延长组致密油烃源岩地球化学特征及成藏机理

摘要：为掌握鄂尔多斯盆地致密油成藏特征与控制因素，基于前人的贡献及相关地质资料，结合室内实验模拟深入分析了延长组致密油储层孔隙结构特性、烃源岩地球化学特征及成藏机理。结果表明，延长组致密油储层主要为岩屑长石砂岩与长石岩屑砂岩构成，孔隙结构多为微纳米级别，其主要烃源类型为富有机质页岩与暗色泥岩。烃源岩有机质成熟度高，大多大于0.7%。致密油储层具备优良的产烃率与排烃率，有机质页岩累积可生烃1×1011 t，暗色泥岩累积可生烃2×1010 t。生烃增压为储藏的连续充注聚集提供主要驱动力，且存在2个充注期。此外，碳酸盐胶结为储层致密化的关键因素之一。

关键词：鄂尔多斯盆地；致密油；成藏特征；烃源岩

中图分类号：TQ013；TE122文献标识码：A文章编号：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为轻质油，已成为全球油气开发的热点[1-3]。鄂尔多斯盆地是我国重要的致密油发育区，延长组储层形成于深湖或半深湖环境，泥页岩和保护性盖层为致密油聚集提供了优越条件[4-10]。烃源岩有机质丰度高、演化良好，具备高成熟度特征，为油气资源提供了丰富油源[11-13]。

国内外学者开展了致密油藏富集规律的研究。美国在Bakke和Eagle Ford致密油区取得重要突破，发现优质生油岩和源储配置是致密油形成的关键。研究表明，源岩性质、裂缝与沉积微相是致密油“甜点”区的主控因素[14]，而微纳米孔隙裂缝则是页岩主要储集空间，其演化受多种成岩作用控制[15]。目前，美国在致密油开发技术和产量上处于领先地位，尤其在Bakken和Eagle Ford等区的致密油开发方面成效显著[16]。国内致密油研究起步较晚，但研究表明，垂直于主应力方向的水平井可实现致密油藏的初步开发[17]。由于单井自然产能低，实现商业化开采需要借助技术措施[18]。国内学者提出了致密油储层物性含油下限的确定方法，并初步确立了致密油形成的四大要素，强调“甜点”预测在致密油勘探开发中的重要性，同时将资源丰度类比法作为致密油资源评价方式[19-21]。尽管鄂尔多斯盆地部分储层与烃源岩互生、生烃强度高，但物性差、渗透率低，增加开采难度。本文基于前期研究，分析了延长组致密油的烃源岩特征及成藏机理。

1储层孔隙结构与类型

1.1碎屑成分与结构

图1为目标储层岩石类型三角图。

由图1可知，目标致密油储层多为岩屑长石砂岩与长石岩屑砂岩构成。高石英与低长石作为碎屑主要成分，其中石英平均含量43.6%，长石平均含量20.3%，岩屑主要为变质岩屑与沉积岩屑。粒度分析结果显示，目标致密油储层整体粒度偏细，细沙平均含量近乎80%，同时存在大量泥砂。铁白云石、伊利石与方解石等填隙物也是目标储层不可忽视的组分，其平均含量可达17.5%。填隙物的存在会显著影响到储层的储集空间，结果显示储层致密化会随填隙物含量增加而加剧，孔隙间连通性差，导致总体孔隙储集空间可降低80%。

1.2孔隙结构与类型

低渗与致密油储层储集空间绝大多数为微纳米孔隙结构，原生孔隙与次生孔隙作为主要孔隙类型。其原生孔隙主要为连通性良好的粒间孔，大多赋存于长石砂岩，孔隙内胶结物则为铁方解石与绿泥石。孔隙吼道结果显示，吼道半径偏小且分布范围窄，主要在1 000 nm以下。其微观孔隙结构极为复杂，主要为0～30μm微纳米级别的晶间孔与粒间残余孔，这也是其渗透率低下的重要原因。压汞实验结果表明目标储层吼道主要以小微孔吼型，平均孔喉比652.36，平均吼道半径0.32μm，也就是说吼道为储层渗透性的主控因素之一。图2为目标储层不同孔隙尺寸体积百分比。

由图2可知，12μm以下的微孔隙为该储层的主要储集空间，其比重达87.8%。微纳米级孔隙结构复杂、吼道细小，以残余粒间孔与长石溶蚀孔为主。

1.3致密化成因

成岩作用会显著影响储层储集空间。目标油层致密且物性差的关键原因之一是由于压实作用，其岩石类型中塑性组分，如云母或软岩屑的存在不仅会削弱储层抗压性，还会受外力作用而发生变形，导致刚性岩屑紧密排列，粒间呈现点线接触的形貌，进而加剧储层致密化。其次，铁方解石为主要碳酸胶结物，其在储层内环绕碎屑颗粒分布；绿泥石与高岭石等胶结物以蠕虫或者片状形态填充于孔隙，降低孔隙丰度与渗透性；碎屑、杂基与胶结物在溶蚀作用下发生溶解，使得长石砂岩颗粒边部溶蚀充分发育，进而形成部分粒内溶孔，与压实作用和胶结作用不同，溶蚀作用则是有利于储层物性的。因此，储层的致密性是多重因素的综合结果。

