中國海、陸相頁巖層系巖相組合多樣性與非常規(guī)油氣勘探意義

黎茂穩(wěn)，馬曉瀟，金之鈞，李志明，蔣啟貴，吳世強，李 政，徐祖新

（1. 頁巖油氣富集機理與有效開發(fā)國家重點實驗室，江蘇 無錫 214126； 2. 中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；3. 中國石化江漢油田分公司，湖北 武漢 430223； 4. 中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257015；5. 中國石化勘探分公司，四川 成都 610041）

1 研究背景

美國以海相頁巖為勘探開發(fā)目的層的頁巖油氣革命取得了巨大成功，改變了世界能源格局［1-5］。2010年以來，中國油氣產(chǎn)業(yè)界借鑒北美經(jīng)驗，逐步將勘探目標(biāo)由傳統(tǒng)的圈閉向烴源層系和烴源區(qū)拓展，實現(xiàn)了中國海相頁巖氣和陸相頁巖油氣的經(jīng)濟開采［6-13］。目前，加快陸相頁巖油氣勘探開發(fā)，已經(jīng)成為中國油氣資源接替的國家戰(zhàn)略［4，14］。中國陸相頁巖油氣的機遇與挑戰(zhàn)并存：一方面，準(zhǔn)噶爾盆地二疊系、鄂爾多斯盆地三疊系、四川盆地侏羅系、松遼盆地白堊系、渤海灣盆地古近系等陸相地層發(fā)育大規(guī)模富有機質(zhì)頁巖，它們不僅為常規(guī)油氣提供了優(yōu)質(zhì)烴源巖，而且蘊含了豐富的頁巖油氣資源［6，15-17］；另一方面，與北美海相頁巖油氣比較，中國陸相頁巖層系非均質(zhì)性強，平面連續(xù)性較差，熱成熟度偏低，導(dǎo)致頁巖油氣資源評價、儲層表征和“甜點段”優(yōu)選的難度更大。因此，加強包括富有機質(zhì)頁巖在內(nèi)的陸相細(xì)粒沉積巖巖性、巖相、有機相等基礎(chǔ)研究意義重大。

細(xì)粒沉積巖的經(jīng)典定義為粒徑小于0.1 mm 的顆粒含量大于50%的沉積巖，而頁巖（shale）是指由粒徑小于0.003 9 mm 的碎屑、粘土和有機質(zhì)等具頁狀或薄片狀層理、容易碎裂的一類細(xì)粒沉積巖；美國一般將粒徑小于0.003 9 mm 的細(xì)粒沉積巖統(tǒng)稱為頁巖［1］，但中國國家標(biāo)準(zhǔn)［18］將頁巖定義為“一種具有頁狀或片狀層理、粒徑小于0.062 5 mm 的細(xì)粒沉積巖”。富有機質(zhì)頁巖是常規(guī)和非常規(guī)油氣勘探評價的重要研究對象。常規(guī)油氣勘探評價過程中，人們傳統(tǒng)地把富有機質(zhì)頁巖層系看成烴源巖，主要關(guān)注它們的有機質(zhì)豐度、類型、熱演化程度和生排烴效率［19-22］；或者從油氣系統(tǒng)完整性和蓋層有效性的角度，研究斷裂活動和地層形變過程中泥頁巖的變化［23-26］。隨著頁巖油氣勘探開發(fā)的深入，富有機質(zhì)頁巖作為油氣儲層和勘探目的層日益受到重視［27］。

巖相是指一定沉積環(huán)境中形成的巖石或巖石組合，而巖相組合是指按照一定疊置次序構(gòu)成的、能夠反映環(huán)境條件規(guī)律性演化并存在一定成因聯(lián)系的巖相組合體［1］。傳統(tǒng)的頁巖巖相分類方案一般依據(jù)頁巖中無機礦物的組成、碎屑或晶粒的粒級、沉積構(gòu)造和總有機碳含量（TOC）［27-31］。其中，將礦物組成和沉積構(gòu)造作為核心指標(biāo)、將TOC作為重要參考指標(biāo)納入頁巖巖相劃分已經(jīng)成為業(yè)界的共識，由此構(gòu)建的頁巖巖相分類方案非常適合于各個具體研究區(qū)的詳細(xì)解剖。但是，由于傳統(tǒng)方案涉及的參數(shù)較多，對于跨區(qū)域的頁巖油氣儲層分類對比還不夠直觀［32］。同時，在實際應(yīng)用中還存在諸多的問題，如因指標(biāo)考慮過多，巖相類型劃分過細(xì)；因沒有堅守主礦物含量50 %底線，導(dǎo)致巖相定名的隨意性；因不同地區(qū)頁巖/夾層沉積組合不同，導(dǎo)致對頁巖層段本身的認(rèn)識在不同地區(qū)間缺乏可比性。此外，在頁巖巖相劃分時，除了考慮TOC，如何兼顧有機相類型，也是國外石油公司在頁巖油氣勘探評價研究中關(guān)心的問題［33］。

細(xì)粒沉積有機相是有機質(zhì)的沉積相，涉及細(xì)粒沉積巖中有機質(zhì)的巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征、生物學(xué)特征、沉積環(huán)境及沉積巖體的展布特征等諸多因素，其中最重要的是有機質(zhì)的生源特征，它不僅反映有機質(zhì)的生烴質(zhì)量，也反映有機質(zhì)的形成環(huán)境［33］。顯微組分是有機巖石學(xué)的基礎(chǔ)，透射光-熒光下干酪根顯微組分鑒定和鏡質(zhì)體反射率測定是劃分有機質(zhì)類型和確定有機質(zhì)熱演化程度的常用分析方法，熱解分析也可以快速提供相關(guān)信息。未成熟樣品中有機顯微組分接近原始沉積有機質(zhì)狀態(tài)，用常規(guī)光學(xué)方法獲得的有機質(zhì)類型和烴源巖品質(zhì)的測試結(jié)果比較可靠；隨著熱成熟度增加，部分有機顯微組分經(jīng)過選擇性生排烴作用，殘余有機質(zhì)進(jìn)一步發(fā)生芳構(gòu)化和碳化作用，高過成熟樣品的干酪根顯微組分鑒定常常面臨著有機質(zhì)類型識別困難、代表性差的問題。同樣地，未成熟樣品熱解分析得到的氫指數(shù)和氧指數(shù)接近樣品原始狀態(tài)，分析結(jié)果的解釋相對可靠；在高過成熟階段，由于不同類型有機質(zhì)氫指數(shù)-氧指數(shù)的熱演化路徑逐漸趨同，因此有機質(zhì)類型解析的不確定性增加。此外，富氫的優(yōu)質(zhì)烴源巖中往往缺少鏡質(zhì)體，鏡質(zhì)體反射率值一般由鏡質(zhì)體或瀝青的反射率折算而來，測得的反射率值還會受到液態(tài)烴產(chǎn)物的干擾。

值得注意的是，英國石油公司研究團隊通過對北美25 套富有機質(zhì)頁巖層系地質(zhì)樣品的詳細(xì)解剖，發(fā)現(xiàn)富有機質(zhì)細(xì)粒沉積巖相組合和有機相之間存在著很強的相關(guān)性，富有機質(zhì)的富碳酸鹽巖細(xì)粒沉積巖相組合通常與Ⅰ-S或Ⅱ-S型有機相為主，富有機質(zhì)的長英質(zhì)巖相組合多數(shù)為Ⅱ型有機相，而富粘土質(zhì)頁巖巖相組合的有機相多以Ⅲ/Ⅳ型有機質(zhì)為主［33］。因此，利用富有機質(zhì)頁巖的全巖礦物X 衍射分析，可以在沒有熱解數(shù)據(jù)或熱解數(shù)據(jù)不理想的情況下，獨立地開展有機相初步分類，并通過脆性礦物含量快速提供頁巖可壓性信息。利用全巖礦物組成數(shù)據(jù)，編制單井剖面圖或平面分布圖，可以預(yù)測盆地內(nèi)頁巖層系沉積微相的空間變化趨勢。

由于對“頁巖油氣”內(nèi)涵理解的不同，不同研究區(qū)在頁巖油氣“甜點”認(rèn)識上存在差異，導(dǎo)致資源評價結(jié)果缺乏可比性［34-36］。近期國內(nèi)陸相頁巖油氣勘探開發(fā)生產(chǎn)的突破、樣品和資料的積累，為跨地區(qū)“甜點”對比分析創(chuàng)造了條件，迫切需要在統(tǒng)一的概念和分類標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下進(jìn)一步開展資源評價工作。在國內(nèi)外文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，我們采集了國內(nèi)主要海、陸相富有機質(zhì)頁巖層系的地質(zhì)樣品，開展巖心觀察、全巖礦物X 衍射分析、薄片鑒定、有機巖石學(xué)和熱解/TOC分析。本文將在統(tǒng)一的全巖礦物X 衍射定量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合有機巖石學(xué)分析數(shù)據(jù)，對中國代表性海、陸相富有機質(zhì)頁巖層系進(jìn)行巖相和有機相分類研究；通過不同盆地頁巖層系沉積巖相和有機相的差異性分析，探討中國海、陸相頁巖油氣“甜點”和資源分類評價的必要性。

2 地質(zhì)樣品與研究方法

2.1 地質(zhì)樣品與實驗分析

本文分析了3類地質(zhì)樣品共5 066件：①海相富有機質(zhì)頁巖樣品，主要采自四川盆地寒武系筇竹寺組21件、志留系龍馬溪組325 件、二疊系茅口組64 件；②海-陸過渡相頁巖樣品，包括二疊系龍?zhí)督M-吳家坪組195 件和長興組-大隆組43 件；③陸相富有機質(zhì)頁巖樣品，包括準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組和風(fēng)城組268 件、鄂爾多斯盆地三疊系延長組7 段340 件、四川盆地中、下侏羅統(tǒng)千佛崖組和自流井組（大安寨段、馬鞍山段、東岳廟段）502 件、松遼盆地白堊系青山口組一段和二段368 件、渤海灣古近系沙河街組三段和四段1 141件、滄東凹陷孔店組二段1 126件、以及江漢盆地古近系潛江組三段和四段673 件。其中，3 070 件樣品的全巖礦物X衍射分析（XRD）在中國石化無錫石油實驗研究中心完成；1 966件樣品的分析數(shù)據(jù)來源于四川盆地、古龍凹陷和滄東凹陷等3 個探區(qū)公開發(fā)表的參考文獻(xiàn)，出處詳見正文中相應(yīng)圖件的標(biāo)注。數(shù)據(jù)獲取主要針對富有機質(zhì)頁巖樣品，實驗操作參照中國石油天然氣行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)“SY/T 5163—2010沉積巖中粘土礦物和常見非粘土礦物X 衍射分析方法”。按照礦物的化學(xué)組成，將樣品中的礦物組成劃分為3種類型：①粘土礦物（蒙脫石、高嶺石、伊利石和云母等）；②碳酸鹽礦物（方解石、白云石、鐵白云石和菱鐵礦等）；③碎屑礦物（石英和長石類）。其他類型礦物也按照實驗的推薦標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了定量分析，并根據(jù)研究的需要，在樣品成因和油氣地質(zhì)特征分析中加以運用。

