引用本文
葸克来, 李克, 操应长, 林敉若, 牛小兵, 朱如凯, 魏心卓, 尤源, 梁晓伟, 冯胜斌. 鄂尔多斯盆地三叠系延长组长73亚段富有机质页岩纹层组合与页岩油富集模式 [J]. 石油勘探与开发, 2020,47(6): 1244-1255.
XI Kelai, LI Ke, CAO Yingchang, LIN Miruo, NIU Xiaobing, ZHU Rukai, WEI Xinzhuo, YOU Yuan, LIANG Xiaowei, FENG Shengbin. Laminae combination and shale oil enrichment patterns of Chang 73 sub-member organic-rich shales in the Triassic Yanchang Formation, Ordos Basin, NW China [J]. Petroleum Exploration & Development, 2020,47(6): 1244-1255.  
Doi: 10.11698/PED.2020.06.18
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鄂尔多斯盆地三叠系延长组长73亚段富有机质页岩纹层组合与页岩油富集模式
葸克来1, 李克1, 操应长1,2, 林敉若1, 牛小兵3, 朱如凯4, 魏心卓1, 尤源3, 梁晓伟3, 冯胜斌3
1.中国石油大学（华东）深层油气重点实验室,山东青岛 266580
2.海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,山东青岛 266071
3.中国石油长庆油田公司,西安 710021
4.中国石油勘探开发研究院,北京 100083
联系作者简介：操应长（1969-）,男,安徽潜山人,博士,中国石油大学（华东）地球科学与技术学院教授,主要从事沉积学与油气储集层地质学方面的教学和科研工作。地址：山东省青岛市黄岛区长江西路66号,中国石油大学地球科学与技术学院,邮政编码：266580。E-mail: caoych@upc.edu.cn

第一作者简介：葸克来（1988-）,男,甘肃会宁人,博士,中国石油大学（华东）地球科学与技术学院副教授,主要从事非常规油气储集层地质学方面的教学和科研工作。地址：山东省青岛市黄岛区长江西路66号,中国石油大学地球科学与技术学院,邮政编码：266580。E-mail: xikelai@upc.edu.cn

收稿日期: 2020-02-19 修回日期: 2020-11-05
基金项目: 国家自然科学基金石油化工联合基金重点项目（U1762217）; 中央高校基本科研业务经费项目（19CX02009A）
摘要

以鄂尔多斯盆地三叠系延长组长73亚段为例,综合运用岩心观察、薄片鉴定、X射线荧光元素分析、X-衍射分析、扫描电镜、高分辨率激光拉曼光谱、显微红外光谱等分析方法,对富有机质页岩层系中的纹层类型与组合、储集空间特征及页岩油富集模式进行系统研究。根据纹层的矿物组成、厚度等,富有机质页岩中主要发育富凝灰质纹层、富有机质纹层、粉砂级长英质纹层和黏土纹层4种纹层类型。长73亚段可划分出“富有机质+粉砂级长英质”纹层组合页岩和“富有机质+富凝灰质”纹层组合页岩两类主要的页岩油发育层系。“富有机质+粉砂级长英质”组合页岩层系的原油成熟度较高,主要富集于富有机质页岩内粉砂级长英质纹层的钾长石溶孔中,形成了页岩内部纹层之间的“生-运-聚”过程。“富有机质+富凝灰质”纹层组合页岩层系中,富有机质页岩本身储集性能差,原油成熟度较低,充注时间早,主要富集于砂岩薄夹层内保留的原生粒间孔隙中,形成了富有机质页岩到砂岩薄夹层的“生-运-聚”过程。图10参28

关键词: 富有机质页岩; 纹层组合; 富集模式; 页岩油; 三叠系延长组; 鄂尔多斯盆地
中图分类号:TE122.2 文献标志码:A 文章编号:1000-0747(2020)06-1244-12
Laminae combination and shale oil enrichment patterns of Chang 73 sub-member organic-rich shales in the Triassic Yanchang Formation, Ordos Basin, NW China
XI Kelai1, LI Ke1, CAO Yingchang1,2, LIN Miruo1, NIU Xiaobing3, ZHU Rukai4, WEI Xinzhuo1, YOU Yuan3, LIANG Xiaowei3, FENG Shengbin3
1. Key Laboratory of Deep Oil and Gas, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China
2. Laboratory for Marine Mineral Resources, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266071, China
3. PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an 710065, China
4. PertroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China
Abstract

