页岩油藏的成藏条件及中国页岩油藏有利区展布

杨伟伟，冯 渊，杨 勇，付晓燕，冯永玖（中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安710021）

页岩油藏的成藏条件及中国页岩油藏有利区展布

杨伟伟，冯 渊，杨 勇，付晓燕，冯永玖
（中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安710021）

中国页岩油资源量十分丰富，阐明中国含油气盆地石油地质特征及页岩油藏的成藏条件，对于查明中国页岩油藏的有利分布区具有重要意义。页岩油藏成藏地质条件包括两大方面：大规模分布的成熟度适中的腐泥型、富有机质泥页岩提供了页岩油成藏的物质基础；渗透性相对较好的夹层或裂缝发育的页岩层为有利页岩油储集层。中国各盆地石油地质特征分析表明，古生界、中生界和新生界湖相中厚层富有机质泥页岩层系的页岩油成藏条件较好，为中国页岩油藏的主要有利区，包括准噶尔盆地二叠系、三塘湖盆地二叠系、鄂尔多斯盆地三叠系、四川盆地侏罗系、松辽盆地白垩系、渤海湾盆地古近系、苏北盆地古近系、江汉盆地古近系、南襄盆地古近系。其中鄂尔多斯盆地三叠系延长组与松辽盆地白垩系青山口组页岩油地质条件最佳。

中国；含页岩油盆地；页岩油藏；成藏条件；有利区分布

传统石油地质学理论认为，富有机质暗色泥页岩往往是烃源岩或封盖层，而非油气储集层。随着油气勘探开发的深入，逐渐在泥页岩层系中发现大量的油气，页岩油和页岩气成为全球非常规油气勘探开发的热点。在美国，页岩气的勘探开发取得成功以后，页岩油也得到了高度重视，其产量从2005年起开始迅速增加，目前已在多个海相页岩层系中产出页岩油，并已成为美国非常规油气勘探开发领域中的重点[1-5]。此外，在加拿大、澳大利亚等国家也得到了商业性的开发[6]。在中国陆相湖盆，富有机质泥页岩十分发育，非常规泥页岩油气也显示出良好的勘探开发前景，目前已在渤海湾盆地（辽河、济阳、濮阳等坳陷）、鄂尔多斯盆地、松辽盆地等湖相盆地中，不同程度地获得了页岩油流[7]。据美国能源信息署在2013年 6月17日发表的研究报告，中国页岩油储量位居世界第三，仅次于俄罗斯和美国[8]。但由于中国页岩油的勘探开发还处于探索与起步阶段，对于页岩油的研究相对薄弱。本文在前人研究的基础上，阐明了页岩油藏的成藏条件，明确了中国页岩油有利分布区，以期为页岩油藏的勘探开发提供理论依据。

1 页岩油概念

目前，页岩油的定义尚未统一。广义的页岩油指蕴藏在具有低的孔隙度和渗透率的致密层系中的石油资源；狭义页岩油是指作为烃源岩的泥页岩层系中的石油资源，其特点是烃源岩与储集层同层[9]。中国学者对于页岩油的定义，多属于狭义页岩油，并且侧重于对赋存方式与储存空间的描述[1，10-11]。总之，页岩油的典型特征为“自生自储”，油气成藏未经历运移或运移距离极短。与之相对应，致密油是指储集在致密砂岩或灰岩等储集层中的石油，该类储集层往往紧邻生油层，石油经历了短距离的运移之后成藏，多属于近源油气（图1）。

图1 致密油、页岩油示意

2 页岩油成藏地质条件

页岩油属于自生自储的含油气系统，油气赋存在保存条件良好的泥页岩层系中。其成藏地质条件主要包括生油条件与储集条件。

2.1 生油条件

烃源岩是页岩油的物质基础，只有大规模展布的沉积于深水、半深水的富有机质泥页岩才能保证其生烃能力，热演化程度适中的腐泥型干酪根确保烃源岩以产出液态烃为主。总结国内外页岩油藏的石油地质条件，其生油条件主要包括以下3点。

