趙文智，卞從勝，李永新，劉偉，董勁，王坤，曾旭

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院趙文智院士工作室，北京 100083；2.中國石油大學(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，陸相頁巖油可分為中高熟和中低熟兩大類[1]。中高熟頁巖油的富集取決于頁巖內(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巖頂?shù)装灞４鏃l件（亦稱封閉性）密切相關(guān)。有機(jī)質(zhì)熱演化程度適中（一般淡水湖盆頁巖Ro值大于 0.9%，咸化湖盆頁巖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，形成的中高熟頁巖油富集的經(jīng)濟(jì)性好[2]；中低熟頁巖油則與有機(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)開采價(jià)值就越高。

鄂爾多斯盆地三疊系延長組長73亞段頁巖有機(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7段富有機(jī)質(zhì)頁巖有利分布面積達(dá)4.3×104km2，富有機(jī)質(zhì)頁巖最厚達(dá)60 m，平均厚16 m，具備形成中高熟和中低熟兩大類頁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)延長組長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 7段主力烴源巖緊鄰的長6段和長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73亞段富有機(jī)質(zhì)頁巖的長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 7段主力烴源巖中排出的，其中長73亞段富有機(jī)質(zhì)頁巖的貢獻(xiàn)最大。所以，排烴效率的高低對(duì)長73亞段頁巖中滯留烴數(shù)量、品質(zhì)與頁巖油的經(jīng)濟(jì)可采性影響很大，是中高熟頁巖油富集段優(yōu)選評(píng)價(jià)必須關(guān)注的問題。

長73亞段頁巖有機(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，頁巖中還有相當(dāng)多的未轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)，那么長 73亞段頁巖依然具有巨大的通過原位加熱轉(zhuǎn)化方式、形成大量“人造”石油和天然氣的潛力，這就是業(yè)界所稱的中低熟頁巖油，亦可稱“地下煉油廠”[7]。可見，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率高低也是頁巖油主富集類型評(píng)價(jià)的重要控制因素。

此外，長73亞段富有機(jī)質(zhì)頁巖頂?shù)装宓谋４鏃l件對(duì)頁巖中已經(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)頁巖油主富集類型形成有重要控制作用且尚未充分研究和認(rèn)識(shí)的問題。圍繞鄂爾多斯盆地長 73亞段富有機(jī)質(zhì)頁巖的排烴效率，前人雖然已有較多研究[8-10]，但從決定頁巖油資源主富集類型的角度去關(guān)注和評(píng)價(jià)則還較少。因此，本文對(duì)長73亞段頁巖有機(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73亞段頁巖油主富集類型進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期在勘探初期盡早判明頁巖油主要類型，以減少探索成本。

1 長73亞段泥頁巖基本地球化學(xué)特征

鄂爾多斯盆地長7段沉積期發(fā)育了一套以半深湖—深湖相黑色頁巖、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73亞段發(fā)育黑色頁巖和暗色泥巖兩類烴源巖[4,11]，二者在有機(jī)質(zhì)豐度、母質(zhì)類型與巖石組構(gòu)特征等方面差異明顯，決定二者在頁巖油資源形成中的地位不同。其中，長73亞段富有機(jī)質(zhì)頁巖頁理發(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73亞段頁巖具備形成陸相中高熟頁巖油的基本條件，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。綜合來看，暗色泥巖的有機(jī)質(zhì)豐度、類型及滯留烴數(shù)量與未轉(zhuǎn)化有機(jī)質(zhì)所占比例都不如黑色頁巖，加之頁理不發(fā)育，不論對(duì)中高熟頁巖油富集還是中低熟頁巖油形成，都不是頁巖油資源形成的最佳巖性[13]。此外，與長71—2亞段頁巖油不同的是，長73亞段主體為富有機(jī)質(zhì)頁巖，砂巖或粉砂巖等不發(fā)育，頁巖油的源巖和儲(chǔ)集層均為同一套黑色頁巖，具有原位留滯的特征，筆者將這一類源儲(chǔ)一體、且均為富有機(jī)質(zhì)頁巖的頁巖油稱為純正型頁巖油[2]。

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

長73亞段頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度、母質(zhì)類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（見表 1、圖 2）?？傮w看，TOC、S1指標(biāo)均具有向南由低變高趨勢，而HI值則呈南北高、中部偏低的特征；母質(zhì)類型南北兩地以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73亞段頁巖地球化學(xué)特征與礦物組成對(duì)比表

