秦建中，申寶劍，騰格爾，鄭倫舉，陶國亮，付小東，張玲瓏

(1.中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126;2.中國石化油氣成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214126)

不同類型優(yōu)質(zhì)烴源巖生排油氣模式

秦建中1,2，申寶劍1,2，騰格爾1,2，鄭倫舉1,2，陶國亮1,2，付小東1,2，張玲瓏1,2

(1.中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214126;2.中國石化油氣成藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214126)

利用地層孔隙異常壓力熱模擬實(shí)驗(yàn)分別對硅質(zhì)型、鈣質(zhì)型與粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖進(jìn)行分析，生排油氣模擬結(jié)果表明：(1)成熟早中期硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖排油量與排油效率最高，早期主要以重質(zhì)油排出為主，排油效率高達(dá)50%左右；鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖次之，排烴效率一般在30%左右；粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖排油效率一般只有4%～11%。(2)在成熟中晚期，硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖排油效率最高，但是鈣質(zhì)型烴源巖增加迅速達(dá)65%，粘土型烴源巖增加不明顯。(3)成熟晚期—高成熟階段，硅質(zhì)型和鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖排油效率變化不明顯，而粘土型烴源巖排油效率則從20%迅速增加到90%。硅質(zhì)型、鈣質(zhì)型和粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖生排油氣模式之間最大的差異是它們在成熟早中期排油效率和排油量不同。

優(yōu)質(zhì)烴源巖；排油效率；生排油氣模式；動(dòng)態(tài)演化

優(yōu)質(zhì)烴源巖(ω(TOC)≥2%)是含油氣系統(tǒng)和油氣成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)，對陸相與海相油氣藏的形成具有控制作用[1-3]。目前眾多學(xué)者對烴源巖研究主要集中在烴源巖形成的沉積環(huán)境及其控制因素[4-8]、定量評價(jià)[9-14]、有機(jī)質(zhì)賦存方式[15-17]、生烴模擬實(shí)驗(yàn)[18-27]以及生烴動(dòng)力學(xué)[28-30]等方面的研究。有效烴源巖或優(yōu)質(zhì)烴源巖生排烴效率是關(guān)系到油氣勘探能否成功的關(guān)鍵因素之一[31]，但對不同類型優(yōu)質(zhì)烴源巖生排烴特征研究較為薄弱，因此深入研究優(yōu)質(zhì)烴源巖排烴特征對油氣勘探具有重要的指導(dǎo)意義。本文在常規(guī)地化研究基礎(chǔ)上，綜合利用電鏡掃描+能譜分析、X-衍射和有機(jī)巖石學(xué)等新技術(shù)，將優(yōu)質(zhì)烴源巖按成巖顆?；蛏汲煞址譃?種類型：硅質(zhì)型、鈣質(zhì)型和粘土型[17]。通過對3種類型優(yōu)質(zhì)烴源巖樣品的地層孔隙熱壓生排油氣模擬實(shí)驗(yàn)建立了它們的生排油氣動(dòng)態(tài)模式，并總結(jié)了不同類型優(yōu)質(zhì)烴源巖的動(dòng)態(tài)評價(jià)方法，以期為油氣資源評價(jià)更接近地下實(shí)際地質(zhì)條件提供新的技術(shù)評價(jià)參數(shù)。

表1 海相烴源巖不同類型熱壓模擬實(shí)驗(yàn)樣品有機(jī)地球化學(xué)基本數(shù)據(jù)

1 樣品采集及實(shí)驗(yàn)方法

1.1樣品采集

本次地層孔隙熱壓生排油氣模擬實(shí)驗(yàn)樣品是在90塊常規(guī)熱壓生排油氣模擬實(shí)驗(yàn)之后進(jìn)行選取的。主要有：(1)四川廣元上寺上二疊統(tǒng)大隆組低熟黑色含鈣泥頁巖；(2)云南祿勸烏尖村中泥盆統(tǒng)未成熟—低成熟泥灰?guī)r、灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖；(3)吉林樺甸古近系浮游藻油頁巖和底棲藻油頁巖等。采樣位置及主要地球化學(xué)基礎(chǔ)分析數(shù)據(jù)見表1，其中，廣元地區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖主要用來對常規(guī)模擬和地層孔隙模擬進(jìn)行比對。優(yōu)質(zhì)烴源巖樣品制備：硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖樣品是云南祿勸灰?guī)r中制備的Ⅱ型干酪根+硅質(zhì)石英顆粒(小于100目)與蒙脫石為主泥巖的互薄層壓制而成硅質(zhì)頁巖；鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖模擬實(shí)驗(yàn)樣品以云南祿勸中泥盆統(tǒng)Ⅱ型富有機(jī)質(zhì)灰?guī)r及泥灰?guī)r壓制成的互薄層鈣質(zhì)頁巖；粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖模擬實(shí)驗(yàn)樣品為吉林樺甸古近系Ⅱ型富底棲藻油頁巖樣品。