（1）烃源岩面积广，厚度大，有机质丰度高富有机质泥页岩是页岩油生成和储集的主要载体，所以泥页岩规模是决定页岩油是否具备商业开采价值的关键因素。广泛分布且具有一定厚度的泥页岩奠定了页岩油形成的物质基础。美国在海相页岩油勘探中的显著成果，首先取决于其海相泥页岩分布稳定、面积较广且厚度较大（表1）。

表1 美国页岩油地质参数对比（援引自文献［1］）

有机质丰度决定了泥页岩的生烃能力，进而影响了页岩的滞留烃量。对美国已成功勘探开发区块的页岩油地质条件进行统计后发现，页岩的平均有机碳含量均在2%以上[8]。

（2）有机质类型好在有机质丰度和热演化程度相似的情况下，Ⅰ型和Ⅱ型干酪根以产液态烃为主，Ⅲ型干酪根以产气态烃为主。因此，腐泥型干酪根的富集更有利于页岩油的生成，在美国已产出页岩油的富有机质泥页岩中，有机质类型多属于偏生油的Ⅰ型和Ⅱ型（表1）。

（3）有机质热演化程度适中有机质的热演化程度反映了烃源岩生油气窗演化阶段（图2），在不同的热演化阶段，有机质所生成的油气的性质差异十分明显。在一般情况下，随有机质热演化程度的提高，烃源岩的生烃量逐渐增加，同时泥页岩自身滞留油气的性质也会发生明显变化。因此，有机质热演化程度适中是页岩油成藏的另一重要条件，只有处于生油及生湿气演化阶段的泥页岩，才能使所生成的液态烃类形成聚集。由图2可知，镜质体反射率（Ro）为0.5%时，有机质进入生油门限；Ro为0.7%~1.3%时，烃源岩以生成液态烃类及湿气为主；Ro大于1.3%时，烃源岩生成烃类以干气为主。因此，适中的热演化程度（Ro为0.7%~1.3%）有利于页岩油的生成，美国已开发的页岩油层系的镜质体反射率也基本在这一范围内（表1）。

图2 有机质热演化程度及产烃特征（援引自文献［8］）

2.2 储集条件

由于泥页岩本身的基质孔隙度低、喉道半径小、孔隙连通性差、渗透率低，其赋存油气的能力较差，因此，泥页岩基质含油性较差。目前全世界已成功勘探的实例较少，以福特沃斯盆地下石炭统Barrnett页岩油最为典型，储集空间类型以纳米级孔隙为主[12]。

泥页岩中夹层或裂缝发育可以提高其油气储集能力，是页岩油具有工业产能的重要条件，夹层或裂缝往往可以成为页岩油勘探开发的甜点。其中，夹层是指富有机质泥页岩层段中发育的粉砂岩、细砂岩、碳酸盐岩或火山岩等薄夹层，相对于泥页岩层段而言，其孔隙度和渗透率较高，邻近泥页岩所生成的油气只需经过极短距离的运移即可进入夹层成藏。以夹层为主要储集层的页岩油被称为夹层型页岩油[13]，国外已成功勘探开发的实例较多，有落基山盆地群上白垩统Niobrara页岩、圣胡安盆地白垩系Mancos页岩、墨西哥湾盆地上白垩统Eagle Ford页岩等。

裂缝发育区是页岩油勘探的另一甜点类型，裂缝的发育可以明显提高泥页岩储集层的渗透能力，裂缝的发育可以使泥页岩储集层渗透率提高4~5个数量级[1]，油气可以游离相赋存于泥页岩的裂缝体系中。因此，该类页岩油采出条件好、可采程度较高。以裂缝为主要储集层的页岩油被称为裂缝型页岩油[13]，已成功勘探开发的实例也较多，如圣华金盆地中新统Monterey页岩、South Park盆地白垩系Pierre页岩、西西伯利亚盆地侏罗系Bazhenov页岩、Bighore盆地白垩系Cody页岩、Paradox盆地二叠系Cane Creek页岩等。