2 長73亞段泥頁巖有機(jī)質(zhì)生烴轉(zhuǎn)化率

有機(jī)質(zhì)生烴轉(zhuǎn)化效率（簡稱轉(zhuǎn)化率）是衡量頁巖有機(jī)質(zhì)在熱成熟過程中向石油烴轉(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)過推導(dǎo)后表達(dá)為：

通過獲取露頭和井下不同成熟度的熱解數(shù)據(jù)，可建立長73亞段頁巖有機(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73亞段頁巖有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。其中，露頭樣品取自銅川地區(qū)低熟頁巖（見表 1），其Ro值為0.46%～0.56%，HI0的取值考慮了不同類型有機(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)來自鄂爾多斯盆地北部G135井、中部C96井和南部Z75井等長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)?？傮w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，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，頁巖體積占比高。因此，長 73亞段頁巖有機(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73亞段頁巖中還有大于50%的有機(jī)質(zhì)尚未轉(zhuǎn)化為油氣，多以固—半固相狀態(tài)存在于頁巖層中，說明長73亞段頁巖地下原位改質(zhì)形成“人造”油氣的潛力相當(dāng)大，值得頁巖油主富集類型與潛力評(píng)價(jià)高度重視。

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

3 長73亞段泥頁巖有機(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，頁巖油的資源潛力就大[22-24]，是頁巖油“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 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)。筆者通過對(duì)長 73亞段頁巖熱解氣相色譜（PY-GC）結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，頁巖中含有較多的C2—8輕烴組分，錢門輝等[31]通過頁巖巖心放置實(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7段泥頁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 7段頁巖的累計(jì)排烴效率，認(rèn)為富有機(jī)質(zhì)頁巖（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 7段頁巖的排烴效率，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，來分析烴源巖排烴門限和排烴量，認(rèn)為長 7段頁巖的平均排烴效率為60%。該方法同樣未考慮S1輕烴散失問題，且在不同井點(diǎn)和深度點(diǎn)獲得的頁巖樣品存在母質(zhì)類型和熱成熟度差異，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[32]。

本文選用物質(zhì)平衡法計(jì)算長73亞段頁巖的排烴效率，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??；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)條件下頁巖排烴效率的差異問題，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 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)檢測氣態(tài)烴（Sg）值，碎樣后開展多溫階熱解，分別設(shè)置90，200，300 ℃共3個(gè)溫度點(diǎn)測量易揮發(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73亞段頁巖平均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，建立了頁巖殘余生烴量S2與滯留烴量S1*的線性關(guān)系（見圖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巖的原始滯留烴量。

圖4 長73亞段泥頁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73亞段深湖區(qū)泥頁巖熱演化狀態(tài)，選擇有代表性的長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73亞段頁巖的排烴效率進(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)類型在排烴中的作用，文中用單位有機(jī)碳的生烴潛量來計(jì)算排烴效率[9-10,21]，結(jié)果示于圖5。

圖5 長73亞段泥頁巖累計(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 73亞段泥頁巖的累計(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73亞段頁巖轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低的認(rèn)識(shí)相吻合。

4 長73亞段頁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73亞段頁巖的累計(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 73亞段頁巖有機(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)化開采方式，其形成“人造”石油烴的數(shù)量十分巨大。從長 73亞段頁巖的相對(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。純頁巖地層孔滲性差，排烴通道不暢[33]，尤其是厚層頁巖中部的排烴效率會(huì)更低，如盆地北部 G135井的長 73亞段中下段的1 819～1 826 m與1 835～1 844 m兩段頁巖，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%（見圖6）。而該井長73亞段中段1 825～1 833 m頁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[34]通過對(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]通過研究東營凹陷沙河街組頁巖的排烴效率也發(fā)現(xiàn)，頁巖厚度越大，排烴效率越低。

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

頁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)分析能很好地說明這一點(diǎn)。通過對(duì)過井地震剖面解釋，Z22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73亞段頁巖有機(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 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)破壞頁巖的封閉性，從而提高泥頁巖的排烴量和排烴效率。

圖7 長73亞段不同位置井泥頁巖排烴量（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，頁巖頂?shù)装灞４鏃l件不僅對(duì)頁巖中滯留烴數(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73亞段頁巖的頂?shù)装宸謩e是長 71—2亞段和長 8段致密砂巖，之上還發(fā)育分布范圍和厚度更大的長 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—致密油藏主要來自長73亞段頁巖提供的油源。筆者重點(diǎn)分析了長 73亞段富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度、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73亞段頁巖是否具備中高熟頁巖油富集條件。從三維地震資料看，長 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?、北西向?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（見圖8），這是大量長73亞段頁巖已生成油氣向長71—2亞段和更上部的長6段甚至長4+5段中運(yùn)移形成油藏的主要通道。這一方面說明長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；另一方面也說明長73亞段頁巖頂?shù)装灞４鏃l件不佳，會(huì)導(dǎo)致較多可動(dòng)烴難于保持在頁巖中，對(duì)純正型頁巖油的富集和經(jīng)濟(jì)可采性不利。