1.2實(shí)驗(yàn)方法與條件

模擬實(shí)驗(yàn)主要使用無錫石油地質(zhì)研究所自行研制的地層孔隙熱壓生排油氣模擬實(shí)驗(yàn)儀，該套儀器裝置綜合考慮了地質(zhì)樣品(頁巖)所經(jīng)歷的溫度、時(shí)間、上覆靜巖壓力、地層孔隙流體壓力、圍壓、生油氣空間、孔隙流體性質(zhì)和礦物顆粒成分等各種地質(zhì)條件下的影響因素[32-33]。其特點(diǎn)是：(1)對頁巖或泥巖樣品，原樣直接鉆取或分層連續(xù)壓制成直徑3.8 cm、柱高5～10 cm巖心柱體；(2)靜巖壓力與地層流體壓力分別施壓，按實(shí)際地質(zhì)超壓設(shè)計(jì)地層流體壓力(充滿高壓液態(tài)水)，地層流體壓力/靜巖壓力一般變化在0.6～0.9之間；(3)升溫速率1 ℃/min，達(dá)到設(shè)計(jì)生油氣溫度后恒溫72 h；(4)排油氣為待整個(gè)反應(yīng)體系溫度降到150 ℃時(shí)，打開截止閥釋放高壓反應(yīng)釜中油氣水產(chǎn)物。運(yùn)用南方廣元地區(qū)烴源巖樣品分析表明：地層孔隙熱壓生排油氣模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果更接近地下客觀實(shí)際條件。主要體現(xiàn)在以下2點(diǎn):(1)地層孔隙熱壓生排油氣模擬實(shí)驗(yàn)儀器裝置所考慮的壓力系統(tǒng)、樣品、溫度條件和時(shí)間因素等更接近地下原始客觀實(shí)際條件，尤其是孔隙異常壓力系統(tǒng)的模擬對烴源巖有機(jī)質(zhì)演化程度(圖1A)或油氣生成的影響可以通過其化學(xué)平衡過程而實(shí)現(xiàn)。(2)地層孔隙熱壓生排油氣模擬實(shí)驗(yàn)流體體系可能具有近臨界特性，使得模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對常規(guī)熱壓生排油氣模擬實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)油率增加明顯(圖1B)，H2(圖1C)、CO2、烯烴等氣體含量明顯減少，因此，地層孔隙熱壓模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果更接近地下烴源巖油氣生成和排出的客觀實(shí)際條件。

圖1 地層孔隙與常規(guī)模擬實(shí)驗(yàn)的比較

2 模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與生排油氣模式

2.1硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖

硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2、圖2。

硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖在成熟早中期(VRo約為0.45%～0.9%)排油效率(排出油/總油)平均可達(dá)50%左右，排出重質(zhì)油量變化在80～130 kg/t之間，而且在成熟早期(VRo約為0.55%)排油效率出現(xiàn)次高峰值，排重質(zhì)油量也相對較高，主要原因可能為：(1)顆?；蚓w多接近橢圓球體，毛細(xì)管及運(yùn)移阻力減小，又多呈脆性，在成熟早期，原生超微孔及超微裂縫相對發(fā)育，有利重質(zhì)原油的排出，一般硅質(zhì)生屑頁巖排出的原油API<10°；(2)對可溶有機(jī)質(zhì)吸附性相對較低，最低吸附烴量低于粘土巖及碳酸鹽巖。成熟中期(VRo約為0.82%)排油效率反而從早期的59.35%降到45.66%，排出重質(zhì)油量隨成熟度的增加變化不明顯(圖2,表2)，主要原因是：(1)地層孔隙異常流壓熱模擬實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)更接近烴源巖地下客觀實(shí)際條件；(2)硅質(zhì)烴源巖在成熟早期原生孔隙相對較大，隨壓實(shí)作用或成熟度的增加，泥巖孔隙度或有限空間逐漸減少，盡管可溶有機(jī)質(zhì)(原油)密度有所降低，但是尚未到達(dá)熱裂解溫度，因此，出現(xiàn)了次高峰之后隨成熟度的增加排油效率逐漸降低的趨勢。

硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖在成熟中晚期(VRo約為0.9%～1.3%)排油效率迅速增加，多變化在62.7%～81.5%，對應(yīng)的排油量變化在243～408 kg/t，到成熟晚期(VRo約為1.02%)排油效率和排油量達(dá)到高峰值(圖2,表2)。究其原因，一是可溶有機(jī)質(zhì)或原油開始產(chǎn)生熱裂解，油明顯變輕，更容易隨氣排出烴源巖；二是流體異常壓力容易產(chǎn)生間歇性微裂縫，使得油氣容易隨氣排出。

硅質(zhì)型烴源巖在成熟晚期—高成熟階段油裂解烴氣過程中伴生的殘?zhí)紴r青量增加明顯(圖2,表2)。首先排出油和殘留油到成熟晚期(VRo>1.05%)，一方面“油”中有機(jī)大分子向小分子轉(zhuǎn)化，油從正常原油→輕質(zhì)油氣→凝析油氣→濕氣→干氣(甲烷)逐漸變輕；另一方面，“油”中芳環(huán)聚合、脫氫等向更大分子團(tuán)(殘?zhí)紴r青)轉(zhuǎn)化逐漸變重。在高成熟—過成熟階段，硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖由原油裂解產(chǎn)生烴氣的碳和殘?zhí)紴r青的碳約各占50%；以排出油裂解烴氣和殘?zhí)紴r青占絕對優(yōu)勢(約80%以上)，殘留在烴源巖中的殘?zhí)紴r青只是少部分(小于20%)。

圖2 硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖(Ⅱ型干酪根)生排油氣模式

模擬溫度/℃校正后VRo/%殘留油/(kg·t-1)排出油/(kg·t-1)總油/(kg·t-1)烴氣/(kg·t-1)總烴/(kg·t-1)排出油與總油之比/%固體瀝青/(kg·t-1)原樣0.4587.2987.2987.292500.4881.2180.63161.840.09161.9349.823000.5575.19109.77184.960.85185.8159.353250.7082.8090.45173.251.94175.1952.213500.82153.74129.20282.948.25291.1945.663750.94144.92243.31388.2313.50401.7362.674001.0292.50408.06500.5689.01589.5781.5204251.1880.18244.66324.84145.69470.5375.32124.044501.5240.97134.58175.55240.18415.7376.66183.845002.009.6062.8572.45324.11396.5686.75214.755503.122.8021.4324.23342.85367.0888.44235.05

注：紅色字體為校正后數(shù)據(jù)或?qū)Ρ韧茰y數(shù)據(jù)。

表3 鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖原樣仿真地層異常流壓熱模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

注：紅色字體為校正后數(shù)據(jù)或?qū)Ρ韧茰y數(shù)據(jù)。

圖3 鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖(Ⅱ型干酪根)生排油氣模式

2.2鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖

鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3，生排油氣模式見圖3。

從圖3可知，鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖在成熟早中期(VRo約為0.45%～0.9%)排油效率一般變化在15%～36%，對應(yīng)的排重質(zhì)油量變化在16～54 kg/t之間，而且在成熟早期(VRo約為0.6%)排油效率出現(xiàn)次高峰，排重質(zhì)油量也相對較高。但是，到成熟中期(VRo約為0.82%)排油效率反而從早期的35.76%降到17.04%，排重質(zhì)油量隨成熟度的增加變化不明顯(圖3,表3)。

鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖在成熟早中期排烴效率也較高，一般在30%左右，而且早期也出現(xiàn)次高峰，可能因?yàn)椋?1)顆粒或晶體多接近球體或近方體或平行六面體，也多呈脆性，在成熟早期，原生超微孔及超微裂縫相對發(fā)育，有利重質(zhì)原油的排出，也可形成排油效率次級高峰，一般鈣質(zhì)生屑頁巖排出的原油API<15°；(2)對可溶有機(jī)質(zhì)吸附性相對較低，最低吸附烴量一般在0.35 mg/g左右(多變化在0.20～0.85 mg/g之間)，而粘土巖最低吸附烴量一般在1.5 mg/g左右(多變化在0.90～2.62 mg/g之間)。

鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖到成熟中期排烴效率相對早期反而有所降低，主要原因是：(1)地層孔隙異常流壓熱模擬實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)更接近烴源巖地下客觀實(shí)際條件等；(2)鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖在成熟早期原生孔隙也相對較大，隨成熟度的增加，孔隙度或有限空間逐漸減少，尚未到達(dá)巖石脆性微裂縫發(fā)育和原油熱裂解階段，因此，出現(xiàn)了次高峰之后隨成熟度的增加排油效率逐漸降低的趨勢；(3)碳酸鹽含量高的烴源巖干酪根中常常帶有較多的含硫、含氮或含氧等雜原子，由于其裂解斷下來能量相對較低，很容易在較低溫度下生排烴，形成未熟—低熟油。

鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖在成熟中晚期(VRo約為0.95%～1.3%)排油效率也迅速增加，可以從19%～65%，對應(yīng)的排油量從70～300 kg/t，到成熟晚期(VRo約為1.11%)排油量達(dá)到高峰(圖3,表3)。主要是熱裂解使油質(zhì)明顯變輕及脆性微裂縫使得油氣更容易排出。

鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖在成熟—高成熟階段總生排油帶相對較寬；在過成熟階段，灰?guī)r總烴氣產(chǎn)率相對最高，甚至接近生油高峰時(shí)的最高總油產(chǎn)率，固體瀝青產(chǎn)率可能相對較低，主要原因可能是：(1)碳酸鹽烴源巖自然生烴過程和熱模擬實(shí)驗(yàn)均證實(shí)碳酸鹽巖對干酪根生烴確實(shí)有催化作用，其機(jī)理可能是α-碳原子形成自由基的催化反應(yīng)機(jī)理；(2)碳酸鹽巖對可溶有機(jī)質(zhì)熱裂解的催化作用相對弱；(3)碳酸鹽巖與有機(jī)質(zhì)可能形成有機(jī)鹽，延緩可溶有機(jī)質(zhì)的熱裂解過程，形成更多的烴類氣體、氫氣及CO2氣。

表4 粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖原樣地層孔隙異常流壓熱模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

注：紅色字體為校正后數(shù)據(jù)或?qū)Ρ韧茰y數(shù)據(jù)。

圖4 粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖(Ⅱ型干酪根，底棲藻為主)生排油氣模式

2.3粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖

粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4，其生排油氣模式見圖4。

粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖在成熟早中期(VRo約為0.45%～0.8%)排油效率很低，一般只有4%～11%，對應(yīng)的排油量一般也只有1～12 kg/t，遠(yuǎn)低于硅質(zhì)型和鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖。主要原因可能是：(1)粘土顆粒多呈不規(guī)則片狀，尤其是蒙皂石及伊蒙混層對可溶有機(jī)質(zhì)的吸附作用很強(qiáng)，最低吸附烴量一般在1.5 mg/g左右，最高可達(dá)2.6 mg/g以上，毛細(xì)管及運(yùn)移阻力遠(yuǎn)大于硅質(zhì)型和鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖；(2)粘土巖在未成熟—成熟早中期多由蒙皂石及伊蒙混層組成，呈韌性，超微裂縫難以形成，不利于早期重質(zhì)油的排出，即使排出也是少量輕質(zhì)油。

粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖到成熟中期(VRo約為0.8%～1.05%)排油效率相對早期逐漸有所提高，為13%～17%，對應(yīng)的排油量為24～72 kg/t，但是總體遠(yuǎn)低于同演化階段硅質(zhì)型和鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖的排油效率和排油量。主要原因是：(1)油相對逐漸變輕，總生油量快速增加；(2)粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖在成熟中期尚未到達(dá)巖石脆性微裂縫發(fā)育和原油熱裂解階段。

粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖在成熟晚期—高成熟階段(VRo約為1.1%～2.0%)排油效率從20%迅速增加到90%以上，排油量在成熟晚期達(dá)到高峰值(約為138.82 kg/t)；高成熟階段排凝析油或輕質(zhì)油量逐漸降低到65 kg/t。此階段總體排油量要低于硅質(zhì)型和鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖，但是總生油量、總生烴量和生排烴氣量基本相當(dāng)或略低一些(表2～4)。可能的原因是：(1)可溶有機(jī)質(zhì)或原油開始產(chǎn)生熱裂解，油質(zhì)明顯變輕，烴源巖及儲(chǔ)集巖中的可溶有機(jī)質(zhì)及油烴氣量均迅速增加，更容易隨氣排出烴源巖；(2)流體異常壓力和粘土已向伊利石等脆性轉(zhuǎn)化，容易產(chǎn)生間歇性微裂縫，使得油氣容易隨氣排出。

粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖在高成熟—過成熟階段由原油裂解產(chǎn)生烴氣的碳和殘?zhí)紴r青的碳比例以烴源巖中殘留油裂解的烴氣和殘?zhí)紴r青占優(yōu)勢(約80%以上)，排出烴源巖并運(yùn)移成藏后殘留在儲(chǔ)集巖中的殘?zhí)紴r青只可能占少部分(小于20%)。

3 模式差異性與動(dòng)態(tài)演化

硅質(zhì)型、鈣質(zhì)型和粘土型等優(yōu)質(zhì)烴源巖(Ⅱ型干酪根)在各成熟階段及演化過程中其排油效率、生排油氣模式具有明顯的差異(表5,圖5)。

表5 不同優(yōu)質(zhì)烴源巖(Ⅱ型干酪根)生排油氣動(dòng)態(tài)演化數(shù)據(jù)

注：硅質(zhì)型和鈣質(zhì)型頁巖各成熟階段VRo值范圍相同。

圖5 不同優(yōu)質(zhì)烴源巖(Ⅱ型干酪根)排油效率(A)、排油量(B)和生排烴氣量(C)的對比

3.1成熟早中期

硅質(zhì)型、鈣質(zhì)型和粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖生排油氣模式之間最大的差異是它們在成熟早中期排油效率和排油量的明顯不同(表5)：(1)排油效率以硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖最高，可達(dá)50%左右，鈣質(zhì)型次之，可在30%左右；粘土型最低，一般小于10%。(2)排油量也是以硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖最高，次高峰可達(dá)130 kg/t；鈣質(zhì)型次之，高值可接近35 kg/t，粘土型最低，高值也只有12 kg/t，最低接近1 kg/t，幾乎不排油。(3)硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖排油效率和排油量在VRo約為0.6%的成熟早期均出現(xiàn)較明顯的次高峰；而鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖排油效率在VRo約為0.55%出現(xiàn)較明顯的次高峰，排油量次高峰不明顯；粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖排油效率和排油量均未出現(xiàn)次高峰(圖5A,B)。它們主要與巖石對可溶有機(jī)質(zhì)的吸附性和韌性或脆性等有關(guān)。

3.2成熟中晚期

硅質(zhì)型、鈣質(zhì)型和粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖生排油氣模式中，盡管排油效率均迅速增加，排油量也均達(dá)到高峰值，但是其排油效率和排油量仍存在明顯的差異(表5)：(1)排油效率提高幅度(圖5A,表2～4)以鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖最大，可以從18%迅速提高到65%；粘土型次之，可從14%提高到50%；硅質(zhì)型相對最小，僅變化在62%～82%之間(因其成熟中期排油效率就較高)。(2)最高排油量仍是以硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖最高，高峰值可達(dá)453.52 kg/t；鈣質(zhì)型次之，高峰值為248.13 kg/t；粘土型最低，高峰值只有102.36 kg/t。(3)排油高峰、總油高峰、殘留油高峰稍有不同和錯(cuò)位(表2～4,圖3～5B)，硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖殘留油高峰最提前(VRo約為0.82%)，排油高峰及總油高峰也相對提前(VRo約為1.02%)；鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖總油高峰最遲后(VRo約為1.11%)，排油高峰及殘留油高峰居中(VRo約為1.11%及0.95%)；粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖排油高峰及殘留油高峰最遲后(VRo約為1.18%及1.02%)，總油高峰居中(VRo約為1.02%)。它們主要與油或可溶有機(jī)質(zhì)熱裂解變輕、氣/油比增大、巖石脆性及微裂縫發(fā)育程度和巖石對可溶有機(jī)質(zhì)的吸附性等有關(guān)。