為了保證全巖礦物組成對巖石基質(zhì)的代表性，我們對獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理：①只選用巖心和新鮮的地質(zhì)樣品分析數(shù)據(jù)；②只包括從特定烴源巖層段采集的細(xì)粒巖石樣品數(shù)據(jù)；③從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中剔除了部分在平行層理縫或高角度裂縫中見到大量鈣芒硝、巖鹽和蘇打石等次生礦物充填的鹽間頁巖和堿湖相頁巖樣品。在部分三角圖中，我們有意保留了部分盆地“頁巖油產(chǎn)層”中實際上屬于粉-細(xì)砂巖或非烴源巖層段樣品的數(shù)據(jù)，因為它們是所在富有機質(zhì)頁巖層系巖相組合特征的真實反映。

按照頁巖油氣儲層表征的基本要求，我們對所有采用的巖心樣品都進(jìn)行了手標(biāo)本觀察、薄片鑒定、熱解分析和總有機碳含量（TOC）測定，并選取部分代表性樣品開展鏡質(zhì)體反射率和常規(guī)儲集物性分析。由于篇幅的限制，本文重點討論不同富有機質(zhì)頁巖層系的全巖礦物組成和巖相-有機相特征，并通過它們的差異性對比分析，探討研究結(jié)果對非常規(guī)頁巖油氣勘探的意義。

2.2 基于全巖礦物組成的富有機質(zhì)頁巖巖相分類方法

本文在全巖礦物組成定量分析的基礎(chǔ)上，按照傳統(tǒng)巖石學(xué)命名方法，采用以原生或準(zhǔn)同生碳酸鹽礦物、長英質(zhì)礦物和粘土礦物為端元的三元圖解法開展兩級巖石命名分區(qū)：先以50 %為邊界確定巖石主名，劃分出4 個一級巖相區(qū)；再以礦物含量25%為界進(jìn)行二級分區(qū)，將4 個巖相命名一級分區(qū)細(xì)分為12 個巖相命名二級分區(qū)（圖1a）。①Ⅰ粘土質(zhì)泥頁巖：Ⅰ1粘土質(zhì)泥頁巖，Ⅰ2硅質(zhì)泥頁巖，Ⅰ3碳酸鹽質(zhì)泥頁巖；②Ⅱ混合質(zhì)泥頁巖：Ⅱ1碳酸鹽質(zhì)硅質(zhì)粘土質(zhì)泥頁巖，Ⅱ2硅質(zhì)粘土質(zhì)碳酸鹽質(zhì)泥頁巖，Ⅱ3粘土質(zhì)碳酸鹽質(zhì)硅質(zhì)泥頁巖；③Ⅲ長英質(zhì)泥頁巖：Ⅲ1硅質(zhì)泥頁巖，Ⅲ2粘土質(zhì)硅質(zhì)泥頁巖，Ⅲ3碳酸鹽質(zhì)硅質(zhì)泥頁巖；④Ⅳ碳酸鹽質(zhì)泥頁巖：Ⅳ1碳酸鹽質(zhì)泥頁巖，Ⅳ2泥質(zhì)碳酸鹽質(zhì)泥頁巖，Ⅳ3硅質(zhì)碳酸鹽質(zhì)泥頁巖。對于更詳細(xì)的應(yīng)用研究，在依據(jù)全巖礦物巖相命名的基礎(chǔ)上，將TOC分級納入巖相劃分命名，參照前人提出的陸相常規(guī)烴源巖評價和優(yōu)質(zhì)烴源巖有機質(zhì)豐度劃分依據(jù)［37］，以TOC為0.5%，1.0%，2.0%和4.0%分別作為含碳、低碳、中碳、高碳和富碳的巖相分級界線，作為巖相名前綴；并將頁巖中石英的粒度結(jié)構(gòu)、碳酸鹽礦物如方解石的形態(tài)結(jié)構(gòu)、成因及其形成的相關(guān)沉積構(gòu)造（如層理、紋理發(fā)育程度及連續(xù)性等）作為進(jìn)一步命名的依據(jù)，賦予巖相分類更明確的環(huán)境指示意義。例如，對于一級巖相區(qū)“長英質(zhì)泥頁巖”，如果石英和長石端元組分是內(nèi)源沉積，圖1a 中巖相命名可以用“硅質(zhì)（頁）巖”替代；如果石英和長石端元組分是適當(dāng)粒級的陸源沉積，其巖相命名可以用相應(yīng)名稱如“粉砂巖”、“細(xì)砂巖”替代；對于一級巖相區(qū)“碳酸鹽質(zhì)泥頁巖”，取決于巖石中碳酸鹽礦物方解石和白云石比例的變化、頁理構(gòu)造的發(fā)育程度，可以根據(jù)具體情況命名為“灰（云）質(zhì)泥頁巖”或“灰（云）巖”。此外，對于鹽湖和堿湖沉積，盆地抬升、構(gòu)造變形過程中流體遷移往往伴隨著鈣芒硝、蘇打石等次生礦物的形成，這些次生礦物的成分和含量，也可以前綴形式作為巖石命名的參考依據(jù)。本文關(guān)注的重點不是各種巖相的準(zhǔn)確命名和深入研究，而是在統(tǒng)一的全巖礦物組成基礎(chǔ)上對比分析不同地區(qū)富有機質(zhì)頁巖的特征及其差異性。

2.3 基于全巖礦物組成的富有機質(zhì)頁巖有機相分類方法

在傳統(tǒng)無機礦物分類的基礎(chǔ)上，結(jié)合英國石油公司提出的有機相和干酪根分類（表1）［22］，利用細(xì)粒沉積全巖礦物組成與有機相、沉積環(huán)境和成烴產(chǎn)物的關(guān)聯(lián)性［38］，Evenick和McClain（2013）［33］將海相和陸相富有機質(zhì)頁巖劃分為5 種有機相類型（圖1b）。其中，有機相A，B和C類來源于傾向于生油的水生有機質(zhì)，A類以海相富碳酸鹽頁巖為主，沉積有機質(zhì)在早期成巖作用階段通過微生物硫酸鹽還原作用形成富硫干酪根；B類以硅質(zhì)頁巖為主，富含典型Ⅱ型海相藻類干酪根；C 類主要為湖相頁巖，與典型Ⅰ型淡水藻類干酪根相對應(yīng)；有機相D/E 類和F 類則來源于陸源有機質(zhì)，以生氣為主，其中D/E 類主要形成于河流相、濱海平原、三角洲和近岸環(huán)境，而富含木質(zhì)素的有機相F類主要出現(xiàn)于成煤環(huán)境。在有陸源有機質(zhì)輸入時，沉積環(huán)境與干酪根類型的關(guān)系會由于外源有機質(zhì)的加入存在多解性。但是，在前人分析的北美25套海相頁巖超過5 000個樣品中，主要礦物的相對含量與有機相/沉積環(huán)境之間存在著上述比較確定的經(jīng)驗關(guān)系［33，39］。因此，繪制富有機質(zhì)頁巖的碳酸鹽、粘土和碎屑礦物相對含量三角圖，可以同時提供頁巖中有機質(zhì)類型、沉積環(huán)境和可壓性等重要信息，有望成為不同頁巖層系對比分析的直觀手段。

根據(jù)圖1b，具有A 類有機相的頁巖多富含碳酸鹽礦物，位于三角圖的左下角。富含B 類有機相的海相硅質(zhì)頁巖則位于三角圖的右下端，碳酸鹽礦物含量極低。具有A/B 類混合有機相的頁巖則介于含A 類和B類有機相的樣品之間，分布范圍較窄。以D/E/F 類有機相為主的頁巖富含粘土礦物，而碳酸鹽礦物含量較低［40］，有機質(zhì)以高等植物來源為主，代表了河流相和湖沼相成煤沉積環(huán)境。需要指出的是，具有C 類有機相的頁巖在三角圖上的分布范圍是根據(jù)綠河頁巖［41-42］和少數(shù)中國陸相頁巖樣品分析數(shù)據(jù)圈定的［43］。但是，由于受樣品數(shù)量和代表性的限制，前人沒有進(jìn)一步將C 類有機相與特定的陸相沉積環(huán)境和有機質(zhì)類型掛鉤。根據(jù)本文對中國大量實測樣品的分析結(jié)果，我們對前人資料空白區(qū)的有機相劃分界限進(jìn)行了修訂（圖1b），并賦予C 類有機相新的地質(zhì)涵義（見表1 和后續(xù)討論）。因此，全巖礦物組成分析結(jié)果可以在3 個方面顯現(xiàn)出重要的應(yīng)用前景：①開展傳統(tǒng)的沉積巖相分類/巖相組合分析；②在缺少熱解分析或有機巖石學(xué)數(shù)據(jù)的情況下快速確定烴源巖的有機相類型；③用脆性礦物（石英、長石和碳酸鹽礦物）的相對含量反映樣品的可壓性特征。例如，人們可以根據(jù)樣品在三角圖上的位置初步推斷其水力壓裂效應(yīng)，原因是富含粘土礦物的地質(zhì)樣品在大多數(shù)情況下壓裂時以塑性為主，其壓裂效果很難與富含石英、長石和碳酸鹽礦物的樣品媲美［44］。但是，需要進(jìn)一步開展樣品的巖石力學(xué)性質(zhì)和地應(yīng)力分析，才能明確一個巖體的真實可壓性。

圖1 全巖礦物組成三端元分區(qū)-沉積構(gòu)造-礦物顆粒粒級-有機碳含量的巖相命名方案（a）和利用全巖礦物組成進(jìn)行的有機相劃分方案（b）Fig.1 Mineral composition，sedimentary structure，grain size，and TOC based lithofacies classification（a）with an overlay of organofacies distributions（b）

表1 英國石油公司（BP）和法國石油研究院（IFP）推薦的有機相分類［22］以及本文提出的修改建議Table 1 Organofacies classification recommended by British Petroleum（BP）and Institut Francaisdu Pétrole（IFP）［22］and proposals for modification

