泥页岩生烃性与含烃性研究现状

钱 强，张金功，彭海波

(西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西西安710069)

随着常规油气资源逐渐减少，非常规油气资源的勘探开发显得日益重要，其中页岩气、页岩油在美国、加拿大等国的勘探开发取得了巨大成功，引发了全球对非常规油气资源的关注［1－4］。本文将对泥页岩相关概念、生烃性研究的三个方面(有机质丰度、有机质类型和有机质演化程度)及泥页岩含烃性进行综合分析，并指出其存在的问题以及泥页岩生烃性与含烃性研究的发展趋势，以期能够客观、全面地反映泥页岩油气赋存层段的生烃、含烃特征，有效服务于泥页岩油气勘探。

1 泥页岩相关概念

广义的泥岩即通常所说的泥岩，包括块状泥岩和层状页岩，可笼统称为泥页岩，是由泥级颗粒组成的碎屑沉积岩。泥级颗粒既包括泥级的石英、长石等陆源碎屑，也包括高岭石、蒙脱石、伊利石等粘土矿物，岩石定名中的泥质即泛指这些泥级颗粒。广义泥岩中可混入粉砂等相对大粒级碎屑，也可混含方解石、白云石等(生物)化学沉积物，随着混入物含量增加，相应向其他岩石类型过渡。狭义的泥岩特指块状泥质岩。

页岩气和页岩油气中的“页岩”为模糊概念，泛指聚集天然气或油气的烃源岩，该类地层由不同岩石类型构成，包括泥岩、页岩及灰质泥岩、灰质页岩、泥质灰岩、粉砂质泥岩等过渡岩性，甚至灰岩、云岩及粉砂岩等其他岩石类型［5］。

根据泥页岩地层中所含烃类相态、成因机理及勘探开发等特点，将页岩类油气划分为页岩气和页岩油两大类［4］。页岩气从石油地质理论来讲属于自生自储或者自生近储，气体或有很短距离的运移，气体以游离、吸附和溶解状态存在于富含有机质的细粒泥页岩中，分布广泛，没有气水边界的连续分布型气藏［1－8］。页岩油是以游离(含凝析态)、吸附及溶解(可溶解于天然气、干酪根和残余水等)态等多种方式赋存于有效生烃泥页岩地层层系中且具有勘探开发意义的非气态烃类［1－9］。页岩油的形成和分布受页岩有机质演化程度的限制，只有在生油窗范围内的页岩才具备形成页岩油的条件，演化程度过高则易转化为页岩气［9］

2 泥页岩生烃性的研究

2.1 泥页岩类烃源岩的沉积环境

泥页岩类烃源岩沉积于浅海、三角洲、湖泊等沉积环境，环境安静乏氧、气候温暖、生物繁茂、稳定沉降，浮游生物或陆源有机质丰富并随粘土矿物质大量堆积、保存，其中的有机质向油气转化。显然这种环境并不是到处都有，它们受到区域大地构造和岩相古地理等条件的严格控制［9－12］。

半深湖——深湖相沉积的泥岩类岩石大多有机质丰度高;河流——沼泽相沉积的泥岩类岩石有机质丰度较低(苗建宇等，2005)。

2.2 泥页岩类烃源岩的地球化学特征

通过对烃源岩的地球化学研究，可以判断哪些泥页岩具备烃源岩的条件，其生烃能力如何、是不是好的烃源岩等。烃源岩的地球化学特征包括三个方面:有机质丰度、有机质类型和有机质演化程度［12］。随着勘探技术的进步，对于烃源岩研究的方法较前几年已经发生了非常巨大的变化，各种测试方法和测试技术的改进和提高使得烃源岩的定性研究更加可靠。而目前对于烃源岩的研究还主要集中在烃源岩评价方面的与油气生成和产出有关的岩石特性指标上。

