南襄盆地泌陽(yáng)凹陷核桃園組頁(yè)巖油富集機(jī)制

何濤華,李文浩,譚昭昭,王亞,張文博,章新文

[1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 深層油氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島，266580; 2.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580； 3.中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所 有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049； 5.中國(guó)石化 河南油田分公司，河南 鄭州 450000]

我國(guó)陸相頁(yè)巖油資源十分豐富，分布廣泛(三塘湖盆地、松遼盆地、鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、江漢盆地和南襄盆地等)，累計(jì)可采資源量高達(dá)80×108t，是今后重要的石油接替戰(zhàn)略資源[1-7]。但勘探開發(fā)現(xiàn)狀遠(yuǎn)不及預(yù)期，因?yàn)槲覈?guó)頁(yè)巖油僅在南襄盆地和渤海灣盆地有小規(guī)模實(shí)驗(yàn)性產(chǎn)出(勃頁(yè)1井，初產(chǎn)8.22 m3/d； 泌頁(yè)1井，初產(chǎn)23.60 m3/d;泌頁(yè)2井，初產(chǎn)28.10 m3/d)，且日產(chǎn)量衰減嚴(yán)重，距離大規(guī)模開發(fā)的道路還很漫長(zhǎng)[3,8-11]。南襄盆地泌陽(yáng)凹陷在我國(guó)頁(yè)巖油開發(fā)中率先取得了突破，為頁(yè)巖油勘探提供了第一手資料。前人研究結(jié)果顯示該凹陷頁(yè)巖層系分布廣，厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高，生物化石豐富，藻類發(fā)育，孔隙度平均為5.78%，平均基質(zhì)滲透率為2.51×10-3μm2，鏡質(zhì)體反射率Ro主要分布在0.5%～1.3%，脆性礦物含量為68%～83%，均反映該頁(yè)巖層系具備形成豐富頁(yè)巖油的良好物質(zhì)基礎(chǔ)、儲(chǔ)集條件及可壓裂性[11-19]。但勘探實(shí)踐顯示，平均單井頁(yè)巖油產(chǎn)量不足3.0 m3/d[20]，表明研究區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖生烴和頁(yè)巖油富集方面依然存在明顯不足，例如富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中是否發(fā)育豐富的生油組分并已進(jìn)入生油階段？生成的油都保存在頁(yè)巖中或大部分已排出頁(yè)巖？頁(yè)巖油都富集可采？這些問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了頁(yè)巖油有利區(qū)的篩選及進(jìn)一步的頁(yè)巖油勘探開發(fā)。因此，本文以頁(yè)巖油富集的南襄盆地泌陽(yáng)凹陷為例，探討不同類型頁(yè)巖的生烴潛力、有機(jī)質(zhì)來(lái)源、保存條件及含油性特征，揭示了頁(yè)巖油的形成和富集機(jī)制，以期為我國(guó)頁(yè)巖油進(jìn)一步勘探開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

泌陽(yáng)凹陷是南襄盆地的一個(gè)次級(jí)凹陷，位于秦嶺造山帶內(nèi)部，是一個(gè)富集頁(yè)巖油的小型山間凹陷，總面積約1 000 km2(圖1)[18]。晚白堊世初始斷陷、古近紀(jì)主斷陷期以及新近紀(jì)的拗陷期造就了泌陽(yáng)凹陷的形成，同時(shí)使它呈現(xiàn)北部斜坡帶，中央凹陷帶和南部斜坡帶三大構(gòu)造的分布格局，自下而上依次連續(xù)發(fā)育了玉皇頂組(E2y)、大倉(cāng)房組(E2d)、核桃園組(E2h)和廖莊組(E2l)。地震、錄井、測(cè)井資料顯示，凹陷帶主要為盆地沉積和沉降中心地帶，湖盆水體相對(duì)較深，發(fā)育有大套半深湖-深湖巖相暗色泥頁(yè)巖。該套泥頁(yè)巖主要為核桃園組三段(E2h3)，累計(jì)沉積厚度達(dá)1 000 m以上。其中，E2h3的二油組(E2h3(2))和三油組(E2h3(3))有機(jī)質(zhì)豐度較高，發(fā)育大量生物化石，儲(chǔ)集空間多樣(粒間孔、溶蝕孔、有機(jī)孔和微裂縫等)，被認(rèn)為是研究區(qū)頁(yè)巖油形成和富集的有利層段[14,16,21]。

