趙文智，卞從勝，李永新，劉偉，董勁，王坤，曾旭

（1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院趙文智院士工作室，北京 100083；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249）

0 引言

按有機(jī)質(zhì)熱演化成熟度，陸相頁(yè)巖油可分為中高熟和中低熟兩大類(lèi)[1]。中高熟頁(yè)巖油的富集取決于頁(yè)巖內(nèi)部滯留烴的數(shù)量和品質(zhì)，這與有機(jī)質(zhì)熱成熟度、烴源巖排烴效率和頁(yè)巖頂?shù)装灞４鏃l件（亦稱(chēng)封閉性）密切相關(guān)。有機(jī)質(zhì)熱演化程度適中（一般淡水湖盆頁(yè)巖Ro值大于 0.9%，咸化湖盆頁(yè)巖Ro值大于 0.8%）、滯留烴數(shù)量（S1）大于2 mg/g（最佳大于4 mg/g）、氣油比（GOR值）大于80 m3/m3（最佳大于150 m3/m3）的層段，形成的中高熟頁(yè)巖油富集的經(jīng)濟(jì)性好[2]；中低熟頁(yè)巖油則與有機(jī)質(zhì)超量富集程度（TOC＞6%，最佳大于 8%）、未轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)占比以及有機(jī)質(zhì)超富頁(yè)巖段的連續(xù)分布規(guī)模有關(guān)。有機(jī)質(zhì)豐度越高、未轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)占比越大，在原位加熱條件下，向石油烴轉(zhuǎn)化的物質(zhì)基礎(chǔ)就越雄厚，產(chǎn)生“人造”石油烴（包括輕質(zhì)油和天然氣）的數(shù)量就越大，經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值就越高。

鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度（TOC）很高，主體為5%～25%，最高達(dá)38%，平均為13.8%，母質(zhì)類(lèi)型以Ⅰ—Ⅱ1型為主，Ro值主體為0.7%～1.2%，處于生油“液態(tài)窗”范圍內(nèi)。長(zhǎng)7段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖有利分布面積達(dá)4.3×104km2，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖最厚達(dá)60 m，平均厚16 m，具備形成中高熟和中低熟兩大類(lèi)頁(yè)巖油資源的有利條件[2-4]?？碧脚c研究表明[5-6]，上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段是鄂爾多斯盆地已發(fā)現(xiàn)和待發(fā)現(xiàn)石油儲(chǔ)量的主力烴源巖，在延長(zhǎng)組 4段—9段低孔低滲砂巖中聚集了大量石油儲(chǔ)量，截至2021年底，已探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量 72.08×108t。其中，與長(zhǎng) 7段主力烴源巖緊鄰的長(zhǎng)6段和長(zhǎng)8段發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量最多，探明儲(chǔ)量達(dá)42.27×108t，占總探明儲(chǔ)量的58.6%。此外，2021年又在緊鄰長(zhǎng)73亞段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的長(zhǎng)71—2亞段致密砂巖中發(fā)現(xiàn)了慶城大油田，探明儲(chǔ)量達(dá)10×108t，這些已聚集的石油儲(chǔ)量主要是從長(zhǎng) 7段主力烴源巖中排出的，其中長(zhǎng)73亞段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的貢獻(xiàn)最大。所以，排烴效率的高低對(duì)長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖中滯留烴數(shù)量、品質(zhì)與頁(yè)巖油的經(jīng)濟(jì)可采性影響很大，是中高熟頁(yè)巖油富集段優(yōu)選評(píng)價(jià)必須關(guān)注的問(wèn)題。

長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度很高，盡管已排出大量石油烴且形成了大規(guī)模的儲(chǔ)量，但如果有機(jī)質(zhì)向石油烴轉(zhuǎn)化的比例不高，頁(yè)巖中還有相當(dāng)多的未轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)，那么長(zhǎng) 73亞段頁(yè)巖依然具有巨大的通過(guò)原位加熱轉(zhuǎn)化方式、形成大量“人造”石油和天然氣的潛力，這就是業(yè)界所稱(chēng)的中低熟頁(yè)巖油，亦可稱(chēng)“地下煉油廠”[7]?？梢?jiàn)，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率高低也是頁(yè)巖油主富集類(lèi)型評(píng)價(jià)的重要控制因素。

此外，長(zhǎng)73亞段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖頂?shù)装宓谋４鏃l件對(duì)頁(yè)巖中已經(jīng)形成石油烴的排出、滯留烴數(shù)量與品質(zhì)，尤其是輕烴組份的保持具有重要作用，這是一個(gè)對(duì)頁(yè)巖油主富集類(lèi)型形成有重要控制作用且尚未充分研究和認(rèn)識(shí)的問(wèn)題。圍繞鄂爾多斯盆地長(zhǎng) 73亞段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的排烴效率，前人雖然已有較多研究[8-10]，但從決定頁(yè)巖油資源主富集類(lèi)型的角度去關(guān)注和評(píng)價(jià)則還較少。因此，本文對(duì)長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)生烴轉(zhuǎn)化率、已形成石油烴的排烴效率與頁(yè)巖頂?shù)装灞４鏃l件（封閉性）進(jìn)行分析研究，在此基礎(chǔ)上對(duì)長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖油主富集類(lèi)型進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期在勘探初期盡早判明頁(yè)巖油主要類(lèi)型，以減少探索成本。