The Chang 73 sub-member of Triassic Yanchang Formation in the Ordos Basin was taken as an example and the lamina types and combinations, reservoir space features and shale oil enrichment patterns in organic-rich shale strata were investigated using core observation, thin section analysis, XRF element measurement, XRD analysis, SEM, high solution laser Raman spectroscopy analysis, and micro-FTIR spectroscopy analysis, etc. According to the mineral composition and thickness of the laminae, the Chang 73 organic-rich shales have four major types of laminae, tuff-rich lamina, organic-rich lamina, silt-sized feldspar-quartz lamina and clay lamina. They have two kinds of shale oil-bearing layers, “organic-rich lamina + silt-sized feldspar-quartz lamina” and “organic-rich lamina + tuff-rich lamina” layers. In the “organic-rich + silt- sized feldspar-quartz” laminae combination shale strata, oil was characterized by relative high maturation, and always filled in K-feldspar dissolution pores in the silt-sized feldspar-quartz laminae, forming oil generation, migration and accumulation process between laminae inside the organic shales. In the “organic-rich + tuff-rich lamina” binary laminae combination shale strata, however, the reservoir properties were poor in organic-rich shales, the oil maturation was relatively lower, and mainly accumulated in the intergranular pores of interbedded thin-layered sandstones. The oil generation, migration and accumulation mainly occurred between organic-rich shales and interbedded thin-layered sandstones.

Keyword: organic-rich shale; laminae combination; oil enrichment patterns; shale oil; Triassic Yanchang Formation; Ordos Basin
0 引言

页岩油是指赋存于富有机质页岩层系中的石油, 其中包括单层厚度小于5 m, 累计厚度占页岩层系总厚度比小于30%的陆源碎屑岩、碳酸盐岩及火山碎屑岩等薄夹层[1]。中国陆相页岩油资源潜力巨大, 是未来油气储量、产量实现大规模增长的重大领域[1, 2, 3]。近年来, 有学者已针对不同地区页岩油的地质特征与形成机制开展了大量有益探索[4, 5, 6], 主要集中于页岩有机质富集与生烃演化, 储集层发育机理, 石油运聚过程以及“ 甜点” 评价预测等方面。陆相页岩油具有“ 源储一体” 的特征, 储集层粒度细、组构变化频繁、岩相类型多、非均质性强, 页岩页理、砂质纹层和显微纹层发育程度直接影响页岩油储集层的有效性[1, 7, 8], 因此, 开展富有机质页岩纹层组合特征精细研究, 明确不同纹层的岩石组分与储集空间等特征, 对深化页岩油富集规律认识具有极其重要的作用。鄂尔多斯盆地三叠系延长组长73亚段富有机质页岩纹层类型多样、组合方式复杂, 页岩纹层是控制页岩油储集层发育、石油运聚和“ 甜点” 分布等的主要因素[6, 9, 10], 但目前对页岩纹层组合约束下原油富集规律的研究尚比较薄弱。因此, 开展富有机质页岩纹层类型及组合特征的研究, 明确该类页岩层系中的原油富集模式, 不仅对研究区页岩油勘探开发具有重要指导意义, 而且对陆相页岩油地质理论和技术发展具有重要补充作用。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地由晋西挠褶带、西缘冲断带、渭北隆起、北部伊盟隆起以及天环坳陷和伊陕斜坡等6个构造单元组成（见图1a）。晚三叠世延长组沉积期, 受印支运动的影响, 盆地形成面积大、水域宽的大型内陆坳陷湖盆, 期间沉积了一套以湖泊— 河流相沉积为主的陆源碎屑岩系, 自上而下可划分为10段[9], 其中长7段沉积时期为最大湖泛期, 浮游生物大量生长, 发育大规模的湖相富有机质页岩与三角洲— 重力流沉积砂体[8, 10, 11]。延长组长7段自上而下可以分为长71, 长72和长73共3个亚段, 长73亚段为湖盆鼎盛时期, 湖盆边缘发育三角洲沉积砂体（见图1b）, 而大面积的半深湖— 深湖区以厚层富有机质泥页岩为主, 夹薄层深水重力流沉积砂层（见图1b、图1c）。平面上, 长73亚段富有机质泥页岩呈大面积、广覆式分布, 西南部砂质薄夹层主要为洪水型深水重力流沉积, 而东北部主要发育滑塌型深水重力流沉积（见图1b）; 纵向上, 该套地层埋深主要为1 500~3 000 m, 厚28~42 m, 平均厚度为33.54 m, 分布稳定[9, 10], 是鄂尔多斯盆地主力烃源岩层[5], 同时也是凝灰岩最为发育的层段[12]。整体上, 长7段页岩有机质类型以Ⅰ — Ⅱ 1型为主, 有机碳含量高, 分布范围为8%~16%, 平均值为13.81%, 镜质体反射率（Ro）值主要为0.9%~1.2%, 处于生油高峰阶段, 预示着较大的页岩油勘探前景[5, 9], 成为鄂尔多斯盆地页岩油勘探的重点目标层系。

