馮家樂 楊升宇 胡欽紅 馬斌玉 文家成 王旭陽 蒲秀剛 韓文中 張偉

收稿日期：2023-12-30

基金項目：國家自然科學(xué)基金重點項目（41830431）； 山東省青年基金項目（ZR2021QD092）

第一作者：馮家樂（2000-），男，博士研究生，研究方向為油氣地球化學(xué)。E-mail：fengjiale_upc@163.com。

通信作者：楊升宇（1986-），男，教授，博士，研究方向為常規(guī)和非常規(guī)油氣地質(zhì)。E-mail： s.yang@upc.edu.cn。

文章編號：1673-5005（2024）02-0045-12??? doi：10.3969/j.issn.1673-5005.2024.02.005

摘要：渤海灣盆地滄東凹陷孔二段頁巖油資源潛力巨大，且通過水平井鉆控獲得了穩(wěn)產(chǎn)工業(yè)油流。應(yīng)用常規(guī)熱解和分步熱解技術(shù)，優(yōu)化生排烴物質(zhì)平衡法，提出了基于原始生烴潛力和現(xiàn)今殘余生烴潛力的頁巖生烴和排烴效率氫指數(shù)平衡計算方法，并探索成熟度以外孔二段頁巖排烴效率的主控因素及其與含油性的關(guān)系。選取深度和成熟度較為接近的樣品，以排除成熟度這一公認(rèn)的生排烴效率指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，頁巖有機(jī)質(zhì)豐度和類型、微觀孔隙結(jié)構(gòu)和巖石類型等是控制其生排烴效率的重要因素。Ⅲ型干酪根產(chǎn)物以輕烴為主，排烴效率變化大且普遍高于Ⅰ型和Ⅱ型干酪根。Ⅰ型和Ⅱ型干酪根在TOC超過3%以后，排烴效率隨TOC的增加而增大。墨水瓶型孔對液態(tài)烴的滯留能力強(qiáng)于狹縫型孔；對氣態(tài)烴而言墨水瓶型孔反而是利于排烴的優(yōu)勢通道。紋層狀頁巖比薄層狀頁巖具有更低的排烴效率。生排烴共同控制著頁巖的含油量，頁巖中含油量與排烴效率整體呈負(fù)相關(guān)，但與生烴潛力、生烴效率和滯留烴率的乘積呈明顯的正相關(guān)性，展示了生排烴效率計算方法的可靠性和實用性。

關(guān)鍵詞：滄東凹陷; 孔二段; 頁巖油; 排烴效率; 含油量; 生烴潛力平衡法

中圖分類號：TE 122.3??? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

引用格式：馮家樂，楊升宇，胡欽紅，等.滄東凹陷孔二段頁巖生排烴效率及對含油性的影響［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2024，48（2）：45-56.

FENG Jiale， YANG Shengyu， HU Qinhong， et al. Hydrocarbon generation and expulsion efficiency and influence on oil bearing property of shale in the second member of Paleogene Kongdian Formation in Cangdong Sag［J］. Journal of China University of Petroleum （Edition of Natural Science）， 2024，48（2）：45-56.

Hydrocarbon generation and expulsion efficiency and influence

on oil bearing property of shale in the second member of

Paleogene Kongdian Formation in Cangdong Sag

FENG Jiale1，2， YANG Shengyu1，2， HU Qinhong1，2， MA Binyu3， WEN Jiacheng1，2，

WANG Xuyang1，2， PU Xiugang4， HAN Wenzhong4， ZHANG Wei4

（1.National Key Laboratory of Deep Oil and Gas in China University of Petroleum（ East China）， Qingdao? 266580， China；

2.School of Geosciences in China University of Petroleum （East China）， Qingdao 266580， China；

