历经10余年的理论和技术攻关，中国相继在准噶尔、鄂尔多斯、三塘湖、松辽、渤海湾、柴达木等盆地取得页岩油勘探开发的重大突破^[1-5]。2022年中国页岩油产量突破300×10⁴t，成功实现了陆相页岩油规模勘探和效益开发。尽管夹层型页岩油是当前中国陆相页岩油开发的主体对象，但随着勘探开发逐渐规模化，优质储层比例明显下降，以页岩基质孔隙中大量滞留的原油为代表的页理型页岩油必将成为未来上产的资源主体。

随着源内运移以及微运移现象不断提出，页岩油成藏特征已经不能用简单的“源储一体”来概括^[6-11]。与岩性相对单一、连续性好、厚度大的海相泥页岩相比，陆相泥页岩受构造、气候、物源等多种因素控制，具有多类型韵律性纹层频繁交互、非均质性强、横向变化快的特征^[12-17]。受不同纹层有机质丰度及渗流能力差异的影响，泥页岩中普遍存在富有机质层段排烃、贫有机质层段作为储层蓄烃的特点^{[9, 11]}。在源内烃类的纹层间微米级尺度以及顺微裂缝—页理缝发生毫米—厘米级微运移作用的控制下，高纹层频率、高页理缝密度的纹层状页岩普遍成为页理型页岩油勘探开发的主要对象，并且纹层的结构决定了页岩油微观运聚特征，同时影响了滞留烃含量、流体可动性及压裂改造效果^{[10, 18-20]}。源内微运移作用成为控制陆相多类型页岩油多层系含油、多甜点富集的主要机制。

鄂尔多斯盆地长7₃亚段沉积期是三叠系延长组最大湖泛期，形成了一套沉积厚度大、分布稳定的富有机质泥页岩，具备页理型页岩油富集的地质基础^[21]。先前对长7₃亚段纯页岩的研究主要集中在烃源岩评价方面，由于对其作为页岩油储层的甜点控制因素、微观富集规律和压裂改造技术等认识不足，长7₃亚段页理型页岩油目前只在盆地零星分布的直井中开展尝试性探索，部分井压裂试油获得突破，但试采效果不理想，大多数井试采不到一个月就没有液量了。在前人相关研究的基础上，本文以长7₃亚段泥页岩为研究对象，利用测井、录井、取心资料及分析化验资料综合分析了页岩滞留烃类的微运移机理，明确了微运移机制控制下的不同岩相页岩油差异富集原因，以期为长7₃亚段页理型页岩油勘探部署提供理论依据及指导。

长7段沉积期是鄂尔多斯盆地内陆坳陷湖盆发育的鼎盛期，形成了面积达6.5×10⁴km²的半深湖—深湖区，整体沉积了一套以富有机质页岩、暗色泥岩夹薄层粉砂岩、细砂岩为主的泥页岩层系，最大厚度可达110m^[22]（图 1）。长7段沉积期，鄂尔多斯盆地古气候温暖湿润，为典型的淡水湖盆，古水体为贫氧还原环境，有利于半深湖—深湖亚相沉积有机质的保存。长7₃亚段沉积期不仅是最大湖泛期，也是湖泊热流体活动的高峰期，藻类和浮游生物的繁盛不仅为该期富有机质泥页岩的沉积奠定了物质基础，同时也为大规模页岩油的富集创造了有利的物质条件。长7₃亚段黑色页岩的面积达4.3×10⁴km²，最大累计厚度可达50m，平均累计厚度为13.9m；暗色泥岩的面积达6.2×10⁴km²，最大累计厚度达40m，平均累计厚度为11.3m，是页理型页岩油主要分布层位。

图 1

图 1 鄂尔多斯盆地长73亚段黑色页岩平面分布图（a）及地层特征图（b） Fig. 1 Plane distribution of black shale in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation (a) and stratigraphic features (b) in Ordos Basin