圖1 泌陽(yáng)凹陷區(qū)域地質(zhì)及采樣井分布Fig.1 The regional geological map and the distribution of sampled wells in the Biyang Depressiona.研究區(qū)位置與采樣井分布;b.地層柱狀圖

圖2 泌陽(yáng)凹陷泥頁(yè)巖顯微組分特征Fig.2 Organic maceral characteristics of shales developed in the Biyang Depressiona.泌頁(yè)1井,埋深2 204.60 m,層狀藻;b.泌頁(yè)1井,埋深2 207.44 m,層狀藻;c.泌頁(yè)1井,埋深2 209.70 m,結(jié)構(gòu)藻;d.泌頁(yè)1井,埋深2 209.75 m,層狀藻和結(jié)構(gòu)藻;e.泌頁(yè)1井,埋深2 212.82 m,層狀藻和孢子體;f.泌頁(yè)1井,埋深2 442.72 m,孢子體;g.泌頁(yè)1井,埋深2 418.72 m,孢子體； h.泌頁(yè)1 井,埋深2 425.72 m,鏡質(zhì)體;i.程2井,埋深2 775.17 m,殼質(zhì)體(a—e. A類頁(yè)巖;f—i. B類頁(yè)巖。)

2 樣品采集與實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)樣品采自南襄盆地泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油相對(duì)富集的中央凹陷構(gòu)造帶(圖1)，共采集泥頁(yè)巖樣品50塊，其中包括泌頁(yè)1井E2h3(2)泥頁(yè)巖樣品9塊(埋深2 205.28～2 212.82 m)，全為黑色，可見明顯水平紋層和深色有機(jī)質(zhì)條帶；泌頁(yè)1井E2h3(3)泥頁(yè)巖樣品27塊(埋深2 418.88～2 448.45 m)，主要為灰色，含少量粉砂質(zhì)泥巖，垂向方解石填充裂縫比較發(fā)育；以及程2井E2h3(3)泥頁(yè)巖樣品14塊(埋深2 724.67～2 821.32 m)，主要為灰色。分別對(duì)所有樣品進(jìn)行了有機(jī)巖石學(xué)分析、總有機(jī)碳(TOC)測(cè)試、熱解分析、氯仿瀝青“A”測(cè)定及其族組分分離，并對(duì)族組分中的飽和烴進(jìn)行了色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析。實(shí)驗(yàn)步驟如下。

1) 有機(jī)巖石學(xué)分析，分析儀器為L(zhǎng)eitz Laborlux 12 Pol 型偏光顯微鏡，環(huán)境溫度為23 ℃±2 ℃，典型照片見圖2。

2)TOC和熱解測(cè)試流程為：盡量選取塊狀或薄片狀樣品10 g，用去離子水多次超聲去除表面吸附的粘土等可能存在的雜質(zhì)，用瑪瑙碎樣機(jī)研磨至200目，稱取200 mg加稀鹽酸至不冒泡后水浴4 h，然后用去離子水清洗至pH試紙顯中性(pH≈7.0)，待樣品烘干后在LECO CS-600碳硫分析儀上進(jìn)行TOC檢測(cè)；另取100 mg樣品粉末，在Rock-Eval 6巖石熱解儀上進(jìn)行熱解分析。

3) 氯仿瀝青“A”測(cè)定流程：選取用去離子水超聲清洗后的塊狀或薄片狀泥頁(yè)巖樣品120 g，用碎樣機(jī)粉碎至80～120目，取100 g樣品在水浴條件下進(jìn)行索氏抽提72 h，最后將萃取出的有機(jī)溶液自然風(fēng)干并稱取有機(jī)質(zhì)質(zhì)量，即可計(jì)算出單位巖石中氯仿瀝青“A”的含量。