3.College of Earth Sciences， Yangtze University，Wuhan 430100， China；

4.PetroChina Dagang Oilfield Company， Tianjin 300280， China）

Abstract： The shale oil potential of the second member of? Kongdian Formation in Cangdong Sag， Bohai Bay Basin， is substantial， with stable industrial oil flow achieved through horizontal well drilling and control. In this paper， the routine rock-eval pyrolysis and shale play rock-eval pyrolysis techniques are utilized to optimize the hydrocarbon generation and expulsion mass balance method. A hydrogen index balance calculation method for shale hydrocarbon generation and expulsion efficiency， based on both the original and residual hydrocarbon generation potential， is proposed. Investigating the primary controlling factors， aside from maturity， on hydrocarbon expulsion efficiency in the shale，sheds light on the relationship between hydrocarbon expulsion efficiency and oil bearing property. In this study， samples with similar depth and maturity are selected to exclude the influence of maturity variation， a recognized indicator of hydrocarbon generation and expulsion efficiency. The results show the significance of organic matter abundance and type， pore structures， and rock types as key factors controlling hydrocarbon generation and expulsion efficiency in the shale of the second member of the Paleogene Kongdian Formation in Cangdong Sag. The products of type Ⅲ kerogen are mainly light hydrocarbons， exhibiting considerable variation in hydrocarbon expulsion efficiency， generally higher than that of type Ⅰ and type Ⅱ kerogen. When the TOC content of type Ⅰ and type Ⅱ kerogen exceeds 3%， hydrocarbon expulsion efficiency increases with TOC. Ink-bottle pores exhibit stronger retention of liquid hydrocarbons compared to slit pores.But for gaseous hydrocarbons， ink-bottle pores are the dominant channel to expel hydrocarbon. Additionally， laminated shale demonstrates lower hydrocarbon expulsion efficiency than thin laminated shale. The total oil content in shale is the outcome of co-controlled generation and expulsion of hydrocarbons. It shows a negative correlation with hydrocarbon expulsion efficiency， but a significant positive correlation with the product of hydrocarbon generation potential， hydrocarbon generation efficiency， and hydrocarbon retention rate， affirming the reliability and practicality of the proposed calculation method of hydrocarbon expulsion efficiency.

Keywords：Cangdong sag; the second member of Paleogene Kongdian Formation; shale oil; hydrocarbon expulsion efficiency; total oil content； hydrocarbon generation potential balance method

渤海灣盆地滄東凹陷古近系孔店組二段（簡稱“孔二段”）為一套厚層富有機(jī)質(zhì)頁巖，初步計算資源量達(dá)6.8×108 t［1］， 資源豐富，開發(fā)潛力巨大。目前孔二段頁巖的“儲集性、含油性、可動性及可壓性”四性特征逐步明確［2］，然而生排烴效率研究比較匱乏。筆者基于地質(zhì)、地球化學(xué)及巖石物理分析測試資料，對孔二段頁巖的基礎(chǔ)地質(zhì)特征進(jìn)行刻畫，定量計算生排烴效率并分析討論其主控因素。

1? 地質(zhì)背景

滄東凹陷是渤海灣盆地中部的一個新生代陸相拉張碟狀湖盆，北部與孔店凸起相接，夾持在西部滄縣隆起和東部徐黑凸起之間（圖1）。內(nèi)部可劃分為孔西斜坡、孔店構(gòu)造帶、孔東斜坡、舍女寺斷鼻帶和南皮斜坡5個次級構(gòu)造單元，勘探面積約為1780 km2［3-4］。研究區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造格局的形成歷經(jīng)3個演化階段：孔三段沉積期為坳陷盆地，無明顯邊界斷層；孔二段繼承了孔三段沉積期的盆地原型，不斷坳陷且斷陷上翹；孔一段沉積期構(gòu)造強(qiáng)烈，滄東斷層和徐黑斷層活動逐漸加強(qiáng)，盆地呈現(xiàn)出明顯的斷坳構(gòu)造?？傮w而言，孔二段沉積期構(gòu)造活動以坳陷為主，持續(xù)有頻繁但低幅度的構(gòu)造活動［5］，但盆地內(nèi)部構(gòu)造背景相對穩(wěn)定，為后續(xù)湖盆沉積大套頁巖提供了有利條件。

孔二段是古近紀(jì)早期在穩(wěn)定構(gòu)造背景下沉積的一套以暗色頁巖為主，夾雜中薄層粉砂巖、中細(xì)砂巖和泥質(zhì)白云巖的厚度400～600 m且分布穩(wěn)定的沉積建造。新生界地層有古近系孔店組（Ek）、沙河街組（Es）、東營組（Ed）地層和新近系館陶組（Ng）、明化鎮(zhèn)組（Nm）地層。從湖盆邊緣到湖盆中心，依次發(fā)育三角洲平原、三角洲前緣、近岸水下扇、濱淺湖及半深湖—深湖亞相（圖1），巖性也從砂巖、致密砂巖過渡至細(xì)粒沉積巖。

2? 研究樣品與試驗方法

2.1? 樣? 品

為了利用生烴潛力平衡法計算生排烴效率，選取不同鉆井深度和相應(yīng)有機(jī)質(zhì)成熟度的3口鉆井樣品進(jìn)行研究（圖1）。研究位于官西地區(qū)的G108-8井不同深度的3個樣品，埋深在2900～3200 m之間，樣品鏡質(zhì)體反射率Ro約為0.65%，屬低成熟樣品。在位于官東地區(qū)的GD12及GD14兩口井中分別取樣14和15個，深度在3800～4130 m，Ro為0.85%～1.15%，處于生油窗范圍。

