西南石油大学学报（自然科学版）
2012年10月第34卷第5期
Journal of Southwest Petroleum University （Science &Technology Edition ）
V ol. 34No. 5Oct. 2012
编辑部网址：http ：//www.swpuxb.com
文章编号：1674–5086（2012）05–0065–06
中图分类号：TE121；P618DOI ：10. 3863/j.issn. 1674–5086. 2012. 05. 009
文献标识码：A
烃源岩排烃门限在生排油气作用中的应用*
范柏江1，庞雄奇2，师良3
1. 陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西西安710075
2“油气资源与探测”国家重点实验室·中国石油大学（北京），北京昌平102249
3. 中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京昌平102249
摘要：对于烃源岩的判别标准，目前仍广泛存在争议。主张以排烃门限的概念来确定有效排烃源岩、研究有效排烃源岩的生排烃量及其生排烃特征，以此来综合认识烃源岩的排烃历史和排烃过程。在研究过程中，首先根据烃源岩排烃品质评价图版判别排烃源岩，其次，根据排烃模型定量研究源岩的排烃特征。冀东探区高柳构造带古近系沙河街组三段（E s 3）烃源岩的实例研究表明，其排烃门限深度对应的R o 为0.78%。只有进入该排烃门限的烃源岩才能大量排烃，随热演化程度的增大，源岩排烃率和排烃效率逐渐增大。高柳构造带沙三段烃源岩的最大排烃强度超过450.00×104t/km2，平均排烃强度为315.67×104t/km2，排烃量总计9.47×108t ，排烃高峰时期是馆陶期，油气资源量可达到2.08×108t 。
关键词：源岩品质；源岩排烃；排烃门限；定量分析
网络出版地址：http ：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20120928.1010.012.html
：范柏江，庞雄奇，师良．烃源岩排烃门限在生排油气作用中的应用[J ]．西南石油大学学报：自然科学版，2012，34（5）65–70．
Fan Bojiang, Pang Xiongqi, Shi Liang ．Application of Hydrocarbon Expulsion Threshold in Studying the Hydrocarbon Generation and Expulsion [J ]．
：Journal of Southwest Petroleum University ：Science &Technology Edition ，2012，34（5）65–70．
引言
石油地质界对烃源岩的判别标准目前还存有把争议，如把大量生成油气的岩石作为烃源岩[1]、大量生成和排运油气并形成工业油气聚集的岩石作为烃源岩[2]，还有学者利用地化指标如有机碳含量（I TOC ）、总烃含量（I HC ）等来判别烃源岩[3
6]
件即烃源岩的排烃门限，基于此，本文主张利用排烃门限的概念来研究排烃源岩，并在冀东探区
高—柳构造带古近系沙河街组三段（E s 3）进行了应用。
1排烃门限与生烃门限的区别
自生烃门限提出（20世纪70年代）以来，一些学者用其判别烃源岩与非烃源岩、确定烃源岩开始大量生烃和大量排烃的临界条件。但利用生烃门限研究烃源岩的局限性在于其没有考虑烃源岩的残留油气作用。
（1）从概念上分析，生烃门限是指随埋深的增大、地温的升高，有机母质开始大量向油气转化的临界地质条件，一般用采用有机母质中的镜质体反射率（R o ）表示。如将R o =0. 5%作为判别源岩是否
。争
论的焦点在于烃源岩的判别标准是生烃条件（门限）还是排烃条件（门限）。事实上，烃类只有从烃源岩中排出后才可能对油气成藏有贡献，越来越多的研究者亦主张对烃源岩的有效性进行研究[7
10]
。地质条件下，受烃源岩自身的吸附作用、
源岩孔隙的毛细管封闭作用、源岩孔隙水的水溶及油溶作用等影响，烃源岩生成的烃量不能立即排出，烃源岩生成的烃量只有满足了以上的残存条件后才能大量排出。烃源岩大量排烃的临界条
*收稿日期：2010–08–03
网络出版时间：2012–09–28
基金项目：国家科技重大专项（2011ZX05006）；冀东探区烃源岩生排油气历史与控油气作用研究（2009–JS –110）。
进入生烃门限的指标；而排烃门限是指烃源岩在热演化过程中，其生成烃量饱和了烃源岩自身的吸附作用、源岩孔隙的毛细管封闭作用、源岩孔隙水的水溶及油溶作用后，开始以游离相大量排出的临界地质条件（图1）
。
源岩排烃临界条件的相互关系，并对各个作用过程进行量化，同时建立起“排烃源岩”的概念，目的是判断和评价有效烃源岩并为油气成藏研究服务。
（3）从计算结果上分析，生烃门限计算的是各个源岩层段的总生烃量，其结果只表明岩石或有机母质的转化程度，往往不考虑生成烃类排出时的地质条件和过程（如残留烃能力大小及残留烃多少），该量并不反映生成烃类对油气成藏的贡献；排烃门限计算的是有效烃源岩的排烃量、排烃效率、排烃速率，并进行主要排烃期的确定。