1 長(zhǎng)73亞段泥頁(yè)巖基本地球化學(xué)特征

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段沉積期發(fā)育了一套以半深湖—深湖相黑色頁(yè)巖、泥巖為主的沉積組合，湖盆中心主體呈北西—南東向展布（見(jiàn)圖1a），面積達(dá)6.5×104km2，具有分布面積廣、厚度大且分布穩(wěn)定的特點(diǎn)。長(zhǎng)73亞段發(fā)育黑色頁(yè)巖和暗色泥巖兩類(lèi)烴源巖[4,11]，二者在有機(jī)質(zhì)豐度、母質(zhì)類(lèi)型與巖石組構(gòu)特征等方面差異明顯，決定二者在頁(yè)巖油資源形成中的地位不同。其中，長(zhǎng)73亞段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖頁(yè)理發(fā)育[12]，有機(jī)質(zhì)豐度更高，TOC值分布范圍為 5.1%～38.4%，平均值為 13.8%，母質(zhì)類(lèi)型主體是Ⅰ—Ⅱ1型；S1值為1.5～15.6 mg/g，平均值為5.6 mg/g，S2值為8.9～128.4 mg/g，平均值為54.7 mg/g，氫指數(shù)（HI）分布范圍為130～707 mg/g，平均值為356 mg/g，Ro值主要分布于0.7%～1.2%，處于生油高峰階段。從地球化學(xué)指標(biāo)看，長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖具備形成陸相中高熟頁(yè)巖油的基本條件，而同層段發(fā)育的暗色泥巖，有機(jī)質(zhì)豐度偏低，TOC值總體為2%～5%，平均為 3.75%，母質(zhì)類(lèi)型以Ⅱ1—Ⅱ2型為主，S1值為 1～4 mg/g，平均為2.2 mg/g，S2值為4～20 mg/g，平均為 9.5 mg/g，HI平均值為 300 mg/g，發(fā)育塊狀層理。綜合來(lái)看，暗色泥巖的有機(jī)質(zhì)豐度、類(lèi)型及滯留烴數(shù)量與未轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)所占比例都不如黑色頁(yè)巖，加之頁(yè)理不發(fā)育，不論對(duì)中高熟頁(yè)巖油富集還是中低熟頁(yè)巖油形成，都不是頁(yè)巖油資源形成的最佳巖性[13]。此外，與長(zhǎng)71—2亞段頁(yè)巖油不同的是，長(zhǎng)73亞段主體為富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，砂巖或粉砂巖等不發(fā)育，頁(yè)巖油的源巖和儲(chǔ)集層均為同一套黑色頁(yè)巖，具有原位留滯的特征，筆者將這一類(lèi)源儲(chǔ)一體、且均為富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的頁(yè)巖油稱(chēng)為純正型頁(yè)巖油[2]。

圖1 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布[4]（a）與綜合柱狀圖（b）

長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)豐度、母質(zhì)類(lèi)型與滯留烴含量在鄂爾多斯盆地不同地區(qū)分布具有較大差異（見(jiàn)表 1、圖 2）?？傮w看，TOC、S1指標(biāo)均具有向南由低變高趨勢(shì)，而HI值則呈南北高、中部偏低的特征；母質(zhì)類(lèi)型南北兩地以Ⅰ型和Ⅱ1型為主，中部地區(qū)母質(zhì)以Ⅱ1型為主。熱演化程度在不同地區(qū)也有一定差異，盆地東北和西南部Ro值普遍低于 0.7%，而中部大部分地區(qū)Ro值分布在0.7%～1.2%[14-15]。

圖2 鄂爾多斯盆地不同地區(qū)長(zhǎng)73亞段HI與Tmax相關(guān)關(guān)系圖

表1 鄂爾多斯盆地不同地區(qū)長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖地球化學(xué)特征與礦物組成對(duì)比表

2 長(zhǎng)73亞段泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)生烴轉(zhuǎn)化率

有機(jī)質(zhì)生烴轉(zhuǎn)化效率（簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)化率）是衡量頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)在熱成熟過(guò)程中向石油烴轉(zhuǎn)化的比例，其含義是指已轉(zhuǎn)化為石油烴的有機(jī)質(zhì)數(shù)量占有機(jī)質(zhì)總量的百分比，也可以用已生成的石油烴數(shù)量占烴源巖總生烴量的比例來(lái)表示[16]。通常情況下，熱成熟度越高，傾油型有機(jī)組分占比越大，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率就越高，剩余未轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)就越少，反之亦然。由于發(fā)生了熱降解轉(zhuǎn)化的原始有機(jī)質(zhì)總量難以準(zhǔn)確恢復(fù)，通常使用有機(jī)質(zhì)已生成的油氣數(shù)量占有機(jī)質(zhì)完全轉(zhuǎn)化后生成油氣總量之比來(lái)代表有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，或者用當(dāng)前成熟度條件下的生烴潛量（S2）除以原始生烴潛量（S）來(lái)計(jì)算。本文利用物質(zhì)平衡法計(jì)算轉(zhuǎn)化率，該方法考慮了有機(jī)質(zhì)中不可轉(zhuǎn)化碳部分，利用失重校正因子對(duì)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行修正，以使計(jì)算結(jié)果更為客觀[17-19]，公式經(jīng)過(guò)推導(dǎo)后表達(dá)為：

