新中國(guó)天然氣勘探開發(fā)70年來的重大進(jìn)展

戴金星 秦勝飛 胡國(guó)藝 倪云燕 甘利燈 黃士鵬 洪峰

0 引言

新中國(guó)成立70年來，中國(guó)天然氣勘探開發(fā)取得了重大的進(jìn)展，從貧氣國(guó)躍升為世界第6產(chǎn)氣大國(guó)。從人均擁有氣量和天然氣儲(chǔ)量呈量級(jí)陡升足以說明中國(guó)從貧氣國(guó)到產(chǎn)氣大國(guó)的歷程。1949年中國(guó)年產(chǎn)氣1117×104m3，年人均用氣0.0206m3，2018年產(chǎn)氣1602.7×108m3，年人均用氣114.8576m3，70年內(nèi)人均年用氣量增加5575倍；1949年中國(guó)天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量為3.85×108m3，人均天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為0.7107m3，2018年天然氣累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量167600.24×108m3，人均天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量12011.08m3，70年內(nèi)人均享有天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量增加了16900倍；1949年中國(guó)僅在四川盆地發(fā)現(xiàn)了自流井、石油溝和圣燈山氣田，臺(tái)灣省發(fā)現(xiàn)錦水、竹東、牛山和六重溪等小氣田，2018年中國(guó)共計(jì)發(fā)現(xiàn)了313個(gè)氣田（包括頁巖氣田5個(gè)、煤層氣田24個(gè)和二氧化碳?xì)馓?個(gè)），其中儲(chǔ)量超300×108m3的大氣田72個(gè)，蘇里格氣田和安岳氣田地質(zhì)儲(chǔ)量均超1×1012m3，這兩大氣田目前年產(chǎn)氣量均超過100×108m3。

70年來中國(guó)在產(chǎn)氣量、儲(chǔ)量和發(fā)現(xiàn)氣田數(shù)量上的輝煌業(yè)績(jī)，主要與地震勘探和鉆井技術(shù)飛速發(fā)展密切相關(guān)。1951年中國(guó)組建了第1個(gè)地震隊(duì)，并在鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)礦區(qū)首次開展了中國(guó)石油地震勘探，至2018年中國(guó)有191個(gè)石油勘探地震隊(duì)。中國(guó)地震勘探技術(shù)發(fā)展可劃分為4個(gè)階段：①光點(diǎn)地震（1964—1971年），應(yīng)用“五一”型光點(diǎn)地震儀，在感光紙上以光點(diǎn)照相記錄地震波信息，單點(diǎn)接受，不可回放，只能發(fā)現(xiàn)背斜圈閉和隆起，且效率低、精度低；②模擬地震（1965—1981年），應(yīng)用模擬磁帶地震儀，多次覆蓋，可回放記錄解釋，主要用于構(gòu)造解釋，嘗試用速度譜資料識(shí)別特殊巖性體；③數(shù)字地震（1974—1997年），使用數(shù)字地震儀，覆蓋次數(shù)提高+全數(shù)字處理解釋擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，用于構(gòu)造、巖性、含油氣性綜合評(píng)價(jià)等研究；④兩寬一高（2000年至今），兩寬一高（寬頻帶、寬方位、高密度）增加方位地震信息，解決裂縫和應(yīng)力等造成的各向異性問題，應(yīng)用領(lǐng)域從常規(guī)儲(chǔ)集層到非常規(guī)儲(chǔ)集層，如烴源巖品質(zhì)和工程品質(zhì)預(yù)測(cè)，水平井優(yōu)化部署與現(xiàn)場(chǎng)跟蹤。全數(shù)字三維可視化+虛擬現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)所見即所得。

