王民，石蕾，王文广，黄爱华，陈国辉，田善思

（1.中国石油大学（华东）非常规油气与新能源研究院，山东青岛266580；2.东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆163318）

中美页岩油、致密油发育的地球化学特征对比

王民1，2，石蕾2，王文广2，黄爱华2，陈国辉1，田善思1

（1.中国石油大学（华东）非常规油气与新能源研究院，山东青岛266580；2.东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆163318）

随着非常规油气资源勘探的日益发展及美国页岩气价格的下调，国内外掀起了页岩油勘探的热潮，美国已经取得了巨大经济效益，而我国同样也具有丰富的页岩油资源潜力。通过对我国东部湖相沉积页岩大量地球化学数据统计分析，并与美国页岩油已成功开发区块的地质、地球化学参数进行对比，综合认为采用OSI指标，并结合碳酸盐矿物、脆性矿物含量及薄夹层存在与否，作为初步判断页岩油发育层段的标志。结果表明，济阳坳陷沙三下亚段页岩OSI指标与Monterey，Barnett及Eagle Ford页岩的OSI指标较为接近，具有一定的页岩油、致密油潜力，建议当前国内勘探应瞄准混合型页岩油。

页岩油；OSI指标；资源潜力；济阳坳陷；东濮凹陷；松辽盆地

0 引言

能源需求的日益攀升和常规油气资源的不断消耗，使油气供需矛盾日益突出。因此，非常规能源越来越受到人们的关注。页岩气勘探和开发首先在北美取得了巨大成功［1-3］，全球范围内掀起了页岩气勘探与开发热潮［4-5］。受页岩气开发的启迪，投资者开展了页岩油的勘探与开发［6-10］。全球页岩油资源量已证实，页岩油、致密油资源潜力巨大，41个国家的页岩油技术可采储量为493亿t（我国以45.7亿t位居第三）。松辽盆地北部古龙凹陷青山口组泥页岩层系中页岩油资源量为11.5亿t①薛海涛，卢双舫，田善思，等.松辽盆地北部中浅层非常规油气资源评价.东北石油大学，2013.。尽管一些分析人士从页岩油开发技术、开采成本、环保、运输及土地权方面认为美国页岩油发展前景可能不会像预计的那么快，但近几年的产能已足以显示出这类资源的广阔前景。此外，在加利福尼亚州中新世Antelope页岩、科罗拉多州白垩系Niobrara页岩、英国侏罗系Kimmeridge页岩和西伯利亚Bazhenov页岩中都有油产出［9，11-12］。在我国东部中新生代断陷盆地中，均已不同程度地获得了页岩油流［13］，如辽河坳陷曙古165井（24 m3/d）、东濮凹陷濮深18-1井（420 m3/d）、泌阳凹陷安深1井（4.68 m3/d）和泌页HF1井（23.6 m3/d）；部分单井累积产油量可达数万吨，如胜利油田的罗42井和新义深9井及吉林油田的新197井，累积产原油分别达到1.36万t，1.13万t和3.03万t。由于页岩油的开采比常规油气开采难度大，世界范围内的页岩油开发又远远未取得像页岩气那样的成效，因此我国的页岩油勘探处于初期阶段。

这类石油能源包括3种：①裂缝油，如Monterey页岩、Pierre页岩、Bazhenov页岩及国内的泥岩裂缝油气藏［9，14-15］；②纯页岩油，如Fort Worth盆地Barnett页岩油及国内泌阳凹陷泌页HF1井核三段泥页岩油；③混合层系油（产自泥页岩及薄夹层，以薄夹层为主），如落基山脉地区Niobrara页岩、Bakken页岩以及国内准噶尔盆地二叠系风城组泥页岩。

笔者在前期完成的我国东部主要含油盆地页岩油资源潜力评价的基础上，将我国东部主要盆地页岩与美国页岩油产出井区的地质、地球化学参数进行对比，探讨页岩油、致密油的有利发育层段参数，以期对我国页岩油勘探有所帮助。

1 美国页岩油勘探实例

在常规油资源富集的盆地（凹陷），同样也富集页岩油。页岩油评价与页岩气评价同样都要进行页岩质量的好坏（包括有机质丰度和页岩体积）、有机质的生油（气）阶段划分、岩石的脆性以及裂缝发育等的评价，不同的是页岩油评价还需关注另一关键参数，即含油率。在含油率方面，国外一般采用实测的热解参数S1（残留烃含量）来表征，除此之外，国内还采用氯仿沥青“A”。由于热解参数S1的普遍性，而且其更易代表地下可流动烃类，推荐采用S1进行页岩油潜力分析。本次分析主要是对国内外页岩含油率参数进行对比。