此外，储集层脆性矿物含量是影响页岩油开采的重要因素，泥页岩中石英、长石、方解石等脆性矿物含量越高，黏土矿物含量越低，岩石脆性越强，在外力作用下越易形成裂缝，越有利于页岩油的开采。

3 中国页岩油藏有利区分布及资源前景

中国沉积盆地发育了多套含油气泥页岩层系，分布时代多、面积广，震旦系—新近系均有分布。中国发育的富有机质页岩类型有海相厚层泥页岩、海陆交互相中薄层泥页岩、湖相中厚层泥页岩与湖沼相中薄层泥页岩[10]。其中海相富有机质泥页岩埋藏较深，热演化程度较高（Ro主要为2.0%~4.0%），为页岩气（裂解气）的勘探有利区；海陆交互相与湖沼相中薄层富有机质泥页岩的有机质类型较差，主要产出煤型气。唯有湖相中厚层富有机质泥页岩具备页岩油成藏的地质条件，该类泥页岩分布规模大，大部分处于生油窗内，部分处于湿气阶段，页岩油勘探前景较好，有油气同出的潜力。因此，中国页岩油有利区主要为湖相中厚层富有机质泥页岩分布区，包括准噶尔盆地二叠系、三塘湖盆地二叠系、鄂尔多斯盆地三叠系、四川盆地侏罗系、松辽盆地白垩系、渤海湾盆地古近系、苏北盆地古近系、江汉盆地古近系、南襄盆地古近系。

3.1 古生界含页岩油盆地

中国古生界页岩油主要分布于准噶尔盆地、三塘湖盆地的二叠系泥页岩层系内（表2）。其中，准噶尔盆地二叠系（芦草沟组为主）优质烃源岩发育，为灰黑色泥岩、白云质泥岩，累计厚度可达200 m以上，分布面积在7×104km2左右，有机碳含量高达9%，有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，热演化程度适中，Ro为0.5%~ 1.3%；储集层以白云质岩夹层为主，可见晶间溶孔，且裂缝比较发育，构成裂缝-孔隙型储集空间。满足了页岩油的成藏条件，为中国页岩油的有利勘探目标区之一。

表2 中国含页岩油盆地主要地质参数

三塘湖盆地面积较小，与准噶尔盆地相似，优质烃源岩层以二叠系芦草沟组为主，其干酪根显微组分富含腐泥无定形富氢组分（Ⅰ型为主），是该套烃源岩大量生烃的主要原因。此外，烃源岩的有机碳含量较高，并处于生油窗内，Ro为0.5%~0.9%[14-15]。从储集性能上来看，该套泥页岩层系内，灰质泥岩、白云质泥岩物性较好，基质孔隙、顺层裂缝相对发育，为页岩油的主要储集空间[14]。

3.2 中生界含页岩油盆地

中国中生界含油气盆地多属于克拉通盆地，包括鄂尔多斯盆地三叠系、四川盆地侏罗系、松辽盆地白垩系等。其共同特征表现为富有机质泥页岩横向分布稳定，面积广、厚度大、有机质丰度高，与相邻致密砂岩呈广覆式展布，致密油藏与页岩油藏共存。

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段优质烃源岩内（厚层状泥页岩层及薄砂岩夹层）已获得高产页岩油流，显示出良好的勘探前景。长7段优质烃源岩分布面积可达6×104km2，厚度较大，油页岩厚度为5~40 m；黑色泥页岩厚度可达110 m；有机碳含量主体分布于2%~28%，黑色泥页岩平均有机碳含量为3.75%，油页岩平均有机碳含量为13.81%；有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，埋深为1 200~2 600 m，目前正处于生油高峰阶段，Ro为0.7%~1.3%（表2）。同时，盆地中部长7段泥页岩内薄砂岩夹层十分发育，储集层物性较好，为页岩油甜点区。