2.2.1 烃源岩中有机质的数量

岩石中有机质的数量直接决定着烃类的生成量，因此，精确测定岩石中的有机质数量是评价烃源岩的关键。国内外一直流行的，并且目前仍沿用的测定有机质的数量的方法就是直接测定烃源岩的总有机碳含量，可溶有机质含量和总烃含量并结合烃源岩的其它特征建立了一系列适用于各种不同类型烃源岩的有机质数量指标评价体系。对于一套已生成和释放出足够形成工业性油气聚集的烃源岩来说，所测定出来的有机质含量实际上只是其残余有机质含量，但考虑到转化成烃类的有机质与岩石中的原始有机质相比只是很少的一部分，所以一般均用岩石中的残余有机质数量近似地代表烃源岩的有机质数量。作为烃源岩，其有机碳含量的下限值是颇为重要的。中国石油天然气总公司石油勘探开发科学研究院将中国陆相泥质生油岩的有机碳含量的下限值定为0.4%。国外各石油公司也都根据生油岩中的烃含量建立了自己的生油岩级别评价体系。目前，衡量岩石中有机质的丰度所用的指标主要有总有机碳(TOC)、氯仿沥青“A”、总烃和生烃势［12］。此外，对咸化环境形成的泥质生油岩和泥灰岩其有机碳含量标准也应适当降低至0.25%左右，为此，部分学者还提出了分别适用于泥质岩和碳酸盐岩生油岩的有机碳评价体系。但是目前所使用的有关烃源岩中的有机质含量实际上都是残余有机质含量。因此，对于那些烃转化率比较高、排烃效率比较好的烃源岩，用残余有机质含量代替其原始有机质含量，必然会造成烃源岩评价中的失误，所以在实际的地质工作中，还应针对具体情况，对有关的指标作一些必要的调整，以使评价工作更接近地质实际［13－15］。

2.2.2 烃源岩中的有机质类型

虽然国内外目前用来进行烃源岩有机质类型划分的方法很多，但都是通过分析岩石中可溶有机质的组成和不溶有机质(干酪根)的结构和组成来实现的，常见的分析方法及其特点如下［13－15］:

(1)用Rock－Eval热解分析方法直接测定出岩石中的吸附烃、干酪根热解烃和二氧化碳等含氧挥发组分的含量以及相应的温度，并根据有机碳含量算出其氢指数和氧指数，从而确定其有机质类型，该方法快速、简单、成本较低，但准确率比较低。

(2)用元素分析测定干酪根的元素组成，计算出干酪根的H/C原子比和O/C原子比，将相应的数据投在标准的范一克罗维伦坐标图上，即可确定其有机质的类型，该方法的准确率较高，但对高成熟生油岩有机质类型的确定比较困难。

(3)用有机岩石学方法在显微镜下直观地鉴别源岩中有机质的显微组成特征，划分源岩类型。(4)根据岩石中可溶有机质的组成特征来划分有机质类型。(5)根据特征的具有成因标志的生物标志化合物的相对含量来确定烃源岩的有机质类型。

上述方法都是在近几十年以来精确的有机地球化学分析测试技术发展起来以后才逐渐建立起来的。但上述各种方法在确定烃源岩的有机质类型时都有各自的优点和不足之处。而近年来由于油气勘探工作日趋复杂化，用某一单一的方法来确定有机质的类型已不大可能，因此，通常是将上述各种方法综合起来，相互取长补短，来确定烃源岩的有机质类型。另外在确定烃源岩的有机质类型时，干酪根的X光衍射、红外光谱特征及碳同位素组成特征等都可以作为定型的辅助手段。

2.2.3 烃源岩中有机质的成熟度

烃源岩中有机质的成熟度研究是现代烃源岩研究的三大要素之一，尽管近几年来未熟油理论和低熟油理论的兴起和发展，对传统的“石油深成说”提出了挑战。但许多研究表明，在影响烃类生成的诸因素中，有机质的成熟作用仍然是最重要的因素之一。从近几年来国外勘探成功率的统计结果来看，在有机质成熟带找油的成功率可达25% ～50%，在不成熟带则为2.5% ～5%，而在过成熟带找到的主要是气。在石油勘探中，用以研究有机质成熟度的方法及其使用的参数和指标很多。除此之外，还可根据干酪根镜质体反射率(Ro)、抱粉颜色、结构和荧光特性、干酪根ESR“自由基”浓度、流体包裹体以及裂变径迹等手段来确定烃源岩有机质的成熟度［13－15］。

