0 引言
基于不同的研究目的和关注方向，固体沥青的定义存在差异。例如，有机地球化学将固体沥青定义为次生有机产物，分为可溶于有机溶剂的有机质（沥青）和不可抽提有机质（焦沥青）[6]。有机岩石学更关注固体沥青在岩石中的分布及其有机质孔隙发育特征[7-8]，因此将固体沥青定义为区分原生显微组分的一种次生显微组分，可利用光学显微镜进行识别。油倾型干酪根中有机质组成以藻类体、无定形体为主，通常缺乏高等植物来源的镜质体，因此可以借助固体沥青反射率（Rob）转化为等效镜质体反射率（Roeq）进行成熟度的表征。然而，由于固体沥青的性质受到原生有机质来源、演化等影响，其光学特性在不同成熟度阶段具有一定差异，从而使不同学者提出的不同地区反射率等效公式不尽相同[9⇓⇓-12]。总之，尽管固体沥青在页岩储集层研究中日益加深，但固体沥青的定义、分类以及应用过程中的术语使用存在一定程度的混淆，光学显微镜及电镜下不同赋存形式的固体沥青与原生显微组分的区分、固体沥青反射率作为热成熟度指标的影响因素、固体沥青演化路径的差异及其对储集层空间发育的影响等方面尚需进一步研究。
基于此，本文对固体沥青的定义和分类标准进行追溯，以松辽盆地白垩系青山口组一段（简称青一段）页岩为例，梳理不同类型固体沥青在光学显微镜和扫描电镜下的识别特征，同时对比固体沥青与其他显微组分在光学特性及赋存形式的差异，明确造成固体沥青演化路径差异的原因，在梳理不同盆地固体沥青反射率与镜质体反射率（Ro）转换关系的基础上，对不同等效公式的使用条件和存在问题归纳总结，探讨固体沥青演化对储集空间发育的影响，并对下一步研究方向提出建议。
1 样品与实验方法
松辽盆地白垩系青一段沉积期发生了大规模水进，形成了以黑色厚层泥页岩为主，间有灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩的岩性组合特征（见图1 ）。这套典型的以生油为主的富有机质湖相页岩，成熟度跨度大，Ro值为0.5%~1.7%[13⇓-15]，有机质类型以Ⅰ—Ⅱ1型干酪根为主。青一段页岩热演化分为5个阶段：低成熟阶段（0.5%<Ro≤0.7%）、生油阶段早期（0.7%<Ro<1.0%）、生烃高峰（Ro=1.0%）、生油阶段晚期（1.0%<Ro≤1.4%）、高成熟阶段（1.4%<Ro≤2.0%）。其中，生油阶段早期、生烃高峰和生油阶段晚期可统称为生油窗。在生烃高峰后原生富氢有机质（腐泥组）全部转化为固体沥青，少量陆源有机质（镜质组和惰质组）存在于各演化阶段[16]。本次选样依据“有机质丰度-矿物成分-沉积构造”青一段页岩岩相划分标准[17-18]，选择TOC值大于2%、矿物组成以黏土矿物为主、页理发育的不同演化阶段的高有机质丰度薄片状页岩样品，开展有机岩石学和扫描电镜分析，同时测定Ro和Rob。
有机岩石学研究使用Leica DM-RXP+Q550IW光学显微镜，分别利用20倍和50倍物镜，在白光和荧光下观察原生显微组分和固体沥青的反射光颜色、强度和结构形态等特征。原生显微组分分类方案和命名以国际煤岩学会（ICCP）为准[19⇓-21]。同一块样品的Ro和Rob的测量次数应不少于20次，并计算其平均反射率。详细测量方法见行业标准SY/T 5124—2012[22]。采用点计数法对显微组分进行定量分析，每块样品统计的总有效点数不少于800个。详细测量方法见行业标准SY/T 6414—2014[23]。使用德国蔡司Evo Ma 15扫描电镜（配有二次和背散射电子探测器以及原子X射线能谱分析EDAX），设置10~20 keV加速电压和20 nA电流，工作距离为8~11 mm，对氩离子抛光后的页岩样品进行二次电子成像。
2 固体沥青的分类与特征