松辽盆地最早在大安构造大4井白垩系青山口组泥岩内获得工业油流，并发现了新北地区泥岩裂缝型油藏[16]，显示出松辽盆地白垩系泥页岩层系具有良好的页岩油勘探前景。从烃源岩条件来看，松辽盆地上白垩统青山口组青一段暗色泥页岩发育，纵向上厚度大，平面上分布广，为最主要的富有机质泥页岩层系。该套烃源岩主体埋深为1 500~2 500 m，厚度为60~80 m，有机碳含量最高可达9.0%，平均有机碳含量为2.2%，有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，有机质镜质体反射率多在1.1%~1.3%，个别地区可高达2.0%，为页岩油气的生成奠定了良好的物质基础（表2）。从储集层条件来看，裂缝发育区为页岩油分布的有利部位，泥页岩储集层脆性矿物含量高，约50%，易产生裂缝，已见油气显示井主要分布在裂缝发育的构造转折部位，岩心观察也表明该盆地泥页岩层系内裂缝发育，且大多含油。

此外，四川盆地侏罗系页岩油也具有一定的勘探潜力，富有机质泥页岩集中分布于下侏罗统，分布面积约为8×104km2，累计厚度在30~220 m，有机碳含量较高，为0.6%~3.0%，有机质类型以Ⅱ型为主，烃源岩热演化程度适中，Ro为0.6%~1.5%，满足了页岩油成藏的生烃条件（表2）。目前对于该地区储集层研究较少，文献［17］认为四川盆地侏罗系泥页岩层系内发育晶间孔、粒间溶孔、粒内溶孔等多种孔隙空间，且天然裂缝发育，前者为主要的储油空间，后者为渗滤通道。

3.3 新生界含页岩油盆地

中国新生界含页岩油盆地主要分布于东部地区，包括渤海湾、苏北、江汉、南襄等盆地，以古近系富有机质泥页岩为主。早在20世纪60年代，就在渤海湾盆地济阳坳陷沙三段泥页岩中见油气显示。近年来，在南襄盆地泌阳凹陷核桃园组页岩段、济阳坳陷沾化凹陷渤页1井沙三段、辽河坳陷西部凹陷曙古165井沙三段泥岩均获得了工业油流[18-19]，老井复查也在多口探井泥页岩中见油气显示并试油获得工业油流[7]。

中国东部湖相盆地富有机质泥页岩主要发育于古近系，受沉积相控制，发育了多套陆相泥页岩，具有单层厚度薄、累计厚度大、垂向上砂泥岩互层变化频率快的特征。渤海湾、苏北、江汉、南襄等盆地古近系泥页岩累计厚度可达200 m以上，平均有机碳含量在2%左右，有机质类型为Ⅰ型和Ⅱ型，成熟度不高，主体处于生油阶段，凹陷中心部位处于湿气—凝析油阶段[7]（表2）。总之，东部断陷盆地古近系泥页岩厚度大、有机质类型较好、有机质丰度中等—高，为页岩油的形成提供了物质基础。受构造、沉积背景的控制，东部断陷湖盆古近系富有机质泥页岩层系发育了多种类型的页岩油藏。文献［7］将其划分为纯泥页岩型、盐间型、泥页岩夹脆性层型等3大类。纯泥页岩型页岩油藏储集空间以泥页岩裂缝为主；盐间型页岩油藏储集空间以泥岩、白云岩裂缝为主，赋存于盐间泥页岩系统，发育于盐湖盆地；泥页岩夹脆性层型页岩油藏往往发育于湖盆高频振荡期，前三角洲相—半深湖相之间过渡区，储集空间以薄砂岩、灰岩、白云岩等薄夹层的基质孔隙为主[7]。

