摘要：烴源巖的排烴效率是油氣資源評價中的重要參數(shù)，排烴效率的研究既可以指導資源評價，又可以作為驗證資源評價結果可靠性的重要科學手段?；谀壳吧鸁N潛力法的缺陷，提出了改進的生烴潛力法，并利用此方法求取了四川盆地中部侏羅系大安寨段頁巖的排烴效率。研究結果表明，當前地質(zhì)條件下，大安寨段頁巖的排烴效率分布于0～62.6%。隨著有機質(zhì)成熟度（Ro）的增加，排烴效率逐漸上升，含油飽和度指數(shù)先增加后降低。Ro 處于0.95%～1.72%，含油飽和度指數(shù)大于100 mg/g，頁巖層系的可動烴含量較高。巖相組合對排烴效率具有明顯的影響，在縱向上有頁巖向介殼灰?guī)r排烴的趨勢，相較于純頁巖儲層而言，互層型組合層間縫發(fā)育，有利于頁巖油流動和產(chǎn)出。綜合認為，Rogt;1.25% 的大一亞段下部互層型組合是大安寨段頁巖油的重點勘探目標。該成果可為川中侏羅系大安寨段頁巖油的勘探開發(fā)提供理論指導。

關鍵詞：四川盆地；大安寨段；頁巖油；排烴效率；生烴潛力法

引言

排烴效率對于計算和評價油氣資源量，指導頁巖油氣的勘探開發(fā)都有重要的意義。因此，自20 世紀60 年代以來，學者們對此進行了大量探索研究，提出了很多表征泥頁巖排烴效率的方法，但每一種方法均有其局限性。

Durand 等[1] 提出多相滲流法，該方法要求烴的最低臨界飽和度一般大于20%，因此，在多相滲流條件下，要大量排烴是比較困難的；陶一川等[2] 提出演化趨勢面差減法，該方法難以確定烴源巖是否未排烴；柳廣弟等[3] 提出生排烴熱模擬實驗法，當?shù)刭|(zhì)條件極其復雜，實驗條件下的排烴效率難以與地質(zhì)條件下的排烴效率對應起來；鄔立言等[4] 提出的原始生烴潛力恢復法及周杰等[5] 提出的生烴潛力法，避免了復雜排烴過程的模擬，但忽略了樣品本身屬性對排烴效率的影響；李汶國[6] 提出了物質(zhì)平衡法，此方法難以直觀體現(xiàn)排烴過程；龐雄奇等[7]在此基礎上提出殘留烴量法，但其經(jīng)驗方程忽略了排烴臨界條件及殘余烴量的大小，以及不能研究氣態(tài)烴的排運量；田世澄等[8] 提出含烴飽和度法，但排出流體總量難以確定且烴是否與水成比例排出存在疑問；Jarvie 等[9] 提出地質(zhì)類比法，但只能計算盆地級總排烴效率，儲層中地質(zhì)儲量比實際排出量要小得多。

總體上，頁巖油排烴效率的計算方法較多，目前使用最廣的方法為生烴潛力法[10]。生烴潛力法雖然具有實驗數(shù)據(jù)獲取較容易、邏輯簡單且操作方便的優(yōu)點，但同層位不同頁巖樣品的原始生烴潛量被設置為固定值，原始生烴潛量的代表性較差。本文在前人研究的基礎上，提出改進的生烴潛力法，以規(guī)避目前生烴潛力法在設置原始生烴潛量方面的缺陷。

利用川中地區(qū)大安寨段頁巖樣品的巖石熱解、有機質(zhì)豐度和熱成熟度等數(shù)據(jù)，運用改進后的生烴潛力法計算排烴效率，分析巖相組合及成熟度對排烴效率的影響機制，以期對該區(qū)頁巖油的勘探提供理論支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

四川盆地中部地區(qū)主要位于南充、遂寧和廣安一帶，東部以龍泉山為界，西至華鎣山深斷裂帶，北達米倉山大巴山前緣，南抵峨眉宜賓一帶，地理區(qū)域面積約為6×104 km2[11 12]。區(qū)域構造上位于川中古隆起平緩帶，區(qū)域地層呈北傾單斜構造，構造形態(tài)相對完整，為東西向展布的平緩短軸背斜，西寬東窄，中軸略微向北凸起，高點位置在公山廟附近，兩翼平緩對稱，傾角2?～5? [13 14]。本次研究的重點井多集中在公山廟和龍崗地區(qū)（圖1）。

