中國(guó)頁(yè)巖氣形成條件及勘探實(shí)踐

鄒才能 董大忠 楊樺 王玉滿(mǎn) 黃金亮 王淑芳 付成信

1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 2.北京大學(xué) 3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）

中國(guó)頁(yè)巖氣形成條件及勘探實(shí)踐

鄒才能1董大忠1楊樺1王玉滿(mǎn)1黃金亮1王淑芳2付成信3

1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 2.北京大學(xué) 3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）

中國(guó)非常規(guī)天然氣已實(shí)現(xiàn)了致密氣、煤層氣資源的規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)，正在尋求實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣資源的有效開(kāi)發(fā)。為此，通過(guò)對(duì)中國(guó)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖形成構(gòu)造背景、地質(zhì)特征、頁(yè)巖氣形成條件及影響因素的分析，認(rèn)為中國(guó)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖時(shí)代多、類(lèi)型豐富、形成環(huán)境復(fù)雜，不同類(lèi)型富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖地質(zhì)特征與頁(yè)巖氣形成條件差異明顯。中國(guó)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖形成環(huán)境有5類(lèi)：①克拉通邊緣半深水—深水陸棚相（揚(yáng)子地區(qū)下古生界）；②克拉通邊緣沼澤相（華北地區(qū)石炭—二疊系）；③前陸盆地湖—沼相（四川盆地上三疊統(tǒng)、西部地區(qū)三疊—侏羅系）；④裂谷盆地?cái)啵ㄛ辏┫莅肷睢詈啵ú澈撑璧毓沤岛托陆怠⑺蛇|盆地白堊系）；⑤大型陸內(nèi)坳陷盆地深湖相（鄂爾多斯盆地三疊系）。中國(guó)頁(yè)巖氣形成條件可歸納為：①富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育具有廣泛性；②富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖展布具有不均衡性；③不同類(lèi)型頁(yè)巖成氣潛力具有多樣性；④頁(yè)巖儲(chǔ)層具有差異性。中國(guó)頁(yè)巖氣區(qū)帶類(lèi)型可以劃歸4種類(lèi)型：熱裂解頁(yè)巖含氣區(qū)、熱成熟頁(yè)巖含氣區(qū)、深埋熱成熟頁(yè)巖含氣區(qū)和生物氣—低成熟頁(yè)巖含氣區(qū)。中國(guó)頁(yè)巖氣勘探實(shí)踐表明：中國(guó)擁有豐富的頁(yè)巖氣資源量，隨著理論與技術(shù)的突破、經(jīng)濟(jì)條件的改善，未來(lái)中國(guó)頁(yè)巖氣資源有較好發(fā)展前景。

中國(guó) 頁(yè)巖氣 形成條件 區(qū)帶類(lèi)型 成藏條件 納米孔隙 勘探實(shí)踐 發(fā)展前景

自20世紀(jì)80年代初中國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)，伴隨著經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和崛起，中國(guó)也成為越來(lái)越多資源的凈進(jìn)口國(guó)，1993年首次成為石油凈進(jìn)口國(guó)，2006年又跨入天然氣凈進(jìn)口國(guó)之列。目前，中國(guó)的石油對(duì)外依存度超過(guò)55%，天然氣的對(duì)外依存度也接近10%。為保障中國(guó)能源供給安全，緩解石油對(duì)外過(guò)渡依賴(lài)，擴(kuò)大天然氣消費(fèi)量，1987年中國(guó)開(kāi)始了煤層氣的地質(zhì)評(píng)價(jià)與勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)探索，2006年實(shí)現(xiàn)規(guī)模開(kāi)發(fā)，至2010年底在鄂爾多斯、沁水、渤海灣3個(gè)盆地探明煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量2 734×108m3，年產(chǎn)煤層氣15×108m3。2000年開(kāi)始了致密氣的勘探開(kāi)發(fā)和技術(shù)發(fā)展，至2010年已在中國(guó)陸上形成了鄂爾多斯盆地上古生界、四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組兩大致密氣產(chǎn)區(qū)，在吐哈、松遼、渤海灣、塔里木4個(gè)盆地發(fā)現(xiàn)規(guī)模致密氣儲(chǔ)量，累計(jì)探明致密氣儲(chǔ)量2.9×1012m3，年產(chǎn)致密氣226×108m3。

隨著北美頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)區(qū)帶的快速擴(kuò)展和頁(yè)巖氣產(chǎn)量的大幅飆升，頁(yè)巖氣迅速成為天然氣重要勘探開(kāi)發(fā)新熱點(diǎn)，在全球掀起了一場(chǎng)轟轟烈烈的“頁(yè)巖氣革命”。2005年以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始了規(guī)模性的頁(yè)巖氣前期地質(zhì)評(píng)價(jià)與勘探開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)，借鑒北美經(jīng)驗(yàn)，依靠理論創(chuàng)新，強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)步，邊研究邊發(fā)展，有序推進(jìn)。迄今，中國(guó)已在富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖地質(zhì)特征、頁(yè)巖氣形成地質(zhì)條件、有利頁(yè)巖氣遠(yuǎn)景區(qū)帶等認(rèn)識(shí)上取得重要進(jìn)展，在頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)中于四川盆地古生界海相頁(yè)巖等取得重要發(fā)現(xiàn)，未來(lái)發(fā)展需要突破“理論、技術(shù)、成本與環(huán)境”四道關(guān)。

1 頁(yè)巖氣內(nèi)涵與特征

頁(yè)巖氣為產(chǎn)自極低孔隙度和滲透率、以富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為主的儲(chǔ)集巖系中的天然氣。氣體成分以甲烷為主，賦存方式為游離氣和吸附氣并存，屬自生自?xún)?chǔ)、原位飽和成藏［1］。頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)必須通過(guò)大型人工造縫（網(wǎng)）工程才能形成工業(yè)產(chǎn)能，因此，也將其稱(chēng)之為“人造氣藏”（Artificial Reservoir）。

與常規(guī)及其他非常規(guī)天然氣藏不同，頁(yè)巖氣自身具有明顯特征（表1）［2－5］。主要特征表現(xiàn)在：①頁(yè)巖氣成因類(lèi)型多，可以形成于有機(jī)質(zhì)演化的各階段，包括生物成因氣、熱成因氣和熱裂解成因氣，源儲(chǔ)一體，成藏過(guò)程為持續(xù)充注、原位飽和聚集；②頁(yè)巖儲(chǔ)層超致密，孔隙類(lèi)型多樣，孔隙大小以微—納米級(jí)為主；③頁(yè)巖氣組成以甲烷為主，乙烷、丙烷等含量少，可以存在N2、CO2等非烴氣體，極少有H2S氣體，氣體賦存方式以吸附態(tài)、游離氣兩種方式為主，吸附氣占總氣量的比例為20%～80%；④頁(yè)巖氣分布不受構(gòu)造控制，沒(méi)有（或無(wú)明顯）圈閉界限，含氣范圍受成氣烴源巖面積和良好封蓋層控制，資源規(guī)模大，可采程度低（一般介于10%～35%），存在高豐度“甜點(diǎn)”核心區(qū)；⑤頁(yè)巖氣產(chǎn)出以非達(dá)西滲流為主，存在解吸、擴(kuò)散、滲流等相態(tài)與流動(dòng)機(jī)制的轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)周期長(zhǎng)；⑥頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)形成工業(yè)產(chǎn)能必須進(jìn)行儲(chǔ)層大型體積壓裂，改造前一般低產(chǎn)或無(wú)產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程中不產(chǎn)水或產(chǎn)水很少。