1949年中國(guó)僅有8臺(tái)淺、中型鉆機(jī)，2018年中國(guó)共有石油鉆機(jī)2719臺(tái)，以中、深型鉆機(jī)為主，還有超深型鉆機(jī)。近年來通過深度達(dá)6000m的超深層鉆探，在塔里木盆地發(fā)現(xiàn)了克深、大北、塔中1號(hào)大氣田，在四川盆地發(fā)現(xiàn)元壩和龍崗大氣田，在塔里木盆地完成了亞洲陸上第1深井輪探1井（8882m）。鉆井技術(shù)由直井發(fā)展至水平井及酸化壓裂作業(yè)。水平井技術(shù)保障了頁巖氣產(chǎn)出，使中國(guó)涪陵、長(zhǎng)寧和威遠(yuǎn)頁巖氣田得以開發(fā)。

1 從貧氣國(guó)到天然氣大國(guó)

中國(guó)天然氣工業(yè)從新中國(guó)建立初期的一窮二白，經(jīng)過漫長(zhǎng)地艱苦探索，走向快速發(fā)展的道路，使中國(guó)天然氣探明儲(chǔ)量從微不足道到躋身于世界前列，天然氣產(chǎn)量也從微乎其微躍升為世界第6產(chǎn)氣大國(guó)。

1.1 天然氣資源大國(guó)的形成

1949年中國(guó)天然氣探明儲(chǔ)量?jī)H為3.85×108m3，在之后的數(shù)十年里，天然氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)緩慢，但從1979年之后的40年增長(zhǎng)明顯，特別是最近的20年增長(zhǎng)迅速。從1949年到1993年歷經(jīng)45年，中國(guó)天然氣累計(jì)探明儲(chǔ)量才上升到1×1012m3（不包括臺(tái)灣省，下同），而儲(chǔ)量增加到2×1012m3，僅用了6年時(shí)間。2009年，天然氣累計(jì)探明儲(chǔ)量突破7×1012m3，到2014年天然氣探明儲(chǔ)量突破了10×1012m3，2018年更是突破了15×1012m3（不包括頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)氣）。中國(guó)天然氣儲(chǔ)量的快速增長(zhǎng)與煤成氣的儲(chǔ)量增長(zhǎng)息息相關(guān)，煤成氣是中國(guó)天然氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)的主力軍。煤成氣在1999年累計(jì)探明儲(chǔ)量突破1×1012m3，僅過了兩年，儲(chǔ)量達(dá)到2×1012m3，至2018年累計(jì)儲(chǔ)量突破了9×1012m3。

全國(guó)發(fā)現(xiàn)煤成氣田188個(gè)（包括煤層氣田24個(gè)），煤成氣田占全國(guó)氣田313個(gè)的60.1%。2018年底全國(guó)煤成氣田累計(jì)探明儲(chǔ)量為92556×108m3，占當(dāng)年全國(guó)氣層氣累計(jì)探明儲(chǔ)量150622.6×108m3的61.4%，這與前人研究中國(guó)從氣田個(gè)數(shù)上和探明儲(chǔ)量上都以煤成氣為主的結(jié)論一致。