4 讨论

中国古生界、中生界、新生界等盆地湖相中厚层富有机质泥页岩具备页岩油藏成藏的地质条件，为页岩油勘探开发的有利区。目前在中生界、新生界盆地中均钻获工业油流，证明其页岩油资源前景十分广阔。与国外工业性页岩油产区相对比，鄂尔多斯盆地三叠系延长组与松辽盆地白垩系青山口组页岩油在生油条件与储集层特征方面最为相似，表现在泥页岩稳定发育、有机质丰度高，油质较轻，且储集层发育薄砂岩夹层或裂缝，为中国最为有利的页岩油勘探区。东部湖相断陷盆地的古近系泥页岩层系厚度虽大，但相变快，发育多个小凹陷，非均质性强，原油品质较差，且储集层类型复杂多变，页岩油勘探相对困难，应优选含砂岩层或碳酸盐岩层较多的烃源岩区或裂缝发育区展开勘探。准噶尔盆地、三塘湖盆地古生界泥页岩层系录井见油气显示，但尚未获得工业油流，需进一步分析其成藏条件尤其是储集空间特征，以确立勘探目标。

5 结论

（1）明确了页岩油与致密油的区别与联系，本文所述页岩油专指作为烃源岩的泥页岩层系中的石油资源，其特点是烃源岩与储集层同层，致密油是指储集在致密砂岩或灰岩等储集层中的石油，该类储集层往往紧邻生油层，石油经历了短距离的运移成藏，多属于近源油气。

（2）页岩油的成藏条件主要包含2个方面：大规模分布的成熟度适中的腐泥型、富有机质泥页岩；泥页岩内物性相对较好的夹层或裂缝发育区为主要甜点区。

（3）成藏条件评价与勘探实践表明，中国页岩油资源前景广阔，有利区主要分布在湖相中厚层富有机质泥页岩层系内，包括古生界、中生界与新生界含页岩油盆地，以鄂尔多斯盆地三叠系延长组、松辽盆地白垩系青山口组最为有利。

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Conditions of Shale Oil Accumulation and Distribution of Favorable Areas in China

YANG Weiwei,FENG Yuan,YANG Yong,FU Xiaoyan,FENG Yongjiu
(Research Institute of Exploration and Development,ChangqingOilfield Company,PetroChina,Xi’an,Shaanxi 710021,China)

Shale oil resources are rich in China.To clarify the petroleum geologic characteristics the shale oil accumulation conditions of China’s petroliferous basins is of great significance for finding out the favorable distribution areas of shale oil reservoirs.The conditions of shale oil reservoirs include the large⁃scale organic⁃rich mudstone/shale layers with moderate thermal maturity and sapropelic kerogen that provide material for shale oil accumulation;the interlayers with relatively good permeability or shale with fractures that are favorable shale oil reservoirs.In China,the Paleozoic,Mesozoic and Cenozoic lacustrine middle⁃thick organic⁃rich mudstone/shale intervals are of better conditions for shale oil accumulation,which are the major domains of shale oil reservoirs,including Permian strata in Junggar and Santang⁃hu basins,Triassic stratum in Ordos basin,Jurassic stratum in Sichuan basin,Cretaceous stratum in Songliao basin,and Paleogene strata in Bohai Bay,North Jiangsu,Jianghan and Nanxiang basins.Among them,the Triassic Yanchang formation in Ordos basin and the Cretaceous Qingshankou formation in Songliao basin are the best in shale oil geologic conditions.

China;shale⁃oil basin;shale oil reservoir;hydrocarbon accumulation condition;favorable areadistribution

TE122.8

A

1001-3873（2015）03-0253-05

10.7657/XJPG20150301

2014-07-01

2015-02-02

国家973项目（2014CB239003）

杨伟伟（1985-），女，山东菏泽人，博士，地球化学与油气成藏，（Tel）029-86590643（E-mail）yww_0101@sina.com.