四川盆地中部侏羅系地層發(fā)育完整，地層層序正常，從下至上發(fā)育自流井組、涼高山組、沙溪廟組、遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組，無沉積間斷，呈整合接觸，總厚度在2 000～4 000 m，其中，自流井組大安寨段厚度在60～100 m。大安寨段為淡水湖泊沉積，沉積演化經(jīng)歷濱湖、淺湖、湖坡及深半深湖后，又折回湖坡、淺湖、濱湖和暴露狀態(tài)，形成完整湖侵湖退旋回，據(jù)此可自上而下將大安寨段劃分為大一亞段、大二亞段和大三亞段3 個亞段[15 17]，其中，大二亞段又可分為大二a、大二b 和大二c 等3 個小層。大一亞段主要為塊狀灰?guī)r、灰褐色塊狀介殼灰?guī)r；大二亞段以厚層暗色泥頁巖為主，通常上部為黑色泥頁巖與介殼灰?guī)r不等厚互層，下部為厚層塊狀黑色泥頁巖；大三亞段以灰色介殼灰?guī)r為主（圖2） [18 19]。

侏羅系大安寨段在多個構造單元中均有工業(yè)油氣流產(chǎn)出，但之前的勘探重點主要聚焦于大一亞段及大三亞段的致密介殼灰?guī)r，對于頁巖油的勘探開發(fā)還處于起步階段。大安寨段頁巖有機碳含量中等，平均值為1.35%，有機質(zhì)類型整體以II 型為主，有機質(zhì)成熟度平均值為1.11%，處于成熟階段。其中，大二亞段頁巖的生烴潛力最好，含油性最高，是頁巖油開發(fā)的優(yōu)選層段。

2 目前的生烴潛力法

龐雄奇等[5，20] 提出的生烴潛力法以排烴門限理論與物質(zhì)平衡原理為理論基礎，認為有機質(zhì)在生、排烴過程中質(zhì)量保持不變，原始的有機質(zhì)總量包括排出的烴類、殘留在源巖中的烴類及尚未轉化成烴的殘余有機質(zhì)。但有機碳的含量會隨著生排烴過程而變小，基于此，付秀麗等[21] 對有機質(zhì)豐度進行校正，但并未指明校正系數(shù)的求取方法。祝厚勤等[22]利用無機碳守恒的方法對源巖有機碳進行恢復，并據(jù)此對蘇北盆地海安凹陷排烴特征進行研究。馬中振等[23] 提出在剝蝕區(qū)應用該方法，先要進行源巖“深度歸位”，并建立了松遼盆地北部排烴模式。之后大量學者應用該方法在遼東灣地區(qū)、庫里拗陷、鄂爾多斯盆地及四川盆地等地區(qū)建立了排烴模式，計算了排烴量，并對資源潛力進行了評價[24 28]。

生烴潛力法通常用生烴潛力指數(shù)（IS1 +IS2）/ITOC來反映有機質(zhì)含量[5，26]?；谖镔|(zhì)平衡原理，烴源巖從生烴門限到排烴門限期間沒有油氣排出，此時生烴潛量保持不變，稱為原始生烴潛量（IS0）；當烴源巖發(fā)生生烴與排烴作用時，生成烴類中的一部分被排出烴源巖，另一部分則被殘留在烴源巖中，此時的熱解IS1 和IS2 分別代表殘留烴量和殘余生烴量，因而其殘余生烴潛量IS=IS1 + IS2（圖3）。

根據(jù)殘余生烴潛量的變化特征，即可計算烴源巖的排烴效率

式中：P—排烴效率，%；

IS0—原始生烴潛量，mg/g；

IS—殘余生烴潛量，mg/g。

基于此方法，繪制大安寨段頁巖生烴潛力指數(shù)IS/ITOC 隨熱演化變化趨勢圖，由圖4a 可以看出，當最大熱演化溫度Tmax 為445 ?C時，原始生烴潛力指數(shù)最大。基于此最大值，計算得大安寨段頁巖的原始生烴潛量IS0 為8.04 mg/g。將相關數(shù)據(jù)代入式（1），計算大安寨段頁巖的排烴效率，從圖4c 可以看出，整體上大安寨段頁巖的排烴效率隨著熱演化溫度的增加而增加。在450 ?C時，排烴速率達到最大（圖4d）。目前，大安寨段頁巖的Tmax 主要分布在438～465 ?C。據(jù)此計算可得，大安寨段頁巖對應的排烴效率為0～81.3%。

很明顯，目前這種排烴效率的計算方法中原始生烴潛量IS0 值是在熱演化剖面中生烴潛力指數(shù)IS/ITOC 最大值的基礎上回乘ITOC 所獲得，忽略了不同巖性、不同沉積相帶和不同樣品條件對IS0 的影響，所以據(jù)此計算的排烴效率誤差很大。

3 改進的生烴潛力法

基于上述缺陷，本文提出改進的生烴潛力法，用原始生烴潛力指數(shù)（IS0=ITOC0）代替IS0 計算排烴效率，以消除目前生烴潛力法中IS0 所對應的樣品本身屬性對排烴效率的影響（目前的生烴潛力法中回乘ITOC 來求取IS0，本質(zhì)上沒有考慮樣品本身ITOC對IS0 的影響），故排烴效率的公式可變換為

