延長組致密油烴源巖地球化學特征及成藏機理

摘要：為掌握鄂爾多斯盆地致密油成藏特征與控制因素，基于前人的貢獻及相關地質資料，結合室內實驗模擬深入分析了延長組致密油儲層孔隙結構特性、烴源巖地球化學特征及成藏機理。結果表明，延長組致密油儲層主要為巖屑長石砂巖與長石巖屑砂巖構成，孔隙結構多為微納米級別，其主要烴源類型為富有機質頁巖與暗色泥巖。烴源巖有機質成熟度高，大多大于0.7%。致密油儲層具備優良的產烴率與排烴率，有機質頁巖累積可生烴1×1011 t，暗色泥巖累積可生烴2×1010 t。生烴增壓為儲藏的連續充注聚集提供主要驅動力，且存在2個充注期。此外，碳酸鹽膠結為儲層致密化的關鍵因素之一。

關鍵詞：鄂爾多斯盆地；致密油；成藏特征；烴源巖

中圖分類號：TQ013；TE122文獻標識碼：A文章編號：1001-5922（2025）01-0117-04

Geochemical characteristics and reservoir formationmechanism of tight oil source rocksin the Yanchang formation

GONG Jiantao1，WEI Fanrong1，WANG Huanhuan2，GAO Jinlong3，SUN Kun2

（1.Yanchang Oilfield Co.，Ltd.，Yan’an 716000，Shaanxi China；

2.Xi’an Alberta Environmental Analysis and Testing Technology Co.，Ltd.，Xi’an 710018，China；

3.Shaanxi Yanchang Petroleum（Group）Co.，Ltd.，Yanchang Gas Field Production Plant No.3，Yan’an 716000，Shaanxi China）

Abstract：In order to clarify the characteristics and control factors of tight oil reservoir formation in Ordos Basin，based on previous contributions and relevant geological data，combined with indoor experimental simulation，the pore structure characteristics，geochemical characteristics of hydrocarbon source rocks，and reservoir formation mechanism of the Yanchang Formation tight oil reservoir were deeply analyzed.The results showed that the tight oil reservoirs of the Yanchang Formation were mainly composed of lithic feldspathic sandstone and feldspathic lithic sandstone，with pore structures mostly at the micro nano scale.The main source types were organic rich shale and dark mudstone.The organic matter maturity of hydrocarbon source rocks was high，mostly greater than 0.7%.Tightoil reservoirs had excellent hydrocarbon production and expulsion rates，and organic shale accumulated to generate hydrocarbons×1 011 t，dark mudstone could accumulate hydrocarbon 2×1 010 t.The pressurization of hydrocarbon generation provided the main driving force for the continuous charging and accumulation of storage，and there were two charging periods.In addition，carbonate cementation was one of the key factors for reservoir densification.

Key words：ordos basin；dense oil；reservoir formation characteristics；hydrocarbon source rock

致密油因原油物性好且多為輕質油，已成為全球油氣開發的熱點[1-3]。鄂爾多斯盆地是我國重要的致密油發育區，延長組儲層形成于深湖或半深湖環境，泥頁巖和保護性蓋層為致密油聚集提供了優越條件[4-10]。烴源巖有機質豐度高、演化良好，具備高成熟度特征，為油氣資源提供了豐富油源[11-13]。

國內外學者開展了致密油藏富集規律的研究。美國在Bakke和Eagle Ford致密油區取得重要突破，發現優質生油巖和源儲配置是致密油形成的關鍵。研究表明，源巖性質、裂縫與沉積微相是致密油“甜點”區的主控因素[14]，而微納米孔隙裂縫則是頁巖主要儲集空間，其演化受多種成巖作用控制[15]。目前，美國在致密油開發技術和產量上處于領先地位，尤其在Bakken和Eagle Ford等區的致密油開發方面成效顯著[16]。國內致密油研究起步較晚，但研究表明，垂直于主應力方向的水平井可實現致密油藏的初步開發[17]。由于單井自然產能低，實現商業化開采需要借助技術措施[18]。國內學者提出了致密油儲層物性含油下限的確定方法，并初步確立了致密油形成的四大要素，強調“甜點”預測在致密油勘探開發中的重要性，同時將資源豐度類比法作為致密油資源評價方式[19-21]。盡管鄂爾多斯盆地部分儲層與烴源巖互生、生烴強度高，但物性差、滲透率低，增加開采難度。本文基于前期研究，分析了延長組致密油的烴源巖特征及成藏機理。