2烃源岩排烃有效性的确定
排烃门限理论认为，烃源岩何时达到排烃门限主要受3个要素的控制，即烃源岩的有机碳含量、烃源岩的热演化程度、烃源岩的干酪根类型指数，
图1
Fig. 1
烃源岩排烃门限概念模型
这3个要素的综合作用决定了源岩是否排烃，还决定了烃源岩的排烃类型（排甲烷气、排重烃气、排液态烃）。对于干酪根类型的划分，现今普遍是根据H/C、O/C原子比将其划分为I 型、II 型和III 型。而在地质条件下，干酪根的H/C、O/C原子比是连续变化的，本文主张采用干酪根类型指数来表征干酪根的类型[11]，其计算模型如下
(1)
The hydrocarbon expulsion model of source rock
（2）从勘探意义上分析，生烃门限主要用于判断和评价源岩、确定源岩开始大量生烃时期、生烃临界条件以及划分成熟烃源岩范围，主要是为勘探早期盆地计算油气资源量，为油气初探服务。排烃门限主要阐明生烃作用、残留烃作用和排烃作用与
2
I KTI =119. 4(H/C) +27. 9R o (H/C) −35. 7(H/C) 2−95. 1R 2o (O/C) +55. 3R o (O/C) −43. 3
式中，I KTI —干酪根类型指数；R o —镜质体反射—烃源岩母质的氢碳原子比，率，%；（H/C）实数；—有机母质的氧碳原子比，（O/C）实数。
I KTI 25时相当于III 型干酪根；25
]源岩排烃品质评价图版[12（图2），该图版利用源
烃（C 5）3种不同的烃组分；Q p 、Q rm 分别指源岩生烃量和残留烃临界饱和量；Q em (i ) 指最优源岩（对应的I SRI 值为100）的排烃量。
本文选用大庆油田青一段、嫩一段（C %=2.5，I KTI =75）在R o =1. 5%和2%时的排油量和排气量作为陆相烃源岩的最优标准，它们排出CH 4和油的最大量（Q m ）分别为12.8m 3/m3和6kg/m3。
根据烃源岩排烃品质评价图版[12]，对冀东探区高柳构造带的源岩样品进行了排烃品质判别。该判别既可区分排烃源岩与非排烃源岩，还可以区分其排烃类型。以本区I KTI 分别为25（样品数2个）、50（样品数14个）、80（样品数4个）的烃源岩样品为例，I KTI 为25的两个样品中，有一个样品的排甲烷气指数、排重烃气指数和排液态烃指数均小于0，表明其未发生排烃过程；另一个样品的排甲烷气指数、排重烃气指数在0∼25，而排液态烃指数小于0，表明其为差的排气源岩，发生了排气过程但无排油
岩指数（I SRI ）来表征烃源岩排烃的有效性，源岩指数是指烃源岩实际排出烃量（Q s ）占最优烃源岩排出烃量（Q em ）的百分数。I SRI,gl 、I SRI,gn 、I SRI,o 分别表示甲烷气烃源岩、重烃气烃源岩和液态烃源岩。I SRI (i ) 数值小于零、等于零、大于零分别与非源岩、临界源岩和源岩相对应，I SRI 越大，源岩的品质越好（表1），其计算模型如下
()
I SRI (i ) =Q p (i ) −Q rm (i ) /Q em (i ) ×100
(2)
式中，i 代表甲烷气（CH 4）、重烃气（C 2-C 4）和液态
a 甲烷气源岩指数（I KTI =80
）b 重烃气源岩指数（I KTI =80
）c 液态烃源岩指数（I KTI =80
）
d 甲烷气源岩指数（I KTI =50
）e 重烃气源岩指数（I KTI =50
）f 液态烃源岩指数（I KTI =50
）
g 甲烷气源岩指数（I KTI =25
）h 重烃气源岩指数（I KTI =25
）i 液态烃源岩指数（I KTI =25）
图2
Fig. 2
冀东探区高柳构造带沙三段烃源岩排烃判别图
The judgment of hydrocarbon expulsion of E s 3source rock ，Gaoliu Unit ，Jidong Area
表1
I SRI (i ) /%75∼10050∼7525∼500∼25
源岩指数等级划分
烃源岩品质
最好好较好差非排烃源岩
其该井排烃源岩的厚度，分别对大量探井的源岩样品进行拟合即得到区域的排烃源岩分布。对于缺少探井的地区，可以利用有井区排烃源岩的厚度结合沉积相进行预测，以此获得排烃源岩的准确分布。
Tab. 1The classification of Source Index
3排烃特征及定量分析
在源岩排烃有效性研究的基础上，利用烃源岩的生烃潜力变化特征（图1），即可确定烃源岩的排烃特征及排烃量的计算。3.1排烃特征计算模型
排烃特征模型主要包括排烃率、排烃效率、排烃强度等模型[12
13]
过程。I KTI 为50的样品有一个未进入排甲烷气和重烃气门限，而有6个样品未进入排液态烃门限，说明有一个样品未发生排油气过程，有5个样品发生了排气过程而未发生排油过程，其他样品既排油又排气。I KTI 为80的源岩样品，均为排烃源岩，均发生了排油气过程，依据其源岩指数，该类源岩属
于差—好排烃源岩。