3 泥页岩含烃性的研究

3.1 泥页岩含烃性分析

泥页岩的含烃性是评价泥页岩油气藏是否具有开采价值的一个重要标准。含烃性分析主要包括泥页岩的含烃量测试、等温吸附试验、烃类组分及同位素分析，其中含烃量测试是含烃性分析的重点。由于泥页岩中所含的溶解态烃量极少，故泥页岩总资源量可近似分解为吸附总量与游离总量之和。

为了分析含烃性，在取芯时，应用了常规取芯和密封取芯两种方法，对刚出筒的泥页岩岩心进行细致观察的同时，进行了实验，以观察泥页岩的含烃性并收集页岩气样品，并用解吸仪器在现场测试了泥页岩的含烃量，还有就是通过对岩心的氯仿沥青“A”、总烃、残留烃地球化学测试来分析泥页岩的含烃性。

在页岩气资源评价过程中，如何快速评价泥页岩的含气性，尤其是在没有针对泥页岩取心，无法开展现场气体解吸的情况下，作者认为不能仅靠等温吸附来决定地下泥页岩的含气性，因为任何一块泥页岩石在一定的温度和压力条件下都能吸附一定量的气体，并不能说明地下泥页岩的含气性和商业价值，可采取两种方法来确定:一是通过老井或新井的气测，有气测显示证明泥页岩具有含气性，气测显示越高的层越具有商业勘探价值，是有利的页岩气储层，也是下一步勘探的重点层位;二是通过野外露头挖浅探槽的方式取样进行直接解吸或热模拟，然后对热模拟结果进行解吸，如果有气体被解吸出来，尽管量很少，但意义重大，证明该层位泥页岩具有含气性，纵向系统的解吸可发现解吸气量越高所对应的层位是进一步研究的重点层位［13－18］。

3.2 泥页岩含烃性的主要影响因素

泥页岩含气性除了受有机碳质量分数、成熟度、裂缝、孔隙度、厚度、矿物组成等内部因素控制，同时也受深度、压力、温度、等外部因素影响［18］。吸附气和游离气组成了页岩气的主要成分，而吸附气量主要与有机碳质量分数、成熟度、泥页岩厚度有关，游离气量主要与裂缝发育程度和孔隙度有关。

页岩厚度和分布面积是保证页岩气藏有足够的有机质及充足的储集空间的重要条件。页岩厚度愈大，所含有机质就愈多，天然气生成量与滞留量也就愈大，页岩气藏的含气丰度愈

高［19，20］。

通过美国页岩气藏和国内可能存在的页岩气藏的构造演化特征对比分析认为，稳定构造条件下的持续沉降是页岩气成藏的关键(龚建明等，2012)。

稳定的区域构造环境为泥页岩的持续沉降提供了可容空间，奠定了油气成藏的物质基础;持续的沉降作用为泥页岩的不间断受热和生烃提供了热力学条件;构造隆升幅度小为页岩气的保存提供了的保障，因此，区域构造稳定可能是页岩气成藏的关键［20－23］。

4 结语

现在对泥页岩含烃性的研究较少，同时主要是关注各种因素对含烃性的影响，应加强对泥页岩含烃性主控因素的研究;泥页岩生烃性、含烃性研究目前局限于单因素分析，应制作暗色泥页岩等厚图、TOC等值线图、Ro等值线图、暗色泥岩埋深图等地质图件，对其进行叠加综合分析。

随着泥页岩油气藏研究的深入，首先须落实泥页岩的生烃性，掌握其沉积特征，明确不同泥页岩的地球化学特征及油气转化特征;其次研究泥页岩的含烃性，掌握其受控因素，含烃丰度。

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