2.1 固体沥青分类
国内外学者从不同角度（物理性质、成因、赋存状态和迁移距离等）对固体沥青进行了分类（见表1 ）。Abraham按照溶解度、熔度和C/H原子比将固体沥青分为石蜡、沥青质、硬/脆沥青、沥青煤和焦性沥青[24⇓-26]。该分类方法首次根据物理性质对固体沥青进行了详细分类，但分类方案缺少对固体沥青成因的考虑。Jacob在Abraham分类的基础上进一步考虑了有机质成熟度的影响，以Ro值等于0.7%为界，将Ro值小于0.7%、可溶于有机溶剂的沥青统称为固体沥青，将Ro值大于0.7%、不可溶的沥青称为焦沥青[10,27]。但在高成熟阶段，液态烃及其次生产物会继续裂解形成焦沥青和气[30]，因此将0.7%作为区分固体沥青和焦沥青的界限明显过低。Misch等则是依据是否发生迁移，将固体沥青分为原位固体沥青和迁移固体沥青[2]。Curiale基于沥青元素、生标组成等，将固体沥青分为油前沥青和油后沥青两大类。油前沥青是指干酪根向液态烃转化过程的中间产物，由于其高黏性而在原位形成或仅移动很短的距离，无法形成大规模的迁移，通常存在于生烃高峰前。油后沥青是指液态原油发生蚀变后的产物，通常存在于生烃高峰和生油阶段晚期，具有显著的运移特征，替代原始有机质网络[28]。Cardott等将页岩中原油初次运移所遗留在孔隙中的固态残碳化合物所形成的网络称为油后沥青网络[3]。然而Sanei认为Curiale对于油前沥青的定义不够清晰，仅是简单的将早期成岩作用和低成熟阶段由干酪根初次裂解形成的固体沥青统称为油前沥青，而将原油生成后的固体沥青均称为油后沥青，这种分类方案不能体现固体沥青在不同热演化过程中赋存形式以及形成时间的差异[29]。据此Sanei提出有关不同成熟阶段过程中有机质及其次生产物（沥青，固体沥青）演化的综合图解，将油前沥青进一步细分为未成熟阶段的成岩固体沥青和低成熟阶段的初始油固体沥青，将油后固体沥青进一步细分为生油阶段早期的原生油固体沥青和生油阶段晚期的后成油固体沥青以及高成熟阶段的焦沥青。其中，成岩固体沥青主要来源于沥青质体的生物降解以及低温蚀变作用；初始油固体沥青为油倾型显微组分初次裂解所渗出的重质并具有高黏性的沥青；原生油固体沥青为油倾型显微组分的继续裂解和低成熟油固化产物，此过程中通常存在重质沥青化合物的沉淀；后成油固体沥青是指从成熟的、富氢、富石蜡重油中分离出的固化蜡和石蜡；焦沥青则是残余烃和固体沥青的二次裂解所形成的产物。不同类型固体沥青在光学显微镜下的表现形式不同（见表1 ）。
表1 固体沥青分类汇总表 |
| 学者 | 固体沥青类型 | 固体沥青特性 | 分类依据 |
|---|---|---|---|
| Abraham[24⇓-26] | 石蜡（Ozocerite） | 可溶于CS2 | 熔融性降低，依次为：石蜡、沥青质、硬沥青、脆沥青 |
| 沥青质（Asphalt） | |||
| 硬沥青（Gilsonite） | |||
| 脆沥青（Grahamite） | |||
| 沥青煤（Ingramite albertite） | 不可溶于CS2 | 氢碳原子比大于1 | |
| 焦性沥青（Impsonite） | 氢碳原子比小于1 | ||
| Jacob[10,27] | 固体沥青（Solid bitumen） | 可溶于CS2 | Ro≤0.7% |
| 焦沥青（Pyrobitumen） | 不可溶于CS2 | Ro>0.7% | |
| Curiale[28] | 油前沥青（Pre-oil bitumen） | 原位或短距离迁移 | Ro<1.0% |
| 油后沥青（Post-oil bitumen） | 长距离迁移 | Ro>1.0% | |