长7_1-2亚段发育典型的夹层型页岩油，物性较好的、没有生油能力的、重力流成因的粉砂岩、细砂岩夹层受与其相邻的富有机质泥页岩强生烃—排烃作用影响，发生了厘米—米级的宏观烃类运移富集，成为夹层型页岩油规模富集与效益开发的关键因素^[23-24]。长7₃亚段普遍发育一套厚层的富有机质泥页岩，热演化程度适中（盆地长7段R_o大多为0.7%~1.2%），处于生烃高峰期。长7₃亚段泥页岩的排烃效率平均约为60%，泥页岩内部可达已生烃量40%的滞留烃不容小觑，资源潜力巨大^[25]。

本文定义的源内微运移指页岩中具有较强生烃能力的富有机质纹层在热演化成熟阶段生成的烃类，在微观尺度上向相邻的不具备生烃能力或弱生烃能力的、储集性能较好的纹层及页岩缝运移聚集的现象。受泥页岩矿物组分非均质影响，滞留烃在泥页岩内部普遍发生了微米级的微运移。激光共聚焦荧光三维可视化分析表明，泥页岩中富含陆源碎屑的长英质纹层或团块含油性普遍优于黏土质纹层和富有机质纹层（图 2）。荧光薄片也显示富有机质纹层和黏土质纹层荧光暗、重质组分多，以干酪根和吸附态烃为主（图 3）；长英质纹层和凝灰质纹层荧光亮、轻质组分多，以游离态烃为主。长7₃亚段页岩中长英质纹层内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^[26]，证实了富有机质纹层中生成的原油发生了微运移，并在物性较好的粉砂级长英质纹层中发生了聚集。

图 2

图 2 H36-1井黑色页岩不同纹层含油性激光共聚焦荧光三维可视化对比图（长7段，2081.4m） Fig. 2 Comparison of 3D visualization of laser confocal fluorescence of various oil-bearing laminae in black shale in Well H36-1 (the seventh member of Yanchang Formation, 2081.4 m) （a）轻质组分分布图（绿色）；（b）重质组分分布图（红色），与（a）同视域；（c）对应（a）、（b）位置1局部放大特征；（d）对应（a）、（b）位置2局部放大特征；（c）、（d）中绿色代表轻质组分，红色代表重质组分

图 3

图 3 YY1井长73亚段黑色页岩荧光特征图 Fig. 3 Fluorescence characteristics of black shale in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation in Well YY1 （a）多类型纹层特征，单偏光，230.1m；（b）对应（a）黄色框位置局部放大特征，紫外光激发荧光照片，凝灰质纹层含油性好；（c）对应（a）黄色框位置局部放大特征，蓝光激发荧光照片，凝灰质纹层含油性好

泥页岩中源内烃类微运移机理成为控制泥页岩含油性及可动性的重要因素。

长7₃亚段黑色页岩具有主生烃相对较早、生烃量大、生烃率高的特征，生烃增压为烃类源内微运移提供了动力。生烃体积膨胀力计算结果表明^[27]，当长7段优质烃源岩有机碳含量（TOC）为10%，R_o为0.8%~1.0%时，生烃作用引起的体积膨胀率为11%~15%。可见，长7段优质烃源岩在达到成熟阶段以后，其生烃作用所产生的体积膨胀幅度十分可观。与生烃作用产生的体积膨胀率相对应，随着烃源岩有机碳含量的增高、热演化程度（R_o）的增大，有机质生烃作用所产生的体积膨胀力也增大。当长7段烃源岩有机碳含量为10%，R_o为0.8%~1.0%时，生烃作用所引起的体积膨胀力高达119~156MPa（图 4）。虽然该计算方法比较粗略，把整个生烃过程看作是封闭系统且不计干酪根热降解过程中体积收缩产生的空间，但足以说明优质烃源岩的生烃作用可以产生强大的体积膨胀力，完全可以克服毛细管压力作为烃类微运移的动力。

图 4

图 4 鄂尔多斯盆地长7段优质烃源岩有机质生烃作用引起的体积膨胀力与TOC、Ro关系图 Fig. 4 Relationship between volume expansibility caused by hydrocarbon generation of organic matter and TOC, Ro of high-quality source rock in the seventh member of Yanchang Formation in Ordos Basin