3 海相烴源巖沉積巖相和有機相組成與分布特征

3.1 北美典型海相頁巖油氣層系

根據(jù)北美主要海相頁巖油氣層系的全巖礦物組成和熱解分析數(shù)據(jù)，可以在全巖礦物組成三角圖上識別出4 種細(xì)粒巖相/有機相組合［33］（圖2）：①以美國阿卡馬（Arkoma）盆地伍德福德（Woodford）頁巖為代表的貧碳酸鹽礦物粘土質(zhì)-長英質(zhì)巖相組合；②以美國阿巴拉契亞（Appalachian）盆地馬塞勒斯（Marcellus）頁巖為代表的含碳酸鹽礦物粘土質(zhì)-長英質(zhì)巖相組合；③以美國得州南部鷹灘（Eagle Ford）頁巖為代表的富碳酸鹽質(zhì)巖相組合；④以美國加利福尼亞州蒙特利（Mon?terey）頁巖為代表的粘土質(zhì)-長英質(zhì)巖相/碳酸鹽質(zhì)巖相的疊加組合。前兩種組合主要為具有B 類有機相、紋層和層理發(fā)育的富碳硅質(zhì)巖巖相（Ⅲ1）、泥質(zhì)硅質(zhì)巖巖相（Ⅲ2）、硅質(zhì)粘土質(zhì)頁巖巖相（Ⅱ1）和硅質(zhì)頁巖巖相（Ⅰ2）等4 種巖相；第三種組合主要發(fā)育有機相為A 類的紋層狀和層狀富碳灰?guī)r巖相（Ⅳ1）、硅質(zhì)灰?guī)r巖相（Ⅳ3）和灰質(zhì)硅質(zhì)頁巖巖相（Ⅱ3）等3 種巖相；第四種雙峰組合實際上是與A 類和B 類有機相對應(yīng)的兩類巖相組合以互層或夾層形式分布。

在三角圖上每套頁巖樣品分析數(shù)據(jù)點的包絡(luò)線，既反映了特定頁巖層系沉積微相/有機相內(nèi)部的非均質(zhì)程度，又反映了它們總體變化的趨勢。例如，具有B類有機相、貧碳酸鹽礦物的粘土-長英質(zhì)頁巖相組合（即粉砂巖巖相和泥質(zhì)粉砂巖巖相），一般會相變成具有D/E/F 類有機相的粉砂質(zhì)頁巖巖相和粘土質(zhì)頁巖巖相，很少會相變成富含A 類有機相的紋層狀灰?guī)r巖相）。在一個盆地內(nèi)部或兩個盆地之間，巖相相似的頁巖層系也可以具有不同的有機相。例如，美國圣胡安（San Juan）盆地的白堊系曼科斯（Mancos）頁巖既有A和A/B類有機相，又有D/E/F類有機相；與此不同，猶因塔（Uinta）盆地的曼科斯頁巖則主要為A/B 類有機相。部分原因是這兩個盆地并不聯(lián)通，而曼科斯頁巖的底界是穿時的。在猶因塔盆地的曼科斯頁巖底部，發(fā)育一套前緣砂巖（frontier sandstone），而后者在圣胡安盆地基本缺失［45］。

同時，三角圖中數(shù)據(jù)點變化趨勢的指向也有一定的實用價值。例如，圣胡安盆地曼科斯頁巖（圖2）與碳酸鹽礦物密切相關(guān)，可以從A 類有機相變到D/E/F類有機相；美國得州南部鷹灘頁巖的變化趨勢與此相似，但實際存在的地質(zhì)樣品僅局限于A類有機相，并不能外延到烴源巖品質(zhì)較差的D/E/F 類有機相區(qū)域，說明鷹灘頁巖沉積時期陸源輸入不充分。美國阿卡馬盆地伍德福德頁巖與阿巴拉契亞盆地的馬塞勒斯頁巖樣品主要含長英質(zhì)-粘土礦物，以及少量的碳酸鹽礦物，具有典型的B類有機相特征。這些頁巖在橫向上相變?yōu)槠焚|(zhì)較差的D/E 或F 類有機相的概率較高。與此不同，美國加州圣瑪利亞（Santa Maria）和圣華金（San Joaquin）盆地南部的蒙特利頁巖是分別具有典型B 類有機相的長英質(zhì)頁巖和A類有機相的碳酸鹽質(zhì)頁巖以互層或夾層黑白相間出現(xiàn)［46-47］。

圖2 美國代表性海相頁巖的全巖礦物組成及其與有機相的關(guān)系Fig.2 Mineral composition and organofacies affinities of selected marine shales in USA

如果能夠得到系統(tǒng)取心井的全巖礦物組成分析結(jié)果，就可以應(yīng)用這些資料快速評價取心井段的巖相和有機相，從而推斷頁巖層系的古沉積環(huán)境和資源潛力。也可以在此基礎(chǔ)上，通過多個聯(lián)井剖面，初步構(gòu)建巖相和有機相平面分布圖，開展頁巖油氣“甜點”預(yù)測。全巖礦物組成分析既可以為鉆井過程中甜點評價提供快速手段，又可以為后續(xù)烴源巖特征研究、品質(zhì)評價和開發(fā)方案制定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。樣品在礦物組成三角圖上的聚類或離散度反映了特定烴源巖層系內(nèi)部的非均質(zhì)性，包括平面上的巖相變化和垂向上的年代地層差異，而烴源巖非均質(zhì)性往往對頁巖油氣最終開采效果具有重要控制作用。

利用沉積微相與有機相之間的經(jīng)驗關(guān)系，全巖礦物組成分析結(jié)果可以間接地指示烴源巖質(zhì)量。用這種方法，可以快速地篩選出那些品質(zhì)太差、不大可能成為優(yōu)質(zhì)烴源巖的巖相-有機相類型。例如，特定層段的樣品可能粘土礦物含量較高，且對應(yīng)于D/E/F 類有機相（Ⅲ型、Ⅳ型干酪根），它們的烴源巖品質(zhì)較差，而且可壓性也不理想。但是，全巖礦物組成作為一種快速篩選手段，在烴源巖品質(zhì)評價中不能替代總有機碳和熱解等實驗分析。

3.2 四川盆地古生界海相頁巖氣層系

前人的研究表明［48］，構(gòu)造旋回與盆地原型控制了四川盆地?zé)N源巖的發(fā)育層位及區(qū)域分布。興凱地裂和峨眉地裂運動形成的臺內(nèi)裂陷控制了筇竹寺組、吳家坪組-大隆組優(yōu)質(zhì)烴源巖的發(fā)育。加里東運動使得四川盆地被黔中隆起、康滇隆起、雪峰隆起等圍繞，陸內(nèi)坳陷發(fā)育志留系優(yōu)質(zhì)烴源巖。因此，四川盆地海相沉積層序主要發(fā)育4套區(qū)域性烴源巖，包括下寒武統(tǒng)、下志留統(tǒng)、下二疊統(tǒng)和上二疊統(tǒng)等；地區(qū)性烴源巖包括了下震旦統(tǒng)陡山陀組、上震旦統(tǒng)燈影組三段、下寒武統(tǒng)麥地坪組、下二疊統(tǒng)梁山組、上二疊統(tǒng)大隆組和中三疊統(tǒng)雷口坡組等。

四川盆地古生界海相烴源巖按照古構(gòu)造-沉積環(huán)境大致可以劃分為4 種主要類型：①形成于被動大陸邊緣和陸內(nèi)坳陷深水陸棚環(huán)境的硅質(zhì)烴源巖，包括上揚子西北緣大面積分布的下寒武統(tǒng)筇竹寺組和川南-川東地區(qū)帶狀分布的下志留統(tǒng)龍馬溪組；②形成于臺內(nèi)裂陷深水陸棚環(huán)境的硅質(zhì)烴源巖，在綿陽-長寧拉張槽、開江-梁平陸棚區(qū)呈帶狀分布，包括下寒武統(tǒng)麥地坪-筇竹寺組和上二疊統(tǒng)吳家坪-大隆組；③臺內(nèi)洼陷、緩坡型鈣質(zhì)烴源巖，以下二疊統(tǒng)棲霞組-茅口組（茅一段）為代表，在川北和川南地區(qū)廣泛分布；④形成于海灣、潮坪-瀉湖海-陸過渡相環(huán)境的粘土質(zhì)烴源巖/煤層，層位主要是上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M，在川中和川南地區(qū)均有發(fā)育，橫向分布變化快。如圖3 所示，筇竹寺組/龍馬溪組硅質(zhì)頁巖和下二疊統(tǒng)茅口組鈣質(zhì)烴源巖的全巖礦物組成相對集中（圖3a），而上二疊統(tǒng)海-陸過渡相烴源巖組成則變化很大（圖3b），充分反映了后者在空間分布上的強非均質(zhì)性。

筇竹寺組和龍馬溪組細(xì)粒沉積巖以高碳的硅質(zhì)頁巖、泥質(zhì)硅質(zhì)頁巖、硅質(zhì)粘土質(zhì)頁巖和硅質(zhì)頁巖等4 個巖相為主（圖3a）。川南地區(qū)筇竹寺組是一套相對缺氧、靜水環(huán)境的深水陸棚相沉積，厚度一般在250~600 m，黑色頁巖及深灰色含砂質(zhì)頁巖巖相發(fā)育，下部為富碳-中碳深灰、黑色炭質(zhì)頁巖及深灰色、灰色粉砂質(zhì)頁巖和粉砂巖等巖相，向上顏色逐漸變淺為低碳-中碳鈣質(zhì)粉-細(xì)砂巖巖相，頂部為黃綠色低碳粉砂質(zhì)頁巖巖相，偶夾白云巖。龍馬溪組下部由富碳-高碳深灰、黑色砂質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖、筆石頁巖夾生物碎屑灰?guī)r等巖相組成，上部為灰綠、黃綠色含碳-低碳頁巖及砂質(zhì)頁巖夾粉砂巖或泥灰?guī)r等巖相。除威遠(yuǎn)西南部缺失外，厚度一般為50~600 m，其中黑色頁巖厚度20~260 m。深水陸棚環(huán)境形成的海相黑色頁巖（富碳硅質(zhì)頁巖相）有機質(zhì)豐度較高，富有機質(zhì)頁巖主要發(fā)育在兩套頁巖層系的下部，向上TOC含量降低。其中筇竹寺組頁巖TOC含量一般為0.5%~25.7%，超過半數(shù)樣品的TOC含量在2%以上；五峰組-龍馬溪組TOC含量在0.35%~28.40%，平均在2.52%。這些頁巖的有機質(zhì)類型好，主要為海相Ⅰ/Ⅱ型干酪根，母質(zhì)以水生浮游生物為主［12］。四川盆地筇竹寺組和龍馬溪組頁巖均已達(dá)到高-過成熟裂解成氣階段，熱成熟度從盆地西北部向東南緣隨埋深增加而增高。

圖3 四川盆地古生界海相和海-陸過渡相頁巖的全巖礦物組成及其與有機相的關(guān)系Fig.3 Mineral composition and organofacies affinities of selected marine and transitional facies shales in the Sichuan Basin