3.3高成熟階段

硅質(zhì)型、鈣質(zhì)型和粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖生排油氣模式中，盡管排凝析油(氣)或輕質(zhì)油(氣)效率均很高，排凝析油或輕質(zhì)油量均隨成熟度增加逐漸降低，生排烴氣均隨成熟度增加逐漸增加、氣逐漸變干，殘?zhí)紴r青逐漸增加等，但是其排凝析油效率、排凝析油量、生排烴氣量及殘?zhí)紴r青量等仍存在一些差異(表5)：(1)排輕質(zhì)油或凝析油效率提高幅度以粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖最大，可以從50%提高到90%以上；硅質(zhì)型及鈣質(zhì)型較小，前者從73%提高到90%，后者從65%提高到近80%。(2)排輕質(zhì)油或凝析油量以鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖相對較高，從250 kg/t減少到92 kg/t；硅質(zhì)型次之，從200 kg/t減少至63 kg/t；粘土型最低，從120 kg/t減少至65 kg/t。(3)高成熟階段最高生排烴氣量及殘?zhí)紴r青量以硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖相對最高，鈣質(zhì)型最高生排烴氣量也較高，但是殘?zhí)紴r青量相對最低，粘土型最高生排烴氣量相對最低，殘?zhí)紴r青量居中。(4)在成熟—高成熟階段總生排油帶以鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖相對較寬。它們主要與油或可溶有機(jī)質(zhì)熱裂解變凝析氣、濕氣及向干氣過渡、巖性催化裂解作用的不同、巖石脆性及微裂縫發(fā)育程度和巖石對烴類的吸附性等有關(guān)。

3.4過成熟階段

硅質(zhì)型、鈣質(zhì)型和粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖生排油氣模式中，盡管生排凝析油氣量均很低，并隨成熟度增加逐漸接近于零，但排凝析氣效率均很高，幾乎均為干氣，但是其生排烴氣總量及殘?zhí)紴r青量等仍存在一些差異(表5)：(1)生排烴氣總量以鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖最大，最高可達(dá)372.2 kg/t；硅質(zhì)型次之，最高為342.9 kg/t；粘土型最小，為257.1 kg/t。(2)關(guān)于不同類型優(yōu)質(zhì)烴源巖在過成熟階段中早期的生排烴氣量和生排烴氣下限可能也以鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖生排烴氣量最大，生排烴氣下限VRo>4.3%或更大，粘土型次之，硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖生排烴氣量可能最小(未得到實(shí)測數(shù)據(jù))。(3)殘?zhí)紴r青量以硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖相對較大，粘土型次之，鈣質(zhì)型相對較小(估算推測數(shù)據(jù))。它們主要與碳酸鹽中的有機(jī)酸鹽生氣、巖性催化裂解作用的不同及巖石對烴類的吸附性等有關(guān)。

實(shí)際上，海相硅質(zhì)型(或硅質(zhì)生屑薄層及頁理)優(yōu)質(zhì)烴源巖、海相鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖(鈣質(zhì)有機(jī)質(zhì)薄層及頁理、灰?guī)r及泥灰?guī)r等)、粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖(粘土含量大于10%的泥頁巖或含鈣泥頁巖等)等均具有各自的生排油氣模式(表5)。它們對海相大型重質(zhì)油田、油田、輕質(zhì)油或凝析油氣田及氣田的形成具有明顯的控制作用。例如，海相硅質(zhì)型或鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源層的發(fā)育對大中型(尤其是特大型)重質(zhì)油田(低成熟階段)、油田(成熟階段)的勘探具有控制作用，但是，粘土型優(yōu)質(zhì)烴源層的發(fā)育只能對大中型(尤其是特大型)油田(成熟中晚期)的勘探具有控制作用。

4 結(jié)論

1)硅質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖在成熟早中期排油效率可達(dá)50%，對應(yīng)的排重質(zhì)油量變化在80～130 kg/t之間，而且在VRo約為0.55%時(shí)排油效率出現(xiàn)次高峰值；在成熟中晚期排油效率增加到80%以上，排油量達(dá)到高峰值。

2)鈣質(zhì)型優(yōu)質(zhì)烴源巖在成熟早中期排烴效率一般在30%，也出現(xiàn)次高峰，排重質(zhì)油量在15～55 kg/t之間；在成熟中晚期排油效率從19%增至65%，排油高峰約為VRo=1.11%；過成熟階段烴氣產(chǎn)率高可能與有機(jī)酸鹽有關(guān)。

3)粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖在成熟早中期排油效率一般只有4%～11%，排油量僅1～12 kg/t，成熟晚期—高成熟階段排油效率從20%猛增至90%以上。

4)硅質(zhì)型、鈣質(zhì)型和粘土型優(yōu)質(zhì)烴源巖生排油氣模式之間最大的差異是它們在成熟早中期排油效率和排油量的明顯不同，可能主要與它們對可溶有機(jī)質(zhì)的吸附性差異、巖石脆韌性及微裂縫發(fā)育程度不同等有關(guān)。

[1] 張林曄. 湖相烴源巖研究進(jìn)展[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2008,30(6):591-595.