通過(guò)獲取露頭和井下不同成熟度的熱解數(shù)據(jù)，可建立長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)氫指數(shù)與最高熱解溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系（見(jiàn)圖2），從而獲得Ⅰ型和Ⅱ1型有機(jī)質(zhì)原始?xì)渲笖?shù)（HI0），以及其對(duì)應(yīng)的δpi0值，然后將取值代入（1）式便可計(jì)算長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。其中，露頭樣品取自銅川地區(qū)低熟頁(yè)巖（見(jiàn)表 1），其Ro值為0.46%～0.56%，HI0的取值考慮了不同類(lèi)型有機(jī)質(zhì)的差異性，其中Ⅰ型HI0有機(jī)質(zhì)綜合取值為820 mg/g，δpi0取值 0.03；Ⅱ1型HI0取值為 591 mg/g，δpi0取值 0.06。

利用上述公式對(duì)來(lái)自鄂爾多斯盆地北部G135井、中部C96井和南部Z75井等長(zhǎng)73亞段全取心段進(jìn)行有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率計(jì)算，并示于圖3。為保證各井計(jì)算結(jié)果具有代表性，每口井的數(shù)據(jù)點(diǎn)均控制在33～36個(gè)，并按0.5～1.0 m間距取樣，共用106個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。總體看，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率變化范圍較寬，為 20%～80%，在低熟—液態(tài)窗階段，轉(zhuǎn)化率隨成熟度增加而快速增長(zhǎng)，進(jìn)入高成熟階段（Tmax＞455 ℃，對(duì)應(yīng)Ro＞1.0%）轉(zhuǎn)化率增速減緩。其中低熟階段（Tmax＜440 ℃，對(duì)應(yīng)Ro＜0.7%）有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率低，主體為20%～40%，平均為30%；在液態(tài)窗階段，轉(zhuǎn)化率變化較大，主體在 25%～65%，平均為 45%。從地區(qū)分布看，北部吳起地區(qū)Ro值為0.75%～0.90%，轉(zhuǎn)化率平均為 41%；中部華池—慶城地區(qū)Ro值較高，主體為 0.8%～1.1%，轉(zhuǎn)化率平均為65%；南部合水—正寧地區(qū)Ro值為0.65%～0.80%，轉(zhuǎn)化率平均為 35.3%。由于南部地區(qū)頁(yè)巖厚度大（平均為20～25 m），有機(jī)質(zhì)豐度高（平均為15.3%），分布面積大，頁(yè)巖體積占比高。因此，長(zhǎng) 73亞段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)的Ro值平均為0.7%～0.9%，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率總體低于45%。表明長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖中還有大于50%的有機(jī)質(zhì)尚未轉(zhuǎn)化為油氣，多以固—半固相狀態(tài)存在于頁(yè)巖層中，說(shuō)明長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖地下原位改質(zhì)形成“人造”油氣的潛力相當(dāng)大，值得頁(yè)巖油主富集類(lèi)型與潛力評(píng)價(jià)高度重視。

圖3 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)73亞段泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率與Tmax相關(guān)關(guān)系圖

3 長(zhǎng)73亞段泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)排烴效率

排烴效率（E）既是衡量油氣從烴源巖中排出能力的指標(biāo)，也是反映烴源巖中有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化能力的評(píng)價(jià)參數(shù)[9,20-21]。決定烴源巖有機(jī)質(zhì)排烴效率的因素既有母質(zhì)類(lèi)型、豐度與熱成熟度，也有烴源巖和儲(chǔ)集層組合結(jié)構(gòu)與烴源巖頂?shù)装灞４鏃l件的作用。排烴效率的高低直接影響烴源巖中滯留烴的數(shù)量，在其他條件相同情況下，排烴效率越低，滯留石油烴數(shù)量就越大，頁(yè)巖油的資源潛力就大[22-24]，是頁(yè)巖油“甜點(diǎn)”富集區(qū)/段評(píng)價(jià)關(guān)注的重要內(nèi)容。

不同學(xué)者對(duì)排烴效率的理解與計(jì)算方式存在差異[8-9,15,25-30]，陳建平等[9]基于實(shí)驗(yàn)室常規(guī)熱解分析數(shù)據(jù)，用物質(zhì)平衡法對(duì)中國(guó)多個(gè)沉積盆地主力烴源巖的生烴潛力與排烴效率作了計(jì)算，并用累計(jì)排烴效率（El）和相對(duì)排烴效率（Ex）來(lái)表述烴源巖的生排烴特征。其中，累計(jì)排烴效率是指烴源巖的累計(jì)排烴總量與總生烴潛量的比值，對(duì)烴源巖中滯留烴數(shù)量與剩余生烴潛力評(píng)價(jià)有重要意義；相對(duì)排烴效率是指烴源巖的累計(jì)排烴總量與當(dāng)前成熟度條件下已生成石油烴總量的比值，對(duì)評(píng)價(jià)已形成石油烴的成藏貢獻(xiàn)有重要意義。