2.2? 實驗方法

針對溶劑抽提前后的樣品，開展了一系列不同的分析測試。通過Leco CS-744硫碳分析儀測定了未抽提樣品的總有機(jī)碳含量；采用法國Vinci Technologies公司生產(chǎn)的Rock-Eval 7 型巖石熱解儀開展了常規(guī)和分步巖石熱解實驗。其中分步巖石熱解采用法國石油研究院提出的Shale Play methodTM升溫方案［6］，即Sh0為100～200 ℃收集的游離烴含量，Sh1為200～350 ℃頁巖釋放的吸附烴含量，Sh2為350～650 ℃干酪根產(chǎn)生的熱裂解烴量。利用日本Rigaku公司生產(chǎn)的SmartLab SE X射線衍射儀開展了XRD（X射線衍射分析）礦物含量分析；使用DM4P徠卡偏光顯微鏡觀察礦物特征和沉積構(gòu)造；應(yīng)用德國Bruker公司生產(chǎn)的M4 Tornado X射線熒光光譜儀（XRF）測量了樣品的主要元素（Si、Ca、Al、K及Mn等）濃度；借助美國Micromeritics公司生產(chǎn)的ASAP 2460多站擴(kuò)展式比表面積及孔徑分析儀，應(yīng)用多點BET、BJH理論，對頁巖樣品的比表面積、累積孔隙體積進(jìn)行了量化；基于Helios Nano LabTM600氬離子拋光場發(fā)射掃描電鏡高分辨率成像觀察，提供了微觀孔隙結(jié)構(gòu)的直接證據(jù)。

與此同時，經(jīng)索氏抽提（溶劑采用體積比為93∶7的二氯甲烷與甲醇混合液）10 d后的粉末樣品，再次進(jìn)行巖石熱解實驗，用以計算不受重?zé)N“遲滯效應(yīng)”影響的生烴潛力和總含油量?？紤]到頁巖油樣品的地質(zhì)特征，頁巖油含量評價采用Jarvie［7］提出的計算方法：

St=S1未抽提-S1抽提后+S2未抽提-S2抽提后.

式中， St為總含油量；S1、S2為常規(guī)巖石熱解熱揮發(fā)烴和熱裂解烴的含量，目前該方法被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外頁巖油地質(zhì)資源計算中［8-9］。

3? 基礎(chǔ)地質(zhì)特征

3.1? 有機(jī)質(zhì)特征

本研究中GD12與GD14井樣品的TOC為0.50%～4.84%（圖2），平均值為2.28%，均屬有效烴源巖（TOC大于0.5%）。在 S2（抽提后）與TOC交匯圖中，多數(shù)樣品氫指數(shù)IH介于200～600 mg /g TOC趨勢線間，指示為Ⅱ型或Ⅱ/Ⅲ干酪根，少數(shù)有機(jī)碳含量較低的樣品展示出了Ⅲ型和Ⅳ型干酪根的特征（圖2）。

after Soxhlet extraction

在常規(guī)巖石熱解實驗中，S1為300 ℃時熱揮發(fā)烴的含量，S2為300～650 ℃之間熱裂解烴的含量。在理想狀態(tài)下，S1反映了在地質(zhì)演化過程中已經(jīng)生成的油氣含量，而S2則代表了干酪根的生烴潛量。然而，在含油率較高的頁巖樣品中，部分高分子量烴類化合物難以在300 ℃情況下被充分揮發(fā)，進(jìn)而滯留到S2的測試范圍，產(chǎn)生“遲滯效應(yīng)”［7］。本文中對比了孔二段頁巖抽提前后的巖石熱解參數(shù)（圖3），結(jié)果揭示了抽提過程對頁巖基礎(chǔ)有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)的重要影響。抽提前樣品的氫指數(shù)平均值較高，整體在300 mg/g TOC以上，指示的干酪根類型以Ⅰ型和Ⅱ型為主；最高峰對應(yīng)溫度（Tmax）較低，等效鏡質(zhì)體反射率在0.5%～0.7%，且G108-8井與GD12和GD14井樣品成熟度區(qū)分度不大（圖3（a））。與之相比，抽提后的樣品氫指數(shù)明顯降低，指示的干酪根類型以Ⅱ型和Ⅲ型為主；Tmax大幅上升，G108-8井等效鏡質(zhì)體反射率約為0.6%，而GD12和GD14井樣品的等效鏡質(zhì)體反射率在0.7%～1.0%（圖3（b））。雖然巖石熱解參數(shù)Tmax是一個能很好地反映有機(jī)質(zhì)熱成熟度的參數(shù)，但其值也受到其他因素的影響，比如樣品富氫、富硫或富瀝青質(zhì)會造成Tmax偏低，黏土礦物的吸附作用則會造成Tmax異常偏高［10］。研究發(fā)現(xiàn)，洗油后樣品的Tmax在經(jīng)過換算以后，呈現(xiàn)的等效鏡質(zhì)體反射率值與前人直接測量的鏡質(zhì)體反射率數(shù)據(jù)較為吻合［5］，即G108-8井孔二段頁巖Ro約為0.65%，GD12和GD14井樣品的Ro為0.85%～1.15%。