1.2 天然氣產(chǎn)量大國(guó)的形成

1949年中國(guó)天然氣產(chǎn)量只有1117×104m3，直至1957年中國(guó)天然氣年產(chǎn)量均在1×108m3以下；1958年產(chǎn)氣量達(dá)1.0643×108m3，1976年產(chǎn)量突破百億立方米（100.9501×108m3）。1998年產(chǎn)氣222.8×108m3，是年中國(guó)人均用氣僅17.9m3，為貧氣國(guó)。產(chǎn)氣大國(guó)標(biāo)準(zhǔn)是年產(chǎn)氣達(dá)500×108m3或更多的國(guó)家。1929年美國(guó)產(chǎn)氣541×108m3成為世界上第1個(gè)產(chǎn)氣大國(guó)；1960年俄羅斯（前蘇聯(lián)）產(chǎn)氣452.8×108m3成為世界第2個(gè)產(chǎn)氣大國(guó)。從1929年至2003年，世界年產(chǎn)氣達(dá)500×108m3的產(chǎn)氣大國(guó)只有11個(gè)。分析這些成為產(chǎn)氣大國(guó)的基本條件主要有兩項(xiàng)：①天然氣可采資源量大于13×1012m3；②剩余可采儲(chǔ)量最低要達(dá)1.2462×1012m3。2003年，中國(guó)天然氣可采資源量為13.32×1012～17×1012m3，剩余可采儲(chǔ)量為2.0894×1012m3，據(jù)此，戴金星、賈文瑞等、張抗等和趙賢正等推斷中國(guó)2005年可成為產(chǎn)氣大國(guó)。果然2005年中國(guó)年產(chǎn)氣499.5×108m3（其中煤成氣261.16×108m3，占52.3%），成為當(dāng)年世界第11位產(chǎn)氣大國(guó)，該年全世界有12個(gè)產(chǎn)氣大國(guó)。①2005年成為產(chǎn)氣大國(guó)之前中國(guó)各年天然氣中煤成氣產(chǎn)量占比均低于50%甚至更低，2005年之后各年煤成氣產(chǎn)量占比均高于50%，年均為56.5%，最多的2008年占66.2%；②2005年之后，年產(chǎn)氣上升率變大。

從1949年至2010年歷經(jīng)61年，中國(guó)累計(jì)產(chǎn)氣量達(dá)到1×1012m3（1.017×1012m3），之后歷經(jīng)8年至2018年累計(jì)產(chǎn)量就上升至2×1012m3（2.068×1012m3），可見中國(guó)年產(chǎn)氣量日益增加。

2 勘探開發(fā)和研究大氣田是快速發(fā)展天然氣工業(yè)的主要途徑

2.1 大氣田是天然氣工業(yè)的支柱

截至2018年底，中國(guó)共發(fā)現(xiàn)大氣田72個(gè)（包含4個(gè)頁巖氣田和4個(gè)煤層氣田），中國(guó)第1個(gè)大氣田發(fā)現(xiàn)于1959年的臥龍河氣田，地質(zhì)儲(chǔ)量380×108m3。中國(guó)大氣田主要分布在3大盆地：四川盆地共有25個(gè)（4個(gè)頁巖氣田）、鄂爾多斯盆地13個(gè)（1個(gè)煤層氣田）、塔里木盆地10個(gè)，同時(shí)，這3個(gè)盆地也是中國(guó)主產(chǎn)氣區(qū)。2018年，鄂爾多斯盆地大氣田天然氣產(chǎn)量為408.69×108m3，四川盆地大氣田產(chǎn)量為399.15×108m3，塔里木盆地大氣田產(chǎn)量為231.42×108m3，大氣田產(chǎn)量占各自盆地總產(chǎn)量的比例分別為87.9%、92.9%和85.4%。這3個(gè)盆地大氣田產(chǎn)量共計(jì)1039.26×108m3，占中國(guó)天然氣總產(chǎn)量的65%，因此這3個(gè)盆地大氣田在中國(guó)天然氣產(chǎn)量中占主體地位。

儲(chǔ)量大于1×1012m3的超大型氣田對(duì)產(chǎn)氣大國(guó)起重大作用，中國(guó)蘇里格和安岳兩個(gè)氣田均屬超大型氣田，2018年產(chǎn)氣量均超100×108m3，共產(chǎn)氣302.8×108m3，占全國(guó)產(chǎn)氣量的18.9%。目前世界產(chǎn)氣大國(guó)荷蘭和俄羅斯均勘探開發(fā)大氣田從貧氣國(guó)變?yōu)楫a(chǎn)氣大國(guó)。荷蘭在1958年天然氣可采儲(chǔ)量不足740×108m3，年產(chǎn)氣僅2×108m3，但1959年發(fā)現(xiàn)可采儲(chǔ)量近3×1012m3格羅寧根超大型氣田，1975年產(chǎn)氣828.8×108m3，由此向德國(guó)、法國(guó)和比利時(shí)出口天然氣，成為產(chǎn)氣大國(guó)。俄羅斯（前蘇聯(lián)）在20世紀(jì)50年代初天然氣儲(chǔ)量不足2230×108m3，年產(chǎn)氣僅57×108m3，是個(gè)貧氣國(guó)，1960—1990年由于發(fā)現(xiàn)40多個(gè)大氣田，使天然氣儲(chǔ)量達(dá)453069×108m3，天然氣年產(chǎn)量從453×108m3增長(zhǎng)到8150×108m3，使其由貧氣國(guó)一躍成為當(dāng)時(shí)世界第1天然氣大國(guó)。