现在普遍采用含油饱和指数OSI（oil saturation index）来指示页岩油潜力的相对大小［9，16］。OSI为S1与TOC（有机碳）的比值，若比值大于100 mgoil/gTOC，则认为存在油跨越（Oil Crossover）现象，其范围段可定位为页岩油的有利段。

1.1 裂缝型页岩油——加利福尼亚圣玛丽盆地蒙物里页岩

以Coastal油气公司的3-Hunter-Careaga井（图1）为例，该井TOC变化比较快，非均质性强，从0.5%到3.0%均有分布，在TOC较低的地方，隐约显示油跨越现象。总体来看：比较有利的水平井段应为2 903～2 940 m处（OSI大于100 mgoil/gTOC），且TOC及S2均较低，有机质的吸附烃较少；油的初期产能为53.9 m3/d（API为33°），天然气为1.85万m3/d，地层水为15 m3/d，气油比为343；在2 740～3 711 m处多处射孔，最大产油为8.2m3/d，产气为2.2万m3/d，累积产出2.6万m3油、636.9万m3天然气和13.9万m3地层水，5年后关井停产。Monterey页岩裂缝油已经累积产出1.43亿t。

同类型的页岩油还有Pierre盆地的Niobrara页岩油、上Bakken页岩油、Antelope页岩油，西西伯利亚侏罗系Bazhenov页岩油，松辽盆地南部新站油田泥岩裂缝油，渤南洼陷罗家油田裂缝油等。

1.2 混合型页岩油——威利期顿盆地巴肯页岩

1995年Dick Findley建议在Bakken中段进行射孔，这一建议直接验证了Elm Coulee大油田的发现（Montana东部），并在2000年完钻了第一口水平井。根据这一启示，在北Dakota的Bakken中段进行射孔，其中1-36H-Parshall井日产原油为73.6 m3，API为42°，产气为3 624.5 m3/d，气油比为49。近期从Parshall和Sanish油田产出的油为318～636 m3/d。Parshall油田是主要产油区，面积为3 840 km2。

代表井为1-05H N&D井（图2），此井产油为204 m3/d，产气为11440 m3/d，气油比为55.9。上段w（TOC）为5.36%～21.40%，平均为14.3%；下段w（TOC）为8.87%～24.70%，平均为15.17%。上段碳酸盐体积分数为10%；下段碳酸盐体积分数为6%；中段碳酸盐的体积分数（主要是白云岩）为21%～70%，平均为38%。

图21 -Bear Valley井Bakken页岩地球化学剖面（据文献［9］）Fig.2The geochemical log of Bakken shale in 1-Bear Valley well

在Bakken中段存在Oil Crossover现象，含油度较高，绝对含油率平均值为0.007 47 m3/m3，中段S1和S2（其中的S2主要是滞留烃所致）较低，可动油较多（OSI指标很高，可达600 mgoil/gTOC），上段和下段的S1及TOC值均较高，致使大部分烃类被干酪根吸附，难以产出。

此类页岩油还包括Eagle Ford页岩油、Niobrara页岩油、准噶尔盆地二叠系风城组页岩油、东濮凹陷沙三下亚段页岩油及辽河油田大民屯凹陷沙四上亚段页岩油等。

1.3 纯页岩油——福特沃斯盆地巴涅特页岩

Barnett页岩油大部分来自于盆地西部和北部处于生油窗阶段的页岩。Four Sevens油公司在Fort Worth盆地西北部的Clay县钻探了1口直井，油的初期产能为32 m3/d，而在Barnett页岩油产区最好的地方，平均油的初始产能为39.7～159.0 m3/d，天然气为2.83～5.66万m3/d。

尽管在Barnett页岩下部呈现出Oil Crossover现象（图3），但是由于较高的TOC，以及较低的碳酸盐含量、孔隙度和渗透率，不发育裂缝，故页岩油的产能并不高。油井产能的迅速降低也反映了这一情况。近期美国EOG公司完钻了一批页岩油直井，油的初期产能达159 m3/d，产气56 634 m3/d。通过对Argon Ion-Milled扫描电子显微镜下观察，页岩中并不存在有机孔隙，但是基质孔隙为2%～3%，喉径为4 000～7 000 nm，大约是页岩气储层的100倍［9］。

