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[摘 要]页岩油气作为非常规能源重要的发展方向，显示出巨大的资源潜力。虽然很多学者已经开展了大量的页岩油富集特征、资源评价及勘探条件等方面的研究，但是页岩油的勘探仍未取得良好的效果。
[关键词]页岩油；烃源岩；干酪根
中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0171-01
1 引言
目前页岩油的靶区主要集中在北美的海相页岩中，其具有较高的成熟度及低的石油密度，以轻质油为主，例如Eagle Ford，Monterey，Bakken及 Devonian Marcellus 等页岩等。在我国以湖湘页岩油为特征，例如渤海湾盆地东营凹陷古近系与新近系，四川盆地三叠到侏罗系，江汉盆地的潜江组，鄂尔多斯盆地的长 7 段页岩及松辽盆地的晚白垩纪泥页岩。相比较，我国陆相页岩成熟度低、密度大和蜡含量高，这些是制约我国页岩油的发展的重要因素。
以北美页岩油勘探为实例子，通常这些常规油气资源富集的地区也是页岩油气的重要产区。页岩油可以富集在有机质丰富的泥页岩中，也可以富集在夹层等贫有机质层中，例如碳酸盐岩，即页岩油资源产自有机质丰富的泥页岩中，但这些油可以吸附在有机质、矿物表面、矿物层间、或者短距离运移至邻层等层位中。页岩油的评价需要关注其烃源岩的性质，包括有机质的类型、丰度、成熟度、泥页岩体积、岩石脆性等，但不同于常规油气层分析，我们更需要考虑含油率及可动量这两重要参数。针对烃源岩含油率的研究，一般利用参数残留烃量（S1）或者氯仿沥青“A”；含有饱和度（OSI=S1×100/TOC）也是目前普遍使用的页岩油潜力评价指标，当其值超过 100mgOil/gTOC指示页岩油的富集段；产油率[PI=S1/（S1+S2）]大于 0.2 时，表明烃源岩的生烃量已克服排驱压力发生排烃过程，也可以指示泥页岩含油量及排烃量的程度；目前页岩油可动性的评价趋于残留烃（S1）与吸附烃（Sp）的研究，两者的差值大于 0 表明存在过饱和的油（页岩油的有利段），差值小于 0 表明不利于页岩油的开采。
2 烃源岩的评价
许多学者业已开展了有机质对烃的保留能力，建议烃源岩中干酪根对残留油具有重要的吸附作用，其未经排烃的干酪根吸附量可达100mgOil/gTOC，发生排烃过程的离散干酪根其吸附量介于60到90mgOil/gTOC；在有机质丰富的泥页岩中吸附油可以达 70到 80mgOil/gTOC；利用溶胀实验技术更是进一步确定了有机质的吸附量与成熟度之间的关系。油在矿物表面吸附业已开展了丰富的研究：例如原油吸附在黏土矿物、石英颗粒、碳酸盐岩及黄铁矿等表面，对页岩油富集理论的研究，在富含有机质的泥页岩中，有机质是原油吸附的主要介质；当有机质含量较低时，矿物组分占据原油吸附的主要位置但其吸附能力有限，因此即便是低 TOC 的岩石也具有富集页岩油的能力。页岩油的研究仍处于起步阶段，此过程若只关注泥页岩的有机质丰度或者残留油数量而忽略泥页岩的吸附量，往往会增加页岩油勘探风险。页岩油的富集主要取决于泥页岩的生烃热演化史、残留有机质的性质及储层特征等，只有当这些因素搭配得当，才具有真正的开采意义。
2.1 有机质的丰度指标
有机质的丰度是指单位质量样品中有机质的数量。在相近的地质条件中，有机质的丰度越高其生烃能力越强，岩石中足够数量的有机质是油气形成的基础。因此本文中有機质的丰度主要从总有机碳（TOC）、氯仿沥青“A”、总烃（HC）和岩石热解生烃潜力展开。
2.2 有机质的类型
有机质类型也是评价烃源岩的重要方面之一，其可以划分为三种类型：I型、II 型和 III 型干酪根。
2.3 有机质的成熟度