綜上所述，由于孔二段頁巖較好的含油性，導(dǎo)致未洗油樣品的S1無法在常規(guī)巖石熱解的加熱條件下充分揮發(fā)并被檢測。一定量的自由烴在300～650 ℃區(qū)間內(nèi)加熱條件下才被釋放，進(jìn)而造成S2最高峰對應(yīng)的溫度（Tmax）偏低和氫指數(shù)偏高。因此，針對含油量較高的樣品，在巖石熱解實驗之前開展索氏抽提“洗油”預(yù)處理非常有必要。

3.2? 微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

氮氣等溫吸附-脫附曲線可用于定性表征多孔介質(zhì)中孔徑介于1.7～300 nm的孔隙結(jié)構(gòu)。圖4展示了含有不同類型干酪根的孔二段頁巖的氮氣吸附脫附曲線特征。含有Ⅰ型干酪根的頁巖回滯環(huán)類型為H3型（圖4（a）），反映了狹縫型孔隙，當(dāng)相對壓力介于0.9～1時，吸附量急劇增加，不存在吸附飽和現(xiàn)象，孔隙體積約為5 cm3/g。圖4（b）展示了含有Ⅱ型干酪根頁巖的等溫吸附-脫附曲線，回滯環(huán)類型為H2型，當(dāng)相對壓力達(dá)到0.5時，吸附量陡然增加，與標(biāo)準(zhǔn)H2型回滯環(huán)的區(qū)別是高壓階段不存在吸附平臺，由墨水瓶孔與狹縫孔兩類孔隙復(fù)合，孔隙體積平均為8 cm3/g。含有Ⅲ型干酪根頁巖的孔隙結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜（圖4（c）），H2與H4型回滯環(huán)都有分布，孔隙結(jié)構(gòu)主要由墨水瓶孔和平行板狀孔組成，個別樣品在相對壓力0.5～0.9范圍內(nèi)幾乎維持在一個水平，與標(biāo)準(zhǔn)H2型回滯環(huán)類似，孔隙體積介于5～15 cm3/g。

根據(jù)IUPAC的分類，直徑小于2 nm的孔隙稱為微孔，介于2～50 nm的孔隙為介孔，大于50 nm的孔隙為大孔［11］?？讖椒植记€如圖4（d）～（f），不同類型樣品的孔徑分布有所差別，但直徑2～50 nm的介孔均是其孔隙的主要組成部分，同時含有一定的大孔。Ⅰ型的孔隙體積較小，孔徑分布為雙峰型，直徑2～3 nm與10～12 nm的孔隙貢獻(xiàn)了大部分孔隙體積。Ⅱ型為微弱的雙峰型，直徑3～4 nm的孔隙與直徑10 nm的孔隙貢獻(xiàn)的體積約為10∶1。Ⅲ型具有最大的孔隙體積，且直徑小于10 nm的孔隙占比最大。

氬離子拋光場發(fā)射掃描電鏡能夠提供頁巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)的直接證據(jù)［12-13］。含不同有機(jī)質(zhì)類型的頁巖掃描電鏡照片如圖5所示，展示了典型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型有機(jī)質(zhì)掃描電鏡照片及發(fā)育的主要孔隙類型。3種類型有機(jī)質(zhì)生烴孔顯示出不同的孔隙特征（圖5 （a）～（c）），Ⅰ型有機(jī)質(zhì)孔呈長條狀、不規(guī)則狀（圖5 （a）），Ⅲ型為典型的海綿狀孔隙結(jié)構(gòu)（圖5 （c）），Ⅱ型兩種形狀的有機(jī)孔皆有發(fā)育（圖5 （b））。除生烴孔外，有機(jī)質(zhì)與無機(jī)礦物由于熱傳導(dǎo)差異形成的收縮縫也是有機(jī)孔的主要類型之一（圖5（e））。研究區(qū)還發(fā)育多種無機(jī)孔隙類型［14］，主要包括粒間孔、微裂縫、晶間孔、粒內(nèi)溶孔等。石英粒間孔（圖5（d））孔隙形態(tài)多為橢圓狀。微裂縫（圖5 （g））可能是源巖排烴的有利通道。鈉長石粒內(nèi)溶孔（圖5（f））為不規(guī)則狀。石膏、黏土礦物晶間孔（圖5（h）、（i））孔隙形態(tài)多為長條狀，平行板狀。

