。该模型正演测深曲线和实测测深数据反演模型见图 4。

孔旁对称四极测深最大供电极距AB为2 000.0 m（实测数据见表 5）。正演计算（图 4a，图 4c）表明，浅部理论计算测深数值较为接近，正演曲线近似水平直线，AB/2大于200.0 m以后出现洼陷，类型上为H型。实测曲线形态上由浅到深出现先抑后扬，AB/2大于100.0 m后实测电阻率值缓慢抬升，R_s最大值接近100.0 Ω·m，曲线类型为H型。

为了提高拟合精度，按供电极距大小，将测深数据分为浅部和深部两段分别进行拟合，分段极距为AB/2=0~100.0 m、AB/2=50.0~1 000.0 m，拟合精度分别达到4.4%、6.9%。反演计算结果（图 4b，图 4d）显示，拟合电性断面为二层地电模型，0~255 m等效电阻率为63 Ω·m，大于255 m深部为高阻，计算电阻率>260 Ω·m。浅部为黏土和砂岩风化界面，电阻率值在47~21 Ω·m。

孔旁测深正演计算和反演拟合表明，薄层高阻的油页岩在反演拟合时等效模型为中等电阻率。

4 勘查实例

根据孔旁测深得到的结论，在研究区部署了两条测深剖面（图 2，编号Ⅰ、Ⅱ）。其中Ⅰ号剖面位于前烈桥—红柳沟一带，是在试验剖面（ZK01附近）上向两端延伸，剖面总长5.2 km。Ⅱ号剖面位于哭泉镇—四郎庙一带，剖面总长11.3 km，走向北西向，与盆地南缘三叠世沉积地层走向相切，剖面南部有油页岩层出露地表。

前烈桥—红柳沟（Ⅰ）剖面电阻率测深断面反映，剖面浅部为低阻层，产状较平稳，深部整体为高阻。在剖面600~2 200点和3 600~5 200点，分别存在两处低阻凹陷，2 400~3 300点深部发现一向上隆起高阻异常（图 5）。

结合地质情况，认为剖面范围发育两个向斜、一个背斜构造，背斜核部位于高阻隆起位置。油页岩层位于电阻率梯度变化界面上，其展布形态随着背斜构造面起伏，背斜核部埋藏较浅，向斜核部埋藏较深，约500~700 m。

钻孔ZK02完钻深度500 m，钻遇油页岩深度162.7~191.1 m，与解释深度基本一致。

鄂尔多斯盆地南缘区域地质资料^[19]研究表明，该区地层产状平缓，局部背斜向斜构造发育，断裂发育。

哭泉镇—四郎庙（Ⅱ）剖面可控源音频大地电磁测深电阻率断面（图 6）反映，剖面南部地层电阻率较高，浅部为低阻且厚度较小。随着剖面向北西向延伸，低阻层逐渐增厚。下部为高阻层，并向北西向侧伏。电阻率由低—高变化带在剖面南部较浅，向北逐渐变深。根据Ⅰ号剖面试验结论，该梯度带即为油页岩层的赋存层位。10 500点附近深部有一高阻隆起，推测该处存在深部背斜构造，高阻异常北侧低阻“凹陷”可能为断裂引起。

油页岩层上部即长7¹⁺²岩性以泥岩、泥岩与砂岩互层为主。测井结果显示，其电性上为相对低阻，具浅湖相沉积特点。油页岩层下部即长8、长9油组，岩性以细砂岩、粉砂岩为主，有机质含量相对减少，测井曲线反映具高阻特征，地层形成于浅湖—半深湖相沉积环境。电阻率测深断面纵向上的这种变化特点，反映了油页岩沉积环境的变迁及形态。

钻孔ZK9完钻深度1 291 m，钻遇油页岩深度700~750 m，与推断深度基本吻合。

5 结论

（1）在成矿环境上，油页岩层处于浅湖相—半深湖相变迁特定地质时期，因有机质含量差异，电阻率断面在纵深上具有由低—高变化特征，在电性断面上形成易识别的梯度变化带，间接指示了油页岩层赋存层位。

（2）在有效勘探深度范围内，电阻率测深断面反映了地下不同电性特征的地质体展布形态，结合钻孔资料对比分析，可以达到油页岩勘查之目的。