式中：

ITOC0—原始有機碳含量，%；

ITOC—殘余有機碳含量，%。

這樣一來，直接取生烴潛力指數(shù)隨熱演化變化趨勢圖中的最大值作為原始生烴潛力指數(shù)，重新計算大安寨段頁巖的排烴效率。由圖5 可以看出，四川盆地中部大安寨頁巖在Tmax 為432 ?C時進入生烴門限，此時生烴量不足以滿足自身存留的需要，故不發(fā)生排烴作用，該階段殘余生烴潛力指數(shù)與原始生烴潛力指數(shù)相等，為600 mg·g?1；當Tmax 達到445 ?C時，烴源巖進入排烴門限，開始向外排烴；隨著熱演化溫度的繼續(xù)增加，殘余生烴潛量逐漸下降，排烴率逐漸增大，排烴速率先增大后減小，并在Tmax 約為450 ?C時達到高峰。

根據(jù)改進的生烴潛力法，重新計算大安寨段頁巖Tmax 在438～465 ?C的排烴效率約為0～62.6%。通過對比改進前后的生烴潛力法計算結果，發(fā)現(xiàn)改進后的排烴效率整體降低，說明樣品本身的ITOC 是一個變量，是排烴效率計算過程中不可忽略的參數(shù)之一。

4 排烴效率的影響因素及勘探啟示

常規(guī)油氣藏聚集成藏過程中，運移是必不可少的一部分。排烴效率的意義就是油氣在烴源巖中以及向運載層或儲集層中的運移效率[10，30]。烴類排出是一個復雜的地質(zhì)過程，受多種因素影響，包括有機質(zhì)豐度、有機質(zhì)類型、壓力及溫度等[31]，其中，主要影響因素有成熟度及巖相組合。本文針對這兩個方面對排烴效率的影響機制進行分析。

4.1 有機質(zhì)成熟度的影響

有機質(zhì)成熟度直接影響著有機質(zhì)的生烴量和生烴門限，并且高成熟度意味著高氣油比、低密度、低黏度、高含油飽和度和小的油氣分子，排烴過程更容易進行[32 33]。圖6a 顯示，隨著熱演化程度的增加，排烴效率逐漸增大。這是由于頁巖熱演化程度越高，生烴量越大。隨著頁巖中滯留烴量達到動態(tài)平衡，越來越多的烴類會排出頁巖，導致頁巖的排烴效率越來越高。

根據(jù)Jarvie[34] 提出的含油飽和度指數(shù)IOSI 來表征頁巖的可采含油量，IOSI = IS1=ITOC × 100，當IOSIgt;100 mg/g 時的頁巖地層被認為是商業(yè)含油層，有好的開采價值。

圖6b 顯示，隨著熱演化程度的增加，大安寨段頁巖的含油飽和度指數(shù)先增加后降低，當有機質(zhì)成熟度為0.95%～1.72%，IOSI 大于100 mg/g，此階段頁巖含油性最好，在此階段，排烴效率從0 增加到82.2%。有機質(zhì)成熟度小于1.25% 時，頁巖的IOSI隨熱演化逐漸增加，表現(xiàn)為頁巖孔隙逐漸被生成的原油充填的過程；當有機質(zhì)成熟度為1.25% 時，IOSI達到最大，排烴效率為42%，此時頁巖中的孔隙達到最大油飽和吸附狀態(tài)；有機質(zhì)成熟度大于1.25%之后，頁巖繼續(xù)生烴，由于頁巖的儲集空間有限，加之原油的流動性變好，頁巖開始大量排烴。因此，從有機質(zhì)成熟度方面考慮，頁巖油最有利的勘探區(qū)間為Rogt;1.25%。

4.2 巖性組合的影響

生烴潛力法計算的排烴效率只能反映某一套頁巖的總體排烴特征，事實上，排烴效率除與頁巖成熟度有關外還受到巖相組合的直接影響[10]。川中大安寨段不同相帶巖相組合不同，必然導致排烴效率的差異（圖7），其中，濱淺湖相主要發(fā)育厚層介殼灰?guī)r或厚層介殼灰?guī)r與薄層含生物頁巖組合（如Q25 井），湖坡相主要發(fā)育頁巖與介殼灰?guī)r的薄互層組合（如PC1 井），半深湖相主要發(fā)育厚層頁巖夾薄層介殼灰?guī)r組合（如RA1 井和LA1 井），而深湖相主要發(fā)育厚層純頁巖組合（如G10 井）。