3.3? 巖石類型特征

XRD數(shù)據(jù)表明滄東凹陷孔二段頁巖礦物成分多樣，以石英、長石、方解石、白云石、黏土礦物為主，同時含有方沸石、黃鐵礦、菱鐵礦等。本文中巖性劃分應(yīng)用細(xì)粒沉積巖定名方法［15］，將長英質(zhì)礦物（長石和石英）、碳酸鹽礦物（方解石和白云石）及黏土礦物作為三端元礦物，對G108-8、GD12及GD14三口井孔二段頁巖樣品進(jìn)行了基本定名。從礦物成分三角圖可看出，滄東凹陷孔二段主要發(fā)育長英質(zhì)頁巖、混積質(zhì)頁巖及灰云質(zhì)頁巖，而黏土質(zhì)頁巖基本不發(fā)育（圖6）。

不同礦物的化學(xué)成分有較大差異，因此可通過二維XRF元素掃描圖像區(qū)分硅質(zhì)與鈣質(zhì)紋層。其不足之處是無法精確鑒別礦物，例如滄東凹陷含硅元素的礦物包括石英、長石、黏土及方沸石等，含有鈣的礦物包括方解石和白云石等。雖然XRF的多解性難以準(zhǔn)確識別不同礦物類型，但通過元素在空間上的分布關(guān)系可以反映頁巖的非均質(zhì)性和層理結(jié)構(gòu)。結(jié)合鏡下薄片鑒定與XRF兩種互補(bǔ)性方法，可以更細(xì)致地刻畫孔二段頁巖沉積構(gòu)造。在XRF圖像中，紋層平直且邊界清晰，長英質(zhì)頁巖、混積質(zhì)頁巖和含灰白云質(zhì)頁巖的硅鈣含量比遞減（圖7（c）、（f）、（i））。依據(jù)不同礦物的光性差異，通過單偏光和正交偏光對比分析，紋層可細(xì)分為長英質(zhì)紋層（圖7（b））、方沸石紋層（圖7（e））、灰云質(zhì)紋層（圖7（e））及黏土質(zhì)紋層（圖7（e）），薄層狀含灰白云質(zhì)頁巖發(fā)育灰云質(zhì)紋層，鏡下特征明顯（圖7（h））。參考中國石油大港油田分公司對滄東凹陷孔二段優(yōu)勢組構(gòu)相的劃分方案［16］，在薄片尺度下，孔二段頁巖沉積構(gòu)造類型以紋層狀（紋層厚度δ<1 mm）和薄層狀（紋層厚度δ≥1 mm）構(gòu)造為主。

4? 生排烴效率

4.1? 生排烴效率計算方法

目前已有多位學(xué)者提出計算生排烴效率的方法，包括殘留烴量法［17-19］、孔隙度法［20］、含烴飽和度法［21］、生排烴熱模擬實驗法［22-28］、圖版法［29］和質(zhì)量平衡法［30］。每種方法側(cè)重點不同，各有優(yōu)缺點。例如，殘留烴量法總結(jié)了生排烴量與有機(jī)碳含量的經(jīng)驗公式，但受陸相湖盆非均質(zhì)性影響，應(yīng)用于其他盆地則具有不確定性；含烴飽和度法基于烴-水成固定比例排出的粗放設(shè)定，無法滿足精細(xì)勘探開發(fā)的需求；生排烴熱模擬實驗，雖然考慮了有機(jī)質(zhì)演化過程中溫度、壓力、含水量等影響因素，但實驗設(shè)定與真實的地層情況仍有較大差別，且多數(shù)情況下只能針對個別樣品進(jìn)行分析。

將烴源巖生排烴機(jī)制與質(zhì)量平衡原理相結(jié)合的基于巖石熱解參數(shù)的質(zhì)量平衡法，是一種計算生排烴效率的經(jīng)典方法［30］。該方法使用So1、So2、Sm1及Sm2（上標(biāo)o代表原始，m代表成熟）4個參數(shù)計算生排烴效率。然而，因為該方法應(yīng)用生烴潛量對有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分類，導(dǎo)致生排烴效率過分依賴于有機(jī)碳含量。而本研究改進(jìn)的物質(zhì)平衡法，即將生烴量（S1）和生烴潛量（S2）用TOC進(jìn)行校正，然后再利用平衡法計算生排烴效率。