2烃源岩地球化学特征

2.1有机质丰度与成熟度

结合有机质丰度资料与测试结果，可以发现目标储层有机质纹层烃源岩有机质丰度高，有机质页岩与暗色泥岩中有机质的总碳含量（TOC）分别为14.56%和4.21%，且前者的残留烃含量高于后者。图3为目标储层微组分相对丰度结果。

由图3可知，暗色泥岩与油页岩中主要以矿物沥青基质和壳质组为主，也就是说属于干酪根范畴。通过对烃源岩的热解数据分析，可以发现烃源岩有机质成熟度大多处于0.7%以上，为成熟至高成熟度范畴。其成熟度与埋深关系紧密，1 500～2 000 m埋深时多为成熟阶段，2 000 m以上埋深多为进入高成熟阶段。此外，空间展布结果显示其有机质页岩主要受制于沉积环境。

2.2产烃量与排烃率

通过实验评估了不同类型烃源岩的产烃量与排烃率，如图4与图5所示。

由图4、图5可知，当镜质体反射率（Ro）值达0.5%时开始进入生烃门限，此时热解油、氯仿沥青与总液态烃产率分别为35、210与220 kg/t，且三者会随着Ro值的增加而增加，直至Ro值达0.8%时开始大量生烃。这是因为有机质页岩进入了成熟阶段；随着Ro值持续增加，即在大规模生烃阶段后，氯仿沥青产率快速降低。此外，气态氢会随着Ro值的增加而迅速增加，Ro值为2.5%时最大可达520 m3/t。

基于残留烃恢复法评测目标烃源岩的排烃率较高，其TOC高于6%时，排烃率平均值可达80%，TOC低于6%时，排烃率平均值也在45%左右，因为生烃量、排烃量均与有机质丰度紧密相关。同时，生烃强度大，其有机质页岩累积可生烃1×1011 t，暗色泥岩累积可生烃2×1010 t。此外，氯仿沥青会与TOC成负相关的关系，即随着TOC的增加，氯仿沥青持续降低，这也意味着烃源岩的排烃率增加。

3成藏机理与主控因素

3.1充注机理

目标致密油层在晚侏罗纪中晚期及早白垩中晚期埋深1 700 m附近，这便致使前者期间烃类供给充足，后者期间大量生烃，分别演化为油气的2个充注期。该储层致密化的一个重要因素便是碳酸盐胶结，其在充注前为无机成因，这无疑奠定了该油层先致密后充注的特性。前人研究结果显示该储层具备较高的烃转化率以及生烃强度，同时排烃率可达70%，而生烃还会显著增加孔隙内流体体积，进而增大储层油压。这便导致上下储层存在大的源储压差，为烃类的连续充注聚集提供了驱动力。此外，在此过程中，排烃高峰期正处于早白垩晚期，此时的异常高压也起到了关键性的作用。

图6与图7分别为室内低渗储藏成藏与驱替模拟实验结果。

由图6、图7可知，在加压驱替过程中，驱动压力随烃类流体的注入连续增加，而储层内孔隙水不断被排出。岩心含油饱和度呈指数性增长趋势，成藏阶段较为快速，富集阶段较为缓慢，最终整体含油饱和度可达60%以上。尽管源储压力不好时，烃类流体还是能够在持续动力作用下沿着易渗运移路径充注到致密储层，整个充注成藏的过程呈现连续阶段式的规律。

3.2主控因素

致密油聚集运移过程中，优质烃源岩扮演关键角色，其往往决定了储层内油气的分布规律。鄂尔多斯盆地延长组本身具备优良的源岩环境，且其广泛分布的富有机质页岩奠定了其强大的生烃潜力。资料统计显示其有机质页岩中TOC、可溶烃及热解烃含量分别高达19%、5.82 mg/g及61.23 mg/g，近乎泥岩的6倍，而平均生烃潜力更为泥岩的8倍。此外，其氢指数、有效碳与烃指数均高于泥岩，充分说明了其优良的有机质类型。矿物沥青基质、藻类体和壳质体等强生烃组分均在储层有机质页岩中大量发现，这进一步揭示了有机质页岩决定了储层内烃源的供给以及油气的分布。砂质碎屑流相带则会控制致密油的平面分布。当前的油井点和含油富集区绝大多数处于砂质碎屑流相带或其附近，如华池-合水、环县-庆阳，盆地西南部也是下部大面积紧邻砂质碎屑一带。此外，还有岩石类型与烃岩互层也会显著影响致密油的分布。总之，优质烃源岩、砂质碎屑流相带、岩石类型以及烃岩互层均是致密油成藏的主控因素。

4结语

（1）致密油储层多为岩屑长石砂岩与长石岩屑砂岩构成，绝大多数孔隙结构为微纳米级别。富有机质页岩与暗色泥岩为延长组致密油储层主要烃源类型。储层致密性是压实作用、胶结作用与溶蚀作用多重因素的结果；

（2）烃源岩有机质成熟度大多处于0.7%以上，为成熟至高成熟度范畴。致密储层具备优良的产烃率与排烃率，有机质页岩累积可生烃1×1011 t，暗色泥岩累积可生烃2×1010 t；

（3）生烃为致密油藏的连续充注聚集提供主要驱动力，该储层存在2个充注期，碳酸盐胶结为储层致密化的关键因素之一。

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（责任编辑：平海，苏幔）