表1 頁(yè)巖氣與常規(guī)及其他非常規(guī)天然氣藏主要特征對(duì)比表

在含油氣區(qū)，頁(yè)巖氣的存在具有普遍性，只是由于埋藏深度、含氣程度等經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件的差別，使其部分具有工業(yè)價(jià)值，部分暫無(wú)工業(yè)價(jià)值。對(duì)比北美頁(yè)巖氣產(chǎn)區(qū)與中國(guó)頁(yè)巖氣勘探實(shí)踐，形成工業(yè)價(jià)值頁(yè)巖氣基本地質(zhì)條件為（表2）［6］：富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖必須具備較高有機(jī)質(zhì)豐度（TOC＞2.00%）、高熱成熟度（Ro＞1.1%），高脆性（石英、長(zhǎng)石等礦物含量大于40%）、低黏土礦物含量（小于30%）、有效頁(yè)巖（Hot Shale）厚度超過(guò)30m或50m、成氣后保存條件較好、存在超壓。

表2 頁(yè)巖氣有利區(qū)評(píng)價(jià)與選擇條件及標(biāo)準(zhǔn)表

2 中國(guó)頁(yè)巖氣形成條件

2.1 中國(guó)區(qū)域地質(zhì)背景

中國(guó)大陸處于太平洋、印度洋和西伯利亞等板塊交匯處，動(dòng)力學(xué)體系復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造具多塊體拼合、多期次、多旋回的復(fù)雜構(gòu)造特征。據(jù)童亨茂等的研究［7］，中國(guó)的地質(zhì)構(gòu)造演化分為前南華紀(jì)陸核形成與古中國(guó)地臺(tái)形成階段，古地臺(tái)解體與古中國(guó)大陸形成階段，印支期后中、新生代中國(guó)大陸繼承發(fā)展3大階段。在3大演化期中，形成了多類(lèi)型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多期疊合、多期構(gòu)造變動(dòng)的沉積盆地（圖1），每一階段都有富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育。古生代發(fā)育6種類(lèi)型盆地，以海相坳拉槽和克拉通坳陷盆地為主，這些盆地多被中、新生代盆地疊置。中、新生代盆地主要發(fā)育在大陸內(nèi)部，中國(guó)東部以伸展（裂谷）盆地為主，西部以擠壓撓曲（前陸）盆地為主，中部的四川盆地為前陸盆地、鄂爾多斯盆地為大型坳陷盆地，郯廬斷裂帶、阿爾金斷裂帶和橫斷山斷裂帶等走滑斷裂帶發(fā)育走滑類(lèi)盆地。不同演化階段、不同類(lèi)型盆地直接控制了中國(guó)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的發(fā)育與分布、類(lèi)型與頁(yè)巖氣潛力。

圖1 中國(guó)沉積盆地類(lèi)型及分布圖（據(jù)張一偉等，1996；轉(zhuǎn)引自童亨茂等，2004）盆地序號(hào)：1.松遼；2.海拉爾；3.二連；4.延吉；5.阜新；6.依蘭—伊通；7.渤海灣；8.江淮；9.南襄；10.蘇北—南黃海；11.江漢；12.東海；13.珠江口；14.北部灣；15.瓊東南；16.鶯歌海；17.山水；18.百色；19.陜甘寧；20.沁水；21.四川；22.楚雄；23.準(zhǔn)噶爾及其南緣；24.塔里木；25.酒泉—民樂(lè)；26.柴達(dá)木；27.可可西里；28.倫坡拉；29.日喀則；30.蘭坪—思茅；31.膠萊

2.2 中國(guó)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖類(lèi)型與分布

按沉積環(huán)境將富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分為3大類(lèi)：海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖、海陸過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖、湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖（表3～5）［1－2，6］。按其構(gòu)造—巖相又細(xì)分為5種形成類(lèi)型：海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要形成于克拉通內(nèi)坳陷或邊緣半深水—深水陸棚相，過(guò)渡相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖形成于克拉通邊緣沼澤相，煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要形成于前陸盆地湖—沼相，湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖形成于裂谷盆地?cái)啵ㄛ辏┫莺痛笮完憙?nèi)坳陷盆地的半深—深湖相。

2.2.1 海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖

全球海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育廣泛，北美產(chǎn)氣頁(yè)巖以晚古生代泥盆系、石炭系和二疊系海相頁(yè)巖為主，形成于克拉通邊緣坳陷及前陸坳陷。中國(guó)海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要發(fā)育在前古生代及早古生代，區(qū)域上分布于華北、南方、塔里木和青藏4個(gè)地區(qū)，層系上為盆地下部層位。

中國(guó)最古老的海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為中上元古界長(zhǎng)城—青白口系的下馬嶺組、薊縣系的鐵嶺組、洪水莊組頁(yè)巖和震旦系陡山坨組頁(yè)巖。長(zhǎng)城—青白口系頁(yè)巖分布在華北北部地區(qū)的張家口下花園—承德寬城一帶［8－10］，在鄂爾多斯盆地西緣也有零星出露。目前在露頭區(qū)發(fā)現(xiàn)一些以此套頁(yè)巖為源巖的油苗，但尚未發(fā)現(xiàn)以此為源巖形成的工業(yè)性油氣藏。震旦系頁(yè)巖在南方揚(yáng)子（尤其是中—上揚(yáng)子）地區(qū)廣泛分布，在塔里木盆地東北部庫(kù)魯克塔格及孔雀河斜坡、塔西南周邊露頭區(qū)也有發(fā)現(xiàn)。以震旦系頁(yè)巖為源巖的油氣苗及瀝青在露頭區(qū)廣泛存在，四川盆地威遠(yuǎn)氣田及高石梯氣田的形成也與其密切相關(guān)。