有机质的丰度与类型是烃源岩评价的基础，但是只有当有机质达到一定的热演化程度才能生烃。在烃源岩向油气转化的过程中，发生有许多复杂的物理化学反应，随着热演化程度的不断加大，这些不可逆的反应就更加强烈。成熟度被认为是表征有机质向油气转化的重要指标，镜质体反射率常作为成熟度的直接指标，但是其在成熟度研究方面存在自身的缺陷：（1）不同类型的干酪根化学结构具有差异性，导致不同强度化学键的相对丰度不同，因此镜质体反射率（Ro）的应用就会受到限制；（2）镜质体与类脂组分对生油贡献较小，而倾油型干酪根包含较低含量的镜质体，同时偏油型显微组分或者沥青的出现也会极大的影响镜质体反射率在成熟度研究中的应用。烃源岩中热稳定较差的部分首先发生热解，剩余的部分导致热解烃（S2）的最大温度（Tmax）逐渐升高，即 Tmax随着成熟度的逐渐增大而升高，这也就是 Tmax作为成熟度指标的基础；另外有人认为 Tmax可能比镜质体反射率在热事件描述方面更加敏感。
3泥页岩的矿物组合
3.1 泥页岩的物性研究基础
泥页岩由多种矿物组合形式，主要分为两类：粘土矿物和脆性矿物。黏土矿物种类包括蒙脱石、伊利石、伊/蒙混层、高岭石及绿泥石等粒径小于 10μm的成分（SY/T 5163-2010），其组成往往富含大量的纳米级孔隙和较大的比表面积及它们成层的结构等储集空间均可为油气的赋存提供有力的场所。脆性矿物主要包括石英、长石、方解石、白云石、黄铁矿等颗粒超过 10μm 的矿物形式，这些矿物主要决定了泥页岩的渗透性和压裂性能，但是并不表明其含量越高越好。因此，粘土矿物和脆性矿物共同控制非常规资源的分布及可开采性。
（1）粘土矿物：粘土矿物的演化是矿物演化研究的重要内容，包括其孔隙度、伊/蒙混层及伊利石等含量变化对储存空间具有非常重要的影响。研究认为随着成熟度的增加，蒙脱石逐渐向伊利石转变，且是低能耗的自发反应；在热演化阶段，逐渐变熟的有机质加速钾长石～的溶解进而促进了蒙脱石向伊利石的转化，在地质条件中，油气生成的同时伴随酸性流体（布朗斯特酸、路易斯酸等）的产生，而这些流体会溶蚀不稳定矿物，进而形成次生孔隙，这些为页岩油的滞留与富集提供空间条件。
粘土矿物在有机质演化过程中具有重要的作用，因其内在结构、组成及活性基团易与不稳定有机质形成配位体、阳离子桥及较弱的相互作用（范德瓦耳斯力、氢键等），因此在有机质形成油气的过程中对干酪根的裂解起到催化剂作用，影响油气的形成；黏土矿物有利于沥青、非烃等发生二次裂解，进而影响油类族组分的变化；当蒙脱石向伊利石转化过程中，经历中间结合物（无序伊/蒙混层向有序伊/蒙混层，据前人研究，认为松辽盆地蒙脱石向伊/蒙混层转换的地质温度（62～70 oC）与生油门限的温度（63～70 oC）基本一致，即烃的生成过程可能也伴随着蒙脱石向伊/蒙混层的演化。
（2）脆性矿物：脆性矿物含量直接影响了泥页岩裂缝和微裂缝的发育程度及压裂改造方式。石英、长石及方解石等脆性矿物含量越高，泥页岩的脆性及压力裂性能就越好，在外力及诱导力的作用下利于页岩油气资源的开采。页岩油资源评价研究中一个重要的参数是脆性指数，利用北美页岩计算脆性指数。
4 有机质与矿物含量之间的关系
根据已有的研究，泥页岩大约 72%的有机质与粘土矿物以复合体的形式（粘土矿物表面和膨胀性粘土矿物层间）赋存。根据泥页岩有机地球化学及矿物组合分析，表明粘土矿物总量与有机质之间具有一定的伴生关系。
参考文献
[1]边瑞康， 武晓玲， 包书景，等. 美国页岩油分布规律及成藏特点[J]. 西安石油大学学报自然科学版， 2014， 29（1）：1-9.
[2]曹怀仁， 胡建芳， 席党鹏，等. 松辽盆地后金沟剖面烃源岩地球化学特征及其古环境重建[J].沉积学报， 2015， 33（5）：1043-1052.