4) 族組分分離及GC-MS測(cè)試：向步驟3)中抽提的氯仿瀝青“A”添加10 mL正己烷并超聲5 min，靜置12 h后進(jìn)行瀝青質(zhì)沉淀，然后采用硅膠/氧化鋁(3 ∶2)柱色層分離法對(duì)其濾液進(jìn)行族組分分離，分別依次用正己烷、二氯甲烷/正己烷(1 ∶2)及二氯甲烷/甲醇(93 ∶7)沖洗，分別得到飽和烴、芳烴和非烴組分，然后采用GC-MS聯(lián)用儀對(duì)飽和烴組分進(jìn)行分析。GC-MS儀器型號(hào)為HP-Agilent 6890/5973 GC-MS。色譜柱:HP-5MS (30 m×0.25 mm×0.25 μm)程序升溫，初溫為50 ℃，恒溫1 min，然后以20 ℃/min升溫至100 ℃，再以3 ℃/min升溫至315 ℃，恒溫16.83 min。質(zhì)譜部分：EI離子源，電離電壓為70 eV。

3 結(jié)果與討論

3.1 頁(yè)巖類型劃分及生烴潛力評(píng)價(jià)

通過(guò)大量巖心樣品觀察，根據(jù)顏色、結(jié)構(gòu)和顯微特征，可以將泌陽(yáng)凹陷泥頁(yè)巖劃分為黑色紋層狀頁(yè)巖(A類)和灰色頁(yè)巖(B類，包括灰色頁(yè)巖、暗色泥巖及少量粉砂質(zhì)泥巖)兩大類。從巖心橫截面、巖心柱子及巖心柱子展開圖(圖3)可以看出，A類頁(yè)巖可見豐富的暗色有機(jī)質(zhì)條帶，水平裂縫比較發(fā)育，而垂向裂縫基本不發(fā)育；B類頁(yè)巖顏色較淺，水平裂縫較少，而垂向裂縫比較發(fā)育。顯微組分照片(圖2)顯示，A類頁(yè)巖藻紋層比較發(fā)育，以腐泥組有機(jī)質(zhì)為主；B類頁(yè)巖藻紋層發(fā)育不明顯，而以殼質(zhì)組為主，鏡質(zhì)組也比較發(fā)育。

TOC和巖石熱解結(jié)果顯示：A類頁(yè)巖TOC分布為2.43%～8.59%，平均值為4.78%；S1+S2分布為14.58～72.04 mg/g，平均值為37.56 mg/g；HI分布為14.58～72.04 mg/g，平均值為24.90 mg/g。而B類頁(yè)巖TOC分布為1.09%～4.56%，平均值為2.74%；S1+S2分布為2.82～24.90 mg/g，平均值為14.01 mg/g；HI分布為642.86～796.62 mg/g，平均值為714.71 mg/g。因此，根據(jù)Peters 等[22]提出的頁(yè)巖分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，A類頁(yè)巖為極好的烴源巖，而B類頁(yè)巖為較好的烴源巖。圖4和圖5表明A類頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)主要為Ⅰ型干酪根，而B類頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)主要為Ⅱ1型干酪根，這與顯微組分觀察結(jié)果相一致，即A類頁(yè)巖顯微組分中藻類更加發(fā)育，而B類頁(yè)巖顯微組分中藻類相對(duì)貧乏而含較多的鏡質(zhì)體。圖6揭示出A類頁(yè)巖成熟度相對(duì)較低，等效鏡質(zhì)體反射率接近0.6%，處于低成熟階段；而B類頁(yè)巖成熟度相對(duì)較高，等效鏡質(zhì)體反射率接近0.8%，處于低熟-成熟階段?？傮w而言，A、B兩類頁(yè)巖均處于生油階段早期，但A類頁(yè)巖具有更高的生油潛力(藻類貢獻(xiàn)較大)。

圖3 泌陽(yáng)凹陷泥頁(yè)巖樣品裂縫發(fā)育特征Fig.3 Characteristics of fractures developed within shales from the Biyang Depressiona,b.巖心垂直方向裂縫發(fā)育特征;c—e.巖心柱水平/垂直方向裂縫發(fā)育特征