排烴是在生烴的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因而生排烴效率的計算往往是同時進(jìn)行的。生烴、排烴效率的定義不同，相對應(yīng)計算生烴、排烴效率的方法也不同［30-33］，本文使用的排烴效率計算方法基于累積排烴效率的計算原理，且能表征烴源巖某一演化階段時的排烴量相對整個演化路徑總生烴量的程度。烴源巖生烴效率指烴源巖生成烴類的程度，即

生烴效率=已生成烴/原始?xì)堄嗌鸁N潛力=（原始?xì)堄嗌鸁N潛力-現(xiàn)今殘余生烴潛力）/原始?xì)堄嗌鸁N潛力。

烴源巖排烴效率指烴源巖排出烴類的程度，即排烴效率=排出烴量/原始生烴潛力=（原始生烴潛力-現(xiàn)今生烴潛力）/原始生烴潛力。

計算頁巖生烴、排烴效率的基本地球化學(xué)參數(shù)有4個：氫指數(shù)（IH）、熱揮發(fā)烴量（S1）、熱裂解烴量（S2）及總有機(jī)碳含量（TOC），獲得上述4個關(guān)鍵參數(shù)，可確定原始生烴潛力（即未成熟樣品單位質(zhì)量有機(jī)碳對應(yīng)的生烴潛量）、現(xiàn)今生烴潛力（即待計算樣品單位質(zhì)量有機(jī)碳對應(yīng)的生烴潛量）、原始?xì)堄嗌鸁N潛力（即未成熟樣品單位質(zhì)量有機(jī)碳對應(yīng)的殘余生烴潛量）、現(xiàn)今殘余生烴潛力（即待計算樣品單位質(zhì)量有機(jī)碳對應(yīng)的殘余生烴潛量），而巖石的原始生烴潛力及原始?xì)堄嗍Ｓ嗌鸁N潛力，則可以通過選取低成熟樣品進(jìn)行巖石熱解分析后獲得（圖8），具體計算方法如下：

Eg=

So2exw（TOC）o-

Sm2exw（TOC）m

So2exw（TOC）o ，（1）

Ee=

So1+So2w（TOC）o-

Sm1+Sm2w（TOC）m

So1+So2w（TOC）o .

（2）

式中，Eg為生烴效率；Ee為排烴效率；So2ex為未成熟樣品經(jīng)抽提后的熱裂解烴量；w（TOC）o為未成熟樣品的總有機(jī)碳含量；Sm2ex為成熟樣品經(jīng)抽提后的熱裂解烴量；w（TOC）m為成熟樣品的總有機(jī)碳含量；So1為未成熟樣品的熱揮發(fā)烴量；Sm1為成熟樣品的熱揮發(fā)烴量；So2為未成熟樣品的熱裂解烴量；Sm2為成熟樣品的熱裂解烴量。

of shale in the second member of Kongdian Formation

4.2? 孔二段頁巖生排烴效率

基于生烴潛力平衡法的計算，GD12與GD14井樣品的生烴和排烴效率在不同深度的樣品上呈現(xiàn)出不同特征（圖9）。在3820～3960 m深度段生烴效率變化區(qū)間較大（3%～92%），多數(shù)樣品集中在20%～50%（圖9（a））；在4060～4140 m深度段生烴效率整體介于25%～60%，生烴效率呈現(xiàn)出小幅增大趨勢。雖然GD12和GD14井樣品深度最大相差約200 m，但所有樣品成熟度相關(guān)不大，因而生烴效率與深度的相關(guān)性也不明顯。

在排烴效率方面，兩個深度段的排烴效率變化都較大，最小的排烴效率約3%，最高則接近100%，多數(shù)樣品的排烴效率集中在20%～50%（圖9（b））。同樣，排烴效率與深度的相關(guān)性不明顯，證明本研究中控制孔二段生排烴效率的主要因素并不是有機(jī)質(zhì)的熱演化程度。

5? 生排烴效率的影響因素

頁巖的生烴和排烴過程，是有機(jī)質(zhì)在地質(zhì)溫壓場下緩慢轉(zhuǎn)化為油氣并從烴源巖中排出的過程，其效率受到烴源巖有機(jī)質(zhì)與無機(jī)質(zhì)等多種因素的影響。