| Sanei[29] | 成岩固体沥青（Diagenetic SB） | 白光下呈深灰色，荧光较弱或无荧光 | Ro<0.5% |
| 初始油固体沥青(Intial-oil SB) | 白光下呈褐色，荧光呈黄色 | 0.5%<Ro<0.7% | |
| 原生油固体沥青（Primary-oil SB） | 白光下呈灰色（填充裂缝），无荧光 | 0.7%<Ro<1.0% | |
| 后成油固体沥青（Late-oil SB） | 白光下呈灰色（在更致密的孔隙网络中分布），无荧光 | 1.0%<Ro<1.4% | |
| 焦沥青（Pyrobitumen） | 白光下反射增强，无荧光 | Ro>1.4% | |
| Misch等[2] | 原位固体沥青（In-suit SB） | 未发生迁移 | |
| 迁移固体沥青（Migrated SB） | 发生迁移 | ||
综上所述，国内外学者对固体沥青的分类主要有两种原则：①依据热演化阶段固体沥青的不同性质，②依据固体沥青是否发生迁移。笔者认为这两种划分原则存在对应关系，油前沥青细分后的成岩固体沥青和初始油固体沥青，对应原位固体沥青，油后沥青细分后的原生油固体沥青和后成油固体沥青以及焦沥青，则主要对应迁移固体沥青。本文从有机岩石学固体沥青定义出发，在松辽盆地青一段不同成熟阶段大量富有机质页岩样品光学显微镜和场发射扫描电镜下对固体沥青开展研究的基础上，结合其地球化学热演化的阶段性特征，以生烃高峰为界，可识别3种固体沥青：①油前沥青：低成熟—生油阶段早期的固体沥青，多对应为原位固体沥青，仅存在少量迁移固体沥青；②油后沥青：生烃高峰—生油阶段晚期的固体沥青；③焦沥青：高成熟阶段的固体沥青。油后沥青和焦沥青多为迁移固体沥青。
2.2 固体沥青的光学特性
页岩中不同热演化阶段的固体沥青在光学显微镜下的特征差异较为明显。依据全岩光片中固体沥青的光学特性和赋存形式，利用光学显微镜可对其进行有效识别，并与其他显微组分进行区分（见表2 ）。
表2 松辽盆地青山口组一段页岩固体沥青与原生显微组分岩石学特征 |
| 热演化阶段 | 固体沥青 | 沥青质体 | 藻类体 | 惰质组 | 镜质组 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 油前沥青 | 油后沥青 | 焦沥青 | |||||
| 低成熟— 生油阶段早期 | 红褐色或黑色荧光， 白光下呈黑色—深灰 色，较为均质，部分 具有填充孔缝的特征 | 淡绿色—黄色荧光，白光下呈深灰色，棕色—黑色，平行于层理；与矿物基质混合 | 黄色—深黄色—黄橙色荧光，白光下呈棕色，纹层状结合体或呈长条形，平行于层理 | 无荧光，白光下呈亮白色，角状或次角状，具有细胞结构 | 无荧光，白光下呈灰色，反射率介于沥青质体和惰质组之间分散颗 粒状 | ||
| 生油阶段早期— 生烃高峰 | 无荧光，白光下呈深灰色—灰色，填充孔缝，包裹自生矿物 | ||||||
| 生烃高峰— 生油阶段晚期 | |||||||
| 高成熟阶段 | 无荧光，白光下呈浅灰色—亮白色，填充孔缝，包裹自生矿物 | ||||||
松辽盆地青一段在低成熟阶段油倾型显微组分开始向固体沥青转化。直至生油阶段早期，固体沥青一直以油前沥青的形式存在。油前沥青多具有原始干酪根的前体形态，由于其黏性较高、迁移能力有限[31]，较少或仅发生短距离迁移到近端孔隙或者植物细胞孔隙中。这类短距离迁移的油前沥青，以充填孔缝或呈港湾状与自生矿物接触作为常见的识别标志[32]。如在油浸白光下观察到由层状藻类体演化所形成的油前沥青，荧光下呈黑色（见图2a 、图2b ）。油后沥青作为液态原油的蚀变产物，反射白光下呈灰色—深灰色，无荧光显示，主要形成于生烃高峰—生油阶段晚期，并可见其发生明显迁移，以充填物的形式存在于孔隙以及矿物基质中，可形成斑点状、网状连通的有机质网络（见图2c ）。在高成熟阶段，固体沥青主要以焦沥青的形式存在，反射白光下呈浅灰色—亮白色（见图2d ）。