受古气候、陆源碎屑供给、火山活动的影响，长7₃亚段黑色页岩普遍发育富有机质纹层、长英质纹层、黏土质纹层和凝灰质纹层，多类型纹层频繁交互（图 5）。长石和石英矿物的含量与页岩的孔隙直径成正比，黏土矿物含量与孔隙直径成反比（图 6），页岩中长英质纹层孔隙直径明显高于黏土矿物纹层，富有机质纹层孔隙直径更低^[10]。长英质页岩平均面孔率为0.023%，平均孔隙直径为366nm；黏土质页岩平均面孔率为0.016%，平均孔隙直径为316nm，长英质页岩渗流和储集能力优于黏土质页岩（图 7）。长7₃亚段黑色页岩中频繁发育的长英质、凝灰质等高孔渗刚性纹层内发育的大量微纳米孔喉系统为页岩中优质烃类的聚集提供了大量可容纳空间。

图 5

图 5 鄂尔多斯盆地长73亚段黑色页岩多类型纹层特征 Fig. 5 Characteristics of multi type laminae of black shale in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation in Ordos Basin （a）CY1井，2018.7m，矿物扫描成像图，多纹层频繁交互；（b）L57井，2321.61m，不同类型纹层含油特征，荧光照片

图 6

图 6 鄂尔多斯盆地长73亚段矿物组分与孔隙直径关系图 Fig. 6 Relationship between mineral composition and pore diameter in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation in Ordos Basin

图 7

图 7 不同类型页岩孔隙直径分布图 Fig. 7 Pore diameter distribution of different types of shales

受富有机质页岩强生烃—排烃影响，页岩中富有机质纹层生烃过程中产生的生烃增压缝极其发育，为烃类从富有机质纹层垂向上向与其相邻的高孔渗刚性纹层高效运移提供了通道；页岩中多类型、高密度纹层的发育导致其页理缝发育的程度很高，页理缝的开度一般为几百纳米至数十微米，充填较弱，有效性好，是烃类在页岩内部侧向运移的高速通道^[28]（图 8）。长7段油气主要成藏期正好处于断裂活动期^{[25, 29]}，长7₃亚段也发育大量的微裂缝。荧光薄片、激光共聚焦荧光三维可视化分析表明页岩中微裂缝含油性较好，并且富含轻质烃类，为烃类在微纳米尺度运移提供了优势通道（图 9）。在微裂缝评价的时候要特别注意微裂缝的尺度刻画，大规模发育的断裂系统会破坏长7₃亚段页理型页岩油的保存条件，导致较多的可动烃难以保留在页岩中，对页理型页岩油的富集和经济可采不利^[25]。

图 8

图 8 鄂尔多斯盆地长73亚段黑色页岩中生烃增压缝及页理缝特征图 Fig. 8 Characteristics of hydrocarbon generation pressurization fractures and bedding fractures in black shale in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation in Ordos Basin （a）YJ1井，长7段，2075.4m，生烃增压缝特征；（b）LY10井，长7段，1670.42m，开启的页理缝

图 9

图 9 H87-1井长73亚段页岩微裂缝含油性激光共聚焦荧光三维可视化特征图 Fig. 9 3D visualization of laser confocal fluorescence of oil-bearing property of shale micro fractures in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation in Well H87-1 （a）轻质组分分布图（绿色），裂缝含油性好；（b）重质组分分布图（红色），裂缝含油性好；（c）对应（a）、（b）中黄色框位置局部放大特征图，裂缝含油性好，是原油运移的重要通道，绿色代表轻质组分，红色代表重质组分

纹层状黑色页岩在荧光薄片中可见黄绿色的油质沥青与褐色的胶质沥青明暗相间，其中油质沥青主要富集于长英质纹层及凝灰质纹层，胶质沥青则主要富集于富有机质纹层和黏土质纹层（图 5b）。长英质矿物含量越高，饱和烃和芳香烃等轻质组分含量越高，沥青质和非烃等重质组分含量越少，原油品质就越好，可动性强；黏土矿物含量越高，沥青质和非烃等重质组分含量越高，原油黏度就越大，可动性差^[11]。纹层矿物组成的差异造成了烃类分异。氯仿抽提结果也表明长英质页岩相比黏土质页岩具有更多的饱和烃和芳香烃（图 10），流动性最好。