古生代是中國(guó)海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育的最主要時(shí)期，形成了多套海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖（圖2），其中早古生代寒武紀(jì)和志留紀(jì)頁(yè)巖最為典型。寒武紀(jì)在揚(yáng)子地臺(tái)、塔里木地臺(tái)和華北地臺(tái)3大主要海相沉積區(qū)，都發(fā)育了較好的頁(yè)巖地層，如南方揚(yáng)子地區(qū)的筇竹寺組頁(yè)巖（C－1q）（或滄浪鋪組、牛蹄塘組、水井沱組、巴山組、荷塘組、幕府山組頁(yè)巖）和塔里木盆地玉爾吐斯組（C－1y）與薩爾干組頁(yè)巖（C－3—O1s）。揚(yáng)子地區(qū)的寒武系頁(yè)巖形成于早寒武世，厚度大，分布范圍遍及整個(gè)揚(yáng)子地臺(tái)區(qū)（圖3），是麻江、凱里等古油藏及威遠(yuǎn)氣田的主要烴源巖。塔里木盆地寒武紀(jì)在早期和晚期各發(fā)育一套頁(yè)巖，在柯平、塔西南、塔中隆起、塔北隆起、滿(mǎn)加爾坳陷等區(qū)域廣泛分布，是塔里木盆地的重要烴源巖。志留紀(jì)頁(yè)巖在揚(yáng)子地區(qū)發(fā)育較好，以早志留世龍馬溪組頁(yè)巖為主，分布于整個(gè)揚(yáng)子地區(qū)（圖4），是四川盆地五百梯、羅家寨、建南等石炭系氣田的主力烴源巖。此外，在鄂爾多斯盆地西緣、塔里木盆地還發(fā)育有中—上奧陶統(tǒng)平?jīng)鼋M（O2p）、印干組（O3y）頁(yè)巖，在黔南—桂

中地區(qū)發(fā)育有泥盆系印堂—羅富組（D2－3y—l）頁(yè)巖，在滇東北發(fā)育了石炭系舊司組（C1j）頁(yè)巖。

表4 中國(guó)過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖地質(zhì)特征表

表5 中國(guó)湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖地質(zhì)特征表

圖2 中國(guó)南方地區(qū)下古生界的地層對(duì)比圖

圖3 中國(guó)南方揚(yáng)子地區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖厚度等值線(xiàn)圖

古生代海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖是中國(guó)頁(yè)巖氣勘探首選領(lǐng)域，除四川盆地、塔里木盆地等構(gòu)造穩(wěn)定的地臺(tái)區(qū)頁(yè)巖保存較好外，其余都處于現(xiàn)今盆地之外，遭受多次構(gòu)造改造或大面積裸露，評(píng)價(jià)這些區(qū)域的頁(yè)巖氣潛力，尋找相對(duì)穩(wěn)定、保存較好的頁(yè)巖區(qū)帶，將是中國(guó)頁(yè)巖氣勘探需要攻克的一個(gè)重大難題。

圖4 中國(guó)南方揚(yáng)子地區(qū)下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖厚度等值線(xiàn)圖

2.2.2 過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖

煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要為中生代三疊—侏羅系淺湖—沼澤沉積環(huán)境下形成的含煤頁(yè)巖［11］。這類(lèi)頁(yè)巖的共同特征是有機(jī)質(zhì)以陸源高等植物為主，頁(yè)巖與煤層共存、砂巖與頁(yè)巖互層。

石炭—二疊紀(jì)是中國(guó)大陸沉積環(huán)境由海向陸轉(zhuǎn)化的重要階段，在中國(guó)大陸形成了廣泛的海陸交互相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，包括準(zhǔn)噶爾盆地石炭系滴水泉—巴山組頁(yè)巖（C1d—C2b）、華北地區(qū)石炭系太原組頁(yè)巖（C3t）、二疊系本溪組（P1b）、山西組頁(yè)巖（P1sh）和南方地區(qū)二疊系梁山—龍?zhí)督M頁(yè)巖（P1l—P2l）。目前，石炭—二疊紀(jì)頁(yè)巖已被證實(shí)為準(zhǔn)噶爾盆地陸東—五彩灣、鄂爾多斯盆地蘇里格、渤海灣盆地蘇橋、四川盆地普光、羅家寨等氣田的主要烴源巖。

中生代晚三疊世以來(lái)，除青藏地區(qū)外，中國(guó)大陸全面進(jìn)入內(nèi)陸湖盆發(fā)展階段，沉積了以河流、湖泊、沼澤相為主的陸相含煤碎屑巖建造，發(fā)育了上三疊統(tǒng)—中下侏羅統(tǒng)煤系頁(yè)巖。四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組煤系頁(yè)巖遍及全盆地，川西坳陷發(fā)育最好，川東及川東南厚度相對(duì)較小。準(zhǔn)噶爾—吐哈盆地侏羅系發(fā)育八道灣組（J1b）、三工河組（J1s）和西山窯組（J2x）3套煤系頁(yè)巖，分布在準(zhǔn)噶爾盆地南緣及吐哈盆地臺(tái)北坳陷。塔里木盆地發(fā)育的黃山街組（T3h）、塔里奇克組（T3t）、陽(yáng)霞組（J1y）和克孜勒努爾組（J2k）4套煤系頁(yè)巖，分布在庫(kù)車(chē)、塔西南坳陷。

三疊—侏羅系煤系頁(yè)巖是四川盆地、塔里木盆地、吐哈盆地重要的烴源巖，已發(fā)現(xiàn)了克拉2、迪那2、新場(chǎng)等一批與此相關(guān)的大氣田，在吐哈盆地發(fā)現(xiàn)了大量工業(yè)性油藏。

2.2.3 湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖

湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要形成于二疊紀(jì)、三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)和新近紀(jì)、古近紀(jì)的陸相裂谷盆地、坳陷盆地［10］。二疊紀(jì)湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育在準(zhǔn)噶爾盆地，分布于準(zhǔn)噶爾盆地西部—南部坳陷，包括風(fēng)城組（P1f）、夏子街組（P2x）、烏爾禾組（P2－3w）3套頁(yè)巖。三疊紀(jì)湖相頁(yè)巖發(fā)育在鄂爾多斯盆地，為晚三疊世大型坳陷湖盆沉積，長(zhǎng)9段（T3ch9）、長(zhǎng)7段（T3ch7）頁(yè)巖最好，分布在盆地中南部，南部邊緣銅川地區(qū)有出露。侏羅紀(jì)在中—西部地區(qū)為大范圍含煤建造，但在四川盆地為內(nèi)陸淺湖—半深水湖相沉積，早—中侏羅世發(fā)育了自流井組（J1－2z）頁(yè)巖，在川中、川北和川東地區(qū)廣泛分布。白堊紀(jì)湖相頁(yè)巖發(fā)育在松遼盆地，包括下白堊統(tǒng)青山口組、嫩江組、沙河子組和營(yíng)城組頁(yè)巖，在全盆地分布。古近紀(jì)湖相頁(yè)巖在渤海灣盆地廣泛發(fā)育，以沙河街組［一段（E3s1）、三段（E3s3）、四段（E3s4）］為主，分布于渤海灣盆地各凹陷，黃驊和濟(jì)陽(yáng)坳陷存在孔店組頁(yè)巖（E3k）。

湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為中國(guó)陸上松遼、渤海灣、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾等大型產(chǎn)油區(qū)的主力源巖。

綜上所述，中國(guó)陸上富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖類(lèi)型多，時(shí)代廣，分布范圍大，具備頁(yè)巖氣形成良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.3 中國(guó)頁(yè)巖氣形成條件

與北美相比，中國(guó)陸上頁(yè)巖氣形成條件可概括為以下4點(diǎn)：

1）頁(yè)巖發(fā)育具廣泛性。不同時(shí)代不同地區(qū)都發(fā)育了程度不同的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖。