據(jù)陳建平等[9]計(jì)算，中國(guó)主要湖相Ⅰ—Ⅱ型有機(jī)質(zhì)在Ro值為 0.9%～1.0%階段（包括鄂爾多斯盆地長(zhǎng) 7段烴源巖），累計(jì)排烴效率為50%～60%，相對(duì)排烴效率為60%～90%（見(jiàn)表2），Ro＞1.3%時(shí)，累計(jì)排烴效率達(dá) 80%，相對(duì)效率大于 90%，計(jì)算結(jié)果偏高。導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏高的原因主要是未對(duì)散失烴量進(jìn)行恢復(fù)。筆者通過(guò)對(duì)長(zhǎng) 73亞段頁(yè)巖熱解氣相色譜（PY-GC）結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖中含有較多的C2—8輕烴組分，錢(qián)門(mén)輝等[31]通過(guò)頁(yè)巖巖心放置實(shí)驗(yàn)證實(shí)，C14-組分在半年內(nèi)會(huì)發(fā)生顯著散失，散失量可達(dá) 30%～80%，且隨時(shí)間增加散失量進(jìn)一步增大。

表2 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖排烴效率研究成果統(tǒng)計(jì)表

張文正等[8]利用模擬實(shí)驗(yàn)法計(jì)算了長(zhǎng) 7段頁(yè)巖的累計(jì)排烴效率，認(rèn)為富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖（TOC＞10%）的累計(jì)排烴效率平均可達(dá) 80%。雖然模擬實(shí)驗(yàn)法可直接獲得烴源巖的生、排烴量，從而可直接計(jì)算排烴效率，但實(shí)驗(yàn)的高溫條件會(huì)產(chǎn)生蒸發(fā)效應(yīng)，使地層條件下通常處于液相的烴組分變成氣相，這種相態(tài)的變化會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的排烴效率偏大。

郭凱等[28]利用生烴潛力指數(shù)法計(jì)算了長(zhǎng) 7段頁(yè)巖的排烴效率，該方法主要依據(jù)不同演化程度的生烴潛力指數(shù)（（S1+S2）/TOC）變化趨勢(shì)，來(lái)分析烴源巖排烴門(mén)限和排烴量，認(rèn)為長(zhǎng) 7段頁(yè)巖的平均排烴效率為60%。該方法同樣未考慮S1輕烴散失問(wèn)題，且在不同井點(diǎn)和深度點(diǎn)獲得的頁(yè)巖樣品存在母質(zhì)類(lèi)型和熱成熟度差異，未做歸一化處理，所以排烴效率的計(jì)算結(jié)果只能反映大致變化趨勢(shì)[32]。

本文選用物質(zhì)平衡法計(jì)算長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖的排烴效率，主要基于兩點(diǎn)考慮：①該方法使用巖石熱解參數(shù)，容易獲取；②該方法可以計(jì)算每個(gè)取樣點(diǎn)的排烴效率，能較好地解決不同地質(zhì)條件下頁(yè)巖排烴效率的差異問(wèn)題，消除橫向計(jì)算誤差。按照上文提到的排烴效率定義，累積排烴效率和相對(duì)排烴效率的計(jì)算需要明確 3個(gè)主要參數(shù)：原始生烴潛量（S）、滯留烴量（S1*）與殘余生烴量（S2），而烴源巖現(xiàn)今已生烴量和排出烴量可以通過(guò)這3個(gè)參數(shù)計(jì)算求得。求準(zhǔn)這3個(gè)參數(shù)是準(zhǔn)確獲得排烴效率的關(guān)鍵，其中S和S2可以通過(guò)巖石熱解獲得，而滯留烴量（S1*）則需要在巖石熱解基礎(chǔ)上恢復(fù)散失烴量求得。

為了獲得地層條件的滯留烴量，本次研究選擇合水北部一口長(zhǎng) 73亞段密閉取心井，該井Ro值平均為0.9%，代表了本區(qū)平均熱演化程度。為了減少巖心樣品取出、放置和粉碎過(guò)程中的烴損失量，巖心出井后用-196 ℃液氮冷凍運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室，并用5 ℃的低溫密閉粉碎儀進(jìn)行碎樣，同時(shí)檢測(cè)氣態(tài)烴（Sg）值，碎樣后開(kāi)展多溫階熱解，分別設(shè)置90，200，300 ℃共3個(gè)溫度點(diǎn)測(cè)量易揮發(fā)烴量（S0）、輕烴量（S1-1）、中質(zhì)烴量（S1-2）值，最后把這4個(gè)值相加得到滯留烴量S1*值（見(jiàn)圖4a）。

把用上述方法獲得的滯留烴量S1*與常規(guī)取心放置一段時(shí)間的普通熱解S1值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)本文所使用方法測(cè)量的滯留烴量是常規(guī)熱解方法獲得數(shù)據(jù)的1.5～4.0倍，且烴散失量隨有機(jī)質(zhì)豐度增大而增加。對(duì)于TOC＜5%的頁(yè)巖，本文計(jì)算結(jié)果與常規(guī)熱解方法計(jì)算結(jié)果相近，烴散失量為常規(guī)熱解數(shù)值的0.5倍，而對(duì)于TOC＞10%的頁(yè)巖，烴散失量最高可達(dá)常規(guī)熱解數(shù)值的2.5倍，達(dá)5～15 mg/g，與長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖平均TOC（13.8%）對(duì)應(yīng)的地層條件下的滯留烴量達(dá)13.3 mg/g，這部分損失量對(duì)排烴量和排烴效率的計(jì)算具有較大影響（見(jiàn)圖4a）。