图 10

图 10 鄂尔多斯盆地黑色页岩抽提物族组分特征图 Fig. 10 Characteristics of extracts group components of black shale in Ordos Basin

受源内微运移机理的控制，长7₃亚段页理型页岩油富集的特点主要是：（1）富有机质纹层在R_o > 0.8%时进入生烃高峰期，较高的瞬时转化率和瞬时生烃量使富有机质纹层聚集了大量高势能富烃优质流体^[11]，同时也产生强大的体积膨胀力和大量生烃增压缝，是源内微运移排烃的主体纹层；（2）频繁发育的刚性纹层内发育的尺度较大的微纳米孔喉系统构成了优势烃类聚集的主要空间，同时刚性纹层的发育频率也成了影响页理型页岩油可动性的主要因素；（3）页岩中发育的由大量生烃增压缝—页理缝—微裂缝构成的立体网络系统成为富有机质纹层纵、横向排烃的优势通道，生烃产生的超压为烃类快速运移提供了源源不断的动力。

源内微运移促使页岩油非均匀分布、差异富集，总体上具有高TOC段生油、低TOC段储油的特征。低TOC段往往富含饱和烃和低分子量化合物，具有更高的流动性。长7₃亚段产层油与紧邻页岩抽提油色谱图对比发现，产层油碳数以小于15为主（图 11），主要为抽提油主峰碳之前的相对轻质烃类组分。泥页岩高TOC生油段排烃量和排烃效率为正值，低TOC甜点段普遍为负值，并且饱和烃和芳香烃的比例明显较高，油饱和度指数OSI > 100mg/g，具有滞留烃超越效应，是页理型页岩油开发的优势段（图 12）。长7₃亚段低TOC段的长英质纹层和凝灰质纹层与高TOC段的黏土质纹层及富有机质纹层相比，孔隙度普遍是高TOC段的2倍，中值孔径大1~2个数量级。纹层的组合类型及差异微运移机理决定了低TOC段的长英质页岩和凝灰质页岩发育段具有相对较好的含油性及可动性，OSI也普遍较高，是中—高成熟度页理型页岩油风险勘探的优势岩相类型。

图 11

图 11 C96井长73亚段产层油与邻近页岩抽提油色谱对比图 Fig. 11 Chromatographic comparison of oil produced in Well 96 and that extracted from adjacent shale in the third sub-member of the seventh member of Yanchang Formation

图 12

图 12 Z22井长7段地球化学参数柱状图 Fig. 12 Geochemical parameters column of the seventh member of Yanchang Formation in Well Z22

长7₃亚段中—高成熟度页理型页岩油10口直井压裂突破了出油关，其中7口井试油获10t/d的工业油流，该突破证实页理型页岩油具有水平井规模提产的前景，展现出良好的勘探开发潜力。在微运移作用的控制下，富含脆性矿物的长英质页岩和凝灰质页岩不仅是优质烃类聚集的优势岩相，也是压裂的工程甜点。围绕湖盆中心泥页岩富集区，开展保存条件、岩相及含油性定量评价测井新技术攻关研究, 是推动页理型页岩油有利区优选及水平井提产靶点确定的重要举措。

（1）受陆相页岩多纹层类型、高密度纹层特征的影响，烃类源内微运移成为控制中—高成熟度页理型页岩油差异富集的主要因素，微运移作用导致烃类在多类型纹层中发生了分异现象，凝灰质纹层和富含陆源碎屑的长英质纹层普遍富含轻质烃类。

（2）中—高成熟度页理型页岩油普遍具有富有机质纹层生烃增压排烃、生烃增压缝—页理缝—微裂缝运烃、低TOC的相对高孔渗刚性纹层聚烃的特点，小尺度的微裂缝有利于提高页岩中烃类的运移效率并提高页岩油富集程度，但大规模的断裂会破坏页理型页岩油保存条件，不利于页岩油源内富集。

（3）在烃类源内微运移作用的控制下，纹层的组合类型决定了富含脆性矿物的低TOC、储集能力相对较好的长英质纹层组合和凝灰质纹层组合是长7₃亚段中—高成熟度页理型页岩油勘探的主要岩相类型。