二疊紀(jì)早期，上揚子古陸經(jīng)歷了大規(guī)模海侵，形成了棲霞組和茅口組兩個大的海侵-海退旋回，棲霞期在康滇古陸東緣形成了局限海臺地，茅口期在盆地西緣形成了局限海臺地至開闊海臺地相的泥晶藻灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r相沉積。前期研究認(rèn)為四川盆地下二疊統(tǒng)主要發(fā)育低TOC含量的鈣質(zhì)烴源巖［49-50］。其中，茅口組一段為一套具有低碳-高碳灰質(zhì)頁巖相、A 類有機相（Ⅱ-S 型）的過成熟烴源巖（圖3a），具備較好的生烴條件。它們的TOC含量介于0.39 %~2.41 %，平均0.98%，有效烴源巖厚度為50~75 m；熱演化程度Ro（鏡質(zhì)體反射率）為1.71%~2.18%，平均為1.94%，處于過成熟生干氣階段。同時，通過重新厘定地層歸屬，在四川盆地北部新發(fā)現(xiàn)了茅三段（“孤峰段”）深水鈣質(zhì)泥頁巖相沉積，但這些優(yōu)質(zhì)烴源巖對茅口組臺緣淺灘、長興組-飛仙關(guān)組臺緣礁灘成藏貢獻(xiàn)需要進(jìn)一步研究。東-西向連井剖面揭示孤峰段高碳硅質(zhì)泥巖相在廣元—南江—達(dá)州—巫溪一帶均發(fā)育，橫向分布穩(wěn)定，沉積厚度主要在5~40 m；它們的TOC含量普遍高于2%，主體介于2 %~5 %，其中元壩3 井巖屑TOC含量平均4.61%，厚度為33 m。在劍閣—南部—鄰水—涪陵一線以南，孤峰段高碳硅質(zhì)泥巖相變?yōu)槊┛诮M中-低碳薄層灰?guī)r相，TOC明顯降低。四川盆地下二疊統(tǒng)棲霞組碳酸鹽巖烴源巖研究較為薄弱，棲霞組烴源巖整體上呈現(xiàn)西薄東厚的特點，全盆地均有分布，厚度介于10~60 m；TOC含量在0.5%~2.0%，絕大部分小于1.0%；熱演化程度Ro平均為2.3%，也處于高過成熟階段。

四川盆地上二疊統(tǒng)由碳酸鹽巖、碎屑巖和火山巖組成，龍?zhí)督M-吳家坪組和長興組-大隆組細(xì)粒沉積巖巖相類型復(fù)雜，包括了硅質(zhì)頁巖相、粉砂質(zhì)頁巖相、灰?guī)r相、粘土質(zhì)頁巖相和混合質(zhì)頁巖相等幾乎所有的巖相類型；與此相對應(yīng)，這些巖石中的有機相類型也表現(xiàn)出很強的多樣性，反映了沉積環(huán)境控制的有機質(zhì)來源多樣性（圖3b）。龍?zhí)督M暗色泥頁巖相局部夾煤層，橫向上同時異相出現(xiàn)吳家坪組含燧石條帶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r或生物碎屑灰?guī)r等巖相。以四川盆地南部二疊系龍?zhí)督M為代表，海陸過渡相煤系頁巖，累計厚度較大，多在100 m 以上，而單層厚度較小，一般小于40 m，通常與煤層和致密砂巖甚至與灰?guī)r互層［51］。龍?zhí)督M含煤頁巖相的有機碳含量較高（TOC含量為0.85%~35.70%，平均為6.73%），有機質(zhì)類型以Ⅲ類腐殖型干酪根為主，熱演化程度達(dá)到高-過成熟階段（Ro為1.95 %~2.40 %，平均2.22 %）。煤系頁巖中粘土礦物較為發(fā)育（20.3%~92.3%，平均在60%左右），其中脆性礦物含量較低（6.3 %~65.7 %，平均只有27.7 %），可壓性較差。龍?zhí)督M煤系頁巖的孔隙類型多樣，常見粒間孔和溶蝕孔，其次是有機質(zhì)孔和粒內(nèi)孔，晶間孔和微裂縫也較為發(fā)育，總孔隙度多數(shù)在3%以上，頁巖含氣性普遍較好。長興組發(fā)育局限臺地相的灰?guī)r、生物灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r和硅質(zhì)巖等巖相，在龍門山和大巴山一帶相變?yōu)榇舐〗M深水陸棚或盆地相黑色薄層硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)巖與硅質(zhì)頁巖相互層，具有一定的生烴潛力。

盆地內(nèi)筇竹寺組、五峰組-龍馬溪組、吳家坪組-大隆組3套優(yōu)質(zhì)烴源巖疊置連片分布，控制了環(huán)綿陽-長寧裂陷槽震旦系-寒武系、環(huán)梁平-開江陸棚二疊系-三疊系和川東南等三大氣田群，已發(fā)現(xiàn)的大型氣田具有近源富集的特點［52-57］。目前，川東南地區(qū)五峰組-龍馬溪組海相頁巖氣已進(jìn)入規(guī)模經(jīng)濟開發(fā)階段。針對以龍?zhí)督M海陸過渡相頁巖氣和茅一段灰泥灰?guī)r為代表的非常規(guī)天然氣儲層新類型的勘探工作，近期也取得了重要進(jìn)展。

4 中國陸相盆地典型烴源巖巖相和有機相組成與分布特征

表2 列出了這次分析的中國主要陸相沉積盆地典型烴源巖層系的沉積巖相、有機相、有利分布面積和累計厚度情況。

表2 中國主要陸相烴源巖層系基本特征對比Table 2 Basic characteristics of the major lacustrine shales in China

4.1 準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組和風(fēng)城組烴源巖

準(zhǔn)噶爾盆地二疊系表現(xiàn)為“源-儲一體”和“源-儲互層”的良好源-儲匹配關(guān)系，具有近源成藏和源內(nèi)成藏、整體含油的特點。近幾年分別在吉木薩爾凹陷中二疊統(tǒng)蘆草溝組（P2l）和瑪湖凹陷下二疊統(tǒng)風(fēng)城組（P1f）取得頁巖油勘探重大突破，五彩灣—石樹溝地區(qū)中二疊統(tǒng)平地泉組（P2p）也顯示出較好的頁巖油資源潛力［58-64］。吉木薩爾凹陷蘆草溝組富有機質(zhì)頁巖厚度大，凹陷主體厚度100~240 m；有機碳含量多大于3.5%，平均7.455%；沉積有機質(zhì)大多為Ⅱ和Ⅱ-S 型等兩種生烴特征截然不同的類型，也有少量層段具有較多的陸源高等植物生源；這些地層大多處于低成熟-成熟階段，在生烴凹陷中心也達(dá)到了高-過成熟階段。如圖4a 所示，蘆草溝組頁巖儲層為一套咸化湖盆準(zhǔn)同生期白云巖與碎屑巖過渡的沉積，受盆外物源的影響，成分復(fù)雜，包括陸源碎屑組分、火山碎屑組分和碳酸鹽組分，多為過渡類型的混合沉積巖。根據(jù)礦物化學(xué)組成、沉積構(gòu)造和有機質(zhì)特征分析，蘆草溝組頁巖主要發(fā)育高碳-富碳的塊狀泥晶云巖相、塊狀粉砂質(zhì)砂屑云巖相、塊狀凝灰質(zhì)粉砂巖相、條帶狀含凝灰云巖相、紋層狀粉砂質(zhì)／泥質(zhì)沉凝灰?guī)r相和紋層狀云質(zhì)泥巖相等，不同巖相類型的儲集物性、孔喉結(jié)構(gòu)特征以及儲集空間類型存在差異，其中上、下“甜點體”以塊狀凝灰質(zhì)粉砂巖相、條帶狀含凝灰云巖相和紋層狀粉砂質(zhì)沉凝灰?guī)r相為最有利巖相類型［65］。這些細(xì)?；旌铣练e巖中石英+長石+碳酸鹽等脆性礦物含量較高，粘土礦物含量普遍在25%以下，孔隙度在2.04%~22.35%（多小于10.00%）［60，63，66-67］?？v向剖面上在這兩個“甜點體”之間，還存在多個儲集性和含油性較好但粘土礦物較高（含量＞30 %）的層段，它們能否成為頁巖油氣開發(fā)“甜點”，是工業(yè)界目前重點關(guān)注的問題。在瑪湖凹陷，二疊統(tǒng)風(fēng)城組厚度多在150~1 000 m，最厚處可達(dá)1 800 m，埋藏深度為2 600~6 500 m。風(fēng)城組頁巖有機碳含量平均1.26 %，有機質(zhì)類型多為Ⅰ-Ⅱ型和堿湖沉積特征的Ⅰ-S 型，處于成熟-高成熟階段，有利儲集層以低-中碳混合頁巖相相對發(fā)育的白云質(zhì)粉砂巖相、泥晶白云巖相、巖屑砂巖相和長石質(zhì)巖屑砂巖相等細(xì)粒沉積巖相為主，脆性礦物含量高達(dá)75 %，粘土礦物含量普遍在20 %左右。瑪湖凹陷風(fēng)南地區(qū)風(fēng)城組以多套薄層“甜點”與烴源巖互層疊置為特征，正在成為頁巖油氣勘探的熱點［62，64，68-70］。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷中二疊統(tǒng)蘆草溝組（a）和瑪湖凹陷下二疊統(tǒng)風(fēng)城組（b）陸相頁巖的全巖礦物組成及其與有機相的關(guān)系Fig.4 Mineral composition and organofacies affinities of selected lacustrine shales of the Permian Lucaogou（a）and Fengcheng Formations（b）in the Junggar Basin

4.2 鄂爾多斯盆地三疊系延長組7段烴源巖

晚三疊世末是鄂爾多斯大型內(nèi)陸坳陷湖盆的最大擴張期，延長組7 段（長7 段）形成了面積近6.5 ×104km2、厚度超過100 m 的半深湖-深湖相沉積。與區(qū)域構(gòu)造運動伴隨的火山、熱水和地震活動促進(jìn)了湖盆富營養(yǎng)化，高生產(chǎn)力和強還原環(huán)境促進(jìn)了大面積黑色頁巖和暗色泥巖沉積［71-73］。這些黑色頁巖和暗色泥巖總有機碳含量平均值分別為13.81 %和3.75 %，具有巨大的生烴潛力［36］。頻繁的構(gòu)造事件、較陡的湖盆底形和廣闊的可容納空間導(dǎo)致湖盆深水區(qū)大面積發(fā)育重力流沉積，在長7 段烴源巖內(nèi)部形成了多期疊置的砂質(zhì)儲層。這些粉砂和細(xì)砂粒級砂體的平均厚度為3.5 m，砂地比約為17.8%。與黑色頁巖伴生的中-高碳粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、粉砂巖等巖相總有機碳含量在0.50%~2.60%，也具有一定的生排烴能力。如圖5所示，長7 段頁巖油儲層類型復(fù)雜、非均質(zhì)性強，主要表現(xiàn)為大套長英質(zhì)泥頁巖巖相組合夾多期薄層狀砂巖巖相組合。統(tǒng)計結(jié)果顯示，長6段和長8段砂質(zhì)巖類以中、細(xì)砂巖為主，而長7 段砂巖的粒度中值近70 %在0.062 5~0.125 0 mm，為極細(xì)砂巖-粉砂巖［36］。鄂爾多斯盆地近期探明的頁巖油儲量主要來自長71和長72亞段厚層狀泥頁巖夾薄層狀粉-細(xì)砂巖，源-儲一體的先天優(yōu)勢使這些烴源巖內(nèi)部粉-細(xì)砂巖夾層的原始含油飽和度平均達(dá)到70%。長7段烴源巖有機質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ型為主，部分富有機質(zhì)層段含有Ⅱ-S 型干酪根，局部粘土質(zhì)頁巖發(fā)育層段以Ⅲ型有機質(zhì)為主（圖5）。近期開發(fā)實驗結(jié)果證實，長7 段烴源巖生烴能力較強，排烴效率高，為烴源巖層系內(nèi)部頁巖油近源運移成藏和甜點規(guī)模發(fā)育提供了有利條件。值得注意的是，長73亞段黑色頁巖和暗色泥巖段內(nèi)部滯留烴中可動烴資源量十分可觀，但目前對這部分資源還沒有實現(xiàn)有效動用。由于烴源巖內(nèi)部烴類的賦存方式與粉-細(xì)砂巖夾層中的烴類存在明顯差異，為了實現(xiàn)長73亞段中-高成熟區(qū)紋層狀和層狀基質(zhì)型頁巖油資源的有效開采，需要著手解決富有機質(zhì)、高粘土礦物含量帶來的特殊工程工藝技術(shù)問題。