為恢復(fù)普通熱解分析的烴損失量，綜合考慮有機(jī)質(zhì)豐度影響，建立了頁(yè)巖殘余生烴量S2與滯留烴量S1*的線性關(guān)系（見(jiàn)圖4b），相關(guān)系數(shù)達(dá)0.89。利用該關(guān)系式可計(jì)算成熟度相近的其他井頁(yè)巖的原始滯留烴量。

圖4 長(zhǎng)73亞段泥頁(yè)巖密閉取心樣品與常規(guī)分析樣品相關(guān)熱解數(shù)據(jù)與TOC和S2相關(guān)關(guān)系

根據(jù)長(zhǎng)73亞段深湖區(qū)泥頁(yè)巖熱演化狀態(tài)，選擇有代表性的長(zhǎng)73亞段全取心的G135井和C96井，利用下面的（2）式和（3）式對(duì)長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖的排烴效率進(jìn)行計(jì)算，為了避免有機(jī)質(zhì)豐度對(duì)排烴效率計(jì)算的影響，同時(shí)也能更好地反映有機(jī)質(zhì)類(lèi)型在排烴中的作用，文中用單位有機(jī)碳的生烴潛量來(lái)計(jì)算排烴效率[9-10,21]，結(jié)果示于圖5。

圖5 長(zhǎng)73亞段泥頁(yè)巖累計(jì)與相對(duì)排烴效率直方圖

式中Qp為排出烴量，Qs為生烴量。計(jì)算表明，鄂爾多斯盆地長(zhǎng) 73亞段泥頁(yè)巖的累計(jì)排烴效率總體較低，主體分布在10%～40%，平均為27.5%；相對(duì)排烴效率總體較高，主要分布在 40%～80%，平均為 60%（見(jiàn)圖5）。與前人已報(bào)道的的計(jì)算結(jié)果相比，此次計(jì)算的排烴效率比較低，這是由于新方法把散失烴量計(jì)入在內(nèi)，對(duì)地層中實(shí)際滯留烴量計(jì)算更客觀，故排烴效率自然就降低，這一結(jié)果與前述的長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低的認(rèn)識(shí)相吻合。

4 長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖保存條件在滯留烴數(shù)量與品質(zhì)保持中的作用

如前述，長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖的累計(jì)排烴效率平均不足30%；有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化率平均低于 50%，這說(shuō)明有總量大于 70%的原始有機(jī)質(zhì)（包括未轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)和已轉(zhuǎn)化的滯留烴）仍留在源巖內(nèi)部。由于長(zhǎng) 73亞段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度很高（TOC值平均大于13.8%），所以留在地層中的有機(jī)質(zhì)總量十分巨大，如果能找到地下原位轉(zhuǎn)化開(kāi)采方式，其形成“人造”石油烴的數(shù)量十分巨大。從長(zhǎng) 73亞段頁(yè)巖的相對(duì)排烴效率看，本文計(jì)算結(jié)果是40%～80%，平均為60%，烴源巖內(nèi)部滯留烴數(shù)量可達(dá)已生烴量的 40%。因此，如果滯留烴現(xiàn)今都留在源巖內(nèi)部，那形成中高熟頁(yè)巖油的潛力也不可低估。實(shí)際上，決定源巖內(nèi)部滯留烴可采性的因素不僅僅是滯留烴數(shù)量，還與滯留烴品質(zhì)與賦存狀態(tài)有很大關(guān)系。

烴源巖與儲(chǔ)集層構(gòu)成的巖性組合對(duì)于排烴效率具有重要控制作用，同樣對(duì)滯留烴品質(zhì)（主要是輕、中組分烴留滯數(shù)量）也有重要影響。純頁(yè)巖地層孔滲性差，排烴通道不暢[33]，尤其是厚層頁(yè)巖中部的排烴效率會(huì)更低，如盆地北部 G135井的長(zhǎng) 73亞段中下段的1 819～1 826 m與1 835～1 844 m兩段頁(yè)巖，厚度較大（大于7 m），累計(jì)排烴效率僅15%～25%，相對(duì)排烴效率也僅有40%～55%（見(jiàn)圖6）。而該井長(zhǎng)73亞段中段1 825～1 833 m頁(yè)巖段與粉砂巖呈互層發(fā)育，累計(jì)排烴效率為30%～40%，相對(duì)效率為50%～75%，比純頁(yè)巖高出15%～20%。很多其他學(xué)者的研究結(jié)果也有這樣的認(rèn)識(shí)，如李明誠(chéng)[34]通過(guò)對(duì)黃驊坳陷古近系湖相泥巖的排烴進(jìn)行了研究，認(rèn)為湖相厚層泥巖不利于排烴，排油率一般為25%～40%；Hou等[33]通過(guò)研究東營(yíng)凹陷沙河街組頁(yè)巖的排烴效率也發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖厚度越大，排烴效率越低。

