利用干酪根H - C比评价烃源岩热成熟度与生烃潜力

成少量甲烷的情况下，这些数据表明在生烃高峰，每100个碳原子将消耗185个氢原子（H/C为1.85）；在湿气阶段，每100个碳原子消耗300个氢原子（H/C为3.0）；在干气阶段，每100个碳原子消耗400个氢原子（H/C为4.0）。化学计算结果如图1所示，显示了三种干酪根H/C比与有机碳损失重量百分比。有机质损失途径可作为原始H/C的一种体现。

烃源岩转化率可用有机碳损失量除以最大有机碳损失量来粗略估算。切如：II干配根原 始H／C为1.26（有机碳损失0％），而现在H/C为1.0（有机碳损失大约33%），那么它已经 生成的烃类占总烃量的70％（33／46）（图1）。I型有机质具有较高的原始H／C比（1. 59），在H／C比为1.0时，大约已转化生成总烃类的90％。石油最终生成量与原始TOC和原始干酪根氢含量成比例。

在成熟阶段，通过化学计量计算是否能得出H/C比的减少与有机碳重量损失百分比成比例关系仍不清楚。但是，通过加水热解实验，可以得到H／C比与有机磷重量损失百分比关系，这与利用费托定量分析端元干酪根和混合组分得到的结果是一致的。加水热解实验企图通过源岩中加水封闭体系来模拟自然界石油的生成过程。与开放体系（如Rock－Eval热解法）相比，加水热解实验生成的油在组分上更接近于原油。费托定量分析是一种将100g磨碎的页岩置于500°C温度下，加热lh，来计算物质质量平衡的方法。图2比较了原始H/C均为1.7的理论计算的II型干酪根有机碳重量损失百分比和H／C比与Monterey组II型干酪根在加水实验中的有机碳重量损失百分比和H／C比。类似地，图3绘制出了原始H／C比均为1.59的理论计算的I型未熟干酪根H／C比和Green River组页岩（I型干酪根）加水热解实验后测得H／C比的有机碳重量损失百分比变化图。在这两个实例中，非常好的相关性表明，H/C减少准确地反映了通过烃的生成造成干酪根有机碳的损失。另外，Dung（1989）指出费托定量分析转化率与澳大利亚油页岩干酪根的H／C具有非常好的相关性（几乎为线形）。图4为两个生油干酪根在加水热解实验中H/C比与生烃转化率关系图。这种非常好的相关性表明干酪根转化率与原始H／C比具有直接关系。

这样，对于企图快速评价指定成熟度烃源岩生烃潜力的勘探家来说，可以通过比较测定的H／C比和有机质显微分析获得的原始H／C比来得出有机碳重量损失百分比来估算。对

于原始H/C比合理估算，特别是保存完整的II型干酪根，原始H/C比几乎都为1.20～1.35。

2 排烃的定量估算

估计成熟烃源岩的排油量一直是人们所向往的。常用Rock—Eval热解参数S2乘以22来得出每英亩英尺的产油桶数。22是一个估计值，它是依据岩石的颗粒密度和原油比重确定的。定的。在加水热解实验作为一种常规方法被应用之前，还无法取代Rock－Eval热解参数S2作为烃源若定量评价的参数。但是，Rock－Eval热解参数仅能给出现在源岩的残余生烃潜

力，而不能直接给出排烃信息。在热解实验中，快速升温（25°C／min）和利用载气带出裂解产物会造成排烃率高于目然界的排烃率。有机地球化学家认识到仅依靠Rock－Eval热解参数S2会过高评价生烃潜力。