3.2 不同類型頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)來(lái)源

烴源巖有機(jī)質(zhì)來(lái)源十分復(fù)雜，其中包括內(nèi)源的低等生物(菌藻類)及外源的陸源有機(jī)質(zhì)，它們?cè)趲r石顯微組分和生成烴的生物標(biāo)志化合物組合上可以得到體現(xiàn)[23]。在有機(jī)巖石學(xué)研究領(lǐng)域，腐泥組主要來(lái)自藻類等低等水生生物而鏡質(zhì)組則主要來(lái)自高等植物，因此根據(jù)這兩者的相對(duì)豐度可以定性判斷低等水生生物與高等植物的相對(duì)貢獻(xiàn)。而特定的生物標(biāo)志化合物參數(shù)及其組合可以用來(lái)定量反映特定類型生物的相對(duì)貢獻(xiàn)。例如，Peters等[24]認(rèn)為，甾烷/藿烷(S/H)能有效反映真核生物(主要為藻類和高等植物)與原核生物(主要為細(xì)菌)有機(jī)質(zhì)的相對(duì)貢獻(xiàn)；C27規(guī)則甾烷主要來(lái)自低等水生生物，而C29規(guī)則甾烷主要來(lái)自高等植物，故C27規(guī)則甾烷/C29規(guī)則甾烷(C27/C29St)可以用來(lái)指示低等水生生物相對(duì)高等植物的相對(duì)貢獻(xiàn)。Hao等[13,25]和徐姝慧等[26]研究發(fā)現(xiàn)C23三環(huán)萜烷能較好的反映藻類生源，而C24四環(huán)萜烷可以反映陸源有機(jī)質(zhì)來(lái)源，其貢獻(xiàn)大小可分別用C23三環(huán)萜烷/αβ-C30藿烷(C23TT/C30H)和C24四環(huán)萜烷/C26三環(huán)萜烷(C24Tet/ C26TT)表示。

圖4 泌陽(yáng)凹陷泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型(據(jù)Tmax-HI)Fig.4 Types of kerogen based on the plot of Tmax-HI from the shales in the Biyang Depression

圖5 泌陽(yáng)凹陷泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類型(據(jù)Ph/nC18 & Pr/nC17)Fig.5 Types of kerogen based on the plot of Ph/nC18 & Pr/nC17 from the shales in the Biyang Depression

圖6 泌陽(yáng)凹陷不同類型泥頁(yè)巖成熟度Fig.6 Maturity of different shales in the Biyang Depression

顯微組分測(cè)試結(jié)果顯示，指示真核生物來(lái)源的S/H較大時(shí)，藻類為主要生源的腐泥組含量也較高(高達(dá)90%左右)，反映研究區(qū)有機(jī)質(zhì)均含有較高的藻類貢獻(xiàn)。這點(diǎn)在烴源巖抽提物的生物標(biāo)志化合物上也能得到很好的驗(yàn)證：圖7a—c展現(xiàn)出S/H與指示藻類生源的C23TT/C30H和C27/C29St 存在正相關(guān)關(guān)系，而S/H與高等植物生源C24Tet/C26TT存在明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，這說(shuō)明研究區(qū)真核生物來(lái)源主要為藻類生源，且真核生物貢獻(xiàn)越大時(shí)藻類貢獻(xiàn)比例也越大，陸源貢獻(xiàn)比例相應(yīng)越小(圖7f)。這與前人對(duì)我國(guó)第三系烴源巖有機(jī)質(zhì)來(lái)源研究結(jié)果基本一致，例如Hao等[13]的研究顯示，渤海灣盆地第三系東營(yíng)組和沙河街組泥頁(yè)巖中藻類貢獻(xiàn)較大，S/H與C24Tet/ C26TT表現(xiàn)為明顯的負(fù)相關(guān)。此外，有機(jī)質(zhì)來(lái)源相對(duì)貢獻(xiàn)可以用來(lái)判斷沉積有機(jī)質(zhì)的傾油、傾氣性[23]。一般認(rèn)為，腐泥組+殼質(zhì)組含量較高或藻類貢獻(xiàn)較大時(shí)，干酪根有機(jī)質(zhì)類型以I型為主，傾向生油；而惰質(zhì)組+鏡質(zhì)組貢獻(xiàn)較大或陸源貢獻(xiàn)較高時(shí)，干酪根則以Ⅲ型有機(jī)質(zhì)為主，傾向生氣[23]。圖7d,g—i顯示，研究區(qū)總有機(jī)碳含量較高時(shí)，腐泥組+殼質(zhì)組含量最高可達(dá)98%，真核生物(S/H)與藻類貢獻(xiàn)(C23TT/C30H)較高，而同時(shí)陸源高等植物貢獻(xiàn)(C24Tet/C26TT)達(dá)到最低，由此可見，藻類貢獻(xiàn)大小對(duì)埋藏有機(jī)質(zhì)的含量有重要影響。更值得注意的是，A、B兩類頁(yè)巖在生物組成相對(duì)貢獻(xiàn)上具有明顯的差異(圖8)。在藻類生物貢獻(xiàn)上，A類頁(yè)巖的C23TT/ C30H平均值為0.07，而B類頁(yè)巖的為0.05，反映前者藻類相對(duì)貢獻(xiàn)比后者高出40%；A類頁(yè)巖的S/H平均值為0.29，而B類頁(yè)巖的為0.20，反映前者藻類相對(duì)貢獻(xiàn)比后者高出47%；這與前文發(fā)現(xiàn)研究區(qū)真核生物主要由藻類貢獻(xiàn)的觀點(diǎn)一致。在陸源高等植物相對(duì)貢獻(xiàn)上，A類頁(yè)巖的C24Tet/ C26TT平均值為0.36，而B類頁(yè)巖的為0.76，反映后者陸源高等植物相對(duì)貢獻(xiàn)比前者高出111%；這與另一個(gè)高等植物貢獻(xiàn)參數(shù)C19三環(huán)萜烷/C23三環(huán)萜烷(C19/C23TT)的評(píng)價(jià)結(jié)果一致[13]，即：A類頁(yè)巖C19/C23TT平均值為0.08，而B類頁(yè)巖的為0.19，后者高等植物相對(duì)貢獻(xiàn)比前者高出138%。此外，A類頁(yè)巖TOC含量(平均含量4.78%)遠(yuǎn)高于B類頁(yè)巖(平均含量2.74%)，因此A類頁(yè)巖在藻類相對(duì)貢獻(xiàn)的比例和數(shù)量上都高于B類頁(yè)巖，具有更好的生油潛力。

