古龙页岩油沉寂亿年终成“金”

□ 何 坤 曾花森

  • 来源:科普时报
  • 作者:
  • 2024-04-04 22:44

20世纪60年代,在发现大庆油田不久后,细心的石油地质人员便在钻井取芯中发现了一个秘密:刚出筒的页岩岩心在裂缝处有油气冒出。“在页岩里找油”自此在石油人心里生了根。

1981年,我国在古龙地区英12井的古龙页岩裂缝中,首次开采出原油,日产油达到3.83吨。由于技术、成本等因素的掣肘,此后很长一段时间里,古龙页岩油未能实现商业开发。直到2020年,大庆油田通过技术创新,终于取得了古龙页岩油开发的历史性重大战略突破。

油从哪里来

古龙页岩干酪根源自植物和细菌

自从石油被发现以来,人们就不断探索它的成因。20世纪70年代以来,石油的有机成因论得到普遍认同,即石油生成于富含有机质的沉积岩之中,而这种能生油的沉积岩也被称为生油岩或烃源岩。

石头里为什么能生成石油?其实,生油的物质是岩石中的沉积有机质,也就是石油地质家常说的“干酪根”。干酪根最早用于描述苏格兰的一种通过加热能生成蜡脂的页岩,后被石油地质家用于描述岩石中所有能生油的固体有机质。

干酪根的原始生物母质来源包括真核生物(浮游植物和高等植物)和原核生物(细菌)等。古龙页岩的生物母质来源丰富,包括浮游植物、高等植物和细菌。其中,浮游植物类包括绿藻、轮藻和沟鞭藻等,这些藻类多以层状堆积在页岩中。古龙页岩的有机质含量与藻类的富集程度有关,这说明它们是该套页岩主要的生物母质。陆生高等植物主要为孢子和花粉。其中,以蕨类植物最多,裸子植物次之,被子植物最少。细菌尤其是蓝细菌、绿硫细菌和嗜甲烷菌等原核生物,也是古龙页岩重要的生物母质来源。

油量有多少

古龙页岩层体积相当于120个三峡水库

距今大约9100万年前,松辽古湖达到全盛期,湖泊最大面积为12万平方公里,是目前我国陆地最大的湖泊——青海湖面积的27倍。当时雨水充沛,河流携带大量营养物质进入湖泊,各种浮游植物等生物得以爆发式生长。它们死亡后沉降在湖底,与石英、长石、黏土等矿物一起经过数百万年的沉积,最终形成平均厚度在110米左右的黑色富有机质页岩层,其体积接近于120个三峡水库。

岩石学观察显示,古龙页岩中干酪根可占到岩石总质量的1%—10%,平均为2%—4%。随着松辽盆地的持续沉降,地层温度和压力逐渐升高,在距今8500万年的时候,干酪根开始发生热降解生成石油。

据第四次全国油气资源评价估算,古龙页岩生成石油的总量超过900亿吨。其中,滞留在页岩内的石油量接近一半,大约有450亿吨。目前,古龙页岩油预测资源量超过151亿吨。2021年,针对齐家—古龙凹陷1413平方公里面积的青山口一段中下部油层,提交新增石油预测地质储量达12.68亿吨,证实古龙页岩油具有广阔的资源前景。

如何运移成藏

古龙页岩原油因运移距离形成三类油

松辽盆地中浅层发现的常规油、致密油和页岩油3类油气,主要是古龙页岩生成的,只是聚集在不同的位置。如果页岩油是滞留在页岩内的部分,那么常规油是远离页岩聚集的部分,而致密油就是在离页岩较近的地方聚集的部分。

从古龙页岩开始沉积到距今约6500万年,这一时期,页岩中的固体干酪根转化生成液体原油,会发生体积膨胀,导致页岩中的流体压力显著升高,进而驱动页岩中的原油顺着开启的裂缝和断层向外运移。

古龙页岩生成的原油沿着断裂向上远距离运移,会在远离页岩的大庆长垣聚集,形成大庆油田的常规油。原油向下或侧向短距离运移,就会在邻近页岩的下部地层中聚集,这些地层中的岩石后期由于埋深增加而变得致密,因此这些原油也被形象地称为致密油。构造演化和持续埋藏作用,导致古龙凹陷的断层变成封闭状态,岩石变得异常致密,页岩中的油气难以再向外运移,从而滞留下来聚集形成页岩油。

(何坤系中国石油勘探开发研究院高级工程师,曾花森系大庆油田有限责任公司正高级工程师)

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