2）頁(yè)巖展布具非均衡性。海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布在以南方為主的3大區(qū)域，過(guò)渡相富有機(jī)質(zhì)與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布在中—西部2大區(qū)域4大盆地，湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布在4大盆地，受沉積凹陷限制分隔性強(qiáng)。

3）頁(yè)巖成氣潛力具多樣性。有機(jī)質(zhì)含量總體豐富，高有機(jī)質(zhì)含量（TOC＞2.00%）頁(yè)巖發(fā)育程度和集中程度不一；頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型存在腐泥型、腐殖型和混合型等多種類(lèi)型；頁(yè)巖形成時(shí)代賦存地質(zhì)背景不同熱成熟度變化范圍大。

4）頁(yè)巖儲(chǔ)層具差異性。不同頁(yè)巖在巖性組合、高TOC含量集中段發(fā)育程度、熱成熟度、礦物組成與含量、納米孔隙發(fā)育程度等主要儲(chǔ)層特征上存在明顯差異。

2.3.1 海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖成氣條件

中國(guó)海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布面積廣、厚度大［7，12－17］（圖1、表3）。南方地區(qū)古生界震旦系—石炭系海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布面積介于9.7×104（石炭系舊司組頁(yè)巖）～87×104km2（寒武系筇竹寺組頁(yè)巖），累計(jì)厚度介于200～1 500m，平均厚度為500m。川西南（自貢—宜賓）、川南—黔北（重慶—貴陽(yáng)）、川東—鄂西（石柱—彭水）、川北（廣元—南江）、當(dāng)陽(yáng)—張家界、鹽城—揚(yáng)州、寧國(guó)—石臺(tái)、黔南—桂中等地區(qū)厚度較大。塔里木盆地寒武系與奧陶系頁(yè)巖分布于巴楚—阿瓦提、滿(mǎn)東2個(gè)地區(qū)，以滿(mǎn)東地區(qū)寒武系頁(yè)巖發(fā)育為最佳，分布面積介于10×104（奧陶系印干組頁(yè)巖）～13×104km2（寒武系玉爾吐斯組頁(yè)巖），累計(jì)厚度介于40～300m，平均厚度為150m。

海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖主要形成于沉積速率較慢、水體較為封閉、有機(jī)質(zhì)較為豐富的環(huán)境中。有機(jī)質(zhì)（南方地區(qū)）主要為浮游藻類(lèi)（魚(yú)鱗藻、硅藻、光面球藻、小刺球藻、藍(lán)藻、色球藻等）、底棲藻類(lèi)（藻席、藻孢子囊、海綿、原始線(xiàn)葉植物等）和菌類(lèi)（硅質(zhì)細(xì)菌、鐵細(xì)菌、納米細(xì)菌、真菌）等，具多種有機(jī)質(zhì)共存特征，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為腐泥型—混合型。與北美產(chǎn)氣頁(yè)巖相似，中國(guó)富有機(jī)質(zhì)海相頁(yè)巖的TOC相當(dāng)范圍達(dá)到了頁(yè)巖氣形成與富集最低標(biāo)準(zhǔn)，頁(yè)巖氣前景樂(lè)觀。南方地區(qū)古生界頁(yè)巖的TOC介于0.43%～25.73%，平均為1.23%～4.71%。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖中TOC＞2.00%的高TOC頁(yè)巖厚度占頁(yè)巖總厚度的比例介于0.70%～80.00%，平均達(dá)34.00%，高TOC頁(yè)巖面積占頁(yè)巖總面積的比例為71.00%；上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖中高TOC頁(yè)巖厚度占頁(yè)巖總厚度的比例為19.00%，高TOC頁(yè)巖面積占頁(yè)巖總面積的比例為87.00%。塔里木盆地寒武—奧陶系頁(yè)巖TOC介于0.50%～14.21%，平均為1.50%～2.86%，高TOC頁(yè)巖厚度占頁(yè)巖總厚度的比例介于10%～20%，高TOC頁(yè)巖面積占頁(yè)巖總面積的比例介于25%～40%。值得注意的是塔里木盆地東部除發(fā)育較好的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖外，還發(fā)育了一套厚度介于100～200m、TOC介于1.00%～10.00%的海相灰質(zhì)頁(yè)巖或泥質(zhì)石灰?guī)r（圖5），其與海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖互層或相變，頁(yè)巖氣前景值得今后探索。

中國(guó)海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖熱成熟度高于北美產(chǎn)氣頁(yè)巖，也高于中國(guó)其他類(lèi)型頁(yè)巖。北美產(chǎn)氣頁(yè)巖Ro介于1.0%～3.5%，為成氣高峰期，中國(guó)海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖Ro介于1.5%～4.5%，為高—過(guò)成熟熱裂解成氣階段。南方海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖熱成熟度更高［12－17］，下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖Ro介于2.30%～5.12%，上奧陶統(tǒng)五峰—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖Ro介于2.4%～4.3%。從熱成熟度來(lái)看，中國(guó)海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖目前生氣潛力不具優(yōu)勢(shì)，要形成工業(yè)價(jià)值的頁(yè)巖氣富集區(qū)必須有良好的儲(chǔ)集及優(yōu)越的保存條件。關(guān)于這一點(diǎn)，在盆地中的穩(wěn)定區(qū)問(wèn)題不大，但在改造區(qū)或出露區(qū)會(huì)有一定風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)際勘探中應(yīng)給予高度重視。

頁(yè)巖礦物構(gòu)成對(duì)頁(yè)巖氣富集及后期開(kāi)發(fā)都至關(guān)重要［18］。實(shí)現(xiàn)商業(yè)性開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖氣產(chǎn)層的石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽巖等脆性礦物含量要超過(guò)40%、黏土礦物含量要小于30%（表2）。中國(guó)海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖由粉砂巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖、碳質(zhì)—鈣質(zhì)頁(yè)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖、黑色頁(yè)巖、筆石頁(yè)巖等組成，脆性礦物含量豐富，含量一般都超過(guò)40%。脆性礦物組成中，石英含量介于24.3%～52.0%、長(zhǎng)石含量介于4.3%～32.3%、方解石含量介于8.5%～16.9%，總脆性礦物含量介于53.3%～78.2%，黏土礦物含量小于40%，一般介于25.6%～39.5%，最高達(dá)56.4%。黏土礦物以伊利石為主，含少量綠泥石和高嶺石，不含蒙脫石，或僅在個(gè)別樣品中偶有出現(xiàn)，含量甚微。這表明高—過(guò)成熟海相頁(yè)巖中黏土礦物已全部轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定性礦物，不具水敏性，有利于大型清水壓裂。