在低成熟—生油阶段早期，部分原生显微组分（如沥青质体，藻类体等）在镜下也可呈现与油前沥青相似的识别特征，即呈港湾状并包裹自生矿物，并且这些现象可能在同一视域中出现，需要借助其他有机岩石学特征加以区分（见表2 ）。其中，沥青质体通常呈粒状和不规则条状结构，具有较高强度的荧光，在油浸反射白光下与矿物基质具有较低的对比度，一般呈深棕或黑色。油前沥青油浸荧光下则表现为深褐色或不显荧光，在白光下与无机矿物形成强烈对比，一般呈灰色—深灰色，偶有黄铁矿伴生（见图3a 、图3b ）。沥青质体与油前沥青所呈现的光学特征与氧化程度有关，沥青质体氧化程度低，碳含量高，因此表现出低反射率和高荧光强度的特征；油前沥青氧化程度高、具有一定的氢含量，因此表现出高反射率和低荧光强度的特征[19,32]。相比于沥青质体，油前沥青表面更为均质。因此，通过反射率也可有效的区分油前沥青与沥青质体，Hackley等测量了14个地区油前沥青的Rob值，其中65%的Rob大于0.30%，平均值为0.31%[32]，由此认为在未成熟—生油阶段早期，可将0.30%作为区分沥青质体与固体沥青的门槛值。Wei等测定填充孔缝的油前沥青的Rob值为0.44%~0.52%[33]。本次测量同样发现青一段页岩油前沥青Rob平均值同样远高于0.3%，进一步证明了将Rob为0.3%作为区分两者的可靠性。藻类体在生烃高峰前，在油浸反射白光下呈褐色或深棕色，荧光呈黄色—黄橙色，易于与固体沥青准确区分（见图3c 、图3d ）。镜质组与惰质组存在于整个演化阶段过程，在光学显微镜下与固体沥青差异明显。其中，镜质组呈分散颗粒状存在于矿物基质中，反射白光下呈深灰色—亮白色（见图3e ），其反射率介于惰质组和类脂体反射率之间。惰质组以角状或次角状的孤立颗粒形式存在，在白光下呈亮白色，常具有植物细胞结构，与周围矿物基质具有明确的边界（见图3f ），反射率通常高于Rob。
图3 松辽盆地青一段页岩原生显微组分与固体沥青对比（显微照片）（a）A2021井，1 524.20 m，Ro值为0.63%，油浸反射光，沥青质体与油前沥青对比显微照片，沥青质体呈深棕色，油前沥青呈灰色，周围有黄铁矿相伴生；（b）图a样品同一视域下油浸荧光，沥青质体呈淡绿色，油前沥青不显荧光；（c）AS3井，1 996.90 m，Ro值为0.80%，油浸反射光，藻类体与油前沥青对比显微照片，藻类体呈褐色，油前沥青呈深灰色；（d）图c样品同一视域下油浸荧光，藻类体呈橙色，油前沥青不显荧光；（e）A58井，2 112.90 m，Ro值为1.16%，油浸反射光，镜质体与油后沥青对比显微照片，镜质体呈深灰色—亮白色，油后沥青呈灰色；（f）A544井，2 234.50 m，Ro值为1.21%，油浸反射光，惰质体与油后沥青对比显微照片，惰质体呈亮白色，油后沥青呈灰色 |
2.3 固体沥青的电成像特征
由于碳相对原子质量较低，有机质在电镜下都表现为黑色，因此固体沥青与原生显微组分在电镜下不易区分，尤其是保留原始干酪根前体形态且并未发生迁移的油前沥青，在电镜下几乎不可能与其他有机质进行区分。此时应采用光镜-电镜联用原位分析技术，在光镜下找出与电镜观察同视域对应的有机质，来确定其显微组分类型[34]。但是受限于光学显微镜的分辨率，尺寸小于10 μm的有机质仍较难实现鉴别。对于迁移固体沥青，需要对研究区页岩热成熟度、原始有机质组成、固体沥青的有机岩石学特征等进行分析后，可在电镜下将其与原生有机质有效区分。