殘留油對頁巖晚期生氣潛力及碳同位素組成影響研究

　　勘探實踐表明，烴源巖充足的生氣潛力是形成常規氣藏和非常規氣藏的先決條件之一。高過成熟頁巖氣的形成主要與殘留油及干酪根本身的裂解有關，其生氣的成熟度上限越高越有利于頁巖氣的保存與富集。前人基于封閉體系下的總氣量與計算的原油裂解氣量的差值，認為III型干酪根在過成熟階段（Ro>2.0%）仍有較大的生氣潛力，其機理主要是殘留油與干酪根發生了聚合反應，形成了熱穩定性更高的“新的”有機質，但I-II干酪根在過成熟階段基本沒有生氣潛力（Erdman and Horsfield, 2006, GCA）。然而，過高的估算原油裂解氣量會相應低估干酪根本身的生氣潛力，這對生油量較小的III型干酪根影響較小，但對生油量較高的I-II型干酪根晚期生氣潛力評價的影響非常大。

　　我國下古生界頁巖的原始干酪根類型以I-II型為主，目前主體處于過成熟階段(Ro>2%)。因此，準確評價I-II型干酪根在過成熟度階段的生氣潛力及生氣的成熟度上限對我國南方下古生界頁巖氣的評價至關重要。同時，天然氣成熟度評價是天然氣藏氣源對比和成因研究的基礎。前人基于大量的烴源巖和天然氣數據，建立了天然氣組分碳同位素(δ13C)與鏡質體反射率(Ro)的關系式及相關圖版，在天然氣成因評價與勘探中發揮了重要作用。然而，這些圖版往往忽視了殘留油對后期天然氣碳同位素的影響。

　　鑒于此，中國科學院廣州地球化學研究所研究員田輝課題組博士后蓋海峰針對I-II型干酪根開展了多個系列分步熱模擬實驗，分別探討了殘留油對頁巖晚期生氣潛力及碳同位素組成影響，取得了以下新認識：

　　1. I或II型干酪根在完全排油之后的生氣潛力類似，生氣上限對應EqVRo(等效鏡質體反射率)為3%左右，對應生氣潛力為125~141 mL/gTOC（圖1a）；同時，過成熟階段的氣體以干氣為主（圖1b），與地質條件下的氣體組成相似。

　　2. 根據頁巖在最小殘留油含量時（80 mg/gTOC）的生氣潛力（圖2a），建立了滿足頁巖氣工業開采最小含氣量（3m3/t）對應的頁巖TOC與成熟度的關系圖（圖2b），據此提出我國下古生界頁巖TOC>2%時可有效避免由生氣不足造成的勘探風險。

　　3. 烴源巖在成熟過程中甲烷的碳同位素與其排油效率密切相關，δ13C1-Log(Ro)關系式明顯受殘留油含量影響（圖3a），相同成熟度下，殘留油數量越多，生成的甲烷碳同位素越輕，進而與生氣母質之間的同位素分餾也越大。

　　以上結果指出：I-II型干酪根本身生氣上限可拓展到EqVRo=3%左右，在過成熟度階段（如EqVRo=2~3%）頁巖的最小生氣潛力仍可達60 mL/g TOC。同時，揭示了同一層位成熟度相似的頁巖氣藏中甲烷碳同位素具有較寬的分布范圍這一地球化學異常的原因（圖3b），即頁巖中殘留油含量的微觀非均一性。以上認識不僅擴大了頁巖氣的勘探范圍，對進一步認識高過成熟頁巖氣的晚期富集也具有重要的意義。