圖5 塔里木盆地寒武—奧陶系頁(yè)巖TOC特征剖面圖

露頭與巖心觀察、巖石薄片鑒定與顯微電鏡分析發(fā)現(xiàn)，海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖微裂縫、基質(zhì)孔隙、有機(jī)質(zhì)孔隙發(fā)育（圖6），孔隙類(lèi)型豐富，包括無(wú)機(jī)礦物原生粒間孔、自生礦物晶間孔、黏土礦物層間縫、無(wú)機(jī)礦物顆粒次生溶蝕孔、雜基內(nèi)溶蝕孔、有機(jī)質(zhì)孔隙、構(gòu)造或成巖形微裂縫與層間隙等，有機(jī)質(zhì)孔隙是頁(yè)巖儲(chǔ)層獨(dú)有的一類(lèi)儲(chǔ)集空間，為有機(jī)質(zhì)生烴所形成。目前研究發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖儲(chǔ)集空間以納米級(jí)孔隙為主，裂縫以微裂縫為主。揚(yáng)子地區(qū)下古生界頁(yè)巖樣品壓汞測(cè)試與氬離子拋光電鏡觀察，孔隙直徑介于5～750nm，集中分布在20～80 nm，孔喉半徑介于10～30nm，平均為20nm。頁(yè)巖孔隙度介于2%～12%，平均值為4.0%左右，滲透率介于25nD～1.73mD，平均小于100nD。研究還發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖孔隙發(fā)育程度受無(wú)機(jī)礦物顆粒粒度與含量、黏土礦物成分與含量、有機(jī)質(zhì)含量、成巖作用等多重因素控制。

圖6 頁(yè)巖納米級(jí)孔隙特征SEM圖

總之，中國(guó)海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖分布范圍廣，厚度大，高TOC頁(yè)巖富集段發(fā)育，熱成熟度高，微—納米級(jí)孔隙豐富，脆性礦物豐富，頁(yè)巖氣成藏條件優(yōu)越，勘探前景最好。海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)類(lèi)型（腐泥型—混合型為主）屬傾成油型母質(zhì)，熱成熟度已達(dá)高—過(guò)成熟，頁(yè)巖氣以原油熱裂解氣為主，因此，海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖氣區(qū)帶為熱裂解含氣區(qū)帶類(lèi)型。

2.3.2 過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖成氣條件

中國(guó)過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育程度、分布范圍與海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖相當(dāng)（表4），其差異在于此類(lèi)頁(yè)巖分布受沉積相帶控制［11］，縱橫向變化快，單層厚度小，累計(jì)厚度大。華北地區(qū)石炭—二疊系頁(yè)巖分布面積介于10×104～20×104km2，累計(jì)厚度介于60～200m，最大累計(jì)厚度達(dá)300m；單層厚度介于8～15m，最大單層厚度達(dá)40m。南方地區(qū)二疊系頁(yè)巖分布面積介于20×104～50×104km2，累計(jì)厚度介于10～125m，最大單層厚度達(dá)25m［12］。四川盆地上三疊統(tǒng)、吐哈—準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系和塔里木盆地侏羅—三疊系湖—沼相煤系頁(yè)巖面積介于28.165×104～31.150×104km2，累計(jì)厚度介于50～1 240m，單層厚度介于5～15m，最大單層厚度近50m，縱橫向變化快。

過(guò)渡相與煤系頁(yè)巖TOC一般都超過(guò)1.00%，碳質(zhì)頁(yè)巖TOC多數(shù)超過(guò)10.00%。由于過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖單層厚度小，常與砂巖、煤層互層或相變，因此類(lèi)型頁(yè)巖中TOC＞2.00%的高TOC頁(yè)巖集中段不發(fā)育，僅在局部地區(qū)存在，推測(cè)在湖盆中心會(huì)有發(fā)育。過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)復(fù)雜，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以混合型—腐殖型為主，Ro介于1.0%～3.0%，處于成氣高峰期。華北地區(qū)石炭—二疊系頁(yè)巖TOC受沉積相影響大［11］，TOC介于0.50%～36.79%，其中沼澤相碳質(zhì)頁(yè)巖TOC高，為10.00%～30.00%，TOC平均為1.50%～4.20%。有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為混合型—腐殖型，Ro一般介于1.0%～2.5%，局部地區(qū)達(dá)3.0%。南方地區(qū)二疊系頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量與類(lèi)型受沉積環(huán)境影響，TOC介于0.10%～38.54%，平均為4.70%，多數(shù)超過(guò)3.00%。有機(jī)質(zhì)中高等植物、底棲藻類(lèi)、海灣潟湖或滯留盆地環(huán)境生物均有發(fā)育，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型呈腐泥型、混合型和腐殖型多類(lèi)型組合，Ro介于1.2%～3.2%。四川盆地、塔里木盆地及吐哈—準(zhǔn)噶爾盆地的三疊—侏羅系頁(yè)巖TOC介于0.50%～40.00%，平均為1.5%～3.3%，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為混合型—腐殖型，Ro介于0.7%～2.2%，為成熟—高成熟生氣階段。

過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖性主要為高碳質(zhì)頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖、黑色頁(yè)巖、粉砂巖、砂巖等，礦物組成宏觀上與海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖無(wú)差別，屬脆性礦物含量豐富、黏土礦物含量少的脆性頁(yè)巖。四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組頁(yè)巖石英含量介于33.2%～52.9%，長(zhǎng)石含量介于3.0%～20.0%，鄂爾多斯盆地石炭—二疊系頁(yè)巖石英含量介于32%～54%。在具體構(gòu)成上，過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖礦物組成與海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖還存在較大差異，最為明顯的是黏土礦物構(gòu)成除伊利石為主外，伊蒙混層和高嶺石含量比例高，如四川盆地上三疊統(tǒng)頁(yè)巖黏土礦物中伊利石含量介于49.4%～78.0%，伊蒙混層含量介于12.7%～22.0%，高嶺石含量介于11.0%～38.0%，綠泥石含量介于11.0%～56.0%。由此產(chǎn)生的影響是過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖儲(chǔ)集空間不發(fā)育、孔滲條件差。儲(chǔ)集空間以原生孔縫為主，納米孔發(fā)育少（圖6），孔隙度介于1.0%～1.3%，平均為1.2%，滲透率介于0.002～0.004mD。

由上述可知，過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育廣泛，TOC含量高，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以腐殖型為主，為傾成氣型母質(zhì)，熱成熟度處在成氣高峰階段，頁(yè)巖脆性適中，因此，有利于頁(yè)巖氣的形成，頁(yè)巖氣區(qū)帶類(lèi)型為熱成熟含氣區(qū)帶。過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖在累計(jì)厚度、單層厚度大的地區(qū)有較好的頁(yè)巖氣勘探前景，而單層厚度小，與煤層、砂巖互層的區(qū)域，或許有利于形成頁(yè)巖氣、煤層氣和致密砂巖氣等多類(lèi)型天然氣聚集，與北美頁(yè)巖氣類(lèi)型相比，或許是中國(guó)頁(yè)巖氣成藏一大特點(diǎn)。因此，深入研究頁(yè)巖氣、煤層氣和致密砂巖氣共生共藏、疊置規(guī)律將是有效開(kāi)發(fā)利用過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖的一個(gè)重要課題。