5.1? 有機(jī)碳含量和干酪根類型

孔二段頁巖的生烴效率與有機(jī)質(zhì)含量關(guān)系較為復(fù)雜，特別是不同類型的干酪根呈現(xiàn)出不同的相關(guān)性。在Ⅲ型干酪根樣品中，頁巖的生烴效率變化較大，且總體上與有機(jī)碳含量有負(fù)相關(guān)的關(guān)系（圖10（a））。這可能與Ⅲ型干酪根的生烴動力學(xué)特征有關(guān)。Ⅲ干酪根生烴活化能分布較廣［34］，即開始生烴和結(jié)束生烴的成熟度范圍較大，加之

Ⅲ型干酪根非均質(zhì)性較強(qiáng)，造成了在特定的成熟度條件下樣品的生烴效率相差非常之大。相比之下，Ⅰ型和Ⅱ型干酪根的非均質(zhì)性稍弱，生烴效率相對穩(wěn)定，且隨著有機(jī)碳含量的增大有降低的趨勢（圖10（a））。這代表烴源巖在一定成熟度條件下具有特定的生烴高峰，有機(jī)碳含量過高的樣品繼續(xù)生烴的能力會受到已生成油氣的抑制作用。

頁巖的排烴效率與有機(jī)碳含量的相關(guān)性更為明顯（圖10（b））。Ⅲ干酪根的排烴效率普遍高于Ⅰ型和Ⅱ型干酪根樣品，這與Ⅲ型干酪根的產(chǎn)物類型關(guān)系密切。腐殖型干酪根的產(chǎn)物中氣態(tài)烴比例較高，這造成了生成的油氣具有更強(qiáng)的可動性，也更容易從烴源巖中排出。Ⅰ型和Ⅱ型干酪根樣品有機(jī)碳含量在2%～3%時具有較低的排烴效率；在TOC大于3%以后，排烴效率隨有機(jī)碳含量的增大而升高。這可能反映了頁巖在有機(jī)碳含量約為3%時，生成的油氣量達(dá)到了頁巖儲存能力的上限。隨著有機(jī)碳含量的進(jìn)一步升高，頁巖在滿足自身儲存的基礎(chǔ)上開始向源外排烴，這也造成了滯留烴含量的相對降低和排烴效率的升高。

5.2? 微觀孔隙結(jié)構(gòu)

有機(jī)質(zhì)是頁巖孔隙的主要載體［35］，相同成熟度條件下，有機(jī)質(zhì)豐度與類型是頁巖生烴的決定性因素。與此同時，有機(jī)質(zhì)與孔隙結(jié)構(gòu)共同影響著頁巖的排烴效率，本研究綜合有機(jī)質(zhì)、孔隙形態(tài)及孔隙體積等多種因素探討了孔隙結(jié)構(gòu)對頁巖排烴效率的影響。

含有相同干酪根類型的頁巖排烴效率相差不大，但Ⅰ型比Ⅱ型干酪根的排烴效率高（圖11 （a）、（b））。雖然Ⅰ、Ⅱ型同為傾油型干酪根，但墨水瓶型孔滯留液態(tài)烴的能力比狹縫型孔強(qiáng)［36］，導(dǎo)致含有Ⅱ型干酪根頁巖的排烴效率低于Ⅰ型。由于氣體分子量小且易擴(kuò)散的物理性質(zhì)，使其排烴需要的孔徑下限較低，墨水瓶型孔較狹縫型孔更具有排烴優(yōu)勢。含有Ⅲ型干酪根主要產(chǎn)物為輕烴的頁巖印證了這一點：具有墨水瓶孔樣品的排烴效率整體大于具有狹縫孔樣品的排烴效率（圖11（c））。具有較高排烴效率的樣品具有更大的孔隙體積，這可能是由于氣體生成導(dǎo)致有機(jī)孔的生成，提供了可觀的孔隙體積?？紫缎螒B(tài)的分類見圖4。

5.3? 巖石類型

孔二段頁巖以紋層狀長英質(zhì)頁巖、紋層狀混積質(zhì)頁巖及薄層狀含灰白云質(zhì)頁巖3種巖石類型為主。少數(shù)紋層狀長英質(zhì)頁巖和紋層狀混積質(zhì)頁巖的生烴效率超過60%（圖12（a）），這些樣品都具較低有機(jī)碳含量的特點（圖10（a））。在優(yōu)質(zhì)烴源巖中，生烴效率普遍低于60%，其中紋層狀長英質(zhì)頁巖的平均生烴效率最高（圖12（a））。