Liu等对美国泥盆系—密西西比系新奥尔巴尼页岩不同演化阶段显微组分的定量分析表明[35]，生油阶段早期的油前沥青仅占3.35%，油倾型显微组分（沥青质体与藻类体）高达83.83%，而在生烃高峰后油后沥青和焦沥青（迁移有机质）达97.17%，其余为陆源有机质（镜质组和惰质组），仅占2.83%。这是由于油倾型显微组分在生烃高峰期已全部转化为固体沥青，因此在生烃高峰后应关注迁移固体沥青与陆源有机质在电镜下的区别。Camp将电镜下的有机质分为结构有机质、无定形有机质和有机质胶结物3类[36]，其中有机质胶结物对应迁移固体沥青，是指充填在原生孔隙，植物细胞孔，微裂缝，自生晶间孔等中的有机质，填充有机质的形状由孔隙形状所决定。Loucks等总结了区分沉积有机质与迁移有机质的7条特征[37]，同样可以确定电镜下的有机质是原生显微组分还是固体沥青，迁移有机质具有如下7条标准分别为：有机质存在于胶结后的矿物孔隙中；有机质存在于原始的化石体腔空隙中；有机质上发育致密的海绵孔；连续的孔隙网络中充满有机质，其上发育海绵孔隙网络；有机质上不发育线性排列孔隙；发育与脱气相关的有机质裂缝；无机矿物间由于油气两相包裹体发育而形成的异常大的气泡孔。除此之外，Misch等还观察到迁移固体沥青上具有流动构造[2]。
依据松辽盆地青一段页岩显微组分在扫描电镜下的观察结果，低成熟—生油阶段早期的原生显微组分分为3类：有机质-矿物混合体、条带状有机质和孤立有机质，分别对应为沥青质体、层状藻类体以及陆源有机质（镜质组和惰质组）。沥青质体一般与矿物基质混合，与周围矿物无明显边界感；层状藻类体呈细长状，多与层理平行；陆源有机质一般与周围矿物具有明显的边界感，发育较为分散，没有特定的形状和大小[38]。该演化阶段的原位固体沥青具有原生显微组分形态，且发育由生烃而形成的孔隙（见图4a 、图4b ）。青一段页岩迁移固体沥青观察到6种迁移有机质的岩石学特征，如流动构造（见图4c ），黏土矿物与有机质沿同一方向流动，有机质脱气后形成微裂缝（见图4d ），有机质以充填孔缝的形式存在，呈港湾状与自生石英接触（见图4e ），有机质迁移到矿物孔隙中，遗留在孔隙边部，并形成连续的有机质网络（见图4f ），有机质充填在自生绿泥石与石英胶结后的粒间孔隙中（见图4g ），有机质上发育海绵状孔（见图4h ）。
图4 松辽盆地青山口组一段页岩原位固体沥青与迁移固体沥青扫描电镜照片（a）AS3井，2 049.50 m，Ro值为0.98%，原位固体沥青上有机质孔为生烃后气体散失形成；（b）图a样品放大区域；（c）A58井，2 052.40 m，Ro值为1.12%，流动构造；（d）A58井，2 112.97 m，Ro值为1.16%，发育脱气后形成的微裂缝；（e）A544井，2 278.50 m，Ro值为1.26%，油后沥青呈港湾状与自生石英接触；（f）AY3井，2 459.10 m，Ro值为1.4%，固体沥青迁移到矿物孔隙中，遗留在孔隙边部，并形成连续的有机质网络；（g）AY3井，2 490.50 m，Ro值为1.43%，固体沥青充填矿物孔隙；（h）A1井，2 547.70 m，Ro值为1.62%，焦沥青上发育海绵孔 |
3 固体沥青的热演化
3.1 固体沥青演化路径