圖5 鄂爾多斯盆地三疊系長7段陸相頁巖層系的全巖礦物組成及其與有機相的關(guān)系Fig.5 Mineral composition and organofacies affinities of selected lacustrine shales in the Chang 7 member of the Triassic Yanchang Formation，Ordos Basin

4.3 四川盆地侏羅系陸相烴源巖

四川盆地侏羅系分布面積廣，自下而上發(fā)育下侏羅統(tǒng)自流井組、中侏羅統(tǒng)千佛崖組（涼高山組）和沙溪廟組、上侏羅統(tǒng)遂寧組和蓬萊鎮(zhèn)組地層，其中自流井組自下而上又可以進(jìn)一步劃分為珍珠沖、東岳廟、馬鞍山及大安寨等4 個巖性段。四川盆地早中侏羅世在東岳廟段、大安寨段及千佛崖組沉積期，由于受不同級次盆地構(gòu)造沉降與湖侵作用的影響，形成了3套淺湖-半深湖相富有機質(zhì)泥頁巖沉積［74-79］。目前，在這些富有機質(zhì)泥頁巖層段通過壓裂測試均獲得工業(yè)頁巖油氣流，揭示了良好的頁巖氣勘探開發(fā)前景。四川盆地中下侏羅統(tǒng)泥頁巖的沉積有機質(zhì)以Ⅲ型干酪根為主，Ⅱ型干酪根次之；礦物組成以粘土礦物、石英為主，方解石次之，還有少量斜長石和白云石［80］（圖6）。自流井組各層段泥頁巖主要礦物平均含量相近，粘土礦物與石英含量較高，而碳酸鹽含量局部富集。與自流井組比較，千佛崖組石英＋長石含量較高，而粘土含量略低。這些泥頁巖以中-高碳的粘土質(zhì)頁巖、紋層-薄層狀粘土質(zhì)頁巖及中低碳粉砂質(zhì)頁巖等巖相為主，其次為低-中碳粘土質(zhì)介殼灰質(zhì)頁巖和粉砂質(zhì)粘土質(zhì)頁巖巖相。與粉砂質(zhì)頁巖巖相和粉砂質(zhì)粘土質(zhì)頁巖巖相對比，粘土質(zhì)頁巖巖相和介殼灰質(zhì)粘土質(zhì)頁巖巖相具有較高的平均TOC含量和平均孔隙度。湖泊沉積距離物源的遠(yuǎn)近，控制了四川盆地侏羅系陸相頁巖層系的巖相組合。因此，從近源區(qū)、過渡區(qū)到遠(yuǎn)源區(qū)，泥砂沉積、泥灰砂混合沉積和泥灰沉積等3類組合呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，并且對于頁巖層系的生烴潛力、儲集性能和資源豐度產(chǎn)生一定的影響?；屹|(zhì)介殼紋層與薄層在這些高粘土礦物含量、富有機質(zhì)頁巖中的比例，在很大程度上控制了侏羅系富油氣層段儲層的可壓性和甜點分布［81-83］。

圖6 四川盆地中侏羅統(tǒng)（a）和下侏羅統(tǒng)（b）陸相頁巖的全巖礦物組成及其與有機相的關(guān)系（數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)［80］）Fig.6 Mineral composition and organofacies affinities of selected Jurassic lacustrine shales in the Sichuan Basin（data adapted from reference［80］）

4.4 松遼盆地北部白堊系青山口組烴源巖

松遼盆地晚白堊世溫暖潮濕的古氣候條件，坳陷發(fā)育期大規(guī)模湖侵形成了陸源輸入弱、缺氧、強還原的淡水-微咸水沉積環(huán)境，為有機質(zhì)富集和頁巖儲層形成提供了良好的背景條件［84-86］。盆地北部齊家-古龍凹陷青山口組泥頁巖層段以缺氧條件下的深水細(xì)粒沉積為主，發(fā)育暗色泥頁巖和泥質(zhì)粉砂巖，夾薄層粉砂巖、介形蟲灰?guī)r，局部含厚層塊狀深水重力流砂巖沉積。全巖礦物X 衍射分析結(jié)果（圖7）表明，齊家-古龍凹陷青山口組細(xì)粒沉積多以長英質(zhì)泥頁巖相為主，其次為混合質(zhì)泥頁巖相和碳酸鹽質(zhì)泥頁巖相，粘土質(zhì)泥頁巖相不發(fā)育。根據(jù)多口系統(tǒng)取心井精細(xì)分析［84，87］，齊家-古龍凹陷青山口組發(fā)育多類細(xì)粒巖相［88］，其中富碳長英質(zhì)泥頁巖相、富碳層狀/紋層狀粉砂巖相、泥質(zhì)粉砂巖相和泥質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖相是頁巖油富集的優(yōu)勢巖相（圖7）。青一段具有較好的生烴條件，而青二段粉砂巖夾層更為發(fā)育（圖7）。齊家-古龍凹陷青山口組頁巖富含層狀藻（Ⅰ類干酪根），現(xiàn)今多處于成熟-高成熟演化階段（Ro為0.75%~1.70%）［89］。青山口組頁巖中石英和長石多為陸源碎屑成因，粘土礦物向伊/蒙混層和伊利石、綠泥石的演化控制了青山口組泥頁巖的成巖演化［87］。初步勘探成果揭示，富有機質(zhì)層狀和紋層狀頁巖發(fā)育、高熱演化程度、較高的地層壓力、較高的氣/油比和較低的原油粘度是古龍凹陷頁巖油富集高產(chǎn)的主要控制因素［90］。高-過成熟階段生烴增壓造成的泥頁巖層段異常高壓作用有助于抑制壓實和膠結(jié)作用，促進(jìn)有機酸的溶蝕作用和天然裂縫的形成。較高的硅質(zhì)/粘土礦物比例，加之紋層狀粉砂質(zhì)泥巖-粉砂巖-介形蟲灰?guī)r頻繁互層，有利于天然裂縫形成及人工壓裂改造［91］。古龍凹陷紋層狀和層狀長英質(zhì)頁巖儲層的有效性得到了電成像、核磁共振和巖性掃描測井?dāng)?shù)據(jù)的證實［92］。

圖7 松遼盆地白堊系青一段（a）和青二段（b）陸相頁巖的全巖礦物組成及其與有機相的關(guān)系（數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)［87］）Fig.7 Mineral composition and organofacies affinities of selected lacustrine shales in the Cretaceous Qingshankou Formation，Songliao Basin（data adapted from reference［87］）

4.5 渤海灣盆地濟陽坳陷古近系沙河街組烴源巖

渤海灣盆地經(jīng)歷了從裂陷到坳陷的演化過程。裂陷期斷裂活動強烈，發(fā)育了多個次級箕狀凹陷（東營、沾化、惠民、車鎮(zhèn)等凹陷）和隆-凹相間的構(gòu)造沉積格局［93］。始新世早期，渤海灣盆地構(gòu)造運動相對穩(wěn)定，湖盆持續(xù)下沉，湖盆發(fā)育進(jìn)入鼎盛期，陸源碎屑向湖泊注入，帶來了大量營養(yǎng)物質(zhì)，加上溫暖潮濕氣候的作用，湖中水生生物大量繁盛，為沙四上亞段、沙三下亞段與沙三中亞段及沙一段烴源巖的發(fā)育提供了良好物質(zhì)基礎(chǔ)［94］。東營和沾化凹陷4口頁巖油重點探井沙三下亞段-沙四上亞段巖心樣品的全巖礦物組成分析表明，碳酸鹽礦物發(fā)育是濟陽坳陷沙河街組富有機質(zhì)細(xì)粒沉積的重要特色（圖8）。其中，碳酸鹽礦物以方解石為主，含少量白云石，占總礦物含量的30%以上；粘土礦物主要由伊利石和部分伊／蒙混層組成，在總礦物含量中的占比多數(shù)在40%以下；碎屑礦物主要由石英和長石組成，占總礦物含量的10%至40%。根據(jù)全巖礦物組成、TOC含量、巖石組構(gòu)和構(gòu)造特點，劉惠民等（2019）［95］將濟陽坳陷沙三下亞段—沙四上亞段富有機質(zhì)泥頁巖層系大致劃分為低中碳到高富碳不等的薄透鏡狀晶?；?guī)r相、紋層狀泥晶灰?guī)r相、厚層/塊狀灰質(zhì)泥巖相、混合質(zhì)泥頁巖相和黑色灰質(zhì)頁巖相等5個巖相。這些地層中有機質(zhì)類型以Ⅰ型和Ⅱ型干酪根為主，其中沙四上亞段和沙三下亞段底部咸化區(qū)沉積含有富硫的Ⅱ-S 型干酪根，并在沾化和東營凹陷之間顯示出明顯的差異性（圖8）。通過不同巖相中TOC含量對比，明確了原始有機質(zhì)豐度與富粘土礦物有機紋層（即有機質(zhì)-粘土復(fù)合體）的相關(guān)性；富有機質(zhì)泥頁巖中草莓狀黃鐵礦大量產(chǎn)出，表明深水缺氧的低能還原環(huán)境有利于有機質(zhì)富集。與此不同，由于較為純凈的透鏡狀碳酸鹽巖相是不同期次成巖流體作用的產(chǎn)物，它們的有機質(zhì)豐度普遍較低。除此之外，在沙三下亞段—沙四上亞段取心井段底部，還見到了少量形成于淺水和蒸發(fā)環(huán)境的低碳粉砂質(zhì)泥巖、薄層粉砂巖和泥質(zhì)膏巖相。通過淡水-微咸水-咸水相地質(zhì)樣品的對比分析，初步明確斷陷湖盆淡化和咸化期沉積泥頁巖具有不同的成烴機制和生排烴高峰期［96-98］，紋層狀巖相的儲集條件優(yōu)于塊狀和層狀巖相［99］。從含油飽和度指數(shù)、礦物對原油的吸附能力、粘土礦物的轉(zhuǎn)化程度方面比較，紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r相中的頁巖油可動性條件優(yōu)于灰質(zhì)泥巖相中的頁巖油［100］。近期勘探實踐證實，濟陽坳陷存在兩類頁巖油富集模式：一是由黑色灰質(zhì)頁巖相和塊狀灰質(zhì)泥巖相形成的“自生自儲”模式；二是由薄透鏡狀晶?；?guī)r相與黑色灰質(zhì)頁巖相組合形成的“晶粒灰?guī)r儲層”模式［95］。后者近期已經(jīng)成為濟陽坳陷頁巖油規(guī)模建產(chǎn)的主要“甜點”類型［101］。