2.2 大氣田發(fā)現(xiàn)高峰期也是中國(guó)儲(chǔ)量和產(chǎn)量快速增長(zhǎng)期

1949年中國(guó)累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量和年產(chǎn)氣量都極低，直至1990年中國(guó)累計(jì)探明天然氣儲(chǔ)量仍僅有7045×108m3，年產(chǎn)量152×108m3，在這40多年的時(shí)間里，中國(guó)天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量增長(zhǎng)緩慢，主要原因是這期間發(fā)現(xiàn)的大氣田數(shù)量很少，全國(guó)僅探明6個(gè)大氣田，而且沒有一個(gè)大氣田的儲(chǔ)量超過1000×108m3。但從1991年至2018年28年間，平均每年發(fā)現(xiàn)2.4個(gè)大氣田，而且單個(gè)大氣田的儲(chǔ)量規(guī)模也很大，超過1000×108m3的大氣田33個(gè)，蘇里格和安岳大氣田的儲(chǔ)量規(guī)模超過10000×108m3，這些大氣田的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了中國(guó)天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)。至2018年底中國(guó)72個(gè)大氣田累計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)124504×108m3，占全國(guó)探明天然氣儲(chǔ)量16.7×1012m3的75%。

從1991年至2000年大氣田發(fā)現(xiàn)數(shù)與天然氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)率正相關(guān)性顯著，但同期大氣田發(fā)現(xiàn)數(shù)與天然氣年產(chǎn)量增加率正相關(guān)性不顯著，這是由于大氣田開發(fā)和運(yùn)輸管線建設(shè)需要時(shí)間的緣故，這種滯后性從2001年之后就消退了，且顯示大氣田發(fā)現(xiàn)率與儲(chǔ)量和天然氣產(chǎn)量具有顯著正相關(guān)性。

2.3 大氣田主控因素和形成條件研究加速了大氣田的發(fā)現(xiàn)

自從“六五”期間以來，借助國(guó)家天然氣科技攻關(guān)等項(xiàng)目，中國(guó)學(xué)者持續(xù)開展大氣田形成主控因素研究，在大氣田形成的眾多影響因素中，總結(jié)出大氣田形成的7項(xiàng)定量和半定量的主控因素，并預(yù)測(cè)中國(guó)大氣田有利勘探領(lǐng)域，加速了一大批大氣田的發(fā)現(xiàn)。概括形成大氣田的定量和半定量主控因素主要包括：①生氣中心及其周緣生氣強(qiáng)度大于20×108m3/km2的區(qū)帶，有利于大氣田的形成；②大氣田成藏期晚，主要在新生代，若多次成藏則指最后一次成藏期；③有效氣源區(qū)存在古隆起圈閉；④大氣田多形成于煤系或其上、下圈閉中；⑤大氣田生氣區(qū)內(nèi)以孔隙型儲(chǔ)集層為主；⑥低氣勢(shì)區(qū)是大氣田聚集的有利地區(qū)；⑦異常壓力封存箱外（間）或箱內(nèi)有利于大氣田形成。利用上述大氣田形成的主控因素研究成果，成功地提前預(yù)測(cè)了中國(guó)大氣田展布情況，為中國(guó)大氣田發(fā)現(xiàn)和勘探提供了理論基礎(chǔ)，加速了大氣田的勘探開發(fā)。早期研究成果成功地預(yù)測(cè)了鄂爾多斯盆地天然氣有利地區(qū)，至2018年底鄂爾多斯盆地共發(fā)現(xiàn)大氣田12個(gè)（煤層大氣田除外），天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量達(dá)43461.89×108m3/km2，其中超過千億立方米的大氣田有9個(gè)，這些大氣田均分布在早期預(yù)測(cè)的天然氣有利勘探區(qū)范圍內(nèi)，并且基本上位于生氣強(qiáng)度大于20×108m3/km2的區(qū)帶內(nèi)，生氣強(qiáng)度控制著大氣田的分布。