加水热解实验是除了Rock－Eval热解法外又一种能对烃源岩进行生烃评价的方法。在对烃源岩加水热模拟中，生成产物主要有沥青（抽提物）、吸附沥青（岩石表面吸附）和排出的原油。不同学者对不同类型干酪根进行了加水热解实验。Huizinga等（1988）模拟了绿河页岩（I型）的生烃量；Lewan（1985）对二叠系Phosporia页岩和志留系Woodford页岩（II型）的加水热解实验进行了报道；Peters等也对Miocene Montery组磷酸盐与硅质页岩进行了加水热模拟实验；Teerman等（1991）对North Dakota褐煤（III型）干酪根加水热模拟。通过加水热模拟实验能快速评价成熟烃该岩的排油量。不必根据模拟温度来确定排出原油量，仅需根据H／C比来确定。排出原油量（吸附+排出）换算成岩石TOC含量与H／C比关系如图5所示。从图中可得出有价值的信息，例如：换算成TOC的原油生成量与干酪根原始H／C比成一定比例关系。这是非常容易理解的，因为转化率也与干酪根原始H／C比有关。绿河页岩（H／C＝1.59），排出的液态物几乎是典型II干酪根（H/C=1.25）的2倍。在热成熟期间，North Dakota褐煤（III型）具有较低的H／C比，单位TOC排出烃也低。具有高的TOC含量的煤应显示出可生成大量液态物，但是镜质组与惰质组是煤的主体组成部分，这些显微组分具有很强的吸附能力，几乎阻止所生成液态物的大量排出。

图5也表明II型干酪根的加水实验也具有类似的排烃特征，明显具有独特的岩石学特征。一般而言，II型干酪根在原始H／C比为1.25时，在成熟阶段（H/C=0.50）时每英亩一英尺有机碳可排出60～65桶油。但是，这个值对加水热解实验并不是唯一的。Harwood（1977）报道了不同干酪根在封闭容器中的热解实验，并测试了实验前后元素的组成。通过比较干酿根H／C比与生成沥青量，发现在成熟阶段，Ecuador的Napo组页岩每英亩一英尺有机碳可生成大约65桶油，其原始H／C比为1.28。这一证据支持了生油源岩的排烃能力受原始H／C比、原始TOC以及源岩成熟度影响。一般而言，在成熟阶段（H/C=0.5）时，II型干酪根

在加水封闭热解和密闭热解实验每英亩一英尺有机碳都能生成60～65桶油。图5同样表明干酪根转化率与液态物排出之间H／C具有一个滞后效应。在H／C为1.0时，II型干酪根应将75％～80％的有效碳转化为原油（图1），但是，图5表明，许多在此阶段生成的原油仍在源岩中，这样就造成H／C比减少与排出原油在初期阶段并不是线形关系。在II型干酪根排出液态物与H／C比快速降低表明生成的沥青在排出前已充满岩石空隙。

如果已知干酪根类型、TOC和H／C比，通过干酪根H／C比与排出原油量之间的关系可初步粗略估计总的排烃能力、吸附力和已排出原油量。表4列出了3个实例。对于未熟烃源岩，这种方法更简单，因为总排烃力与吸附力是相同的。在样品已达成熟时，鉴别干酪根原始类型可很好地确定原始H／C比。利用这些信息，通过H／C比和有机碳损失可重建原始TOC（图2，3），原油排出量和吸附量也可通过图5计算出。

3结论

H／C比作为源岩评价参数一直未受到人们的重视，主要只因为Rock－Eval热解法的IH指数容易获得。但是，与IH指数相比，H／C比更能反映原始有机质类型以及可作为端元干酪根类型的热成熟度指标。与Rock－Eval热解法结合后干酪根H／C比对源岩评价有很大帮助，并能使地质工作者快速评价源岩成熟度、转化率和生烃量。

可通过成熟期间干酪根的H和C损失来确定有机质转化率。从加水热解实验中可知，I、II型干酪根的热解有机质的H／C比与有机碳重量损失百分比具相关性。根据这种关系，通过H/C比和干酪根原始类型可确定有机质损失量。而干酪根原始类型可通过镜下分析获得。通过加水热解实验能快速对烃源岩生烃能力、转化率和排烃能力做出定量预测。加水热解实验和H／C比评价排烃能力优于Rock－Eval热解法，因为在加水热解实验中可直接测量从成熟源岩中排出的原油量。