在排烴效率方面，多數(shù)樣品的排烴效率分布在20%～40%，且以紋層狀長英質(zhì)頁巖及紋層狀混積質(zhì)頁巖為主［37］（圖12（b））。薄層狀含灰白云質(zhì)頁巖的排烴效率明顯高于其他巖石類型，這與其巖性和沉積構(gòu)造有一定關(guān)系（圖12（b））。紋層狀頁巖平均排烴效率低于薄層狀頁巖，這可能是因為紋層頁巖由于具備較強(qiáng)的非均質(zhì)性，導(dǎo)致生成的油氣優(yōu)先在層系內(nèi)發(fā)生極短距離運移［38］，并儲存在紋層等巖性變化較大的空間內(nèi)，進(jìn)而造成從紋層層系這一層面來看總體排烴效率不高的現(xiàn)象。

6? 生排烴效率與含油性

頁巖含油性是生烴和排烴的耦合結(jié)果，在生烴強(qiáng)度一定的情況下，排烴效率直接影響了殘留在烴源巖內(nèi)的油氣含量。在一個密閉的含油氣系統(tǒng)中，排烴效率還決定了常規(guī)和非常規(guī)油氣資源的分配比例，即排烴效率越高，常規(guī)油氣資源量相對較大，反之亦然。

刻畫頁巖含油性的方法有很多，其中包括現(xiàn)場解析、巖石熱解S1、氯仿瀝青“A”等方法。針對頁巖油的地質(zhì)特點，Jarvie［7］提出了通過對比抽提前后熱解參數(shù)的含油量（St）計算方法，即St =S1未抽提-S1抽提后+S2未抽提-S2抽提后，并成為評價頁巖樣品殘余油含量的重要方法。通過頁巖含油性與排烴效率的對比可知排烴效率越高，頁巖含油性越差；而頁巖含油量大于10 mg/g的樣品排烴效率普遍低于30%（圖13）。與此同時，分步熱解參數(shù)Sh0/Sh1是反映頁巖殘留烴可動性的重要指標(biāo)。雖然頁巖排烴效率和含油量不受頁巖油可動性嚴(yán)格控制，但Sh0/Sh1低于0.4的樣品普遍具有排烴效率低于30%且含油量高于7 mg/g的特點，說明頁巖油的流動性也直接影響了排烴效率和含油性。

預(yù)測頁巖殘余烴含量需3個關(guān)鍵參數(shù)：原始生烴潛力、生烴效率及滯留烴效率，三者的乘積為現(xiàn)今殘余烴含量。計算公式為

Cp=Sm21-EgEg（1-Ee）.（3）

式中，Cp為預(yù)測殘余烴含量；Sm2為成熟樣品的生烴潛力。

數(shù)據(jù)顯示不同類型干酪根樣品的實測含油量，與計算獲得的殘余烴含量具有非常好的相關(guān)性（圖14），特別是Ⅰ型和Ⅱ型干酪根樣品的相關(guān)性系數(shù)高達(dá)0.78～0.81。含有Ⅲ型干酪根的頁巖樣品的實測含油量比計算值要高很多，這有可能是由于該類巖石無機(jī)孔隙相對發(fā)育，并且接收了烴源巖層系內(nèi)短距離運移來的油氣而造成?？傊瑘D14不僅通過實測含油數(shù)據(jù)驗證了提出的生烴和排烴效率指標(biāo)的可靠性，也充分展示了排烴效率的實踐應(yīng)用價值，即預(yù)測和評價頁巖油含量的能力。

7? 結(jié)? 論

（1）本研究改進(jìn)了傳統(tǒng)物質(zhì)平衡法計算生排烴效率的流程，利用氫指數(shù)平衡法分別對不同類型干酪根的排烴效率進(jìn)行了計算。排烴效率變化范圍非常大，分布在5%～98%之間。

（2）干酪根類型和有機(jī)碳含量影響孔二段頁巖的生排烴效率，含有Ⅲ型干酪根的樣品相較于含有Ⅰ型和Ⅱ型的頁巖具有更高的排烴效率，而含有Ⅰ型和Ⅱ型干酪根的樣品在TOC超過3%以后，排烴效率隨TOC增大而增大。

（3）墨水瓶型孔對液態(tài)烴的滯留能力強(qiáng)于狹縫型孔，對氣態(tài)烴而言，排烴需要的孔徑下限較低，墨水瓶型孔反而是利于排烴的優(yōu)勢通道。

（4）紋層狀頁巖的排烴效率明顯比薄層狀頁巖的排烴效率低，這反映了頻繁的互層發(fā)育會造成排烴效率減低，進(jìn)而導(dǎo)致油氣滯留在烴源巖中。

（5）頁巖中總含油量與排烴效率整體成負(fù)相關(guān)性，且與生烴潛力、生烴效率和滯留烴率的乘積成明顯的正相關(guān)性。提出的計算方法得到了實測含油量數(shù)據(jù)的有力驗證，展現(xiàn)出了較好的應(yīng)用潛力。

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（編輯? 修榮榮）