圖6 G135井長(zhǎng)73亞段泥頁(yè)巖熱解地球化學(xué)參數(shù)與排烴效率柱狀圖

頁(yè)巖段是否存在斷層和裂縫是影響油氣排烴效率的另一重要因素。對(duì)于頁(yè)巖中滯留烴的保持，尤其是輕組分烴的留滯具有重要作用。對(duì)位于盆地中部的Z22井作的統(tǒng)計(jì)分析能很好地說(shuō)明這一點(diǎn)。通過(guò)對(duì)過(guò)井地震剖面解釋?zhuān)琙22井位于斷層發(fā)育帶附近，部分?jǐn)鄬右褦啻┵_系。前人研究表明，長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)生排烴高峰期發(fā)生于晚侏羅世至早白堊世，基本與斷層活動(dòng)期一致。本文計(jì)算顯示，Z22井長(zhǎng) 73亞段的排烴量和排烴效率都偏大，在均位于盆地中部的G135、C96和Z22這3口井中，Z22井排烴量最高，在相同TOC條件下，排烴量是另兩口井的兩倍；相對(duì)排烴效率也表現(xiàn)出相似特征，Z22井的相對(duì)排烴效率最高，平均值達(dá)85%（見(jiàn)圖7），明顯高于其他兩口井。這表明斷裂和裂縫的存在會(huì)破壞頁(yè)巖的封閉性，從而提高泥頁(yè)巖的排烴量和排烴效率。

圖7 長(zhǎng)73亞段不同位置井泥頁(yè)巖排烴量（a）、相對(duì)排烴效率（b）與有機(jī)碳含量相關(guān)關(guān)系圖

上述分析表明，頁(yè)巖頂?shù)装灞４鏃l件不僅對(duì)頁(yè)巖中滯留烴數(shù)量有重要作用，而且對(duì)滯留烴組分構(gòu)成，即滯留烴品質(zhì)也有重要影響。鄂爾多斯盆地長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖的頂?shù)装宸謩e是長(zhǎng) 71—2亞段和長(zhǎng) 8段致密砂巖，之上還發(fā)育分布范圍和厚度更大的長(zhǎng) 6段砂巖，在孔滲條件較好的部位均已形成規(guī)模較大的石油儲(chǔ)量，這些大面積分布的低孔滲—致密油藏主要來(lái)自長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖提供的油源。筆者重點(diǎn)分析了長(zhǎng) 73亞段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度、斷裂與裂縫發(fā)育狀況以及地層壓力條件，試圖從多角度綜合判斷長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖是否具備中高熟頁(yè)巖油富集條件。從三維地震資料看，長(zhǎng) 71—2亞段致密油發(fā)育的慶城地區(qū)，存在多組以北東向?yàn)橹鳌⒈蔽飨驗(yàn)檩o的斷裂系統(tǒng)，其中北東向斷裂疏密不均，呈“林帶”狀分布（見(jiàn)圖8），這是大量長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖已生成油氣向長(zhǎng)71—2亞段和更上部的長(zhǎng)6段甚至長(zhǎng)4+5段中運(yùn)移形成油藏的主要通道。這一方面說(shuō)明長(zhǎng)73亞段優(yōu)質(zhì)烴源巖的排烴條件很好，可保證大量低孔滲—致密油儲(chǔ)量的形成；另一方面也說(shuō)明長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖頂?shù)装灞４鏃l件不佳，會(huì)導(dǎo)致較多可動(dòng)烴難于保持在頁(yè)巖中，對(duì)純正型頁(yè)巖油的富集和經(jīng)濟(jì)可采性不利。

圖8 鄂爾多斯盆地慶城地區(qū)長(zhǎng)7段斷裂與長(zhǎng)73亞段粉砂巖厚度分布圖（成圖范圍見(jiàn)圖1，據(jù)文獻(xiàn)[35]修改）

從目前對(duì)長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖油烴組成分析看，雖然輕質(zhì)和中質(zhì)組分占比并不低，主峰碳在 C11—C15（見(jiàn)圖9a），這主要是由頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)豐度高、對(duì)烴吸附量大所致。長(zhǎng) 73亞段頁(yè)巖高有機(jī)質(zhì)含量（TOC平均值為13.8%）會(huì)對(duì)輕、中組分烴產(chǎn)生較大吸附作用，從而在缺少良好保存條件情況下，仍有一定比例的輕、中組分烴留在頁(yè)巖內(nèi)部。支持這一認(rèn)識(shí)的證據(jù)一方面來(lái)自大量巖石熱解和抽提色質(zhì)譜數(shù)據(jù)，長(zhǎng) 73亞段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖（TOC＞10%）雖然放置了近 10年，但巖心熱解S1烴組分仍以C5—C12為主，頁(yè)巖抽提物全烴色譜中小于C15正構(gòu)烷烴占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)（見(jiàn)圖9b），如果這些輕組分是游離烴的話，可能C8以前的輕烴均已散失。相對(duì)而言，較低有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖（TOC＜6%）巖心熱解和抽提物中烴組分以C12—C28為主，基本不含碳數(shù)低于C8的輕烴，說(shuō)明由于有機(jī)質(zhì)含量低，吸附性相對(duì)弱，輕組分已散失。此外，大慶古龍白堊系和勝利油田古近系頁(yè)巖油熱解S1也主要為 C10+中質(zhì)烴[36-38]，輕的游離烴均已散失。另一方面，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖總體壓力為負(fù)壓，壓力系數(shù)為0.80～0.85，其他層系壓力更低（見(jiàn)圖10），這說(shuō)明長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖頂?shù)装宸忾]性并不好，否則從前述的排烴效率與滯留烴數(shù)量看，長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖應(yīng)存在異常高壓。導(dǎo)致長(zhǎng)73亞段壓力負(fù)異常的主要原因有兩個(gè)：①頁(yè)巖層存在較多斷層和裂縫破壞了頁(yè)巖頂?shù)装宓姆忾]性；②白堊紀(jì)末期發(fā)生的抬升作用，使白堊紀(jì)末地層剝蝕量為1 000～2 000 m[39]。抬升導(dǎo)致地層壓力卸載，使大量游離輕烴組分因體積膨脹而散失。此外，長(zhǎng) 73亞段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖集中段厚度只有 20～30 m（見(jiàn)圖1），上下均為滲透性砂巖（見(jiàn)圖10），這樣的巖性組合極有利于頂?shù)装甯浇纳皫r形成油藏，而不利于大量可動(dòng)烴尤其是輕—中質(zhì)烴在源巖內(nèi)部留滯，只能靠有機(jī)質(zhì)吸附保留一部分輕、中組分石油烴，這部分石油烴流動(dòng)性并不好。這些因素都將影響長(zhǎng) 73亞段頁(yè)巖油的單井產(chǎn)量和單井累計(jì)采出油量，也是長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖油主富集類(lèi)型評(píng)價(jià)時(shí)必須考慮的因素。