3.3 不同類型頁(yè)巖沉積環(huán)境

沉積環(huán)境中水體鹽度和氧化還原條件對(duì)埋藏有機(jī)碳含量有重要影響，前者影響藻類等生油組分的輸入，后者則決定了有機(jī)質(zhì)的保存[13,18,27-30]。在水體鹽度方面，不同生物對(duì)鹽度的適應(yīng)性不同，會(huì)導(dǎo)致不同鹽度環(huán)境下生物的種類和數(shù)量會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，例如水體鹽度較低時(shí)，隨著鹽度的增高，藻類會(huì)逐漸勃發(fā)，并促進(jìn)較高的生產(chǎn)力，而超過(guò)一定鹽度時(shí)，藻類生長(zhǎng)會(huì)受到抑制，且在超咸水環(huán)境下藻類基本不發(fā)育[18,27]；在水體氧化還原方面，氧化的沉積水體有利于微生物的繁殖，導(dǎo)致大量沉積有機(jī)質(zhì)遭到破壞，而還原性的沉積水體一般會(huì)抑制微生物的繁殖，促進(jìn)沉積有機(jī)質(zhì)的保存[24]。前人研究認(rèn)為，伽馬蠟烷指數(shù)(伽馬蠟烷/C30藿烷[G/C30H])和姥鮫烷/植烷(Pr/Ph)分別是判斷水體鹽度和氧化還原條件比較經(jīng)典且常用的參數(shù)[23,31-34]。此外，大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，長(zhǎng)鏈三環(huán)萜烷比值ETR[(C28三環(huán)萜烷+C29三環(huán)萜烷)/18α(H)-22,29,30三降藿烷]與鹽度參數(shù)G/C30H存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，而與氧化還原參數(shù)Pr/Ph和C35升藿烷/C34升藿烷存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，這說(shuō)明ETR也能有效指示水體鹽度及氧化還原環(huán)境[25,35]。因此，本文主要采用G/C30H，Pr/Ph以及ETR來(lái)探討研究區(qū)烴源巖的形成環(huán)境及其對(duì)不同類型頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量的影響。

圖7 有機(jī)質(zhì)輸入對(duì)富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖形成的影響Fig.7 Effect of organic matter input on the formation of the organic-rich shales