[3]曹怀仁， 胡建芳， 彭平安，等. 松辽盆地青山口组二段下部湖泊水体环境变化[J]. 地学前缘， 2017（1）：205-215.
[关键词]页岩油；烃源岩；干酪根
中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）01-0171-01
1 引言
目前页岩油的靶区主要集中在北美的海相页岩中，其具有较高的成熟度及低的石油密度，以轻质油为主，例如Eagle Ford，Monterey，Bakken及 Devonian Marcellus 等页岩等。在我国以湖湘页岩油为特征，例如渤海湾盆地东营凹陷古近系与新近系，四川盆地三叠到侏罗系，江汉盆地的潜江组，鄂尔多斯盆地的长 7 段页岩及松辽盆地的晚白垩纪泥页岩。相比较，我国陆相页岩成熟度低、密度大和蜡含量高，这些是制约我国页岩油的发展的重要因素。
以北美页岩油勘探为实例子，通常这些常规油气资源富集的地区也是页岩油气的重要产区。页岩油可以富集在有机质丰富的泥页岩中，也可以富集在夹层等贫有机质层中，例如碳酸盐岩，即页岩油资源产自有机质丰富的泥页岩中，但这些油可以吸附在有机质、矿物表面、矿物层间、或者短距离运移至邻层等层位中。页岩油的评价需要关注其烃源岩的性质，包括有机质的类型、丰度、成熟度、泥页岩体积、岩石脆性等，但不同于常规油气层分析，我们更需要考虑含油率及可动量这两重要参数。针对烃源岩含油率的研究，一般利用参数残留烃量（S1）或者氯仿沥青“A”；含有饱和度（OSI=S1×100/TOC）也是目前普遍使用的页岩油潜力评价指标，当其值超过 100mgOil/gTOC指示页岩油的富集段；产油率[PI=S1/（S1+S2）]大于 0.2 时，表明烃源岩的生烃量已克服排驱压力发生排烃过程，也可以指示泥页岩含油量及排烃量的程度；目前页岩油可动性的评价趋于残留烃（S1）与吸附烃（Sp）的研究，两者的差值大于 0 表明存在过饱和的油（页岩油的有利段），差值小于 0 表明不利于页岩油的开采。
2 烃源岩的评价
许多学者业已开展了有机质对烃的保留能力，建议烃源岩中干酪根对残留油具有重要的吸附作用，其未经排烃的干酪根吸附量可达100mgOil/gTOC，发生排烃过程的离散干酪根其吸附量介于60到90mgOil/gTOC；在有机质丰富的泥页岩中吸附油可以达 70到 80mgOil/gTOC；利用溶胀实验技术更是进一步确定了有机质的吸附量与成熟度之间的关系。油在矿物表面吸附业已开展了丰富的研究：例如原油吸附在黏土矿物、石英颗粒、碳酸盐岩及黄铁矿等表面，对页岩油富集理论的研究，在富含有机质的泥页岩中，有机质是原油吸附的主要介质；当有机质含量较低时，矿物组分占据原油吸附的主要位置但其吸附能力有限，因此即便是低 TOC 的岩石也具有富集页岩油的能力。页岩油的研究仍处于起步阶段，此过程若只关注泥页岩的有机质丰度或者残留油数量而忽略泥页岩的吸附量，往往会增加页岩油勘探风险。页岩油的富集主要取决于泥页岩的生烃热演化史、残留有机质的性质及储层特征等，只有当这些因素搭配得当，才具有真正的开采意义。
2.1 有机质的丰度指标
有机质的丰度是指单位质量样品中有机质的数量。在相近的地质条件中，有机质的丰度越高其生烃能力越强，岩石中足够数量的有机质是油气形成的基础。因此本文中有機质的丰度主要从总有机碳（TOC）、氯仿沥青“A”、总烃（HC）和岩石热解生烃潜力展开。
2.2 有机质的类型
有机质类型也是评价烃源岩的重要方面之一，其可以划分为三种类型：I型、II 型和 III 型干酪根。
2.3 有机质的成熟度