從G10 井排烴效率的縱向變化情況來看，大安寨段總體上具有頁巖向灰?guī)r排烴的趨勢（圖2），其中，厚層頁巖中部排烴效率僅為45.0%，隨著向大一和大三亞段靠近，頁巖的排烴效率逐漸增加，至介殼灰?guī)r發(fā)育的井段，排烴效率可達到90.0%。另外，求取不同井的平均排烴效率，以探究排烴效率在不同相帶（巖相組合）中的變化。通過計算，大二亞段頁巖層系Q25 井、RA1 井、G10 井、LA1 井及PC1 井的平均排烴效率分別為86.0%、67%、62.0%、69.0%和77.0%（圖7），說明巖相組合對排烴效率具有重要的控制作用，厚層純頁巖組合排烴效率較低，頁巖中部排烴通道不暢，滯留烴含量高。頁巖與介殼灰?guī)r的薄互層組合排烴效率較高，緊鄰頁巖的介殼灰?guī)r接受了大量的排烴。

4.3 勘探啟示

受差異沉降及構造抬升作用的影響，川中地區(qū)大安寨段頁巖有機質(zhì)成熟度（Ro）平面展布特征具有較為明顯的區(qū)帶性（圖8）。大安寨段頁巖Ro 由南向北逐漸增加，西南部頁巖的Ro 較低，頁巖油的流動性較差，而東北部頁巖的Ro 高，頁巖油的流動性好，更有利于開發(fā)，這也是目前將頁巖油的先導勘探區(qū)放在儀隴龍崗一帶的原因。

從目前新鉆的3 口大安寨段頁巖油井的測試情況來看（表1），位于湖盆中部仁和西充一帶的RA1 井無油氣顯示，NC2H 井有油氣顯示，而位于儀隴地區(qū)的LA1 井突破了出油關，日產(chǎn)油2 m3，日產(chǎn)氣2 000 m3，證實了高有機質(zhì)成熟度對頁巖油可動性的重要影響作用。

隨著介殼灰?guī)r夾層增加，大安寨段頁巖層系的排烴效率逐漸增加，滯留烴含量逐漸減少，這在G10 井熱解IS1 和氯仿瀝青“A”縱向變化規(guī)律中可見一斑（圖2）。綜合成熟度與巖相組合對頁巖層系排烴效率的影響，并充分考慮較高成熟度有利于頁巖油的可動性，認為Ro 達到1.25% 時，大一亞段下部互層型組合接受了下伏厚層頁巖的供烴，并在上覆厚層致密介殼灰?guī)r的遮擋下聚集成藏，具有良好的勘探開發(fā)潛力。

5 結論

1）提出了改進的生烴潛力法來計算排烴效率，得到現(xiàn)今演化階段研究區(qū)目的層頁巖排烴效率在0～62.6%，當Tmax 達到445 ?C時，頁巖進入排烴門限，450 ?C時排烴速率達到高峰。

2）隨著有機質(zhì)成熟度的增加，排烴效率在逐漸上升，而含油飽和度指數(shù)先增加后降低，并在有機質(zhì)成熟度為1.25% 時達到最大值。綜合考慮頁巖生烴量及排烴效率，確定有機質(zhì)成熟度大于1.25% 為大安寨段頁巖油有利的勘探成熟度區(qū)間。

3）大安寨段排烴效率縱向上有頁巖段向灰?guī)r段排烴的跡象，并且隨著介殼灰?guī)r夾層的增加，大安寨段頁巖層系的排烴效率逐漸增加，相應的滯留烴含量逐漸減少。

4）有機質(zhì)成熟度大于1.25% 地區(qū)大一亞段下部的灰泥互層接受了下伏厚層頁巖的排烴，可作為大安寨段頁巖油的優(yōu)勢勘探目標。

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作者簡介

張本健，1980 年生，男，漢族，四川綿陽人，高級工程師，博士，主要從事含油氣盆地地質(zhì)勘探方面的研究工作。E-mail：zbjian@petrochina.com.cn

路俊剛，1980 年生，男，漢族，山東濰坊人，教授，博士，主要從事油氣地質(zhì)與成藏地球化學方面的研究。E-mail：lujungang21@sohu.com

張芮，1991 年生，男，漢族，四川成都人，工程師，碩士，主要從事致密油氣地質(zhì)方面的研究。E-mail：zhangrui-2018@petrochina.com

蔣奇君，2000 年生，女，漢族，四川廣安人，碩士，主要從事非常規(guī)油氣地質(zhì)等方面的研究。E-mail：2830789417@qq.com

肖正錄，1994 年生，男，漢族，甘肅武威人，實驗師，博士，主要從事非常規(guī)油氣地質(zhì)等方面的研究。E-mail：xiaozl@163.com

編輯：張云云

基金項目：中國石油西南石油大學創(chuàng)新聯(lián)合體科技合作項目（2020CX050000）