圖8 渤海灣盆地濟陽坳陷東營凹陷（a）和沾化凹陷（b）沙河街組烴源巖的全巖礦物組成及其與有機相的關(guān)系.Fig.8 Mineral composition and organofacies affinities of selected lacustrine shales in the Paleogene Shahejie Formation，Jiyang Superdepression，Bohai Bay Basin

4.6 渤海灣盆地黃驊坳陷滄東凹陷古近系孔店組烴源巖

滄東凹陷為渤海灣盆地黃驊坳陷南區(qū)的一個次級構(gòu)造單元，早期為碟狀坳陷型湖盆，后期在區(qū)域性拉張背景下逐漸演化為斷陷湖盆，在孔二段沉積時期滄東凹陷為亞熱帶潮濕氣候下的淡水-半咸水封閉湖盆，經(jīng)歷了由半干旱到溫暖濕潤再到干旱炎熱的古氣候演化過程，形成了以湖相深灰色、灰黑色富有機質(zhì)泥頁巖、灰褐色頁巖等頁巖層系為主的沉積建造［102］。滄東凹陷孔二段為一個完整的三級層序，縱向上不同層序發(fā)育階段的烴源巖特征存在明顯差異，其中優(yōu)質(zhì)烴源巖在穩(wěn)定湖泛期尤其是最大湖泛面附近分布相對集中，在湖擴體系域早中期和高位體系域早期最為發(fā)育。根據(jù)3口系統(tǒng)取心井巖心樣品的實測數(shù)據(jù)（圖9），滄東凹陷孔二段細(xì)粒沉積巖中長英質(zhì)礦物含量較高，碳酸鹽礦物含量變化大，粘土礦物含量普遍較低（多小于30 %）。它們以紋層狀或隱形紋層狀頁巖相為主，不同斜坡區(qū)全巖礦物組成顯示出一定的差異性，反映了它們在物源供應(yīng)強度、沉積古地貌和母巖性質(zhì)方面的差異性［103］。巖石學(xué)、有機巖石學(xué)與地球化學(xué)數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，孔二段細(xì)粒沉積巖的有機質(zhì)豐度與沉積微相密切相關(guān)，富碳長英質(zhì)頁巖相最高，混合質(zhì)頁巖相次之，灰云巖相最低但平均TOC值（2.04%）也達(dá)到了高碳標(biāo)準(zhǔn)；長英質(zhì)頁巖相和混合質(zhì)頁巖巖的有機質(zhì)類型以Ⅰ型干酪根為主，而灰云巖相中變化較大［104］。滄東凹陷孔二段烴源巖的鏡質(zhì)體反射率為0.6 %~1.3 %，熱演化程度適中，處于大量生油階段。雖然有機質(zhì)豐度、熱演化程度對頁巖孔隙發(fā)育、含油量和碳酸鹽結(jié)晶度具有一定的影響，長英質(zhì)頁巖、混合質(zhì)頁巖和灰云巖等巖相均可成為優(yōu)質(zhì)頁巖油儲層。其中，長英質(zhì)頁巖相和混合質(zhì)頁巖相有機質(zhì)孔和層理縫相對發(fā)育，以原地滯留烴富集為主；灰云巖相孔隙度和脆性指數(shù)較高，以短距離運移聚集為主。分別針對紋層狀長英質(zhì)頁巖相、紋層狀混合質(zhì)頁巖相及塊狀灰云巖相發(fā)育層段不同類型頁巖油“甜點”的勘探開發(fā)試驗，都取得了商業(yè)突破。

圖9 渤海灣盆地黃驊坳陷滄東凹陷古近系孔店組二段烴源巖的全巖礦物組成及其與有機相的關(guān)系（數(shù)據(jù)引自參考文獻(xiàn)［103］）Fig.9 Mineral composition and organofacies affinities of selected lacustrine shales in the Paleogene Shahejie Formation，Cangdong Sag，Huanghua Superdepression，Bohai Bay Basin（data adapted from reference［103］）

4.7 江漢盆地古近系潛江組鹽間烴源巖

江漢盆地潛江凹陷古近系潛江組沉積時期發(fā)育了一套厚達(dá)5 000 m的含鹽層系，縱向上可以識別出193套含鹽韻律層。潛江組地層縱向上一般劃分為4 段，富有機質(zhì)發(fā)育時期分別對應(yīng)于盆地中潛二段、潛三段和潛四段的3 個最大湖泛面。由于潛二段有機質(zhì)尚未成熟，潛三下亞段和潛四下亞段是江漢盆地鹽間頁巖油勘探的最有利層段。在兩套巖鹽層之間，單個鹽間韻律層是水體相對淡化期的沉積產(chǎn)物，一般由5~10 m的碳酸鹽、硫酸鹽、泥質(zhì)等成分混雜、頻繁間互的富有機質(zhì)細(xì)粒沉積巖構(gòu)成，單層厚度可達(dá)38 m。鹽間地層中總有機碳含量一般為0.89 %~2.96 %，最高可達(dá)8.75 %。有機顯微組分鑒定和干酪根元素分析結(jié)果表明，鹽間有機質(zhì)以腐泥型為主，以Ⅱ-S 和Ⅰ-S 性干酪根為特征。全巖X衍射礦物組成分析表明，鹽間細(xì)粒沉積巖的礦物成分非常復(fù)雜，既包括化學(xué)沉積的碳酸鹽和硫酸鹽礦物，又包括石英和長石等機械沉積的碎屑礦物。如圖10 所示，潛江凹陷鹽間泥頁巖發(fā)育區(qū)地層中原生和準(zhǔn)同生的碳酸鹽礦物含量較高，多數(shù)在30%以上；碎屑礦物含量總體較低，長石+石英含量多數(shù)在30%以下；潛四下亞段與潛三410 韻律層相比，粘土礦物含量較低，而長石+石英含量略高。光學(xué)薄片鑒定發(fā)現(xiàn)，鹽間地層中長石和石英主要為粒徑小于30 μm 的粉細(xì)砂級顆粒，在巖石中呈紋層狀或分散狀順層分布；碳酸鹽礦物中白云石和方解石多為泥晶結(jié)構(gòu)，粒徑在1~5 μm；粘土礦物以伊利石為主，伊/蒙混層次之，并含有少量綠泥石；黃鐵礦以草莓狀、立方體分散狀、放射狀集合體等多種形式與鈣芒硝晶體共生［105］。將原生和準(zhǔn)同生礦物成分、層理構(gòu)造和有機質(zhì)含量作為巖相定名的主要依據(jù)，次生礦物成分和含量作為參考依據(jù)，可以進(jìn)一步劃分潛江凹陷鹽間地層的巖相［106］。鹽間頁巖油的主要儲集巖相為富碳紋層狀白云巖相、富碳紋層狀泥質(zhì)白云巖相，其次為紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r相，儲集空間主要包括層間縫、晶間孔、晶間溶孔等。鹽間頁巖的儲集性和含油性主要受紋層狀白云巖相和泥質(zhì)白云巖相孔隙中的宏孔控制，而粘土礦物含量增加和次生的鈣芒硝充填不利于優(yōu)質(zhì)頁巖油儲層的發(fā)育［107-108］。由于鹽間頁巖中碳酸鹽礦物含量總體較高、粘土礦物含量較低，這些地層的可壓性總體較好。同時，由于粘土礦物成分以伊利石為主，地層水敏性弱，注水和二氧化碳增壓開采都見到了明顯效果。但是，由于單個鹽韻律的厚度較薄，鹽堵是鹽間頁巖油開采過程中面臨的突出問題。

圖10 江漢盆地潛江凹陷古近系潛江組烴源巖的全巖礦物組成及其與有機相的關(guān)系Fig.10 Mineral composition and organofacies affinities of selected lacustrine shales in the Paleogene Qianjiang Formation，Qianjiang Sag，Jianghan Basin

5 沉積巖相組合多樣性和有機相差異性揭示中國陸相頁巖油氣“甜點”和資源分類評價的必要性

穩(wěn)定寬緩的構(gòu)造背景是北美海相頁巖油形成和富集的必要條件［109］。中國陸相沉積體系在盆地規(guī)模、構(gòu)造穩(wěn)定性和沉積類型上與北美海相盆地明顯不同［110］。如表2所示，中國陸相沉積盆地?zé)N源巖在發(fā)育時代、盆地類型、巖性巖相和沉積環(huán)境方面具有多樣性、而且其分布規(guī)模小，非均質(zhì)性強。在發(fā)育時代上，從上古生界二疊系到新近系均有烴源巖分布；在盆地類型上，既有二疊紀(jì)到三疊紀(jì)的陸內(nèi)坳陷盆地、侏羅紀(jì)到白堊紀(jì)的前陸盆地，又有中新生代的斷陷和坳陷盆地；在沉積水體環(huán)境上，發(fā)育有陸相淡水、半咸水、咸水和堿水湖盆環(huán)境。因此，陸相細(xì)粒沉積以相帶變化快、巖性復(fù)雜、儲蓋組合樣式多變?yōu)樘卣鳎?8，111-112］。