圖9 鄂爾多斯盆地慶城地區(qū)長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖油（a）和頁(yè)巖抽提物（b）正構(gòu)烷烴色譜圖

圖10 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組致密油-頁(yè)巖油地球化學(xué)特征、資源量與探明儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)圖

5 長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖油主富集類(lèi)型評(píng)價(jià)

綜上所述，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)73亞段純正型中高熟頁(yè)巖油不是主要的富集類(lèi)型，下一步勘探若要獲得單井產(chǎn)量和單井累計(jì)采出量較高的突破，宜避開(kāi)長(zhǎng)6段、長(zhǎng) 8段和長(zhǎng) 71—2亞段致密砂巖已形成油藏區(qū)，且在斷層和裂縫不發(fā)育、頂?shù)装宕嬖诹己梅忾]性的部位布井，有望獲較好發(fā)現(xiàn)。從目前已發(fā)現(xiàn)的石油儲(chǔ)量看，長(zhǎng) 6段和長(zhǎng) 8段致密油田主要分布在慶城、姬塬和華池等地區(qū)，而長(zhǎng) 71—2亞段致密油型頁(yè)巖油主要分布在合水—慶城及吳起北部一帶。通過(guò)對(duì)長(zhǎng) 7段頁(yè)巖試油結(jié)果統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，華池西—耿灣地區(qū)多口直井獲得了高產(chǎn)油流，單井日產(chǎn)在4.5～21.7 t，平均日產(chǎn)為12.5 t，而該區(qū)域在其他層系也未獲較好的儲(chǔ)產(chǎn)量，且長(zhǎng) 7段富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度大，平均大于30 m，保存條件相對(duì)有利，是純正型頁(yè)巖油勘探有利區(qū)。

長(zhǎng) 73亞段頁(yè)巖雖然已經(jīng)形成并排出了大量石油烴，并在延長(zhǎng)組多個(gè)層段形成了大量的石油儲(chǔ)量，但頁(yè)巖內(nèi)部還滯留了大量石油烴和尚未轉(zhuǎn)化的有機(jī)質(zhì)[1-2]。本文計(jì)算結(jié)果表明，長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖有超過(guò)50%的有機(jī)質(zhì)尚未轉(zhuǎn)化為石油烴，有將近 70%的有機(jī)質(zhì)和滯留烴還在頁(yè)巖地層中，說(shuō)明長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖油主富集類(lèi)型以中低熟頁(yè)巖油為主，尤其是頁(yè)巖厚度較大、有機(jī)質(zhì)豐度高且熱演化程度相對(duì)較低的地區(qū)，如南部的合水—正寧一帶等，需要研發(fā)有別于水平井加體積改造的開(kāi)發(fā)方式，利用地下原位加熱轉(zhuǎn)化的途徑，力爭(zhēng)突破商業(yè)開(kāi)采關(guān)。基于實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)，長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖地下原位轉(zhuǎn)化的“人造”石油技術(shù)可采總量約（350～400）×108t，資源潛力巨大，亟待通過(guò)先導(dǎo)試驗(yàn)積極準(zhǔn)備原位轉(zhuǎn)化技術(shù)并落實(shí)資源的可采性與富集區(qū)/段分布。殼牌原位轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)室在2016年完成了長(zhǎng)73亞段兩組熱模擬實(shí)驗(yàn)，其中巖心樣品的TOC值為23.7%、Ro值為0.82%、HI值為347 mg/g，模擬結(jié)果為1 t頁(yè)巖的產(chǎn)油量為36 kg、產(chǎn)氣量為22.5 m3；露頭樣品的TOC值為24.7%、Ro值為0.51%、HI值為405 mg/g，模擬結(jié)果為1 t頁(yè)巖的產(chǎn)油量為52 kg、產(chǎn)氣量為26 m3。且生成的油品均為輕質(zhì)油。此外，殼牌對(duì)科羅拉多綠河頁(yè)巖原位轉(zhuǎn)化現(xiàn)場(chǎng)先導(dǎo)試驗(yàn)獲得成功，不僅驗(yàn)證了地下原位轉(zhuǎn)化加熱器制造工藝成熟、生產(chǎn)流程配套、技術(shù)可行，同時(shí)也驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)室參數(shù)的合理性、用于資源預(yù)測(cè)的可行性。這些都表明中低熟頁(yè)巖地下原位加熱開(kāi)發(fā)在技術(shù)上是可行的，生成的污染物基本留在地下，在環(huán)境保護(hù)上也是有優(yōu)勢(shì)的。純正型中高熟頁(yè)巖油由于保存條件差，滯留在頁(yè)巖中的石油烴數(shù)量多以吸附態(tài)存在，流動(dòng)性較差，預(yù)判單井累計(jì)采出量難以具有較好的經(jīng)濟(jì)性。下一步需避開(kāi)長(zhǎng)71—2亞段、長(zhǎng)8段和長(zhǎng)6段已知油氣成藏區(qū)和斷裂、裂縫發(fā)育區(qū)，在長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖保存條件好的部位開(kāi)展探索，會(huì)有較好的突破發(fā)現(xiàn)。