有机质的丰度与类型是烃源岩评价的基础，但是只有当有机质达到一定的热演化程度才能生烃。在烃源岩向油气转化的过程中，发生有许多复杂的物理化学反应，随着热演化程度的不断加大，这些不可逆的反应就更加强烈。成熟度被认为是表征有机质向油气转化的重要指标，镜质体反射率常作为成熟度的直接指标，但是其在成熟度研究方面存在自身的缺陷：（1）不同类型的干酪根化学结构具有差异性，导致不同强度化学键的相对丰度不同，因此镜质体反射率（Ro）的应用就会受到限制；（2）镜质体与类脂组分对生油贡献较小，而倾油型干酪根包含较低含量的镜质体，同时偏油型显微组分或者沥青的出现也会极大的影响镜质体反射率在成熟度研究中的应用。烃源岩中热稳定较差的部分首先发生热解，剩余的部分导致热解烃（S2）的最大温度（Tmax）逐渐升高，即 Tmax随着成熟度的逐渐增大而升高，这也就是 Tmax作为成熟度指标的基础；另外有人认为 Tmax可能比镜质体反射率在热事件描述方面更加敏感。
3泥页岩的矿物组合
3.1 泥页岩的物性研究基础
泥页岩由多种矿物组合形式，主要分为两类：粘土矿物和脆性矿物。黏土矿物种类包括蒙脱石、伊利石、伊/蒙混层、高岭石及绿泥石等粒径小于 10μm的成分（SY/T 5163-2010），其组成往往富含大量的纳米级孔隙和较大的比表面积及它们成层的结构等储集空间均可为油气的赋存提供有力的场所。脆性矿物主要包括石英、长石、方解石、白云石、黄铁矿等颗粒超过 10μm 的矿物形式，这些矿物主要决定了泥页岩的渗透性和压裂性能，但是并不表明其含量越高越好。因此，粘土矿物和脆性矿物共同控制非常规资源的分布及可开采性。
（1）粘土矿物：粘土矿物的演化是矿物演化研究的重要内容，包括其孔隙度、伊/蒙混层及伊利石等含量变化对储存空间具有非常重要的影响。研究认为随着成熟度的增加，蒙脱石逐渐向伊利石转变，且是低能耗的自发反应；在热演化阶段，逐渐变熟的有机质加速钾长石～的溶解进而促进了蒙脱石向伊利石的转化，在地质条件中，油气生成的同时伴随酸性流体（布朗斯特酸、路易斯酸等）的产生，而这些流体会溶蚀不稳定矿物，进而形成次生孔隙，这些为页岩油的滞留与富集提供空间条件。
粘土矿物在有机质演化过程中具有重要的作用，因其内在结构、组成及活性基团易与不稳定有机质形成配位体、阳离子桥及较弱的相互作用（范德瓦耳斯力、氢键等），因此在有机质形成油气的过程中对干酪根的裂解起到催化剂作用，影响油气的形成；黏土矿物有利于沥青、非烃等发生二次裂解，进而影响油类族组分的变化；当蒙脱石向伊利石转化过程中，经历中间结合物（无序伊/蒙混层向有序伊/蒙混层，据前人研究，认为松辽盆地蒙脱石向伊/蒙混层转换的地质温度（62～70 oC）与生油门限的温度（63～70 oC）基本一致，即烃的生成过程可能也伴随着蒙脱石向伊/蒙混层的演化。
（2）脆性矿物：脆性矿物含量直接影响了泥页岩裂缝和微裂缝的发育程度及压裂改造方式。石英、长石及方解石等脆性矿物含量越高，泥页岩的脆性及压力裂性能就越好，在外力及诱导力的作用下利于页岩油气资源的开采。页岩油资源评价研究中一个重要的参数是脆性指数，利用北美页岩计算脆性指数。
4 有机质与矿物含量之间的关系
根据已有的研究，泥页岩大约 72%的有机质与粘土矿物以复合体的形式（粘土矿物表面和膨胀性粘土矿物层间）赋存。根据泥页岩有机地球化学及矿物组合分析，表明粘土矿物总量与有机质之间具有一定的伴生关系。
参考文献
[1]边瑞康， 武晓玲， 包书景，等. 美国页岩油分布规律及成藏特点[J]. 西安石油大学学报自然科学版， 2014， 29（1）：1-9.
[2]曹怀仁， 胡建芳， 席党鹏，等. 松辽盆地后金沟剖面烃源岩地球化学特征及其古环境重建[J].沉积学报， 2015， 33（5）：1043-1052.
[3]曹怀仁， 胡建芳， 彭平安，等. 松辽盆地青山口组二段下部湖泊水体环境变化[J]. 地学前缘， 2017（1）：205-215.