全巖礦物組成分析揭示，中國陸相盆地裂陷期和拗陷期的富有機質(zhì)細(xì)粒沉積巖相組合存在巨大差異性?？傮w而言，陸相裂陷期細(xì)粒沉積巖以富碳酸鹽礦物的巖相組合發(fā)育為特征（圖11a）。準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖層系主要是一套在前期火山碎屑巖沉積基礎(chǔ)上、具有豐富陸源碎屑輸入、并且在干旱氣候條件下形成的長英質(zhì)-白云質(zhì)泥頁巖相組合，包括中高碳塊狀泥晶云巖相、塊狀粉砂質(zhì)砂屑云巖相、塊狀凝灰質(zhì)粉砂巖相、條帶狀含凝灰云巖相、紋層狀粉砂質(zhì)／泥質(zhì)沉凝灰?guī)r相和紋層狀云質(zhì)泥巖相等。該盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組泥頁巖層系則代表了一套堿化湖泊沉積，從凹陷中心到邊緣，由細(xì)粒的低-中碳泥晶白云巖相、混合質(zhì)頁巖相、薄層白云質(zhì)粉砂巖相，過渡到貧碳的巖屑砂巖相和長石質(zhì)巖屑砂巖相。江漢盆地潛江組鹽間頁巖層系是典型鹽湖盆地相對淡化期的產(chǎn)物，以富碳紋層狀白云巖相、富碳紋層狀泥質(zhì)白云巖相、低-中碳紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r相為特征，并且在單個鹽韻律層內(nèi)從底部向上顯示出原始沉積水體鹽度逐漸降低的趨勢。渤海灣盆地滄東凹陷孔二段也是一套在干旱氣候條件下形成的近陸源細(xì)粒碎屑巖-碳酸鹽巖沉積，包括高碳塊狀灰云巖相、富碳混合質(zhì)頁巖相、富碳長英質(zhì)頁巖相和中-低碳粉砂巖相等組合。渤海灣盆地東營凹陷在斜坡-深凹區(qū)沙四段-沙三段發(fā)育薄透鏡狀晶?；?guī)r相、紋層狀泥晶灰?guī)r相、厚層/塊狀灰質(zhì)泥巖相、混合質(zhì)泥頁巖相和黑色灰質(zhì)頁巖相等富碳酸鹽巖相，而沾化凹陷細(xì)粒沉積巖中碳酸鹽礦物含量更高（圖8b）。值得注意的是，在這幾套陸相湖盆裂陷期形成的頁巖層系中，粘土礦物/（石英+長石）相對比例從風(fēng)城組、蘆草溝組、孔二段、沙河街組至潛江組依次增加，可能反映了細(xì)粒沉積體系中陸源碎屑貢獻(xiàn)的相對減少。與此不同，在陸相湖盆拗陷期形成的富有機質(zhì)頁巖層系則以長英質(zhì)+粘土質(zhì)沉積巖相組合為主，碳酸鹽礦物的含量普遍較低（圖11b）。例如，鄂爾多斯盆地長7段以富碳厚層狀、薄層狀和紋層狀長英質(zhì)泥頁巖相、混合頁巖相夾薄層狀粉-細(xì)砂巖相組合為主；四川盆地侏羅系千佛崖組和自流井組以中-高碳粘土質(zhì)頁巖相、紋層-薄層狀粘土質(zhì)頁巖相、中-低碳粉砂質(zhì)頁巖相為主，低-中碳粘土質(zhì)介殼灰質(zhì)頁巖相和粉砂質(zhì)粘土質(zhì)頁巖相次之；松遼盆地青山口組一段、二段發(fā)育富碳長英質(zhì)泥頁巖相、富碳層狀/紋層狀粉砂巖相、泥質(zhì)粉砂巖相和泥質(zhì)粉砂質(zhì)頁巖相組合。

圖11 基于圖3—圖10數(shù)據(jù)繪制的中國陸相烴源巖層系的全巖礦物組成包絡(luò)線（顯示陸相盆地裂陷期和拗陷期形成的富有機質(zhì)細(xì)粒沉積體系存在巨大的差異性）Fig.11 Envelopes outlining the mineral composition of the representative lacustrine shales in Chinese sedimentary basins，based on data in Figures 3?10，indicating the significant difference in the rift and sag stages of the lacustrine sedimentary systems

顯然，中國陸相頁巖油氣形成地質(zhì)條件的復(fù)雜性，特別是裂陷期和拗陷期不同地區(qū)、不同層系細(xì)粒巖相組合的變化，不僅影響這些烴源巖本身的分布規(guī)模、連續(xù)厚度、有機質(zhì)豐度、干酪根類型和資源潛力，而且對它們作為非常規(guī)儲層的儲集性、含油氣性、烴類可動性和可壓性等基礎(chǔ)參數(shù)有重要制約作用，因而帶來不同類型陸相頁巖層系油氣賦存方式的差異性和“甜點”類型的多樣性。

5.1 巖相與儲集類型多樣性

鄂爾多斯盆地長7 段整體為一套細(xì)粒沉積，包括了黑色頁巖、暗色泥巖及粉細(xì)砂巖等巖相類型，平均單砂體厚度為3.5 m，砂地比約為17.8 %。其中，砂質(zhì)巖類的粒度較細(xì)，90 %砂巖樣品的粒度中值小于0.125 0 mm，屬于粉砂巖-極細(xì)砂巖［36］。由于需要采取水平井體積壓裂開發(fā)方式才能有效開采其中聚集的原油，按照頁巖油地質(zhì)評價國家標(biāo)準(zhǔn)［18］的定義，近期也將長7 段油氣納入了頁巖油范疇，但目前獲得高產(chǎn)油流的主力儲層集中在長71-2亞段中的粉砂巖-極細(xì)砂巖。與此不同，松遼盆地古龍凹陷青一段層狀和紋層狀頁巖相中頁理縫的發(fā)育有效改善了頁巖儲集能力，形成兩類最有利的頁巖油儲集巖相，儲集空間主要由基質(zhì)孔隙-頁理縫組成，孔隙類型以有機質(zhì)孔縫、溶孔和粘土礦物晶間孔為主。其中，石英和粘土礦物含量與總孔隙度呈正相關(guān)性，而碳酸鹽礦物和長石含量呈負(fù)相關(guān)性。場發(fā)射掃描電鏡下觀察到較為發(fā)育的粒間孔和粘土礦物晶間孔，說明青一段泥頁巖中石英和粘土礦物對儲集空間形成和保持有積極貢獻(xiàn)；青一段泥頁巖中雖然可以見到少量的長石和碳酸鹽粒內(nèi)溶孔，但它們的非均質(zhì)性強；碳酸鹽礦物多作為充填原生孔隙的膠結(jié)物，對儲集空間的作用較為負(fù)面。相反，東營和沾化凹陷沙三段-沙四段頁巖層系薄透鏡狀晶?；?guī)r相層段的測井響應(yīng)表現(xiàn)為高伽馬、高電阻率、聲波曲線與電阻率曲線交叉疊合面積較大的特點，反映巖石孔隙度高、含油性好；對應(yīng)層段巖心的鏡下觀察可以見到明顯的方解石重結(jié)晶現(xiàn)象，晶間孔內(nèi)常見瀝青充填，方解石重結(jié)晶段常見柱狀方解石脈產(chǎn)出，方解石脈與層理間常見裂縫型孔隙，柱狀方解石晶間縫常見黃色熒光，指示垂直層理的微孔、縫溝通上、下層的基質(zhì)微孔而形成良好的網(wǎng)絡(luò)狀儲集空間。

5.2 巖相組合與可壓性

可壓性是頁巖油氣地質(zhì)評價的重要指標(biāo)，因為頁巖層段只有具備一定脆性、在壓裂改造時能形成網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)且在開采過程中裂縫能長期保持開啟，才能取得頁巖油氣成功開采。以鄂爾多斯盆地長7 段頁巖層系中粉砂巖-極細(xì)砂巖儲層為例，其脆性指數(shù)平均達(dá)到46.7%，有利于大規(guī)模體積壓裂改造和擴大泄油體積；高角度天然裂縫在長7 段中較為發(fā)育，平均傾角在86.5°；水平兩向應(yīng)力差適中，為4～7 MPa，也有利于壓裂改造形成復(fù)雜的縫網(wǎng)系統(tǒng)。松遼盆地古龍凹陷青山口組主要為粘土質(zhì)長英質(zhì)頁巖，粘土礦物平均含量達(dá)到35.6%。由于古龍頁巖整體處于中成巖晚期，蒙脫石大量轉(zhuǎn)化為伊利石，粘土礦物在轉(zhuǎn)化過程中析出大量硅質(zhì)，使得頁巖剛性成分增加，脆性增大；同時，頁巖中伊利石經(jīng)成巖壓實作用定向排列，使巖石沿層面易剝裂，在壓裂過程中沿主應(yīng)力方向垂直開裂、沿頁理面開啟水平裂縫，進(jìn)而形成復(fù)雜網(wǎng)狀裂縫，顯著改善了儲集層可壓性。濟陽坳陷沙三下亞段和沙四上亞段泥頁巖層系與此不同，脆性礦物以方解石為主，碎屑石英較少，以沉積成因的紋層狀構(gòu)造和沉積-成巖成因的透鏡狀構(gòu)造為主，巖石硬度低，橫向及縱向力學(xué)性質(zhì)差異大；與此同時，箕狀斷陷背景環(huán)境下天然裂縫的發(fā)育程度、規(guī)模以及與主干斷層的距離，都對濟陽坳陷沙三下亞段和沙四上亞段泥頁巖可壓性具有重要影響。

5.3 有機相差異性與含油氣性

圖12 是本次研究的部分地區(qū)泥頁巖熱解氫指數(shù)（HI）與熱解峰溫（Tmax）對比關(guān)系圖，反映了不同地區(qū)頁巖層系有機相的差異性。例如，鄂爾多斯盆地長7 段和松遼盆地青山口組泥頁巖中有機質(zhì)以Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根為主，從盆地邊緣（如YY 1 井）到生烴凹陷區(qū)，陸源有機質(zhì)比例逐漸降低而成熟度顯著增加（圖12b，c）。準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組頁巖中存在兩類特征差異較大的有機相，其中一類在具有較高HI的同時Tmax值偏高，反映了結(jié)構(gòu)極其穩(wěn)定的Ⅰ型干酪根，而另一類為Ⅱ1和Ⅱ2為主的混合型干酪根（圖12a）。濟陽坳陷東營凹陷和沾化凹陷沙三下亞段和沙四上亞段有機質(zhì)以Ⅰ型和Ⅱ1型干酪根為主，僅在靠近凹陷邊緣的部分井段見到Ⅱ2型干酪根，Ⅲ型干酪根極為少見（圖12d）。江漢盆地潛江組鹽間頁巖中有機質(zhì)也以Ⅰ型和Ⅱ型干酪根為主，而且Tmax值偏低，反映了鹽間頁巖排烴效率極低的特點（圖12e）。陸相頁巖層系不同有機相的生烴動力學(xué)機制差異大，導(dǎo)致頁巖油有效賦存的熱成熟度窗口變化大。大量的研究表明，咸化湖泊和堿化湖泊形成的有機質(zhì)多屬Ⅰ-S 和Ⅱ-S 型有機相，進(jìn)入大量生烴階段的成熟度一般早于半咸水和淡水湖泊有機質(zhì)；但是，僅僅依靠常規(guī)熱解分析和有機顯微組分鑒定分析，無法將這些有機質(zhì)與一般的Ⅰ型和Ⅱ型干酪根有機質(zhì)區(qū)分開來，需要通過干酪根元素硫分析和S/C 原子比≥0.04 加以驗證［22，39］。不同巖相陸相成烴有機質(zhì)非均質(zhì)性強，生烴活化能差異大；陸相原油含蠟量高于海相原油，陸相原油裂解成氣活化能也高于海相原油［113］。如表3 所示，美國多個層系頁巖油資源分布的比較分析結(jié)果表明，熱演化程度控制了北美海相頁巖油核心區(qū)的分布，但烴源巖巖相類型和源-儲組合方式?jīng)Q定了頁巖油最大資源豐度的熱成熟度窗口。處于中-低成熟階段的蒙特利組頁巖中發(fā)育裂縫型烴源巖油藏［114-115］，處于生油高峰期的巴肯頁巖層系“三明治”式源儲組合發(fā)育［116］，而致密烴源巖層系中大規(guī)模原位富集的頁巖油氣勘探開發(fā)只在中-高成熟的鷹灘頁巖和高-過成熟的馬塞勒斯頁巖中獲得成功［117-118］。因此，陸相烴源巖層系有機質(zhì)類型和巖相組合的差異性決定了不同類型有機質(zhì)進(jìn)入生油窗的熱成熟度門限的差異性，進(jìn)而影響頁巖油有效賦存的最低熱成熟度范圍。濟陽坳陷和蘇北盆地近期的陸相頁巖油勘探實踐證實，在斷陷期形成的陸相咸化和堿化湖泊有機質(zhì)可以在中-低成熟階段大量生烴，有利于中-低成熟度頁巖油原位富集［94］。以此不同，以松遼盆地青山口組泥頁巖層系為代表的陸相拗陷期淡水湖泊有機質(zhì)大量生烴需要的成熟度較高，處于中-高成熟階段的生烴凹陷區(qū)是這類頁巖油原位規(guī)模富集的最佳場所［84］。