利用单井源岩样品的排烃判别结果，即可获得
，各模型的建立如下。
（1）排烃率（q e ）是指进入排烃门限的源岩，对应每克有机碳排出烃量的多少，排烃率的计算模型为
68
′
′
西南石油大学学报（自然科学版）
′
′
2012年
) (′
′
(3) q e (z ) =I HCI,O −I HCI,P =µ·I HCI,P −I HCI,P =(µ−1) ·S 1+S 2/I TOC
(′) () ′′
1−C 1×S 1+S 2/100×I TOC
(4) µ=
000
1−C 1×S 1+S 2/100×I TOC
(′) () ′′
中，S 1代表烃源岩中可抽提的游离烃，S 2代表高式中，S 1+S 2/100×I TOC —进入排烃门限源
() () 000温（300∼600℃）热解烃。地质条件下，烃源岩的生岩的现今生烃潜力，mg/g；S 1+S 2/100×I TOC —对应于排烃门限处的源岩生烃潜力，mg/g；µ—生烃潜力恢复系数；I HCI,O —进入排烃门限源岩的原
′
始生烃潜力，mg/g；I HCI,P —进入排烃门限源岩的mg/g；S 2—热现今生烃潜力，mg/g；S 1—游离烃，
%；C 1—系数，解烃，mg/g；I TOC —有机碳含量，C 1=0. 083。
（2）排烃效率（R e ）计算模型
Q e
(5) R e =×100%
Q e rm
式中，R e —有效源岩的排烃效率，%；Q e —有效源岩的排烃量，g ；Q rm —有效源岩的残留烃量，g 。
R e 0表明源岩已进入排烃门限，值越大，说明烃源岩排烃条件越好。
（3）排烃强度（E hc ）计算模型
∫z
E hc =z q e (z ) ×H ×ρ(z ) ×I TOC ×d z
′
烃潜力表现为随热演化程度的增大先增大后减小，突变点对应的深度为烃源岩排烃门限深度。排烃门限深度之上，随热演化程度的增大，烃源岩不断生烃但尚未排烃，使得烃源岩的生烃潜力不断增大；排烃门限深度之下，随热演化程度的增大，烃源岩亦不断生烃，但由于大量排烃作用，导致其生烃潜力减小（图1）。
冀东探区高柳构造带沙三段烃源岩样品的研究表明，其生烃潜力曲线的突变点对应的R o 为0.78%，表明沙三段烃源岩排烃门限深度对应R o 为0.78%，R o 大于0.78%的沙三段烃源岩发生了大量排油气过程，而在不区分生烃门限与排烃门限的情况下，会把R o 位于0.5%至0.78%的烃源岩识别为排烃源岩。对于烃源岩生烃潜力曲线的选取，一般取烃源岩生烃潜力的包络线[14
15]
(6)
（图3a ）。考虑烃
式中，E hc —烃源岩的排烃强度，t/km；q e (z ) —烃源
岩的排烃率，mg/g；Z —烃源岩的埋深，m ；Z 0—排烃门限对应埋深，m ；H —烃源岩的厚度，m ；ρ(z ) —烃源岩的密度，g/cm3。3.2研究区排烃特征
在实际应用过程中，烃源岩排烃特征的研究) (
S 1+S 2
的变化，其主要依据烃源岩生烃潜力
I TOC
2
源岩往往存在较强的非均质性，本文采用最大包络线的平均值进行烃源岩的排烃特征研究（图3b ）。
由图3c 可见，本区R o 为0.78%的沙三段烃源岩，其排烃率为0，排烃效率亦为0；随R o 增大，烃源的排烃率逐渐增大，至R o 为1.1%，烃源岩的排烃率可达到400.00mg/g，排烃效率超过75%（图3d ），由此可见，烃源岩进入排烃门限后，排烃效率随热
演化程度的增大而增加。
图3高柳构造带沙三段烃源岩排烃模式图
Fig. 3The hydrocarbon expulsion model of E s 3source rock
第5期范柏江，等：烃源岩排烃门限在生排油气作用中的应用69
利用排烃率的变化特征，结合高柳构造带沙三段烃源岩的空间展布及源岩参数，得到该套烃源岩的最大排烃强度超过450.00×104t/km2，平均排烃强度为315.67×104t/km2，排烃量总计9.47×108t 。结合本区的埋藏历史（图4），即可获得该烃源岩的排烃历史。由图4可见，本区沙三段烃源岩的排烃高峰时期是馆陶期。按照全国油气资源动态评价对本区油气聚集系数的研究，采用22%的油气聚集系数，则本区沙三段烃源岩的油气资源量可达到2.08×108t
。
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图4
Fig. 4
冀东探区高柳构造带沙三段烃源岩排烃历史图
The hydrocarbon expulsion history of E s 3source rock ，Gaoliu
Unit ，Jidong Area
4结语
（1）利用烃源岩的排烃门限可以判断烃源岩排烃的有效性，剔出未发生排烃的源岩，对于排烃源岩的确定，以及排烃特征、排烃量的精细研究具有重要作用。同时，采用烃源岩的生烃潜力来研究烃源岩排烃所需的参数少，方法相对简单。
（2）冀东探区高柳构造带沙三段烃源岩排烃门限深度对应R o 为0.78%。进入该排烃门限的烃源岩才能大量排烃，随热演化程度的增大，源岩排烃率和排烃效率逐渐增大。
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2012年