2.3.3 湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖成氣條件

湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖形成時(shí)間晚，有機(jī)質(zhì)來(lái)源于湖生浮游生物及部分陸源高等植物，有機(jī)質(zhì)豐富，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型以腐泥型—混合型為主。湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖巖石類(lèi)型主要為厚層狀黑色頁(yè)巖、砂巖，熱演化程度低，主體處于生油階段［19］。這類(lèi)頁(yè)巖存在生物成氣—低成熟氣區(qū)和盆地中心或埋深較大地區(qū)熱成熟氣區(qū)2種類(lèi)型頁(yè)巖氣區(qū)帶。研究認(rèn)為湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖氣前景較好的地區(qū)分布在松遼、鄂爾多斯、渤海灣、四川和準(zhǔn)噶爾等大型盆地中。

松遼盆地白堊系青山口組發(fā)育2套富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖（表5），形成于深湖—半深湖缺氧環(huán)境，在中央坳陷區(qū)廣泛分布［15］，面積介于1.6×104～1.8×104km2，厚度介于70～900m，TOC集中在4.00%～8.00%，最高達(dá)13.00%，TOC＞2.00%的頁(yè)巖厚度在中央凹陷帶超過(guò)100m，在盆地其他地區(qū)也有35～70m厚，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型主要為腐泥型、混合型，Ro介于0.4%～1.3%，Ro＞1.0%的區(qū)域有古龍、三肇、長(zhǎng)嶺等凹陷，成氣頁(yè)巖厚度介于50～60m，面積約3 000km2。青山口組頁(yè)巖礦物組成中，石英等陸源碎屑礦物含量介于35%～55%，平均為47%，碳酸鹽巖含量介于2%～23%，平均為11%。黏土礦物含量介于22%～49%，平均為39%。頁(yè)巖基質(zhì)孔隙發(fā)育，有黏土片內(nèi)孔、黏土片間孔、黃鐵礦晶間孔、黏土質(zhì)條帶和鈣質(zhì)條帶層界面孔、有機(jī)質(zhì)條帶和碎屑巖條帶層面孔、介形蟲(chóng)和碎屑顆粒粒間孔、介形蟲(chóng)內(nèi)溶蝕孔、泥巖裂縫等，孔隙度介于6.0%～12.0%。

渤海灣盆地古近系發(fā)育多套富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖（表5），巖性以鈣質(zhì)頁(yè)巖、厚層黑色頁(yè)巖為主，廣泛分布于各斷陷中［19］，面積介于1.8×104～2.3×104km2，厚度介于100～600m。有機(jī)質(zhì)為湖相富藻類(lèi)生物，有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為腐泥型—偏腐泥混合型，沙一段TOC介于0.80%～27.30%，平均為2.58%；沙三段TOC介于0.50%～13.80%，平均為3.50%；沙四段TOC介于0.67%～16.70%，平均為3.20%。熱演化程度大部分處于液態(tài)窗范圍，在埋深超過(guò)4 000m區(qū)域進(jìn)入生氣范圍。沙一段Ro介于0.7%～1.8%，沙三段Ro介于0.4%～2.0%，沙四段Ro介于0.6%～3.0%。渤海灣盆地古近系頁(yè)巖礦物組成中，石英含量介于7%～66%，平均為29%，長(zhǎng)石含量介于5%～34%，平均為17%，碳酸鹽巖含量介于4%～70%，平均為54%，黏土礦物含量介于3%～54%，平均為25%。黏土礦物構(gòu)成中，伊／蒙混層含量介于34.2%～61.2%，平均為47.7%，伊利石含量介于29.5%～59.0%，平均為44.2%，高嶺石含量介于4.7%～6.4%，平均為5.6%，綠泥石含量介于2.1%～2.9%，平均為2.5%。頁(yè)巖發(fā)育黏土礦物間孔、無(wú)機(jī)礦物粒間孔、生物骨架孔、碳酸鹽巖與黃鐵礦晶間孔、頁(yè)巖干縮縫等，孔隙直徑介于44～250nm，平均為76nm，孔隙度介于0.5%～9.8%，平均為5.6%，滲透率介于0.06～1.60mD。

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)4＋5—長(zhǎng)9段發(fā)育多套富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖，長(zhǎng)7段、長(zhǎng)9段分布廣、厚度大，TOC高。2套頁(yè)巖分布面積近10×104km2，厚度介于30～120m。長(zhǎng)7段頁(yè)巖TOC介于2.40%～36.22%，平均為8.30%；長(zhǎng)9段頁(yè)巖TOC介于0.40%～11.30%，平均為3.14%。Ro介于0.73%～1.16%，在吳旗—慶陽(yáng)—富縣一帶Ro＞1.0%，進(jìn)入成氣階段，成氣頁(yè)巖厚度為60m，面積約1.4×104km2。長(zhǎng)7段、長(zhǎng)9段頁(yè)巖礦物組成中石英含量介于27%～ 47%，平均為40%，總脆性礦物含量介于5%～70%。

四川盆地下侏羅統(tǒng)頁(yè)巖分布面積約9×104km2，厚度介于40～180m。TOC介于0.51%～11.82%，平均為1.20%。有機(jī)質(zhì)類(lèi)型為偏腐殖混合型—腐殖型，Ro介于1.4%～1.8%。礦物組成中，石英等脆性礦物含量介于41.9%～57.3%，平均為49.6%，黏土礦物含量介于41.2%～56.1%，平均為48.7%。黏土礦物主要為伊利石（23%～54%）、綠泥石（0～36%）、伊蒙混層（10%～66%），伊蒙混層中混層比低（2.5%～16%）。頁(yè)巖孔隙直徑介于38～375nm，平均92 nm?？紫抖冉橛?.0%～8.4%，平均為3.7%，滲透率介于12nD～9.60mD，平均為0.66mD。

湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖時(shí)代新、熱成熟度不高、成巖作用低、黏土礦物中遇水膨脹礦物含量多，頁(yè)巖氣形成條件與其他類(lèi)型頁(yè)巖不同。湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育區(qū)已是中國(guó)主要產(chǎn)油氣區(qū)，地表平坦，地面設(shè)施完善，通過(guò)理論與技術(shù)創(chuàng)新，會(huì)有較好的勘探前景。