圖8 不同類型泥頁(yè)巖萜烷(m/z=191)和甾烷(m/z=217)分布特征Fig.8 Distribution characteristics of terpanes (m/z=191) and steranes (m/z=217) in different shalesC19—C29. m/z=191，分別指對(duì)應(yīng)碳數(shù)的三環(huán)萜烷;C24Tet. C24四環(huán)萜烷;Ts. 18α(H)-22,29,30三降藿烷;Tm. 17α(H)-22,29,30三降藿烷;C30H. αβC30藿烷;G.伽馬蠟烷;C27—C29. m/z=217，為對(duì)應(yīng)碳數(shù)規(guī)則甾烷;4-MS. 4-甲基甾烷

從圖8可以看出，A類頁(yè)巖具有較高的伽馬蠟烷，C28、C29三環(huán)萜烷以及較低的Ts，這與較高的G/C30H和ETR相一致，反映出A類頁(yè)巖發(fā)育于鹽度較高的沉積水體。G/C30H與ETR存在非常好的正相關(guān)性(圖9d)，說(shuō)明了ETR在研究區(qū)指示鹽度的可靠性[13,18]。由S/H，C23TT/C30H及C27/C29S隨ETR的增加而增大可知(圖9a—c)，較高的鹽度能促進(jìn)真核生物對(duì)埋藏有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)，尤其是促進(jìn)藻類的勃發(fā)。同時(shí)，這種較高的藻類貢獻(xiàn)，促進(jìn)了埋藏有機(jī)質(zhì)的富集(圖7g，h)，也導(dǎo)致了較大的生油量，從熱解烴(S1)與抽提物氯仿瀝青“A”含量隨ETR的增加而增大可以體現(xiàn)出來(lái)(圖9e，f)。因此，較高的鹽度環(huán)境有利于浮游藻類生物的生長(zhǎng)，有利于頁(yè)巖油的形成。A類頁(yè)巖Pr/Ph為0.34～0.49(平均值為0.40)，而B類頁(yè)巖Pr/Ph為0.38～0.64(平均值為0.50)，表明此兩類頁(yè)巖均發(fā)育于較還原的環(huán)境，且A類頁(yè)巖的沉積水體的還原性要強(qiáng)于B類頁(yè)巖，這與A類頁(yè)巖具有更高的C35升藿烷相吻合(圖10)。因?yàn)楹枯^高的C35升藿烷指示烴源巖沉積于強(qiáng)還原(或缺氧)環(huán)境，而且隨著還原性的增強(qiáng)，其相對(duì)豐度C35升藿烷/C31-35升藿烷比值(C35/C31-35H)也會(huì)隨之增加[24]。Pr/Ph與TOC存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖9g)，表明強(qiáng)還原環(huán)境促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的保存，同時(shí)較高有機(jī)質(zhì)豐度的烴源巖具有較高的含油性(圖9i)。因此，較高的水體鹽度促進(jìn)了表層藻類的勃發(fā)，而強(qiáng)還原環(huán)境促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的保存，這兩點(diǎn)共同造就了豐富的有機(jī)質(zhì)含量以及較高的含油性。

3.4 頁(yè)巖油資源分級(jí)評(píng)價(jià)及其分布特征

理論上講，頁(yè)巖油的勘探開發(fā)具有先后順序，一般優(yōu)先勘探易產(chǎn)出的頁(yè)巖油資源，而頁(yè)巖含油性越高，其頁(yè)巖油更容易被開采出來(lái)[36]。因此，頁(yè)巖油資源分級(jí)成為勘探前的必要準(zhǔn)備工作，可為后期在多個(gè)頁(yè)巖油盆地中選擇富集的盆地、在單個(gè)盆地多套頁(yè)巖油地層中選擇富集的地層、在同一套頁(yè)巖油層中選擇頁(yè)巖油“甜點(diǎn)”這種“優(yōu)中選優(yōu)”模式打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

眾所周知，反映頁(yè)巖含油量最直接的地球化學(xué)參數(shù)是熱解烴(S1)和氯仿瀝青“A”，然而這兩個(gè)參數(shù)只能反映頁(yè)巖現(xiàn)階段的含油性，無(wú)法反映這類油是原地產(chǎn)出的還是外來(lái)的？是飽和的還是欠飽和的？因此，在探討頁(yè)巖油資源分級(jí)時(shí)有必要將其生烴母質(zhì)干酪根(或TOC)考慮進(jìn)來(lái)。結(jié)合頁(yè)巖油分級(jí)評(píng)價(jià)思想以及文獻(xiàn)報(bào)道的大量TOC和熱解測(cè)試數(shù)據(jù)，我們建立了研究區(qū)頁(yè)巖油資源分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(圖11)[16,18,37]。根據(jù)TOC與S1可以明顯將頁(yè)巖油資源劃分為3個(gè)級(jí)別。