对松辽盆地青一段不同热演化阶段的富有机质页岩进行显微组分定量表征发现，在生烃高峰前，油倾型显微组分平均含量为70.66%，生烃高峰期为12%，在生烃高峰后演化殆尽。与此对应，固体沥青在生烃高峰前平均含量为15%，在生烃高峰期达到77%，生烃高峰后的平均含量为88.33%。陆源有机质在整个演化阶段含量变化不大，在10%上下浮动（见图5 ）。这表明松辽盆地青一段陆相页岩固体沥青在生烃高峰期开始大量生成，此时对应的Ro值约为1.0%。而新奥尔巴尼海相页岩固体沥青在Ro值为0.8%开始大量生烃[8]。Barnett和Woodford海相页岩的热模拟实验显示，Barnett页岩加热到300 ℃时（沥青生成阶段）原生显微组分开始向固体沥青转化，在内部形成气泡孔，一直持续到400 ℃（生油阶段晚期），在367 ℃（生烃高峰期）就观察到海绵状孔隙，而Woodford页岩在加热到367 ℃时原生显微组分才开始向固体沥青转化，并且从开始转化时就大量生成气泡孔，海绵状孔隙在生烃阶段晚期和热催化生湿气阶段并不常见[42]。
造成上述差异的原因是由于不同盆地转化为固体沥青的前原生显微组分类型不同。新奥尔巴尼、Barnett海相页岩原生显微组分以沥青质体为主，其次为Tasmanites藻，为典型的海相Ⅱ型干酪根；Woodford海相页岩也富含Tasmanites藻[8,35,42]，为富藻类Ⅱ型干酪根；青山口组陆相页岩原生显微组分主要以层状藻类体和类脂碎屑体为主，其次为沥青质体，属于典型的陆相Ⅰ型干酪根。而藻类体与沥青质体虽均为油倾型显微组分，但藻类体相比于沥青质体来说仍具有较高的氢含量和脂族结构，生烃潜力更大。生烃动力学研究表明，Ⅰ型干酪根与Ⅱ型干酪根的活化能分布及平均活化能高低不同，Ⅰ型干酪根活化能分布窄、平均活化能高，Ⅱ型干酪根活化能分布宽、平均活化能低，富藻类Ⅱ型干酪根与Ⅰ型干酪根类似[43]，导致Ⅰ型和富藻类Ⅱ型干酪根具有生烃门限高、生烃时间短的特点，因此向固体沥青转化所对应的Ro也较Ⅱ型干酪根大。
3.2 固体沥青对成熟度的指示
通过对比松辽盆地古龙凹陷青一段陆相页岩的Rob与Ro发现，当Ro值小于1.15%时，Rob整体小于Ro（见表3 、图6 ），这与Jacob对比不同地区碳酸盐岩样品Rob与Ro所得出的经验方程十分接近[10]。该经验方程表明Rob值在0.1%~3.0%时，与Ro呈线性关系；当Ro值小于1.05%时，Rob小于Ro。新奥尔巴尼海相页岩Rob和Ro同样呈线性正相关[35]，当Ro值小于0.99%时，Rob小于Ro；当Ro值大于0.99%时，Rob大于Ro（见图8 ）。由此可见，Ro与Rob关系通常在生烃高峰后出现反转，这是由于随着成熟度的增加，固体沥青的脂肪族结构开始大量分解、芳构化增强，其相对反射率也逐渐增加[33]。不同演化阶段固体沥青的Micro-FTIR实验结果同样表明[35]，随着热演化的进行，脂肪族区域的强度降低，而在芳香族区域的强度增加，用来表征生烃潜力的脂肪族/（脂肪族+芳香族）值逐渐降低，这说明固体沥青分解会产生液态烃，使其生烃潜力也有所降低[47]。此外，不同盆地Ro与Rob关系出现反转时的节点不同，与前文所述不同干酪根类型对应的生烃动力学参数相关。如新奥尔巴尼海相页岩Ⅱ型干酪根Rob出现反转时所对应的Ro值为0.99%[35]，小于松辽盆地青一段Ⅰ型干酪根Rob出现反转时所对应的1.15%。
表3 松辽盆地青一段页岩样品Ro与Rob测量结果表 |
| 样品编号 | 深度/m | Ro | Rob | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 平均值/% | 标准离差/% | 测点数/个 | 平均值/% | 标准离差/% | 测点数/个 | ||
| 1 | 1 146.6 | 0.61 | 0.09 | 22 | 0.35 | 0.07 | 20 |
| 2 | 1 983.7 | 0.90 | 0.08 | 23 | 0.68 | 0.05 | 22 |
| 3 | 2 011.2 | 1.10 | 0.02 | 20 | 0.97 | 0.09 | 24 |