2.4 中國(guó)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖含氣特征

含氣性是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣前景的重要參數(shù)。含氣性與頁(yè)巖TOC、熱成熟度、礦物組成、孔隙發(fā)育程度、地層壓力等因素有關(guān)［1－6，18］。頁(yè)巖含氣多寡成為決定頁(yè)巖氣是否具有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的最終指標(biāo)。北美已開(kāi)發(fā)頁(yè)巖的含氣量為1.1～9.9m3／t，Rimrock Energy、Schlumberger、EIA［20－21］等公司或機(jī)構(gòu)認(rèn)為有利頁(yè)巖氣區(qū)的含氣量最低下限為2m3／t，目前國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣選區(qū)中基本采用這一標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)頁(yè)巖氣勘探實(shí)踐處于早期評(píng)價(jià)與先導(dǎo)試驗(yàn)階段，尚無(wú)頁(yè)巖氣產(chǎn)區(qū)，頁(yè)巖含氣量數(shù)據(jù)有限。對(duì)頁(yè)巖含氣性的判斷較大程度上依據(jù)已有鉆井的氣顯示。據(jù)經(jīng)驗(yàn)，鉆井過(guò)程中的氣顯示程度與地層含氣性一般有正相關(guān)性。中國(guó)南方海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖在四川盆地有107口井在下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖、有23口井在下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖中見(jiàn)豐富的氣侵、井涌和井噴等氣顯示，1966年鉆探的威5井在下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖段發(fā)生氣侵與井噴，經(jīng)測(cè)試獲日產(chǎn)氣2.46×104m3。四川盆地周邊的方深1等井在下寒武統(tǒng)牛蹄塘組頁(yè)巖、丁山1、林1等井在下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖中也發(fā)現(xiàn)了良好的氣測(cè)異常。華北地區(qū)沁水盆地鉆探過(guò)程中石炭—二疊系頁(yè)巖段氣測(cè)異常普遍，顯示厚度介于1.2～100.0m。鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組頁(yè)巖段鉆井過(guò)程中氣測(cè)異?；钴S。新疆準(zhǔn)噶爾盆地中—下侏羅統(tǒng)頁(yè)巖鉆井錄井中氣測(cè)異?；钴S，顯示厚度介于2.4～12.0m。據(jù)此判斷，中國(guó)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖有較好的含氣潛力。通過(guò)對(duì)南方古生界海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)鉆井巖心的實(shí)際含氣量測(cè)定，下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁(yè)巖含氣量介于0.13～5.02 m3／t，平均為2.14m3／t，上奧陶統(tǒng)五峰—下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖含氣量介于0.29～6.50m3／t，平均為2.22m3／t，均達(dá)到或超過(guò)了北美有利頁(yè)巖氣區(qū)含氣量最低下限。

3 中國(guó)頁(yè)巖氣勘探實(shí)踐

3.1 中國(guó)頁(yè)巖氣勘探進(jìn)展

與北美相比，中國(guó)頁(yè)巖氣勘探起步較晚，而與全球其他地區(qū)相比，中國(guó)頁(yè)巖氣勘探處于領(lǐng)先地位，為北美以外地區(qū)率先實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣突破和工業(yè)化先導(dǎo)試驗(yàn)的國(guó)家。實(shí)際上，中國(guó)油氣勘探界對(duì)于頁(yè)巖氣并不陌生。1994—1998年間中國(guó)針對(duì)頁(yè)巖裂縫油氣藏做過(guò)大量工作，此后一些學(xué)者在個(gè)別地區(qū)涉及過(guò)頁(yè)巖氣的研究。迄今，中國(guó)頁(yè)巖氣勘探經(jīng)歷了頁(yè)巖裂縫性油氣藏勘探、基礎(chǔ)地質(zhì)條件研究與技術(shù)儲(chǔ)備、工業(yè)性突破等3個(gè)階段（圖7），邁入工業(yè)化生產(chǎn)先導(dǎo)試驗(yàn)階段。

圖7 中國(guó)頁(yè)巖氣勘探發(fā)展歷程圖

中國(guó)近年的頁(yè)巖氣熱潮始于2005年。2005年以來(lái)，中國(guó)石油天然氣股份有限公司、中國(guó)石油化工股份有限公司、國(guó)土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）等單位相繼借鑒北美成功經(jīng)驗(yàn)，以老井復(fù)查、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，開(kāi)展了中國(guó)陸上頁(yè)巖氣形成地質(zhì)條件和資源潛力評(píng)價(jià)，在頁(yè)巖氣遠(yuǎn)景區(qū)進(jìn)行地質(zhì)淺井、參數(shù)井和地震勘探，獲取頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)關(guān)鍵參數(shù)［22］，評(píng)價(jià)優(yōu)選有利頁(yè)巖氣區(qū)帶，鉆探頁(yè)巖氣評(píng)價(jià)井，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)頁(yè)巖氣勘探初步突破，證實(shí)了中國(guó)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖具有較好的頁(yè)巖氣勘探前景。

中國(guó)政府對(duì)中國(guó)頁(yè)巖氣勘探給予了高度重視。2009年中國(guó)與美國(guó)簽署了《中美關(guān)于在頁(yè)巖氣領(lǐng)域開(kāi)展合作的諒解備忘錄》，國(guó)土資源部設(shè)立了“全國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力調(diào)查評(píng)價(jià)及有利區(qū)優(yōu)選”重大專(zhuān)項(xiàng)；2010年中國(guó)與美國(guó)制訂并簽署了《美國(guó)國(guó)務(wù)院和中國(guó)國(guó)家能源局關(guān)于中美頁(yè)巖氣資源工作行動(dòng)計(jì)劃》、成立了國(guó)家能源頁(yè)巖氣研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心；2011年科技部在油氣重大專(zhuān)項(xiàng)中設(shè)立《頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)》項(xiàng)目，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等多部委聯(lián)合編制了中國(guó)頁(yè)巖氣“十二五”勘探開(kāi)發(fā)規(guī)劃。目前，中國(guó)已在陸上廣泛開(kāi)展了頁(yè)巖氣前期地質(zhì)評(píng)價(jià)和勘探開(kāi)發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)，初步明確了上揚(yáng)子區(qū)古生界海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖為中國(guó)陸上頁(yè)巖氣勘探最有利領(lǐng)域。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)（圖8），中國(guó)已在陸上四川、鄂爾多斯、渤海灣、沁水、泌陽(yáng)等盆地，云南昭通、貴州大方、建南、銅仁等地區(qū)開(kāi)展了頁(yè)巖氣鉆探與水力壓裂試氣，完鉆頁(yè)巖氣井35口（其中水平井5口），水力壓裂試氣井14（氣中水平井2口），獲工業(yè)氣（油）流井11口（其中水平井1口），初產(chǎn)超過(guò)1× 104m3／d氣井7口。四川盆地、云南昭通實(shí)現(xiàn)了古生界海相頁(yè)巖氣的突破；四川盆地、鄂爾多斯盆地陸相頁(yè)巖氣見(jiàn)到良好顯示；泌陽(yáng)盆地陸相頁(yè)巖油勘探也取得了進(jìn)展。

圖8 中國(guó)頁(yè)巖氣勘探形勢(shì)圖

3.2 中國(guó)頁(yè)巖氣發(fā)展前景

頁(yè)巖氣產(chǎn)量在北美快速增長(zhǎng)，2010年年產(chǎn)量約1 500×108m3，占北美天然氣總產(chǎn)量的18%，改變了北美天然氣供應(yīng)局面，影響了全球天然氣格局。中國(guó)頁(yè)巖氣勘探的快速升溫，一批頁(yè)巖氣先導(dǎo)試驗(yàn)井的相繼鉆探并試采，初步展示了中國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力。