圖9 沉積環(huán)境對(duì)富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖形成的影響Fig.9 Effect of deposition conditions on the development of the organic-rich shales

圖10 不同類型泥頁(yè)巖地球化學(xué)參數(shù)分布特征Fig.10 Distribution characteristics of geochemical parameters of different shalesP1. TOC，%； P2. HI*10-2，mg/g； P3. “A”*10 ，%； P4. S1，mg/g； P5. S/H*10； P6. C23TT/C30H*100；P7. C19/C23TT*10；P8. C24Tet/ C26 TT*10；P9.(鏡質(zhì)組+惰質(zhì)組)/10，%；P10. ETR；P11. G/ C30H*10； P12. Pr/ Ph*10；P13. C35/ C31-35H*100； P14. ββ/(αα+ββ) C29 S*10； P15. 20S/(20S +20R) C29 S*10；P16. Tmax* 10-2 ，℃

1) Ⅰ級(jí)資源：TOC>2%且S1>1.8 mg/g，這類頁(yè)巖具有相對(duì)最高的含油性，反映有機(jī)質(zhì)生成的烴類已滿足頁(yè)巖內(nèi)各種形式的殘留需要(吸附烴和游離烴)并處于飽和狀態(tài)，即如果烴類進(jìn)一步生成，就會(huì)有相應(yīng)量的烴排出頁(yè)巖，這類頁(yè)巖是頁(yè)巖油勘探開發(fā)最現(xiàn)實(shí)的對(duì)象，稱之為富集資源。

2) Ⅲ級(jí)資源：TOC≤1.2%或S1≤0.6 mg/g，這類頁(yè)巖包含了最低的含油性，反映有機(jī)質(zhì)生成的烴類已難以滿足頁(yè)巖內(nèi)各種形式的殘留需要，此時(shí)的頁(yè)巖油主要以吸附態(tài)為主，這類頁(yè)巖難以有效開發(fā)，因此稱之為無(wú)效資源。

圖11 泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖油資源分級(jí)評(píng)價(jià)Fig.11 Classification and evaluation of shale oil resources in the Biyang DepressionⅠ.富集資源；Ⅱ.低效資源；Ⅲ.無(wú)效資源；“文獻(xiàn)數(shù)據(jù)”,來(lái)自李吉君等[16]和He等[18]

3) Ⅱ級(jí)資源：介于上述Ⅰ級(jí)資源和Ⅲ級(jí)資源之間，這類頁(yè)巖尚有儲(chǔ)集更多頁(yè)巖油的空間，主要是因?yàn)椋孩夙?yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度較低或者成熟度較低，導(dǎo)致生成的烴類無(wú)法滿足頁(yè)巖內(nèi)各種形式的殘留需要；②頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度較高且成熟度較高，但“幕式排烴”使得大量烴類已排出頁(yè)巖，以致殘留烴較少。這類頁(yè)巖油尚待未來(lái)開采技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展后才能成為開采對(duì)象，稱之為低效資源。例如松遼盆地南部嫩江組和青山口組深度小于1 100 m的未熟-低熟頁(yè)巖即為典型的 Ⅱ 級(jí)資源[37]。