图3Four Sevens 1-Scaling Ranch A,Clay County井页岩地球化学剖面（据文献［9］）Fig.3The geochemical log of shale in Four Sevens 1-Scaling Ranch,Clay County well

此类页岩油还包括Tuscaloosa页岩油、Antelope页岩油、泌阳凹陷核三上亚段页岩油及松辽盆地齐家-古龙凹陷青山口组页岩油等。

2 国内页岩油勘探实例

2.1 济阳坳陷渤南洼陷及松辽盆地齐家-古龙凹陷

渤南洼陷沙三下亚段岩性为深灰色泥岩、深灰色和灰色灰质泥岩、灰褐色油页岩与油泥岩互层，夹少量灰褐色灰岩、灰色泥质白云岩、灰色砂质泥岩和白云质粉砂岩，厚度为300～500 m，w（TOC）为0.71%～9.32%，平均为3.1%，IH（氢指数）为160～1 040 mgoil/gTOC，平均为496 mgoil/gTOC，Tmax（岩石热解参数S2最大峰温）为424～447℃（Ro为0.7%～0.9%），处于大量生烃阶段，干酪根类型以Ⅰ和Ⅱ1型为主。黏土矿物体积分数普遍小于40%，平均为18%，并以伊利石和伊/蒙混层为主，其他矿物（脆性矿物）体积分数为80%以上，以碳酸盐矿物为主①卢双舫，王民，李吉君，等.页岩油气资源潜力分级评价标准研究及应用.东北石油大学，2013.。

前期的勘探成果揭示出渤南洼陷罗家油田以裂缝型页岩油为主，该油田罗42井已累积产页岩油1.36万t。罗69井地球化学剖面显示（图4），在2 989～3 011 m和3 095.4～3130.0 m处的OSI大于100 mgoil/gTOC，较高的OSI暗示泥页岩中存在开启裂缝，尤其上段OSI平均为120 mgoil/gTOC，是较有利的、潜在的页岩油层段。

齐家-古龙凹陷青山口组岩性为黑色、深灰色泥岩，黑色、深灰色、灰色粉砂质泥岩，灰色粉砂岩及砂岩，夹少量介形虫层，灰色钙质砂岩，灰色钙质介形虫层。青山口组上段以砂岩为主，下段以泥岩为主，厚度为200～600 m，w（TOC）为0.4%～12.1%，平均为2.1%，IH为27～1187mgoil/gTOC，平均为433mgoil/gTOC，干酪根类型以Ⅰ和Ⅱ1型为主，Tmax为425～467℃（Ro为0.25%～1.85%），青山口组泥页岩大多处于成熟与高成熟阶段。黏土矿物体积分数为7%～49%，平均为37%，并以蒙脱石、伊利石及伊/蒙混层为主，其他矿物体积分数为60%以上，以石英长石为主②薛海涛，卢双舫，田善思，等.松辽盆地北部中浅层非常规油气资源评价.东北石油大学，2013.。

2011年在齐家凹陷设计完钻了齐平1井，并进行了水平井分段压裂，在压裂段最前端的纯泥岩段进行了压后抽汲，试油0.3 m3/d，累积油5.55 m3（15 d）。齐平1井地球化学剖面（图5）显示，OSI大多数为80～90 mgoil/gTOC，表明裂缝并不发育，属于纯页岩油类型。

图4 渤南洼陷沙三下亚段泥页岩地球化学剖面（罗69井）Fig.4The geochemical log of shale of Es3Lof Bonan Sag

图5 松辽盆地北部青山口组泥页岩地球化学剖面（齐平1井）Fig.5The geochemical log of shale of Qingshankou Formation in northern Songliao Basin

2.2 东濮凹陷

东濮凹陷沙三下亚段岩性为灰色、深灰色泥岩，灰质泥岩夹粉砂岩，厚度为300～550 m，w（TOC）为0.11%～4.15%，平均为0.82%，IH为9～644 mgoil/gTOC，平均为194.1 mgoil/gTOC，干酪根类型以ⅡB和Ⅲ型为主，Tmax为421～449℃，多数进入成熟阶段。黏土矿物体积分数普遍小于50%，平均为34.3%，并以伊利石和伊/蒙混层为主，其他矿物（脆性矿物）体积分数为60%以上，以碳酸盐矿物为主①王民，卢双舫，王文广，等.东濮凹陷页岩油气资源评价及选区研究.东北石油大学，2012.。