| 4 | 2 073.6 | 1.11 | 0.08 | 22 | 1.26 | 0.08 | 24 |
| 5 | 2 235.8 | 1.41 | 0.09 | 24 | 1.56 | 0.06 | 22 |
| 6 | 2 526.9 | 1.58 | 0.06 | 26 | 1.73 | 0.07 | 20 |
| 7 | 2 587.1 | 1.77 | 0.08 | 21 | 2.09 | 0.07 | 20 |
4 固体沥青对页岩储集空间发育的影响
在不同的热演化阶段，固体沥青上的有机质孔隙的丰度和形态是不同的。前人系统总结了天然样品与热模拟样品随成熟度变化的孔隙结构演化特征[51]，发现不同地区的有机质孔隙度存在不同的变化趋势（见图7 ）。例如四川盆地志留系龙马溪组页岩Ro值为0.7%~1.3%时，有机质孔隙度由于干酪根生烃而增加，Ro值为1.3%~2.2%时，有机质孔隙度由于固体沥青充填干酪根内部有机质孔而减小，Ro值为2.2%~2.7%时，有机质孔隙度由于原有干酪根继续生气而增加[52]（见图7 ）。而在加拿大泥盆系Duvernay组页岩储集层中，有机质孔隙体积则呈现先减小后增大的趋势[53]。新奥尔巴尼富有机质页岩（Ro值为0.35%~1.41%）的研究表明，在Ro值为1.10%时，样品的总孔体积最小；在Ro值为1.41%时，固体沥青进一步裂解产生孔隙使得页岩总孔体积增加，主要表现为中孔（2~50 nm）和大孔（大于50 nm）的比例增加[54]。通过对松辽盆地青一段不同成熟度天然样品的有机质孔进行定量表征发现，有机质孔隙度在Ro值为0.7%~1.0%时呈现减小趋势，在1.0%~1.6%时呈现增大趋势[16]（见图7 ）。因此，广泛了解固体沥青在不同演化阶段发育的孔隙类型显得尤为重要。
松辽盆地青一段页岩固体沥青有机质孔隙分为4种类型：①有机质-矿物残留孔：低成熟阶段及生油窗，油前沥青具高黏度特征，短距离运移到原生孔隙中形成，这与在生油阶段早期Barnett页岩上观察到的残留孔较为一致（见图8a ）[42]；②气泡状孔隙：生油窗内，发育在原位固体沥青或油后沥青上大量由气体释放所形成（见图8b ），在此期间，由于液态烃的增多也会填充部分孔隙（见图8c ）；③裂缝：生烃高峰后，由于固体沥青的脱气或压力释放所形成（见图8d ），这种裂缝与天然裂缝的区别在于它不会延伸到无机矿物中，仅存在于有机质中；④海绵状孔隙：高成熟阶段，发育在焦沥青上的较小的有机质孔隙（见图8e ），随着成熟度的进一步升高，密集分布的较小的海绵状孔隙持续增大，并趋于融合形成较大的孔隙，形状也更不规则（见图8f ）。综上所述，松辽盆地青一段有机质孔的减小一方面是由于胶结作用与压实作用；另一方面是由于生烃作用产生的液态烃会充填一部分有机质孔隙。后期由于固体沥青的生气作用所产生的纳米孔隙则增加了有机质孔隙度。
此外，固体沥青在成岩演化过程中与无机矿物相互作用，影响了页岩热成熟过程中的孔隙发育特征[55]。根据松辽盆地青一段页岩无机矿物与固体沥青接触关系的扫描电镜观察结果可知，自生石英可以保护岩石原生的骨架结构，支撑有机质孔隙免受压实作用的影响（见图9a ）。草莓状黄铁矿作为深水还原环境的产物，其内部发育的晶间孔隙同样可以为固体沥青的迁移和储存提供良好的储集空间（见图9b ）。生油窗内，由于生烃作用所产生的有机酸溶蚀碳酸盐矿物形成不规则的港湾状次生孔隙，在后期也会被迁移固体沥青所充填（见图9c ）。不同阶段形成的自生黏土矿物对后期固体沥青发育的有机质孔隙影响不同，在生油阶段早期，由钾长石与孔隙流体中的Fe2+、Mg2+等离子结合[56]，从而沉淀的自生石英和叶片状自生绿泥石可为后期固体沥青迁移提供封闭的先存空间（见图9d ）。在生油阶段后期形成的自生黏土矿物，如玫瑰花状自生绿泥石以及自生伊利石等，多占据有机质孔隙空间（见图9e ）。在生烃高峰期，青山口组发育大量的有机质-黏土复合体，与黏土矿物复合的固体沥青较单独存在的固体沥青发育更为丰富的孔隙（见图9f ），这可能是由于有机质-黏土复合体中的黏土矿物对有机质生烃具有催化作用[57]。