將本次研究對(duì)象A、B類頁(yè)巖相關(guān)地球化學(xué)參數(shù)投入該分級(jí)評(píng)價(jià)圖中，可見A類頁(yè)巖主要落在“富集資源”區(qū)，而B類頁(yè)巖主要落在“潛力資源”和“無(wú)效資源”區(qū)。這種頁(yè)巖油差異分布可由圖12揭示出來(lái)。A類頁(yè)巖由于①沉積時(shí)期，水體鹽度相對(duì)較高，藻類等生物勃發(fā)(高S/H且低C24Tet/C26TT)，沉積水體還原性較強(qiáng)，浮游生物死亡后均能得到有效保存，以致生油母質(zhì)豐度相對(duì)較高；②盡管埋深較淺，成熟度相對(duì)較低，但富含藻類等生油母質(zhì)，且處于生油階段(Ro>0.5%)；③水平微裂縫發(fā)育，其縫寬一般為0.01～0.08 mm，最寬可達(dá)1 mm[11]，為頁(yè)巖提供了較大的儲(chǔ)集空間，能有效儲(chǔ)集該頁(yè)巖生成的原油，從而該頁(yè)巖具有較高的含油性，易發(fā)育富集的頁(yè)巖油資源。而B類頁(yè)巖由于①沉積時(shí)期，水體鹽度相對(duì)較低，陸源有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)較大(高C24Tet/C26TT)，沉積水體還原性較弱，以致沉積有機(jī)質(zhì)無(wú)法得到有效保存，生油母質(zhì)含量相對(duì)較低；②埋深較大，處于生油階段，但高角度微裂縫發(fā)育，導(dǎo)致生成的原油可能已沿著微裂縫垂向運(yùn)移出頁(yè)巖儲(chǔ)集體[11,16]，因此該頁(yè)巖盡管存在TOC>2.0%的高豐度層段，但含油性普遍較低，無(wú)法形成富集的頁(yè)巖油資源。

圖12 泌陽(yáng)凹陷泌頁(yè)1井頁(yè)巖油分布綜合剖面Fig.12 The comprehensive profile of shale oil distribution from the Well BY1,Biyang DepressionⅠ.富集資源；Ⅱ.低效資源；Ⅲ.無(wú)效資源

綜上可得，研究區(qū)發(fā)育于較高鹽度、強(qiáng)還原環(huán)境下的A類頁(yè)巖處于生油階段，有機(jī)質(zhì)豐度較高，藻類貢獻(xiàn)較大，水平裂縫比較發(fā)育，促進(jìn)了頁(yè)巖油的生成和儲(chǔ)集，是未來(lái)頁(yè)巖油勘探開發(fā)的理想選擇，值得廣泛關(guān)注。

4 結(jié)論

1) 根據(jù)顏色、結(jié)構(gòu)和顯微特征將泌陽(yáng)凹陷頁(yè)巖劃分為黑色紋層狀頁(yè)巖(A類)和灰色頁(yè)巖(B類)兩大類，其中前者有機(jī)質(zhì)豐度高，有機(jī)質(zhì)以Ⅰ型干酪根為主，處于生油階段早期；而后者有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較低，有機(jī)質(zhì)以Ⅱ1型干酪根為主，處于生油階段晚期。

2) A類頁(yè)巖具有較高的C23TT/C30H和C27規(guī)則甾烷，鏡下層狀藻和結(jié)構(gòu)藻比較發(fā)育，反映生源以藻類為主；而B類頁(yè)巖具有較高的C24Tet/C26TT和C29規(guī)則甾烷，顯微組分中孢子體和鏡質(zhì)體含量較高，反映陸源有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)較大。

3) A類狀頁(yè)巖具有較高的G/C30H,ETR和較低的Pr/Ph，反映這類烴源巖發(fā)育于分層較強(qiáng)、較高鹽度的強(qiáng)還原水體，這種環(huán)境促進(jìn)了表層藻類勃發(fā)以及沉積有機(jī)質(zhì)的保存；B類頁(yè)巖具有較低的G/C30H,ETR和較高的Pr/Ph，反映這類烴源巖發(fā)育于分層較弱、較低鹽度的還原水體，這種環(huán)境不利于藻類繁殖和沉積有機(jī)質(zhì)的大量保存，以致埋藏有機(jī)碳含量較低。

4) 研究區(qū)A類頁(yè)巖盡管成熟度較低，但水平裂縫比較發(fā)育，促進(jìn)了頁(yè)巖油的形成和富集；而研究區(qū)B類頁(yè)巖盡管成熟度較高，但垂向裂縫比較發(fā)育，導(dǎo)致生成的烴類大部分已排出頁(yè)巖，不利于頁(yè)巖油的富集。根據(jù)頁(yè)巖油資源分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，黑色紋層狀頁(yè)巖主要發(fā)育頁(yè)巖油“富集資源”，是下一步頁(yè)巖油勘探開發(fā)的重點(diǎn)。