图1 研究区构造位置、沉积相平面分布与地层发育特征

2 实验样品与研究方法

样品来源于鄂尔多斯盆地27口钻井岩心中的页岩和砂岩薄夹层, 基本覆盖了长73亚段页岩层系分布区。首先, 对样品进行岩石薄片鉴定、X衍射分析和X射线荧光元素分析, 确定矿物成分及元素含量, 并对页岩进行有机碳含量分析, 确定富有机质页岩分布特征。在此基础上, 运用自动矿物参数定量系统、高分辨率激光拉曼光谱仪及显微红外光谱仪等设备, 以微区原位分析为主要手段, 开展页岩纹层类型与组合、矿物含量与分布、页岩油赋存与成熟度等研究, 明确富有机质页岩纹层组合特征, 建立鄂尔多斯盆地延长组长73亚段页岩油富集模式。

自动矿物参数定量系统（AMICS）是指将ZEISS场发射扫描电镜、Bruker高分辨率能谱仪和AMICS分析软件相结合, 开展大面积、全矿物、高分辨率的定量矿物自动分析。将岩石样品抛光处理或磨制成薄片, 放置于扫描电镜中, 利用高分辨率能谱仪进行矿物识别, 采用AMICS分析软件区分矿物边界, 扫描分辨率可高达20 nm, 精确细化出若干个区域进行分析, 定量获取岩石中矿物类型、含量及其平面分布特征。

页岩油赋存特征与成熟度研究主要采用Nicole- tiN10MX显微红外光谱仪和LabRAM HR Evolution高分辨率激光拉曼光谱仪。在红外光谱测试中, 利用配备红外光谱的显微镜找到目标视域, 针对有机质和原油分别开展原位红外光谱测试; 采用反射与透射两种模式进行样品全波数红外光谱测试, 有效消除玻璃板可吸收部分红外信号对测试结果的影响, 反射模式的有效波数范围为400~2 000 cm-1, 透射模式的有效波数范围为2 000~4 000 cm-1。激光拉曼光谱测试中, 激发波长为325 nm, 光栅1 800刻线, 采用50倍观测物镜, 分析微区约为2 μ m, 曝光时间40 s; 利用硅片作拉曼仪的波数标定, 扫描波数范围150~4 000 cm-1。