[2] 秦建中,騰格爾,付小東.海相優(yōu)質(zhì)烴源層評價(jià)與形成條件研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2009,31(4):366-372.

[3] 吳亞生,鐘大康,邱楠生,等.松南地區(qū)斷陷層烴源巖生烴能力及主控因素分析[J].斷塊油氣田,2012,19(1)：39-43.

[4] 騰格爾.中國海相烴源巖研究進(jìn)展及面臨的挑戰(zhàn)[J].天然氣工業(yè),2011,31(1):20-25.

[5] Clegg H,Wilkes H,Horsfield B.Carbazole distributions in carbonate and clastic source rocks[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,1997,61:5335-5345.

[6] 陳義才,沈忠民,羅小平.石油與天然氣有機(jī)地球化學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,2007:56-58.

[7] Riboulleau A,Baudin F,Deconinck J F,et al.Depositional conditions and organic matter preservation pathways in an epicontinental environment: the Upper Jurassic Kashpir Oil Shales (Volga Basin,Russia)[J].Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology,2003,197:171-197.

[8] Yin H F,Xie S C,Yan J X,et al.Geobiological approach to evaluating marine carbonate source rocks of hydrocarbon[J].Sci China:Earth Sci,2011,54(8):1121-1135.

[9] Glikson M.The application of electron microscopy and microanalysis in conjunction with organic petrology to further the understanding of organic-miner al association:Examples from Mount Isa and McArthur basins,Australia[J].International Journal of Coal Geology,2001, 47:139-159.

[10] Younes M A,Philp R P.Source rock characterization based on biological marker distributions of crude oils in the southern Gulf of Suez,Egypt [J].Journal of Petroleum Geology,2005,28(3):301-317.

[11] Ercegovac M,Kostic A.Organic facies and paly nofacies:Nomenclature,classification and applicability for petroleum source rock evaluation [J].International Journal of Coal Geology,2006,68:70-78.

[12] 母國妍,鐘寧寧,劉寶,等.湖相泥質(zhì)烴源巖的定量評價(jià)方法及其應(yīng)用[J].石油學(xué)報(bào),2010,31(2):218-224.

[13] 張水昌,梁狄剛,張大江.關(guān)于古生界烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[J].石油勘探與開發(fā),2002,29(2):8-12.

[14] 秦建中.中國烴源巖[M].北京：科學(xué)出版社,2005.

[15] Vandenbroucke M,Largeau C.Kerogen origin,evolution and structure[J].Organic Geochemistry,2007,38：719-833.

[16] 秦建中,付小東,申寶劍,等.四川盆地上二疊統(tǒng)海相優(yōu)質(zhì)頁巖超顯微有機(jī)巖石學(xué)特征研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2010,32(2):164-170.

[17] 秦建中,申寶劍,付小東,等.中國南方海相優(yōu)質(zhì)烴源巖超顯微有機(jī)巖石學(xué)與生排烴潛力[J].石油與天然氣地質(zhì),2010,31(6)：826-837.

[18] 陳潔,鹿坤,馮英,等.東濮凹陷不同環(huán)境烴源巖評價(jià)及生排烴特征研究[J].斷塊油氣田,2012,19(1):35-38.

[19] 龐雄奇,李素梅,金之鈞,等．排烴門限存在的地質(zhì)地球化學(xué)證據(jù)及其應(yīng)用[J].地球科學(xué)——中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,29(4):384-390.

[20] 霍秋立,曾花森,喬萬林,等.松遼盆地優(yōu)質(zhì)烴源巖含水生排油模擬實(shí)驗(yàn)[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā),2011,30(4):1-6.

[21] 秦建中,劉井旺,劉寶泉,等.加溫時(shí)間、加水量對模擬實(shí)驗(yàn)油氣產(chǎn)率及地化參數(shù)的影響[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2002,24(2):152-157.