表3 中國和美國頁巖油高產(chǎn)井目的層熱成熟度對比Table 3 Thermal maturity of targeted shale reservoirs with high shale oil productivity in USA and China

圖12 中國陸相沉積盆地中部分代表性泥頁巖的熱解分析數(shù)據(jù)與有機質(zhì)類型劃分Fig.12 Kerogen type classification based on Rock?Eval pyrolysis data for selected lacustrine shales in sedimentary basins，China

5.4 頁巖油氣賦存方式與可動性

陸相頁巖油氣賦存方式與海相高-過成熟頁巖氣明顯不同，主要受巖相、熱成熟度和保存條件制約。針對濟陽坳陷富有機質(zhì)泥頁巖中烴類賦存狀態(tài)的研究結(jié)果表明，泥頁巖中游離烴主要賦存于各種礦物基質(zhì)孔、層理縫和干酪根生烴形成的粒間縫，而束縛烴含量明顯受總有機碳含量、巖相和熱成熟度控制；泥頁巖中游離烴比例隨著成熟度增加而增加，但不同巖相中束縛烴總量下降的趨勢顯示出系統(tǒng)差異性［119］。實驗室無機礦物-原油的吸附能力實驗指示粘土礦物對原油的吸附能力遠(yuǎn)高于石英、長石和碳酸鹽礦物，但礦物吸附總量在處于生油窗中烴源巖束縛烴的占比很低［120-121］。干酪根熱演化模擬實驗研究發(fā)現(xiàn)，隨著熱演化程度增加，干酪根與烴類產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)差異性變大，因而導(dǎo)致高-過成熟階段干酪根滯烴能力下降［122-123］。富有機質(zhì)頁巖在熱演化過程中向臨近非烴源巖夾層、互層大量排烴可能形成低壓頁巖油儲層，如鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長7 段頁巖油壓力系數(shù)僅為0.8～0.9；大套泥頁巖地層由于欠壓實和生烴增壓作用，也可以形成高壓力系統(tǒng)、高氣油比的頁巖油儲層，如濟陽坳陷沙三段地層壓力系數(shù)在1.5 以上，四川盆地復(fù)興地區(qū)侏羅系頁巖油氣地層壓力系數(shù)1.2～1.8，吉木薩爾頁巖油儲層壓力系數(shù)在1.1～1.3，而松遼盆地古龍凹陷青山口組地層壓力系數(shù)普遍在1.2以上。

5.5 陸相頁巖“甜點”類型與基本特征

中國陸相頁巖油儲層“甜點”大致可以劃分為3 種類型（表4）：①致密砂巖、灰?guī)r夾層型，以鄂爾多斯盆地長7 段和四川盆地侏羅系為代表，源-儲共存，頁巖層系整體含油，在薄層砂巖或灰?guī)r有利儲集層“甜點”中形成近源油氣富集；②混合質(zhì)頁巖型，以渤海灣盆地滄東凹陷孔二段、沾化-東營凹陷沙三段-沙四段和江漢盆地潛三段為代表，源-儲共存或源-儲一體，頁巖層系整體含油，多源供烴，混合質(zhì)頁巖自身與相鄰頁巖向混合質(zhì)頁巖“甜點”中供油；③頁巖基質(zhì)型，以松遼盆地古龍凹陷青一段為代表，源-儲一體，紋層狀頁巖整體含油，烴類在砂質(zhì)、鈣質(zhì)頁巖有利儲集層原地富集形成“甜點”，高TOC、高演化、地層超壓和物性甜點控制油氣富集。

表4 陸相頁巖油儲集“甜點”類型與基本地質(zhì)特征對比Table 4 Comparison of“sweet spot”types and basic geological characteristics of lacustrine shale oil reservoirs

5.6 全油氣系統(tǒng)與常規(guī)-非常規(guī)資源空間有序分布

中國陸相烴源巖頂?shù)装鍣M向變化大，源-儲組合類型多。區(qū)域性優(yōu)質(zhì)致密巖性頂?shù)装宓拇嬖谑潜泵篮Ｏ囗搸r油在烴源巖層系中富集的基本條件［116］。對于陸相沉積，在盆地周緣構(gòu)造活動性強、外部物源充足時期，快速堆積有利于粗粒碎屑巖形成沉積；在外部物源缺乏的細(xì)粒沉積時期，湖相碳酸鹽巖沉積往往比較發(fā)育。常規(guī)油氣成藏機理是浮力作為油氣運聚的主要動力和圈閉作為油氣富集保存的主要場所，而非常規(guī)油氣成藏的動力是分子間作用力，通過油氣自封閉作用，形成連續(xù)性油氣聚集［124］。因此，細(xì)粒泥質(zhì)烴源巖與粗粒巖石在側(cè)向上或者縱向上的相變，有利于烴源巖中生成的烴類原地聚集或者向近鄰儲層中運移，形成不同類型的源儲組合。區(qū)域構(gòu)造活動、火山噴發(fā)、氣候變化和沉積環(huán)境變化等因素的結(jié)合，有利于混和質(zhì)泥頁巖沉積，進(jìn)一步加大湖泊沉積體系巖性和巖相的復(fù)雜性與空間非均質(zhì)性。此外，鹽巖和蒸發(fā)巖層可以為鹽間咸化或堿化湖泊細(xì)粒富有機質(zhì)頁巖中自生自儲的烴類提供優(yōu)質(zhì)頂、底板，有利于鹽間頁巖油的富集。如表5 所示，由于中國陸相沉積體系相帶窄、相變快，局部致密頂?shù)装宓貙拥姆植?，往往控制了頁巖油-致密油-常規(guī)油在空間上有序展布。

表5 中國不同類型陸相湖盆沉積模式與源-儲組合類型分布特征Table 5 Tectonic and sedimentary controls and distribution characteristics of various source?reservoir assemblages in the Chinese lacustrine basins

綜上所述，中國陸相細(xì)粒沉積巖相的非均質(zhì)性帶來了陸相頁巖油氣“甜點”類型的多樣性，不同類型有機質(zhì)演化的差異性又帶來了不同巖相中烴類賦存狀態(tài)的差異性。因此，在陸相頁巖巖性、巖相和有機相等系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，深入理解油氣自封閉成藏模式和分子間互作用機理，開展全油氣系統(tǒng)理論指導(dǎo)下的非常規(guī)油氣資源分類評價和分布預(yù)測，是實現(xiàn)中國陸相非常規(guī)頁巖油氣資源規(guī)模高效開采的重要環(huán)節(jié)。

6 結(jié)論

1）四川盆地海相頁巖氣源巖主要包括形成于被動大陸邊緣、陸內(nèi)坳陷、臺內(nèi)裂陷深水陸棚環(huán)境的高碳硅質(zhì)頁巖、泥質(zhì)硅質(zhì)頁巖、硅質(zhì)粘土質(zhì)頁巖和硅質(zhì)頁巖等巖相組合，形成于臺內(nèi)洼陷、緩坡型陸棚的低碳-高碳灰質(zhì)頁巖相和中-低碳薄層灰?guī)r相組合，以及形成于海灣、潮坪-瀉湖海陸過渡相環(huán)境的含煤粘土質(zhì)泥頁巖相組合等3 大類巖相組合。研究結(jié)果證實，志留系龍馬溪組和寒武系筇竹寺組黑色頁巖的沉積巖相和有機相與美國中泥盆統(tǒng)馬塞勒斯頁巖有較好的可比性，二疊系茅口組灰質(zhì)頁巖與美國鷹潭頁巖也有一定的相似性，但中上二疊統(tǒng)海陸過渡相體系沉積巖相和有機相的巨大變化，帶來了該層系頁巖氣系統(tǒng)的復(fù)雜性。

2）中國陸相沉積湖盆面積小、構(gòu)造類型多、分割性強、沉積環(huán)境變化大，發(fā)育了淡水湖泊、混積湖泊、咸化湖泊、堿化湖泊等多種細(xì)粒巖石沉積體系。陸相盆地拗陷期淡水-微咸水湖泊頁巖層系以貧碳酸鹽礦物的粘土質(zhì)-長英質(zhì)頁巖相組合為主，而陸相盆地裂陷期咸化、堿化湖泊沉積以富碳酸鹽質(zhì)頁巖相組合和混合質(zhì)泥頁巖相組合為主，各種陸相細(xì)粒沉積體系均以相帶變化快、巖性巖相復(fù)雜、儲-蓋組合樣式多變?yōu)樘卣鳌?/p>

3）中國陸相細(xì)粒沉積巖相非均質(zhì)性和巖相組合多樣性，帶來了不同陸相頁巖層系在儲集性、含油氣性、烴類可動性和可壓性方面的差異性，造成頁巖油氣“甜點”類型的多樣性和常規(guī)-非常規(guī)油氣空間展布的有序性，揭示了頁巖油氣“甜點”和資源分類評價的必要性。

4）本研究驗證了英國石油公司提出的有機相分類方案對中國四川盆地古生界海相頁巖氣源巖的有效性，填補了原有研究資料空白區(qū)的有機相分類界限，并且明確原有方案中C類有機相分類僅適用于陸相湖盆拗陷期形成的富有機質(zhì)頁巖層系。

致謝：本文研究工作得到國家自然科學(xué)基金（42090022，U19B6003）資助，鮑云杰、錢門輝、劉鵬、曹婷婷和陶國亮參與了部分研究工作。文中引用了項目單位和多個油田研究人員公開發(fā)表的實驗數(shù)據(jù)和地質(zhì)背景資料。本文采納了白振瑞博士和兩名匿名審稿人的建設(shè)性修改意見，在此表示誠摯的謝意！