6 結(jié)論

用物質(zhì)平衡法計(jì)算長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率為20%～80%，平均小于50%，且熱成熟度越低，轉(zhuǎn)化率越低，表明長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖有超過(guò)50%的有機(jī)質(zhì)尚未向石油烴轉(zhuǎn)化，加上已轉(zhuǎn)化的滯留烴，有超過(guò) 70%的有機(jī)質(zhì)仍留滯在頁(yè)巖層中，說(shuō)明長(zhǎng) 73亞段頁(yè)巖原位轉(zhuǎn)化形成“人造”石油烴的潛力巨大。

通過(guò)密閉取心獲取地層條件下的滯留烴數(shù)量，達(dá)5～15 mg/g，平均為 13.3 mg/g，高于常規(guī)熱解結(jié)果1.0～2.5倍。用物質(zhì)平衡法計(jì)算長(zhǎng) 73亞段頁(yè)巖累計(jì)排烴效率在10%～40%，平均為27.5%；相對(duì)排烴效率在40%～80%，平均為60%，均低于前人計(jì)算結(jié)果，表明長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖中滯留烴數(shù)量較大。但因有機(jī)質(zhì)豐度超高，加之保存條件差，多數(shù)滯留烴以吸附態(tài)存在，可動(dòng)性較差，將影響頁(yè)巖油的經(jīng)濟(jì)可采性。

長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖因頂?shù)装鍨橛锌诐B性砂巖，內(nèi)部存在斷層和裂縫，保存條件差，地層為負(fù)壓，不利于流動(dòng)性較好的頁(yè)巖油的富集，判斷純正型中高熟頁(yè)巖油不是主要富集類(lèi)型。下一步宜避開(kāi)長(zhǎng) 71—2亞段、長(zhǎng) 8段和長(zhǎng) 6段已成藏區(qū)和斷裂、裂縫發(fā)育區(qū)，在頁(yè)巖集中段厚度較大且頂?shù)装宸忾]性好的部位加強(qiáng)勘探，會(huì)有經(jīng)濟(jì)性較好的突破，如華池西—耿灣地區(qū)為有利區(qū)。

中低熟頁(yè)巖油是長(zhǎng)73亞段頁(yè)巖主要富集類(lèi)型，亟待加強(qiáng)原位轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)理論研究和先導(dǎo)試驗(yàn)，力爭(zhēng)突破原位轉(zhuǎn)化工業(yè)生產(chǎn)關(guān)，落實(shí)資源可利用性與富集區(qū)/段分布，為未來(lái)規(guī)模開(kāi)發(fā)利用做好準(zhǔn)備。

致謝：長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院在論文寫(xiě)作中提供了諸多研究資料和幫助，在此表達(dá)感謝！

符號(hào)注釋?zhuān)?/p>

E——排烴效率，%；El——累計(jì)排烴效率，%；Ex——相對(duì)排烴效率，%；GOR——?dú)庥捅龋琺3/m3；HI——?dú)渲笖?shù)，mg/g；HI0——未熟有機(jī)質(zhì)原始?xì)渲笖?shù)，mg/g；Qp——排出烴量，mg/g；Qs——生烴量，mg/g；Ro——熱演化程度，%；S——原始生烴潛量，mg/g；S0——多溫階熱解易揮發(fā)烴數(shù)量，mg/g；S1——常規(guī)熱解滯留烴數(shù)量，mg/g；S1-1——多溫階熱解輕烴數(shù)量，%；S1-2——多溫階熱解中質(zhì)烴數(shù)量，%；S2——常規(guī)熱解殘余生烴量，mg/g；S1*——密閉取心低溫密閉粉碎多溫階熱解所得滯留烴數(shù)量，%；Sg——低溫密閉碎樣過(guò)程中氣態(tài)烴量，mg/g；TOC——總有機(jī)碳含量，%；Tmax——最大熱解溫度，℃；TR——排烴效率，%；δcf——失重校正因子，無(wú)因次；δpi——當(dāng)前成熟度條件下的S1/(S1+S2)值，無(wú)因次；δpi0——未熟條件下的S1/(S1+S2)值，無(wú)因次。