1儲層孔隙結構與類型

1.1碎屑成分與結構

圖1為目標儲層巖石類型三角圖。

由圖1可知，目標致密油儲層多為巖屑長石砂巖與長石巖屑砂巖構成。高石英與低長石作為碎屑主要成分，其中石英平均含量43.6%，長石平均含量20.3%，巖屑主要為變質巖屑與沉積巖屑。粒度分析結果顯示，目標致密油儲層整體粒度偏細，細沙平均含量近乎80%，同時存在大量泥砂。鐵白云石、伊利石與方解石等填隙物也是目標儲層不可忽視的組分，其平均含量可達17.5%。填隙物的存在會顯著影響到儲層的儲集空間，結果顯示儲層致密化會隨填隙物含量增加而加劇，孔隙間連通性差，導致總體孔隙儲集空間可降低80%。

1.2孔隙結構與類型

低滲與致密油儲層儲集空間絕大多數為微納米孔隙結構，原生孔隙與次生孔隙作為主要孔隙類型。其原生孔隙主要為連通性良好的粒間孔，大多賦存于長石砂巖，孔隙內膠結物則為鐵方解石與綠泥石。孔隙吼道結果顯示，吼道半徑偏小且分布范圍窄，主要在1 000 nm以下。其微觀孔隙結構極為復雜，主要為0～30μm微納米級別的晶間孔與粒間殘余孔，這也是其滲透率低下的重要原因。壓汞實驗結果表明目標儲層吼道主要以小微孔吼型，平均孔喉比652.36，平均吼道半徑0.32μm，也就是說吼道為儲層滲透性的主控因素之一。圖2為目標儲層不同孔隙尺寸體積百分比。

由圖2可知，12μm以下的微孔隙為該儲層的主要儲集空間，其比重達87.8%。微納米級孔隙結構復雜、吼道細小，以殘余粒間孔與長石溶蝕孔為主。

1.3致密化成因

成巖作用會顯著影響儲層儲集空間。目標油層致密且物性差的關鍵原因之一是由于壓實作用，其巖石類型中塑性組分，如云母或軟巖屑的存在不僅會削弱儲層抗壓性，還會受外力作用而發生變形，導致剛性巖屑緊密排列，粒間呈現點線接觸的形貌，進而加劇儲層致密化。其次，鐵方解石為主要碳酸膠結物，其在儲層內環繞碎屑顆粒分布；綠泥石與高嶺石等膠結物以蠕蟲或者片狀形態填充于孔隙，降低孔隙豐度與滲透性；碎屑、雜基與膠結物在溶蝕作用下發生溶解，使得長石砂巖顆粒邊部溶蝕充分發育，進而形成部分粒內溶孔，與壓實作用和膠結作用不同，溶蝕作用則是有利于儲層物性的。因此，儲層的致密性是多重因素的綜合結果。

2烴源巖地球化學特征

2.1有機質豐度與成熟度

結合有機質豐度資料與測試結果，可以發現目標儲層有機質紋層烴源巖有機質豐度高，有機質頁巖與暗色泥巖中有機質的總碳含量（TOC）分別為14.56%和4.21%，且前者的殘留烴含量高于后者。圖3為目標儲層微組分相對豐度結果。

由圖3可知，暗色泥巖與油頁巖中主要以礦物瀝青基質和殼質組為主，也就是說屬于干酪根范疇。通過對烴源巖的熱解數據分析，可以發現烴源巖有機質成熟度大多處于0.7%以上，為成熟至高成熟度范疇。其成熟度與埋深關系緊密，1 500～2 000 m埋深時多為成熟階段，2 000 m以上埋深多為進入高成熟階段。此外，空間展布結果顯示其有機質頁巖主要受制于沉積環境。

2.2產烴量與排烴率

通過實驗評估了不同類型烴源巖的產烴量與排烴率，如圖4與圖5所示。

由圖4、圖5可知，當鏡質體反射率（Ro）值達0.5%時開始進入生烴門限，此時熱解油、氯仿瀝青與總液態烴產率分別為35、210與220 kg/t，且三者會隨著Ro值的增加而增加，直至Ro值達0.8%時開始大量生烴。這是因為有機質頁巖進入了成熟階段；隨著Ro值持續增加，即在大規模生烴階段后，氯仿瀝青產率快速降低。此外，氣態氫會隨著Ro值的增加而迅速增加，Ro值為2.5%時最大可達520 m3/t。