據(jù)不同學(xué)者或機(jī)構(gòu)對(duì)頁(yè)巖氣資源的預(yù)測(cè)（表6），中國(guó)頁(yè)巖氣地質(zhì)資源量介于30×1012～166×1012m3，技術(shù)可采資源量介于7×1012～45×1012m3。據(jù)此，有專(zhuān)家預(yù)測(cè)中國(guó)頁(yè)巖氣年產(chǎn)量近10年內(nèi)有望達(dá)到100 ×108m3左右，主要取決于理論突破、技術(shù)進(jìn)步、成本降低和政策扶持?？偟恼J(rèn)為，中國(guó)頁(yè)巖氣具有較好的發(fā)展前景。

表6 中國(guó)陸上頁(yè)巖氣資源量預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)表

頁(yè)巖氣為典型的非常規(guī)氣藏，與目前開(kāi)采的其他類(lèi)型氣藏有明顯差異。中國(guó)頁(yè)巖氣勘探雖在先導(dǎo)試驗(yàn)井取得突破，但仍為起步階段，發(fā)展基礎(chǔ)與北美頁(yè)巖氣成熟區(qū)相比有特殊性。因此，中國(guó)頁(yè)巖氣勘探的成功不會(huì)一蹴而就，需要一定時(shí)間的探索與實(shí)踐。未來(lái)5～10年需要堅(jiān)持深化地質(zhì)認(rèn)識(shí)與技術(shù)攻關(guān)，突出基礎(chǔ)地質(zhì)研究、核心區(qū)評(píng)價(jià)和先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)建設(shè)。海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖氣重在深化基礎(chǔ)地質(zhì)研究，落實(shí)經(jīng)濟(jì)可采資源，優(yōu)選開(kāi)發(fā)核心區(qū)，強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，推進(jìn)先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)建設(shè)，形成一定規(guī)模頁(yè)巖氣產(chǎn)量。過(guò)渡相、煤系及湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖以地質(zhì)條件評(píng)價(jià)為重點(diǎn)，以技術(shù)可采資源潛力落實(shí)為核心，鉆探一批先導(dǎo)試驗(yàn)井，優(yōu)選有利頁(yè)巖氣區(qū)帶和層系，實(shí)現(xiàn)中國(guó)頁(yè)巖氣持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

4 結(jié)論

1）中國(guó)大陸經(jīng)歷了多期、復(fù)雜構(gòu)造演化，形成了多類(lèi)型、多層系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖。不同類(lèi)型頁(yè)巖成氣條件有差異，頁(yè)巖氣前景不同，勘探中要區(qū)別對(duì)待。

2）古生界海相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖厚度大，分布穩(wěn)定，有機(jī)碳含量高，熱成熟度高，脆性好，納米孔隙發(fā)育，先導(dǎo)試驗(yàn)已取得突破，蜀南等地區(qū)勘探前景比較現(xiàn)實(shí)。

3）過(guò)渡相與煤系富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖廣泛發(fā)育，總厚度大，有機(jī)碳含量高，處在成氣高峰期，脆性礦物含量適中，有利于形成頁(yè)巖氣。但頁(yè)巖單層厚度小，與砂巖間互分布，橫向變化大，納米孔隙發(fā)育少，物性較差，黏土礦物中高嶺石與伊／蒙混層比例高，有較好頁(yè)巖氣資源前景，勘探前景尚具不確定性。

4）湖相富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖總厚度大，有機(jī)碳含量高，熱成熟度低，頁(yè)巖成巖作用低，黏土礦物中水敏礦物含量多，有利區(qū)以盆地中心或埋深較大地區(qū)為主，開(kāi)采技術(shù)要求高。

5）中國(guó)頁(yè)巖氣勘探尚處起步階段，發(fā)展基礎(chǔ)與北美頁(yè)巖氣成熟區(qū)不同，規(guī)模發(fā)展不會(huì)一蹴而就，需要一段時(shí)間的探索與實(shí)踐。

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2011－11－18 編輯 居維清）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.12.005

Zhou Caineng，professor，born in 1963，is vice president of PetroChina Petroleum Exploration and Development Research Institute.Add：Mail Box 910，No.20，Xueyuan Rd.，Haidian District，Beijing 100083，P.R.China

Conditions of shale gas accumulation and exploration practices in China

Zhou Caineng1，Dong Dazhong1，Yang Hua1，Wang Yuman1，Huang Jinliang1，Wang Shufang2，F(xiàn)u Chengxin3
（1.Petroleum Exploraiton and Development Research Institute，PetroChina，Beijing100083，China；2.Peking University，Beijing100871，China；3.China University of Geosciences，Beijing100083，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME31，ISSUE12，pp.26－39，12／25／2011.（ISSN1000－0976；In Chinese）

Commercial and scale production of tight gas and CBM has already been achieved in China at present and the effective development of shale gas is to be expected.Based on the analysis of tectonic settings and geological characteristics as well as the conditions of shale gas accumulation and their influential factors，it is believed that the organic－rich shales in China are featured by multiple ages，various types，complex forming environment，and significant differences of geological characteristics and accumulation conditions between different types of organic－rich shales.In conclusion，there are 5types of organic－rich shale gas forming environment，including semi－deep and deepwater shelf facies at cratonic margins（the Lower Paleozoic in the Yangtze area），paludal facies at cratonic margins（the Permo－Carboniferous in North China），lake－swamp facies in foreland basins（the Upper Triassic in the Sichuan Basin，the Triassic－Jurassic West China），semi－deep to deep lake facies in rifted basins（the Paleogene and Neogene in the Bohai Bay Basin，the Cretaceous in the Songliao Basin），and deep lake facies in large intra－continental depressed basins（the Triassic in the Ordos Basin）.The major conditions of shale gas accumulation in China include extensiveness of organic－rich shale development，unevenness of organic－rich shale distribution，variety of gas generation potential of different shale，and diversity of shale gas reservoirs.There are 4types of shale gas plays，namely pyrolysis shale gas play，thermal mature shale gas play，deep buried mature shale gas play，and biogas ＆low mature shale gas play.The previous exploration practices reveal that shale gas resources are rich in China.The prospect of shale gas development in China will be bright along with the breakthrough of theory and technology and the improvement of economic conditions.

China，shale gas，forming environment，accumulation condition，resource potential，exploration practice，development prospect

國(guó)家大型油氣田與煤層氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目（編號(hào)：2011ZX05018－001）。

鄒才能，1963年生，教授級(jí)高級(jí)工程師，“李四光地質(zhì)科技獎(jiǎng)”獲得者，享受“國(guó)務(wù)院政府特殊津貼”，博士，本刊第七屆編委會(huì)委員；2004年獲中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè)博士學(xué)位；現(xiàn)任中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院副院長(zhǎng)兼總地質(zhì)師，擔(dān)任中國(guó)礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會(huì)等副理事長(zhǎng)。地址：（100083）北京市學(xué)院路20號(hào)910信箱。

鄒才能等.中國(guó)頁(yè)巖氣形成條件及勘探實(shí)踐.天然氣工業(yè)，2011，31（12）：26－39.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.12.005