前期的勘探成果揭示出东濮凹陷在高压区、超高压区、盐岩分布区及构造转换带等地带存在泥岩裂缝油气藏，并已在文留、濮城、卫城、胡状、庆祖和刘庄等地区发现泥岩裂缝油气显示。截至2003年，东濮凹陷共有70口井泥岩裂缝中见油气显示，6口井测试或试油，主要分布在文留地区。白庙平1井产油40 t/d，产气1.92万m3/d，至2012年6月28日，累积产油2 736 t、产气243万m3。由濮6-55井地球化学剖面（图6）可知，在3421.48～3 436.52 m和3 454.08～3 463.32 m处的OSI大于100 mgoil/gTOC，但对应的TOC值较高，干酪根吸附油的能力也较高，又由于这2处存在较多的砂岩薄夹层，故这2段是较好的混合型页岩油的发育段。

图6 东濮凹陷沙三下亚段泥页岩地球化学剖面（濮6-55井）Fig.6The geochemical log of shale of Es3Lin Dongpu Sag

从国内外页岩油区页岩地球化学参数及页岩油流情况来看，国内页岩平均有机碳低于美国Bakken及Eagle Ford页岩有机碳，国内页岩S1也低于美国Bakken及Eagle Ford页岩S1，但与其他盆地类似（表1）。国内外页岩有机质成熟度较为接近，而国内的略高。国内济阳坳陷页岩OSI与Monterey，Barnett及Eagle Ford页岩OSI较为接近。在脆性矿物含量上，国内页岩并不低于国外页岩。尽管准噶尔盆地风城组页岩缺少OSI地球化学参数，但是从有机质成熟度、有机质丰度、页岩油类型及初始产能上来看，风城组页岩油（风3井区初期单井日产油6.5～123.0 t，平均17.9 t）与美国Eagle Ford页岩油近似。此外，含有白云质的泥页岩层系往往具有较多的裂缝，可作为页岩油的有利富集区。

表1 中美页岩油层系地质、地球化学参数对比表Table 1Comparison of geological and geochemical parameters of shale oil between China and U.S.A.

续表1

3 结论与建议

（1）本次研究对比了国内外3种类型页岩油的地球化学特征及产油情况。从OSI上来看，当OSI大于100 mgoil/gTOC时，致密页岩段可确定为较好的裂缝型页岩油层，砂岩、粉砂岩段可与致密页岩段一起作为混合型页岩油层，这种情况下页岩油产能大，是有利的水平井井身层段；当OSI接近100 mgoil/gTOC时（＞75），致密页岩段可作为页岩油潜在层段；当OSI较低时，页岩油的潜力较低。3种类型页岩油中混合型页岩油的潜力最大，裂缝型页岩油次之，纯页岩油最差。当前国内技术条件下应侧重于混合型页岩油开发，在此带动下，兼顾纯型页岩油。另外，应优选气油比较高的区块进行勘探。

（2）济阳坳陷页岩OSI与Monterey，Barnett及Eagle Ford页岩的OSI较为接近。从有机质成熟度、有机质丰度、页岩油类型及初始产能上来看，风城组页岩油与美国Eagle Ford页岩油近似。

［1］Jarvie D M，Hill R J，Ruble T E，et al.Unconventional shale-gas systems：The Mississippian Barnett Shale of north-central Texas as one model for thermogenic shale-gas assessment［J］.AAPG Bulletin，2007，91（4）：475-499.

［2］Ross D J K，Bustin R M.Characterizing the shale gas resource potential of Devonian-Mississippian strata in the western Canada sedimentary basin：Application of an integrated formation evaluation［J］.AAPG Bulletin，2008，92（11）：87-125.

［3］Bowker K A.Barnett Shale gas production，Fort Worth Basin：Issues and discussion［J］.AAPG Bulletin，2007，91（4）：523-533.

［4］邹才能，杨智，崔景伟，等.页岩油形成机制、地质特征及发展对策［J］.石油勘探与开发，2013，40（1）：14-26.

［5］Balázs B，Veto I.Source rocks and petroleum systems in the Hungarian part of the Pannonian Basin：The potential for shale gas and shale oil plays［J］.Marine and Petroleum Geology，2012，31（1）：53-69.