图9 松辽盆地青山口组一段页岩固体沥青与周围矿物关系（a）AS3井，2 060.00 m，Ro值为1.01%，自生石英支撑有机质孔隙；（b）A58井，2 112.90 m，Ro值为1.16%，有机质迁移到黄铁矿晶间孔内；（c）A58井，2 112.90 m，Ro值为1.16%，有机质迁移到溶蚀孔隙中；（d）A21井，1 669.90 m，Ro值为0.83%，固体沥青迁移到生油阶段早期形成的自生绿泥石发育的晶间孔隙；（e）A544井，2 278.50 m，Ro值为1.26%，生油阶段晚期形成的自生绿泥石充填有机质孔隙；（f）AS3井，2 049.50 m，Ro值为0.98%，有机质-黏土复合体较单体有机质发育更多的气泡孔隙 |
综上所述，松辽盆地青一段有机质孔隙演化分为4个阶段（见图10 ）：①低成熟阶段经历快速压实作用，油倾型显微组分开始向油前沥青转化，Ro大于Rob，有机质孔隙度降低，原生显微组分及油前沥青很少发育孔隙；②生油阶段早期—生烃高峰期，油前沥青初次裂解生成油和气，Ro大于Rob，有机质孔隙度有所增加，固体沥青上发育气泡状孔隙以及脱气裂缝，迁移固体沥青迁移到粒间孔隙中形成有机质-矿物残留孔；③生油阶段晚期，Ro小于Rob，液态烃及油后沥青填充有机质孔而导致有机质孔隙度有所减小；④高成熟阶段，油后沥青会随着热演化的进行转化成焦沥青和气，油也会继续二次裂解形成焦沥青和气，Ro小于Rob，有机质孔隙度开始增加，这与生气过程中形成的海绵孔隙有关。
5 结语
根据原生显微组分与固体沥青岩相学特征，利用光学显微镜可以对低成熟—生油阶段早期的显微组分类型进行识别，除部分油前沥青显现红褐色荧光外，其他热演化阶段的固体沥青均不具备荧光特性。相比于原位固体沥青，迁移固体沥青具有充填孔缝、呈港湾状包裹自生矿物等典型形态特征。利用扫描电镜对固体沥青进行观察时，迁移固体沥青由于特有的形态特征易于识别，但是原位固体沥青与其他显微组分电镜下差异并不明显，需要利用光镜-电镜联合原位分析技术进行观察分析。
原生显微组分类型差异是造成固体沥青演化路径不同的主要原因。Rob随着Ro的增加呈线性增加，不同盆地Ro与Rob关系反转临界点有所不同，在生油窗范围内的Rob测量中应排除油前沥青的影响。
自生石英所支撑的粒间孔隙、草莓状黄铁矿晶间孔、溶蚀孔隙以及生烃高峰前形成的自生黏土矿物粒间孔可以为固体沥青的迁移和储存提供良好的储集空间，生烃高峰后形成的自生黏土矿物会在一定程度上导致有机质孔隙减小。
固体沥青作为重要的次生显微组分，在研究中存在一些需要注意的问题。首先，不同领域对于固体沥青的关注点不同，造成固体沥青分类标准和命名混乱，在使用中应该明确所用名词的含义并给予必要说明。其次，利用Rob建立Roeq转换关系时，不同热演化阶段的固体沥青存在Rob测量误差，采用拉曼光谱技术可以克服这一问题。最后，固体沥青上发育的孔隙对储集空间的形成、保存和破坏具有重要意义，固体沥青在微观尺度上的迁移路径、动力等对油气运移和滞留影响需要进一步研究。同时在地下气体埋存过程中所产生的交变应力场对固体沥青的赋存状态的影响、固体沥青与注入的气体产生的反应、对储集空间进行的改造，同样是未来相关研究领域不可忽视的科学问题。
符号注释：
Ro——镜质体反射率，%；Rob——固体沥青镜质体反射率，%；Roeq——等效镜质体反射率，%；TOC——总有机碳含量，%。