[22] 李志明,秦建中,劉寶泉.柴達(dá)木盆地上第三系泥巖生烴熱壓模擬實(shí)驗(yàn)[J] .天然氣工業(yè),2005,25(2):30-32.

[23] 蔡希源.湖相烴源巖生排烴機(jī)制及生排烴效率差異性：以渤海灣盆地東營凹陷為例[J].石油與天然氣地質(zhì),2012,33(3)：329-334.

[24] 辛艷朋,邱楠生,秦建中,等.塔里木盆地奧陶系烴源巖二次生烴研究[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào),2011,33(3):261-267.

[25] 馬行陟,龐雄奇,孟慶洋,等.遼東灣地區(qū)深層烴源巖排烴特征及資源潛力[J].石油與天然氣地質(zhì),2011,32(2)：251-258.

[26] 秦建中,劉寶泉,鄭倫舉.海相碳酸鹽巖生排烴能力研究[J].石油與天然氣地質(zhì),2006,27(3): 348-355.

[27] 秦建中,劉寶泉.海相不同類型烴源巖生排烴模式研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2005,27(1):74-80.

[28] 江林香,王慶濤,盧鴻,等.開放體系下平?jīng)鼋M頁巖干酪根的生烴動(dòng)力學(xué)研究[J].地球化學(xué),2012,41(2):139-146.

[29] 王云鵬,趙長毅,王兆云,等.利用生烴動(dòng)力學(xué)方法確定海相有機(jī)質(zhì)的主生氣期及其初步應(yīng)用[J].石油勘探與開發(fā),2005,32(4):153-158.

[30] 蔣啟貴,王延斌,秦建中,等.中國南方海相烴源巖生烴動(dòng)力學(xué)研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2008,30(6):606-610.

[31] Banerjee A,Jha M,Mittal A K,et al.The effective source rocks in the north Cambay Basin[J].Marine and Petroleum Geology,2000,17(10):1111-1129.

[32] 李志明,鄭倫舉,馬中良,等.烴源巖有限空間油氣生排模擬及其意義[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2011,33(5):447-451.

[33] 鄭倫舉,秦建中,何生,等.地層孔隙熱壓生排烴模擬實(shí)驗(yàn)初步研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2009,31(3):296-302,306.

(編輯葉德燎)

Hydrocarbongenerationandexpulsionpatternofdifferenttypesofexcellentsourcerocks

Qin Jianzhong1,2, Shen Baojian1,2, Tenger1,2, Zheng Lunju1,2, Tao Guoliang1,2, Fu Xiaodong1,2, Zhang Linglong1,2

(1.WuxiInstituteofPetroleumGeology,SINOPEC,Wuxi,Jiangsu214126,China; 2.SINOPECKeyLaboratoryforPetroleumAccumulationMechanisms,Wuxi,Jiangsu214126,China)

Semi-closed pyrolysis experiments were conducted in order to evaluate what controls the hydrocarbon generation and expulsion efficiency for three types of excellent source rocks (siliceous, calcareous and clay ones). Each type of source rock has different relative hydrocarbon expulsion efficiencies in the stage of early-middle oil window, where siliceous source rock has the highest oil expulsion efficiency and oil expulsion quantity, reaching to 50%, and the expelled products are dominated by heavy oil. This is followed by calcareous source rock, about 30%. The oil expulsion efficiency of clay source rock is the lowest, about 4%-11%. During the middle-late maturation stage, siliceous source rock tends to achieve the highest expulsion efficiency first, followed by calcareous source rock (65%) and then clay source rock. During the late and high-mature stage, the oil expulsion efficiencies of siliceous and calcareous source rocks do not change obviously, while the oil expulsion efficiency of clay source rock increases rapidly from 20% to 90%. The models of hydrocarbon generation and expulsion of three types of excellent source rocks are different in the stage of early-middle oil window.

excellent source rock; oil expulsion efficiency; hydrocarbon generation and expulsion model; dynamic evaluation

1001-6112(2013)02-0179-08

10.11781/sysydz20130212

TE122.1+15

A

2012-11-09；

2013-01-25。

秦建中(1957—)，男，博士，教授級高級工程師，從事石油地質(zhì)勘探與油氣地球化學(xué)研究。E-mail：qjz.syky@sinopec.com。

國家重大專項(xiàng)“海相碳酸鹽巖層系烴源演化與評價(jià)技術(shù)(二期)”(2011ZX05005-001-002)資助。