3 页岩层系岩性组合特征

鄂尔多斯盆地延长组长73亚段在垂向上以厚层泥页岩夹薄层砂岩或粉砂岩为主（见图2）。厚层泥页岩呈现出两类差异性明显的页理特征（见图2）, 第1类页岩（如宁70井）中灰白色火山凝灰质条带富集, 矿物组分中黄铁矿含量高, 黏土矿物总量低, 伊利石为主要的黏土矿物类型, 其次为伊蒙混层（见图2a）; 第2类页岩（如蔡30井）以黑色平行纹层为主, 见少量断续分布的灰白色火山凝灰质条带, 矿物组分中黏土矿物总量高, 而黄铁矿含量相对较低, 伊蒙混层为主要的黏土矿物类型, 其次为伊利石（见图2b）。两类页岩中石英和长石的总含量相近, 第2类页岩石英含量相对较高, 而长石含量相对较低（见图2a、图2b）。根据荧光光谱元素分析, 第1类页岩中Fe、S等主量元素与Tb、Gd、Eu、As、Co、V、P、Mo等微量元素的含量明显高于第2类页岩, 而主量元素Si、Al与微量元素Ti在第2类页岩中的含量明显高于第1类页岩（见图2a、图2b）。镜下薄片观察显示, 第1类页岩中可见明显的尖棱角状长石、石英晶屑和长条状的长石晶屑（见图2a）, 第2类页岩中除了部分被磨圆的碎屑颗粒之外, 也可见尖棱角状石英和长石晶屑（见图2b）, 说明长73亚段页岩中富含火山凝灰质。镜下特征、矿物组分与元素分析结果对比表明, 第1类页岩沉积纹层主要来源于火山凝灰质直接沉降于湖盆, 形成了富凝灰质纹层; 而第2类页岩沉积过程火山凝灰质受陆源搬运过程的影响, 在一定程度上受到了陆源物质的影响[8, 11, 12]。另外, 鄂尔多斯盆地长73亚段富有机质页岩中Al2O3与TiO2含量之比平均值为24.0, 与研究区延长组沉积期火山沉积物Al2O3与TiO2含量之比平均值26.5较为接近, 而与典型陆源沉积的泥页岩中Al2O3与TiO2含量之比平均值18.9相差较大[13, 14, 15], 也反映了长73亚段页岩中火山凝灰物质富集的特征。对于砂质薄夹层而言, 第1类富火山凝灰质条带页岩层系中, 砂岩岩心普遍饱含油（见图2a）, 而第2类黑色页岩层系中, 砂岩的含油性差, 普遍表现为油迹特征（见图2b）。

图2 鄂尔多斯盆地延长组长73亚段页岩层系岩性组合与页岩矿物组分及元素组成特征（N— 样品数）

4 页岩纹层类型及其组合特征
4.1 页岩纹层类型与特征

4.1.1 富凝灰质纹层

该纹层单偏光下为浅褐色, 以火山凝灰物质为主, 近水平层状分布, 含断续状有机质条带和分散状有机质碎片, 单个纹层厚度主要分布于100~500 μ m, 尖棱角状火山玻屑和晶屑分布于纹层中（见图3a）。AMICS全矿物分析显示, 富凝灰质纹层主要为伊利石成分, 含量高达80%, 在火山凝灰质与条带状有机质或分散状有机质接触的位置普遍发育自生黄铁矿（见图3b）; 其次含有少量的钠长石、铁白云石、石英和云母等矿物, 有机质含量（此处指有机质在平面上的面积比例, 下同）约为6%（见图3b、图3c）。

图3 鄂尔多斯盆地延长组长73亚段页岩纹层类型与特征

4.1.2 富有机质纹层

该纹层在单偏光下为黑褐色, 有机质含量高, 并呈连续水平层状分布, 含断续状的火山凝灰质透镜体团块, 单个纹层厚度主要分布于300~1 000 μ m（见图3d）。AMICS全矿物分析显示, 富有机质纹层的矿物成分主要为伊利石, 含量大于50%, 有机质与透镜状凝灰质团块接触的位置发育大量的自生石英, 纹层中普遍分布粒状自生黄铁矿（见图3e）; 其次含有少量的钠长石、钾长石、磷灰石、白云石及白云母等矿物类型; 有机质含量约为12%（见图3e、图3f）。

4.1.3 粉砂级长英质纹层

该纹层在单偏光下颜色浅, 呈粉砂级碎屑结构, 可见少量分散状分布的有机质碎片, 颗粒整体上分选中等— 好, 磨圆棱角— 次棱角状, 与火山物质来源有关; 压实作用强, 颗粒紧密接触, 单个纹层厚度主要分布于500~1 000 μ m（见图3g）。AMICS全矿物分析显示, 该纹层中颗粒主要为钾长石, 含量高达70%, 其次为石英和钠长石（见图3h、图3i）, 故称为粉砂级长英质纹层。另外, 该纹层中含有少量的云母碎屑及黄铁矿、白云石及磷灰石等自生矿物（见图3h、图3i）。

4.1.4 黏土纹层

该纹层在单偏光下呈深褐色, 为泥质碎屑结构, 主要由黏土矿物和少量的极细粉砂组成, 石英、长石等碎屑颗粒磨圆常为次圆状— 圆状（见图3j）。AMICS全矿物分析显示, 黏土纹层主要为伊利石, 含量高达80%, 其次为石英和钾长石, 含有极少量的黄铁矿和白云母等矿物, 有机质含量极低（见图3k、图3l）。