3 天然氣新理論推動(dòng)天然氣工業(yè)更快發(fā)展

分類原則不同，可以劃分出不同的天然氣理論。根據(jù)氣組分中原子來源于有機(jī)質(zhì)或無機(jī)質(zhì)，形成了天然氣有機(jī)成因理論和無機(jī)成因理論；根據(jù)烷烴氣來源于腐泥型干酪根或腐殖型干酪根，形成了油型氣理論和煤成氣理論；主要根據(jù)儲(chǔ)源分離或儲(chǔ)源共體，形成了常規(guī)天然氣理論和非常規(guī)天然氣理論，后者還包括儲(chǔ)源分離如致密砂巖氣。

油型氣理論和煤成氣理論，是以往至今指導(dǎo)天然氣工業(yè)發(fā)展的功勛型理論。非常規(guī)氣理論在“頁巖氣革命”推動(dòng)下，對(duì)推動(dòng)今后天然氣工業(yè)更好發(fā)展顯示強(qiáng)大潛力。

3.1 煤成氣理論促進(jìn)了中國(guó)從貧氣國(guó)走向產(chǎn)氣大國(guó)

世界上19世紀(jì)70年代開始形成海相生油理論萌芽，之后一直在發(fā)展和完善；20世紀(jì)20年代以中國(guó)學(xué)者研究為主開始形成陸相生油理論。無論是海相生油理論或陸相生油理論均認(rèn)為腐泥型泥頁巖和碳酸鹽巖是油氣的源巖，區(qū)別是前者源巖為海相，后者源巖為陸相，故兩者均在油型氣理論范圍之內(nèi)。由此可見，指導(dǎo)世界天然氣勘探最早的傳統(tǒng)理論是油型氣理論。

20世紀(jì)40年代德國(guó)學(xué)者提出煤系能夠形成大量天然氣，并能聚集成工業(yè)性氣田，但未注意煤系可否成油而建立了純樸的煤成氣理論。此新理論的出現(xiàn)并首先在西歐指導(dǎo)天然氣勘探而取得了豐碩成果：在德國(guó)西北盆地發(fā)現(xiàn)格羅寧根超大型氣田等大批煤成氣田；在英荷盆地至少發(fā)現(xiàn)455個(gè)煤成氣田。