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

從目前對(duì)長73亞段頁巖油烴組成分析看，雖然輕質(zhì)和中質(zhì)組分占比并不低，主峰碳在 C11—C15（見圖9a），這主要是由頁巖中有機(jī)質(zhì)豐度高、對(duì)烴吸附量大所致。長 73亞段頁巖高有機(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、中組分烴留在頁巖內(nèi)部。支持這一認(rèn)識(shí)的證據(jù)一方面來自大量巖石熱解和抽提色質(zhì)譜數(shù)據(jù)，長 73亞段富有機(jī)質(zhì)頁巖（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，頁巖抽提物全烴色譜中小于C15正構(gòu)烷烴占絕對(duì)優(yōu)勢（見圖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73亞段頁巖總體壓力為負(fù)壓，壓力系數(shù)為0.80～0.85，其他層系壓力更低（見圖10），這說明長73亞段頁巖頂?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73亞段頁巖應(yīng)存在異常高壓。導(dǎo)致長73亞段壓力負(fù)異常的主要原因有兩個(gè)：①頁巖層存在較多斷層和裂縫破壞了頁巖頂?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 73亞段富有機(jī)質(zhì)頁巖集中段厚度只有 20～30 m（見圖1），上下均為滲透性砂巖（見圖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 73亞段頁巖油的單井產(chǎn)量和單井累計(jì)采出油量，也是長73亞段頁巖油主富集類型評(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73亞段頁巖油（a）和頁巖抽提物（b）正構(gòu)烷烴色譜圖

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

5 長73亞段頁巖油主富集類型評(píng)價(jià)

綜上所述，鄂爾多斯盆地長73亞段純正型中高熟頁巖油不是主要的富集類型，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，宜避開長6段、長 8段和長 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 6段和長 8段致密油田主要分布在慶城、姬塬和華池等地區(qū)，而長 71—2亞段致密油型頁巖油主要分布在合水—慶城及吳起北部一帶。通過對(duì)長 7段頁巖試油結(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 7段富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度大，平均大于30 m，保存條件相對(duì)有利，是純正型頁巖油勘探有利區(qū)。

長 73亞段頁巖雖然已經(jīng)形成并排出了大量石油烴，并在延長組多個(gè)層段形成了大量的石油儲(chǔ)量，但頁巖內(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73亞段頁巖有超過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)和滯留烴還在頁巖地層中，說明長73亞段頁巖油主富集類型以中低熟頁巖油為主，尤其是頁巖厚度較大、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發(fā)方式，利用地下原位加熱轉(zhuǎn)化的途徑，力爭突破商業(yè)開采關(guān)。基于實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)，長73亞段頁巖地下原位轉(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)科羅拉多綠河頁巖原位轉(zhuǎn)化現(xiàn)場先導(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)測的可行性。這些都表明中低熟頁巖地下原位加熱開發(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)勢的。純正型中高熟頁巖油由于保存條件差，滯留在頁巖中的石油烴數(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。下一步需避開長71—2亞段、長8段和長6段已知油氣成藏區(qū)和斷裂、裂縫發(fā)育區(qū)，在長73亞段頁巖保存條件好的部位開展探索，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73亞段頁巖有機(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73亞段頁巖有超過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 70%的有機(jī)質(zhì)仍留滯在頁巖層中，說明長 73亞段頁巖原位轉(zhuǎn)化形成“人造”石油烴的潛力巨大。

通過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 73亞段頁巖累計(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73亞段頁巖中滯留烴數(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，將影響頁巖油的經(jīng)濟(jì)可采性。

長73亞段頁巖因頂?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)性較好的頁巖油的富集，判斷純正型中高熟頁巖油不是主要富集類型。下一步宜避開長 71—2亞段、長 8段和長 6段已成藏區(qū)和斷裂、裂縫發(fā)育區(qū)，在頁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)。

中低熟頁巖油是長73亞段頁巖主要富集類型，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，為未來規(guī)模開發(fā)利用做好準(zhǔn)備。

致謝：長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院在論文寫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：

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?，m3/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，無因次；δpi——當(dāng)前成熟度條件下的S1/(S1+S2)值，無因次；δpi0——未熟條件下的S1/(S1+S2)值，無因次。