4.2 页岩纹层组合特征

4.2.1 块状泥岩

块状泥岩主要含黏土矿物与少量的细粉砂— 极细粉砂, 为泥质碎屑结构, 整体分选较差, 压实作用较强（见图4a）。少量有机质以零星分散状分布于泥岩中（见图4a）, 有机碳含量低, 生油能力差, 并且储集空间不发育, 储集性能差。

图4 鄂尔多斯盆地延长组长73亚段页岩纹层组合特征
（a）峰61井, 2 482.98 m, 块状泥岩; （b）蔡30井, 1 964.88 m, “ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩; （c）宁70井, 1 711.80 m, “ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩

4.2.2 “ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩

该类页岩颜色深、有机碳测试值高, 平均有机碳含量为23.12%, 富有机质纹层与粉砂级长英质纹层规律性频繁互层, 粉砂级长英质纹层底部可见微弱的冲刷痕迹, 富有机质纹层中见透镜状凝灰质团块（见图4b）。当搬运作用较强时, 先期沉积于陆上的粉砂级火山物质可以被流水再次搬运至深水区, 形成粉砂级长英质纹层[16]。当搬运作用较弱时, 主要以泥级沉积物主, 该时期火山作用产生的凝灰物质沉降于湖盆中, 并且经过短暂沉积作用的富含水凝灰质沉积物可以被流水侵蚀, 再搬运至深水区, 形成断续状分布的透镜体形态混合于细粒沉积物中[17]。适量的火山凝灰质可以携带充足的营养物质进入水体, 造成藻类勃发, 提高湖泊生产力, 从而促进有机质富集, 形成富有机质纹层[18, 19, 20]。

4.2.3 “ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩

该类页岩颜色相对较浅, 平均有机碳含量约为8.76%, 富有机质层与富凝灰质层规律性频繁互层, 纹层界面较为平直, 富有机质纹层中同样可见断续分布的透镜状凝灰质团块, 而富凝灰质纹层中有机质呈断续状条带或分散片状发育（见图4c）。三叠系延长组长73亚段沉积期, 火山活动强烈, 形成了大量的凝灰物质[21], 一方面可以促使富有机质纹层的形成, 另一方面在高频率火山喷发阶段, 大量火山凝灰质富集成层, 会形成极度缺氧环境, 导致湖泊生产力降低, 不利于有机质富集[18], 从而形成有机碳含量相对较低的富凝灰质纹层。

5 富有机质页岩层系储集空间特征

5.1“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩层系

5.1.1 储集空间特征

该类页岩油储集层中储集空间主要为粉砂级长英质纹层内的钾长石溶孔（见图5a）。粉砂级长英质纹层中钾长石含量高, 普遍形成粒内溶孔, 并常见自生高岭石充填（见图5b、图5c）。钾长石溶孔以微米级为主, 最大直径超过100 μ m, 并且几乎全部被原油所充填（见图5a、图5b）。部分钾长石溶孔被自生高岭石充填, 形成纳米级晶间孔隙（见图5c）。富有机质纹层中主要有黏土矿物晶间孔隙（见图5d）和黄铁矿晶间孔隙（见图5e）, 该类孔隙尺度小, 一般以纳米级为主（见图5d、图5e）, 连通性差, 仅部分孔隙中可见少量油膜发育。此外, 富有机质页岩中常见微裂缝发育, 其中超压微裂缝最为常见, 以微米级为主, 宽度主要为10~100 μ m, 可切穿纹层, 普遍发生原油充注（见图5f）; 页岩纹层之间还发育纹层缝, 顺层分布, 一般延伸距离较远, 但裂缝宽度小, 以纳米级为主, 主要分布于0.5~2.0 μ m（见图5g）。