基于殘留烴恢復法評測目標烴源巖的排烴率較高，其TOC高于6%時，排烴率平均值可達80%，TOC低于6%時，排烴率平均值也在45%左右，因為生烴量、排烴量均與有機質豐度緊密相關。同時，生烴強度大，其有機質頁巖累積可生烴1×1011 t，暗色泥巖累積可生烴2×1010 t。此外，氯仿瀝青會與TOC成負相關的關系，即隨著TOC的增加，氯仿瀝青持續降低，這也意味著烴源巖的排烴率增加。

3成藏機理與主控因素

3.1充注機理

目標致密油層在晚侏羅紀中晚期及早白堊中晚期埋深1 700 m附近，這便致使前者期間烴類供給充足，后者期間大量生烴，分別演化為油氣的2個充注期。該儲層致密化的一個重要因素便是碳酸鹽膠結，其在充注前為無機成因，這無疑奠定了該油層先致密后充注的特性。前人研究結果顯示該儲層具備較高的烴轉化率以及生烴強度，同時排烴率可達70%，而生烴還會顯著增加孔隙內流體體積，進而增大儲層油壓。這便導致上下儲層存在大的源儲壓差，為烴類的連續充注聚集提供了驅動力。此外，在此過程中，排烴高峰期正處于早白堊晚期，此時的異常高壓也起到了關鍵性的作用。

圖6與圖7分別為室內低滲儲藏成藏與驅替模擬實驗結果。

由圖6、圖7可知，在加壓驅替過程中，驅動壓力隨烴類流體的注入連續增加，而儲層內孔隙水不斷被排出。巖心含油飽和度呈指數性增長趨勢，成藏階段較為快速，富集階段較為緩慢，最終整體含油飽和度可達60%以上。盡管源儲壓力不好時，烴類流體還是能夠在持續動力作用下沿著易滲運移路徑充注到致密儲層，整個充注成藏的過程呈現連續階段式的規律。

3.2主控因素

致密油聚集運移過程中，優質烴源巖扮演關鍵角色，其往往決定了儲層內油氣的分布規律。鄂爾多斯盆地延長組本身具備優良的源巖環境，且其廣泛分布的富有機質頁巖奠定了其強大的生烴潛力。資料統計顯示其有機質頁巖中TOC、可溶烴及熱解烴含量分別高達19%、5.82 mg/g及61.23 mg/g，近乎泥巖的6倍，而平均生烴潛力更為泥巖的8倍。此外，其氫指數、有效碳與烴指數均高于泥巖，充分說明了其優良的有機質類型。礦物瀝青基質、藻類體和殼質體等強生烴組分均在儲層有機質頁巖中大量發現，這進一步揭示了有機質頁巖決定了儲層內烴源的供給以及油氣的分布。砂質碎屑流相帶則會控制致密油的平面分布。當前的油井點和含油富集區絕大多數處于砂質碎屑流相帶或其附近，如華池-合水、環縣-慶陽，盆地西南部也是下部大面積緊鄰砂質碎屑一帶。此外，還有巖石類型與烴巖互層也會顯著影響致密油的分布。總之，優質烴源巖、砂質碎屑流相帶、巖石類型以及烴巖互層均是致密油成藏的主控因素。

4結語

（1）致密油儲層多為巖屑長石砂巖與長石巖屑砂巖構成，絕大多數孔隙結構為微納米級別。富有機質頁巖與暗色泥巖為延長組致密油儲層主要烴源類型。儲層致密性是壓實作用、膠結作用與溶蝕作用多重因素的結果；

（2）烴源巖有機質成熟度大多處于0.7%以上，為成熟至高成熟度范疇。致密儲層具備優良的產烴率與排烴率，有機質頁巖累積可生烴1×1011 t，暗色泥巖累積可生烴2×1010 t；

（3）生烴為致密油藏的連續充注聚集提供主要驅動力，該儲層存在2個充注期，碳酸鹽膠結為儲層致密化的關鍵因素之一。

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（責任編輯：平海，蘇幔）