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沧东凹陷孔二段页岩含油性及其主控因素

页岩油是保障我国能源安全的重要化石能源，具有巨大的资源开发潜力和应用价值。截至2020年，中国石油估算全国页岩油的技术可采资源量为145×10⁸t，主要集中分布于渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地及准格尔盆地等中新生代陆相地层和四川盆侏罗系海相地层。总体来看，中国陆相富有机质页岩具有地层时代新、非均质性强、热演化程度低等特点，且原油密度大、粘度高、开发成本高，多重因素制约了中国页岩油的勘探开发。

页岩的含油性是评价页岩甜点区段的重要地质参数之一。受非均质性影响下的页岩含油性变化复杂多样。宏观上，源-储配置关系决定其含油丰度，源岩品质高、储层物性好且源-储互层的空间配置为油气提供了良好的生成和保存条件；微观上，页岩孔隙结构、微裂缝的发育及有机质的空间非均质性也影响了其含油性。然而，控制页岩油含量的因素尚未完全发掘，有待深化研究。

本文以渤海湾盆地沧东凹陷孔二段页岩为研究对象，应用“抽提-热解相结合”的方法获得总含油量参数（Jarvie, 2012），通过索氏抽提、抽提物族组分分离、岩石热解（常规热解、多温阶热解）、总有机碳（TOC）测试、以及氮气吸附等实验对孔二段页岩含油性以及其主控因素进行系统评价和分析。

研究结果表明，有机含量、有机质类型、岩相类型和排烃效率综合控制了孔二段页岩的含油性。

有机碳含量（TOC）的高低直接决定了含油量的下限，TOC与总含油量的相关性明显。随着TOC的增加，孔二段页岩含油量呈增长趋势，且存在下限值。

不同有机质类型的含油量研究表明：Ⅱ型有机质含油量最好（主要集中在9.26~18.49mg/g）；Ⅰ型有机质含油量较好（分布范围在7.60~11.46mg/g之间）；Ⅲ型有机质主要来源于高等陆生植物，以生气为主，其含油量最差（大致范围在0.5~4.87mg/g）。

孔二段页岩含油量受岩相控制明显：以长英质纹层为特征的优势组构相页岩的含油量最好。有机质与长英质矿物存在良好的伴生关系，且纹层发育程度高有利于有机质的顺层富集。纹层混积质页岩的含油量次之，薄层状含灰白云质页岩最差。

基于物质平衡法原理对孔二段页岩的排烃效率进行计算，结果表明不同类型有机质的含油量受排烃效率控制显著（二者呈负相关性）。其中，Ⅰ型有机质的含油量随排烃效率降低而增加；Ⅱ型有机质的含油量-排烃效率相关性特征与Ⅰ型相类似；由于Ⅲ型有机质以生气为主，易于排出，具有“低含油量，高排烃效率”特征，且相关趋势线下降较快，如图1。



图1. 孔二段页岩不同类型有机质的排烃效率对含油量的影响.

综上所述，本文应用总含油量作为定量表征孔二段页岩含油性的关键参数，从多角度探索页岩含油性的控制因素。其中，有机碳含量（TOC）及有机质类型是控制页岩含油性本身的主要因素，高有机碳含量和Ⅰ、Ⅱ型的有机质为页岩的生烃量提供了保证。同时岩相决定了孔二段页岩储集性和生排烃组合，以纹层状长英质页岩为代表的优势组构相有利于页岩油的富集。此外，排烃效率决定了烃源岩已生成烃类的原位富集，故排烃效率较低的Ⅰ、Ⅱ型有机质存在较高的滞留烃量。“生、储、排”三方面因素环环相扣，三者良好的适配关系共同决定了页岩的含油性。