图5 鄂尔多斯盆地延长组长73亚段“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩层系中的储集空间特征
（a）蔡30井, 1 964.88 m, 粉砂级长英质纹层中的钾长石溶孔（单偏光）; （b）、（c）蔡30井, 1 964.88 m, 粉砂级长英质纹层中的钾长石溶孔与自生高岭石充填（扫描电镜）; （d）蔡30井, 1 959.48 m, 富有机质纹层中的黏土矿物晶间孔隙（扫描电镜）; （e）蔡30井, 1 964.88 m, 富有机质纹层中的黄铁矿晶间孔隙（扫描电镜）; （f）蔡30井, 1 962.95 m, 粉砂级长英质纹层中的超压微裂缝（单偏光）; （g）蔡30井, 1 968.44 m, 页岩中的纹层缝（扫描电镜）; （h）蔡30井, 1 968.92 m, 砂岩薄夹层中的原生孔隙与长石溶蚀孔隙（单偏光）; （i）里57井, 2 340.40 m, 砂岩薄夹层中的原生孔隙与长石溶蚀孔隙（单偏光）

5.1.2 砂岩薄夹层储集空间特征

该类页岩层系中, 砂岩薄夹层压实作用较强, 颗粒紧密接触, 粒间仅保留了少量的原生孔隙, 部分长石颗粒发生溶蚀, 形成了长石粒内溶孔和粒间溶扩孔隙（见图5h、图5i）。压实残余原生孔隙中可见原油充注现象（见图5i）, 但长石溶蚀孔隙连通性相对较差, 原油充注有限, 岩心显示含油性差（见图5）。

5.2“ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系

5.2.1 储集空间特征

该类页岩层系中, 富有机质页岩储集空间发育程度差, 富有机质纹层与富凝灰质纹层中均不发育储集能力较好的储集空间类型, 页岩储集性能差。两类纹层中所发育的储集空间类型相近, 主要为黏土矿物晶间孔隙（见图6a）以及草莓状自生黄铁矿晶间孔隙（见图6b）, 孔隙尺度小, 均以纳米级为主, 并且连通性差（见图6a、图6b）。除少部分较大的孔隙中可见油膜之外, 大部分晶间孔隙中未见原油充注。

图6 鄂尔多斯盆地延长组长73亚段“ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系中的储集空间特征
（a）宁70井, 1 718.90 m, 黏土矿物晶间孔隙（扫描电镜）; （b）宁70井, 1 718.90 m, 莓状自生黄铁矿晶间孔隙（扫描电镜）; （c）宁70井, 1 721.92 m, 砂岩薄夹层中的原生孔隙、少量次生溶扩孔隙与原油充注（单偏光）

5.2.2 砂岩薄夹层储集空间特征

鄂尔多斯盆地延长组长73亚段“ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系中, 砂岩薄夹层压实作用弱, 颗粒以点接触为主, 仅见少量线接触现象, 粒间原生孔隙保存好, 部分长石颗粒边缘发生溶蚀, 形成粒间溶扩孔隙（见图6c）。原生孔隙半径大, 连通性好, 普遍发生了原油充注（见图6c）。

6 页岩油富集过程与模式
6.1 页岩油富集过程

6.1.1 “ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩层系原油富集过程

“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩层系, 页岩油主要赋存于粉砂级长英质纹层内的钾长石溶孔中（见图5a）。粉砂级长英质纹层内钾长石溶孔中的原油与富有机质纹层中吸附的残留原油具有基本一致的激光拉曼光谱特征, 光谱曲线上D峰和G峰的峰位移完全重合（见图7a、图7b）, 表明富有机质纹层中生成的原油发生了极短距离的运移, 并在粉砂级长英质纹层内的钾长石溶孔中发生了聚集。该类页岩中随着距富有机质纹层与粉砂级长英质纹层界面距离的增加, 粉砂级长英质纹层中的钾长石溶蚀具有减弱的趋势（见图7c）。页岩层系在埋藏演化过程中, 随着埋深加大, 有机质热演化成熟, 首先生成的有机酸排出富有机质纹层, 就近溶解粉砂级长英质纹层中的钾长石颗粒, 形成大量溶孔, 使有机酸在页岩内部消耗[22], 从而不利于砂岩薄夹层中长石的溶解。生油阶段, 粉砂级长英质纹层内的钾长石溶孔具有“ 近水楼台” 的优势, 富有机质纹层生成的原油, 能够直接充注于其中（见图5a、图7c）, 从而在页岩内部纹层之间形成“ 生-运-聚” 过程, 发生滞留聚集。同时, 页岩纹层内部发育大量的超压微裂缝及纹层缝, 富有机质纹层中生成的原油能够通过微裂缝进一步向粉砂级长英质纹层内的钾长石溶孔运移, 最终在粉砂级长英质纹层中形成饱含油的特征。富有机质纹层中的残留原油、超压裂缝中充填的原油和钾长石溶蚀孔隙中充填的原油具有非常相似的红外光谱特征（见图7d— 图7f）, 表明粉砂级长英质纹层内钾长石溶孔和超压裂缝中的原油具有良好的“ 亲缘” 关系[23, 24], 均来源于与其组合的富有机质纹层。由于富有机质纹层中生成的原油在页岩内部粉砂级长英质纹层中发生聚集, 使排出页岩而运移至砂岩薄夹层中的原油减少, 加之储集空间有限, 导致该类富有机质页岩层系中砂岩薄夹层的含油性较差（见图2a）。