作者简介
范柏江，1983年生，男，汉族，重庆丰都人，中国石油大学（北京）博士生，2009年获中国石油大学（北京）硕士学位。主要从事油气成藏机理以及油气资源评价方面的研究。E-mail ：
632258611@qq.com庞雄奇，1961年生，男，汉族，湖北崇阳人，教授，中国石油大学博士生导师。长期从事含油气盆地分析、油气资源评价以及油气成藏机理方面的教学与研究工作。E-mail ：
pangxq@cup.edu.cn师良，1988年生，女，汉族，陕西榆林人，毕业于中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，现主要从事油气转化、节能减排以及石油天然气相关分析的工作。E-mail ：459942621@qq.com
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Application of Hydrocarbon Expulsion Threshold in Studying the
Hydrocarbon Generation and Expulsion
Fan Bojiang 1, Pang Xiongqi 2, Shi Liang 3
1. Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum （Group ）Co. Ltd. ，Xi’an，Shaanxi 710075，China
2. State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting ，China University of Petroleum （Beijing ），Changping ，Beijing 102249，China 3. College of Mechanical and Transportation Engineering ，China University of Petroleum （Beijing ），Changping ，Beijing 102249，China
Abstract ：There has been disagreement about the judgment criterion of source rock for a long time. The concept of hy-drocarbon expulsion threshold was used to identify the hydrocarbon expulsion source rock in our study on the hydrocarbon generation/expulsionquantity and the hydrocarbon generation/expulsioncharacteristics in this paper. Thus ，the hydrocarbon expulsion history and hydrocarbon expulsion process can be acquired. The first step of the study is to judge the hydrocarbon expulsion source rock by using the source rock’squality judgment plate ；the second is to study the hydrocarbon expulsion characteristics by using the quantitative model. The studying on the E s 3source rock ，Gaoliu Unit ，Jidong Exploration Zone indicates that ，the Ro corresponding to the hydrocarbon expulsion threshold is 0.78%. The largest hydrocarbon expulsion inten-sity is larger than 450.00×104t/km2，and the average hydrocarbon expulsion intensity is 315.67×104t/km2. The hydrocarbon expulsion peak period is Guantao period ，and the total hydrocarbon expulsion quantity in the studying area is 2.08×108t. Key words ：source rock quality ；hydrocarbon expulsion ；hydrocarbon expulsion threshold ；quantitative analysis
编辑：杜增利；编辑部网址：http ：//www.swpuxb.com