［6］Kinley T J，Cook L W，Breyer J A，et al.Hydrocarbon potential of the Barnett Shale（Mississippian），Delaware Basin，west Texas and southeastern New Mexico［J］.AAPG Bulletin，2008，92（8）：67-991.

［7］Kuhn P P，di Primio R，Hill R，et al.Three-dimensional modeling study of the low-permeability petroleum system of the Bakken Formation［J］.AAPG Bulletin，2012，96（10）：1867-1897.

［8］Kirschbaum M A，Mercier T J.Controls on the deposition and preservation of the Cretaceous Mowry Shale and Frontier Formation and equivalents，Rocky Mountain region，Colorado，Utah，and Wyoming［J］.AAPG Bulletin，2013，97（6）：899-921.

［9］Jarvie D M.Shale resource systems for oil and gas：Part 2-Shale-oil resource systems［G］∥Breyer J A.Shale reservoirs-Giant resources for the 21st century.AAPG Memoir 97，2012：89-119.

［10］林森虎，邹才能，袁选俊，等.美国致密油开发现状及启示［J］.岩性油气藏，2011，23（4）：25-32.

［11］郭秋麟，陈宁生，宋焕琪，等.致密油聚集模型与数值模拟探讨——以鄂尔多斯盆地延长组致密油为例［J］.岩性油气藏，2013，25（1）：4-10.

［12］祝彦贺，胡前泽，陈桂华，等.北美A-29区块页岩油资源潜力分析［J］.岩性油气藏，2013，25（3）：66-70.

［13］张金川，林腊梅，李玉喜，等.页岩油分类与评价［J］.地学前缘，2012，19（5）：322-331.

［14］宋梅远.渤南洼陷泥岩裂缝油气藏储层发育及成藏规律研究［D］.青岛：中国石油大学（华东），2011.

［15］陈弘.泥岩裂缝油气藏勘探状况［J］.中外科技情报，2006，20：4-19.

［16］Lopatin N V，Zubairaev S L，Kos I M，et al.Unconventional oil accumulations in the Upper Jurassic Bazhenov Black Shale Formation，West Siberian Basin：A selfsourced reservoir system［J］.Journal of Petroleum Geology，2003，26（2）：225-244.

（本文编辑：杨琦）

Comparative study on geochemical characteristics of shale oil between China and U.S.A

WANG Min1，2，SHI Lei2，WANG Wenguang2，HUANG Aihua2，CHEN Guohui1，TIAN Shansi1
（1.Research Institute of Unconventional Petroleum and Renewable Energy，China University of Petroleum，Qingdao 266580，Shandong，China；2.School of Earth Sciences，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，Heilongjiang，China）

Inspired by the development of shale gas and the decrease of natural gas price,the investors kicked off shale oil exploration and development.U.S.A has been obtained huge benefit from shale oil,and the shale oil resource potential is also huge in China.Based on the previous study on shale oil resource potential of basins in eastern China, the comparative study on geochemical characteristics of shale oil between U.S.A and China has been done.The research results indicate that the oil saturation index（OSI）can be used as an effective index for judging the shale oil intervals,combined with the carbonate mineral content,brittle mineral content and the interbed.The results also show that the OSI values of Jiyang Depression are similar with that of Monterey,Barnett and Eagle Ford shale.At present, the shale oil exploration of China should be aiming at the hybrid type.

shaleoil；oil saturationindex；resourcepotential；JiyangDepression；DongpuSag；SongliaoBasin

P618.13

A

1673-8926（2014）03-0067-07

2013-11-04；

2013-12-05

国家重点基础研究发展计划（973）项目前期研究专项“泥页岩油气成藏规律与资源潜力评价”（编号：2011CB211701）、中国石油科技创新基金项目“泥页岩非均质性及其对页岩油气富集的影响”（编号：2011D-5006-0101）和黑龙江省普通高等学校新世纪优秀人才培养计划“泥页岩油气资源潜力评价方法研究”项目（编号：1252-NCET-012）联合资助

王民（1981-），男，博士，副教授，主要从事常规和非常规油气地球化学和油气成藏机理的教学与科研工作。地址：（266580）山东省青岛市经济技术开发区长江西路66号中国石油大学（华东）非常规研究院。电话：（0532）86983190。E-mail：wangm@upc.edu.cn。