图7 鄂尔多斯盆地延长组长73亚段“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩层系中的原油赋存特征
（a）、（b）蔡30井, 1 967.30 m, 粉砂级长英质纹层内长石溶孔中与富有机质纹层中原油的拉曼光谱特征; （c）蔡30井, 1 964.88 m, 粉砂级长英质纹层内的长石溶蚀与原油赋存特征; （d）蔡30井, 1 962.95 m, 富有机质纹层及粉砂级长英质纹层内的长石溶蚀孔与微裂缝中的原油充填; （e）图d中标定位置的反射显微红外光谱对比; （f）图d中标定位置的透射显微红外光谱对比

6.1.2 “ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系原油富集过程

“ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系, 页岩富有机质纹层和富凝灰质纹层中储集空间发育程度差, 储集能力有限, 原油主要赋存于砂岩薄夹层中（见图6c）。砂岩薄夹层中原油与页岩富有机质纹层中吸附的残留原油的激光拉曼光谱特征相似, 二者光谱线具有基本一致的D峰, 而富有机质纹层内残留原油的光谱线G峰与砂岩薄夹层中原油的光谱线G峰相比, 出现了峰位移轻微左移的现象（见图8a— 图8c）, 可能是因为原油生成与充注之后, 页岩中富有机质纹层在继续深埋过程中发生了热演化。页岩富有机质纹层生烃增压, 一方面可以减缓砂岩薄夹层的压实作用, 保护粒间孔隙, 另一方面能够在富凝灰质纹层产生大量宽度可达200 μ m的超压裂缝（见图8d）, 原油能够通过这些超压裂缝从富有机质页岩中排出, 运移至砂岩薄夹层发生聚集, 形成良好的含油层段（见图2b）。富凝灰质纹层裂缝中的原油和有机质可见明显的挤压变形现象（见图8d）, 表明富有机质纹层内生成的原油可通过超压排出到砂岩薄夹层中, 形成富有机质页岩与砂岩薄夹层之间的“ 生-运-聚” 过程, 原油从页岩排出向砂岩夹层运聚。

图8 鄂尔多斯盆地延长组长73亚段“ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系中的原油赋存特征
（a）宁70井, 1 721.92 m, 砂岩薄夹层粒间孔隙中的原油充填; （b）宁70井, 1 718.90 m, 页岩富有机质纹层内的残留原油; （c）图a和图b标记位置的高分辨率激光拉曼光谱曲线对比; （d）阳检1井, 富凝灰质纹层内的超压裂缝

6.2 页岩油富集模式

分别选取“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩层系（如蔡30井）和“ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系（如宁70井）中的砂岩薄夹层, 针对其中充填的原油开展高分辨率激光拉曼测试, 前者砂岩薄夹层内原油的拉曼峰强度比和拉曼峰面积比均普遍大于后者（见图9a、图9b）, 表明“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩层系内砂质薄夹层中的原油成熟度高于“ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系内砂岩薄夹层中的原油成熟度[25, 26]。同样, 对“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩中粉砂级长英质纹层内钾长石溶孔充填的原油与“ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系内砂岩薄夹层中的原油进行激光拉曼参数对比显示, 前者的拉曼峰强度比和拉曼峰面积比也普遍大于后者（见图9c、图9d）, 说明粉砂级长英质纹层内钾长石溶孔充填的原油成熟度高于“ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系内砂岩薄夹层中的原油[25, 26]。“ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系中, 砂岩薄夹层平均沥青反射率为0.59%, 富有机质纹层平均沥青反射率为0.62%; “ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩层系中, 砂岩薄夹层和粉砂级长英质纹层平均沥青反射率分别为0.94%和0.93%, 富有机质纹层平均沥青反射率为0.96%。因此, “ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系内原油生成与充注的时间早于“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩层系。