中國(guó)近代石油工業(yè)從1878年開始，經(jīng)過100年至1978年，均以油型氣理論即“一元論”指導(dǎo)天然氣勘探，天然氣工業(yè)極其薄弱，天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量均很少。中國(guó)煤成氣研究始于20世紀(jì)70年代末，1979年《成煤作用形成的天然氣與石油》指出煤系成烴的氣油主次關(guān)系，煤成氣核心理論是煤系為氣源巖，煤系成烴以氣為主油為輔。煤成氣新理論的出現(xiàn)，使指導(dǎo)中國(guó)天然氣勘探理論從油型氣“一元論”發(fā)展成煤成氣和油型氣的“二元論”。煤成氣理論開辟了中國(guó)天然氣勘探新領(lǐng)域，促進(jìn)了中國(guó)天然氣工業(yè)大發(fā)展，由以下幾方面足以可見：①煤成氣促進(jìn)了中國(guó)成為產(chǎn)氣大國(guó)，2005年中國(guó)成為世界第11位產(chǎn)氣大國(guó)。眾所周知：儲(chǔ)量是產(chǎn)量的基礎(chǔ)，在煤成氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量在天然氣中比例均超過50%時(shí)，中國(guó)才成為產(chǎn)氣大國(guó)；2005年中國(guó)以上兩者比例分別為62.4%和52.3%，這說明煤成氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量是中國(guó)成為世界產(chǎn)氣大國(guó)的基礎(chǔ)。②煤成大氣田是產(chǎn)氣大國(guó)的主力，截至2018年底中國(guó)共發(fā)現(xiàn)常規(guī)大氣田64個(gè)（累計(jì)探明天然氣儲(chǔ)量109425.21×108m3，不包括4個(gè)頁巖和4個(gè)煤層氣大氣田），其中煤成大氣田45個(gè)，累計(jì)探明天然氣儲(chǔ)量82912.42×108m3，全國(guó)累計(jì)探明天然氣儲(chǔ)量167600.24×108m3，故煤成大氣田儲(chǔ)量分別占全國(guó)天然氣儲(chǔ)量和大氣田總儲(chǔ)量的49.47%和75.77%。2018年全國(guó)天然氣產(chǎn)量為1602.7×108m3，大氣田產(chǎn)量為1081.56×108m3，其中煤成氣大氣田產(chǎn)量為816.27×108m3，故煤成氣大氣田產(chǎn)量分別占全國(guó)產(chǎn)氣量和大氣田產(chǎn)氣量的50.93%和75.47%。③煤成氣新理論指導(dǎo)天然氣勘探開發(fā)建成中國(guó)最大產(chǎn)氣區(qū)。鄂爾多斯盆地是中國(guó)最早用現(xiàn)代化鉆機(jī)勘探油氣的油田，從1907年延1井開始至1970年代末一直以海相和陸相生油理論指導(dǎo)勘探，不把石炭系—二疊系含煤地層作為氣源巖進(jìn)行勘探，天然氣勘探未有進(jìn)展，1980年初尤其是“六五”“煤成氣開發(fā)研究”天然氣科技攻關(guān)開始，長(zhǎng)慶油田和眾多學(xué)者指出石炭系—二疊系煤系是良好氣源巖，其至今仍是長(zhǎng)慶油田天然氣勘探重要目標(biāo)。鄂爾多斯盆地勘探開發(fā)取得重大進(jìn)展，成為中國(guó)第1個(gè)大氣區(qū)。2018年產(chǎn)氣464.96×108m3，是中國(guó)第1個(gè)年產(chǎn)氣超400×108m3盆地，占全國(guó)產(chǎn)氣量的29%。其中中國(guó)儲(chǔ)量和產(chǎn)量最高的蘇里格氣田，2018年累計(jì)探明天然氣儲(chǔ)量18598×108m3，年產(chǎn)氣量188.68×108m3，占全國(guó)產(chǎn)氣量的11.77%。全盆地共發(fā)現(xiàn)12個(gè)大氣田，除靖邊氣田是煤成氣和油型氣混源外其他均為煤成大氣田，其中9個(gè)儲(chǔ)量超1000×108m3。鄂爾多斯大氣區(qū)為京津冀和西北東部地區(qū)改善環(huán)境污染起了重大作用。④煤成克拉2大氣田發(fā)現(xiàn)和開發(fā)，催生了西氣東輸管線建設(shè)和中國(guó)第3大氣區(qū)塔里木氣區(qū)的誕生。盡管當(dāng)時(shí)一種意見認(rèn)為要西氣東輸管線年輸120×108m3天然氣，塔里木盆地儲(chǔ)量保證還不足，儲(chǔ)采比僅為28不宜建設(shè)該管線；但另一種意見認(rèn)為可建該工程，因?yàn)橛刑烊粴獾刭|(zhì)和開發(fā)優(yōu)越的“三最”的克拉2大氣田作基礎(chǔ)：最大的儲(chǔ)量豐度（59.05×108m3/km2）、最高的氣柱高度（468m）的氣田、最大的單井（克拉2-7井）產(chǎn)量（495.6×104m3/d）。同時(shí)庫(kù)車坳陷煤成氣潛力大，還可找到更多儲(chǔ)量。之后迪那2、大北、克深一批煤成氣大氣田發(fā)現(xiàn)，使西氣東輸?shù)膬?chǔ)量保證更充足，以及塔里木盆地現(xiàn)今已成為中國(guó)第3大氣區(qū)，證明煤成氣理論對(duì)中國(guó)天然氣工業(yè)發(fā)展意義重大。