图9 鄂尔多斯盆地延长组长73亚段富有机质页岩层系中原油高分辨率拉曼光谱参数对比

X射线荧光光谱元素分析表明, “ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩（如宁70井）中的Fe、Co、V等过渡族元素的含量明显高于“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩（如蔡30井）（见图2a、图2b）, Fe、Co、V等过渡族元素的催化性能强, 对有机质生烃具有催化和加氢作用, 可以使生油岩在较低温度和压力条件下快速生成较多的油气[27, 28], 从而大量消耗有机质。但对于催化效应较弱的泥岩, 在埋藏演化过程中, 由于烃源岩层的聚热效应导致有机质发生进一步热演化, 进入生油高峰从而生成大量原油, 并富集于页岩内粉砂级长英质纹层中。因此, 生油时间较晚的“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩中沥青反射率高于生油时间较早的“ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩。

因此, 在火山凝灰质富集的条件下, “ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩中的富有机质纹层经历了较短的有机酸生成阶段, 在埋深较浅, 温度较低的埋藏阶段早期（Ro值约为0.6%）, 就能快速生成大量油气, 此时砂岩薄夹层压实作用弱, 原油通过超压裂缝排出, 大量充注于砂岩薄夹层粒间孔隙内（见图10）。一方面由于富有机质页岩生烃增压能够减缓砂岩薄夹层的压实作用, 另一方面大量的原油充注也可以增强砂岩储集层的抗压能力, 从而使该类页岩层系中的砂岩薄夹层保留大量的粒间孔隙（见图6c）。

图10 鄂尔多斯盆地三叠系延长组长73亚段页岩油富集模式（Ⅰ 类页岩为“ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩; Ⅱ 类页岩为“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩）

“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩在埋藏演化过程中, 受火山凝灰质的影响较小, 随着埋深加大, 温度升高, 有机质热演化首先经历有机酸生成阶段[22], 对粉砂级长英质纹层中的钾长石颗粒产生强烈溶蚀, 形成大量粒间孔隙（见图5a）, 由于有机酸在页岩内部的大量消耗, 导致砂岩薄夹层中缺乏有机酸而使长石溶蚀较弱（见图5h、图5i）; 随着埋深进一步增加, 温度进一步升高, 有机质开始热演化生烃, 生成的原油首先进入粉砂级长英质纹层内先期形成的钾长石溶孔中（见图7c、图7d、图10）。有机质生烃增压虽然能够减缓砂岩薄夹层的压实作用, 但是由于超压形成时间较晚, 砂岩储集层已经遭受了较强的压实作用, 粒间孔隙大量减少（见图5h、图5i）, 加之原油已经在页岩内的粉砂级长英质纹层中发生了大量聚集, 导致该类页岩层系中砂岩薄夹层含油性相对较差（见图10）。

7 结论

鄂尔多斯盆地延长组长73亚段页岩中主要划分了富凝灰质纹层、富有机质纹层、粉砂级长英质纹层和黏土纹层4种纹层类型, 并组合形成了“ 富有机质+粉砂级长英质” 和“ 富有机质+富凝灰质” 两类主要的纹层组合页岩油发育层系。

鄂尔多斯盆地延长组长73亚段“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩层系中, 原油储集空间主要为富有机质页岩内粉砂级长英质纹层中的钾长石溶孔, 而砂岩薄夹层中原生孔隙与长石溶蚀孔隙含量低; “ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系中原油储集空间主要为砂岩薄夹层中保留的原生粒间孔隙, 而富有机质页岩本身储集空间不发育。

鄂尔多斯盆地延长组长73亚段“ 富有机质+粉砂级长英质” 纹层组合页岩层系中原油成熟度较高, 主要发生了页岩内部纹层之间的“ 生-运-聚” 过程, 形成了页岩油的富集; 而“ 富有机质+富凝灰质” 纹层组合页岩层系中原油成熟度明显较低, 但在富凝灰质纹层所提供的过渡族元素催化下, 富有机质纹层能在较低温度下快速生成大量原油, 并通过超压排出到砂岩薄夹层中, 主要经历了富有机质页岩到砂岩薄夹层的“ 生-运-聚” 过程。

（编辑 黄昌武）

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