3.2 頁巖氣理論為中國(guó)天然氣工業(yè)更快發(fā)展增添了新動(dòng)力

頁巖氣是產(chǎn)自極低孔滲、暗色富有機(jī)質(zhì)頁巖地層系統(tǒng)中源儲(chǔ)一體的天然氣，以吸附或游離狀態(tài)為主要聚集方式，本質(zhì)上為連續(xù)生成的生物成因氣、熱成因氣或兩者的混合氣。頁巖氣由于其分布廣、儲(chǔ)量大等特點(diǎn)，近10年來迅速崛起，受到越來越多國(guó)家的重視。美國(guó)自1821年鉆探第1口井深僅8m的頁巖氣井以來，經(jīng)過了近200年的發(fā)展，主要經(jīng)歷了4個(gè)階段：第1階段（1821—1978年），偶然發(fā)現(xiàn)階段；第2階段（1978—2003年），認(rèn)識(shí)創(chuàng)新與技術(shù)突破階段；第3階段（2003—2006年），水平井與水力壓裂技術(shù)推廣應(yīng)用階段（大發(fā)展階段）；第4階段（2007年至今），全球化發(fā)展階段。美國(guó)是世界上唯一實(shí)現(xiàn)頁巖氣大規(guī)模商業(yè)開采的國(guó)家。1981年被譽(yù)為Barnett頁巖氣之父的喬治·米歇爾對(duì)C.W.SlayNo.1井頁巖段實(shí)現(xiàn)大規(guī)模壓裂導(dǎo)致Barnett頁巖成為美國(guó)第1個(gè)大規(guī)模商業(yè)化開采的頁巖氣田，由此推動(dòng)了美國(guó)頁巖氣勘探開發(fā)的蓬勃發(fā)展和重大突破，在全球掀起了頁巖氣勘探開發(fā)的熱潮。目前在美國(guó)、中國(guó)、加拿大和阿根廷已取得可喜的開發(fā)成果。2018年，美國(guó)頁巖氣產(chǎn)量6072×108m3，頁巖氣探明儲(chǔ)量占天然氣總探明儲(chǔ)量的66%，使美國(guó)從進(jìn)口天然氣的產(chǎn)氣大國(guó)，躍變?yōu)槌隹谔烊粴獾漠a(chǎn)氣大國(guó)。

中國(guó)與北美都廣泛發(fā)育海相頁巖，但中國(guó)還發(fā)育海陸過渡相和陸相頁巖。中國(guó)和北美海相頁巖有機(jī)質(zhì)類型都以Ⅰ型或Ⅱ1型為主，中國(guó)海相頁巖時(shí)代老、埋深大（1500～5000m）、熱成熟度高（Ro值為2.0%～3.5%），成藏條件復(fù)雜，歷經(jīng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，保存條件差，勘探風(fēng)險(xiǎn)較大。中國(guó)陸相頁巖埋藏深度大，但熱成熟度低（Ro值為0.4%～1.3%）。中國(guó)頁巖儲(chǔ)集層含有大量脆性礦物，脆性系數(shù)可達(dá)46.15%，北美的儲(chǔ)集層脆性系數(shù)為38.27%，總體上中國(guó)頁巖比美國(guó)頁巖脆性更好。

中國(guó)頁巖與美國(guó)頁巖相比，由于埋深大，經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，保存條件差。海相頁巖年代老，成熟度高；陸相頁巖時(shí)代新，成熟度低，多數(shù)處于生油窗階段，中國(guó)頁巖氣地質(zhì)條件比美國(guó)差。美國(guó)1980年就啟動(dòng)了頁巖氣開發(fā)理論技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，而中國(guó)則晚了約30年。中國(guó)頁巖氣勘探開發(fā)大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：①學(xué)習(xí)借鑒階段（2003—2008年）；②選區(qū)評(píng)價(jià)與探井實(shí)施階段（2009—2012年）；③規(guī)模建產(chǎn)階段（2013年至現(xiàn)今）。中國(guó)在2008年與國(guó)際合作完成第1口頁巖氣井——長(zhǎng)芯1井，2009年中國(guó)石油實(shí)施頁巖氣威201直井，2010年發(fā)現(xiàn)了五峰組—龍馬溪組和筇竹寺組兩套頁巖氣目的層段，并獲得工業(yè)性頁巖氣流，由此推動(dòng)了自2013年以來，在四川盆地南部先后發(fā)現(xiàn)并開發(fā)了涪陵、威遠(yuǎn)、長(zhǎng)寧、戚榮等頁巖氣田。2018年底中國(guó)頁巖氣累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量10455.67×108m3，其中經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量1313.29×108m3，累計(jì)產(chǎn)氣量335.24×108m3。由于中國(guó)頁巖氣地質(zhì)資源量為（83.3～166.0）×1012m3，技術(shù)可采資源量為（10.0～36.1）×1012m3，總體上頁巖氣資源量豐富，具有較好的發(fā)展前景，目前中國(guó)已成為世界第2頁巖氣產(chǎn)氣大國(guó)，頁巖氣也是中國(guó)天然氣工業(yè)發(fā)展的新動(dòng)力。

3.3 煤層氣

全球有74個(gè)國(guó)家有煤層氣資源，其中90%的煤層氣資源分布在12個(gè)主要產(chǎn)煤國(guó)家。煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)較早的國(guó)家有美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、澳大利亞、英國(guó)、印度等，其中美國(guó)是煤層氣開發(fā)最成功和采量最大的國(guó)家。中國(guó)煤層氣資源開發(fā)分為3個(gè)階段：礦井抽放瓦斯階段（1952—1989年）、煤層氣開發(fā)技術(shù)引進(jìn)階段（1989—1995年）和煤層氣產(chǎn)業(yè)形成階段（1996年至今）。1995年以來，中國(guó)建立了國(guó)家煤層氣開發(fā)利用工程研究中心和煤礦瓦斯治理研究中心，1997年鉆探了沁南棗園第1口煤層氣井，到2015年，已經(jīng)建成了沁水、鄂東、陽煤等10個(gè)煤層氣產(chǎn)業(yè)示范工程項(xiàng)目基地。

中國(guó)煤層氣資源豐富，2006年國(guó)土資源部組織的“新一輪煤層氣資源評(píng)價(jià)”結(jié)果顯示，中國(guó)埋深2000m以淺煤層氣地質(zhì)資源總量為36.81×1012m3，可采資源量為10.87×1012m3。2015年國(guó)土資源部油氣戰(zhàn)略研究中心組織的“煤層氣資源動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)”結(jié)果顯示，中國(guó)埋深2000m以淺煤層氣總資源量約為30×1012m3，可采資源量約為12.5×1012m3，居世界第3位。截至2018年底，全國(guó)累計(jì)探明煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量6521.9×108m3，技術(shù)可采儲(chǔ)量超過3253×108m3，經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量超過2625×108m3。

中國(guó)煤層氣資源具有“多個(gè)煤階、多個(gè)深度、多期生氣、多源疊加、多期改造”的地質(zhì)特征。煤階煤質(zhì)種類多、煤層埋深跨度大、成煤條件多樣、成煤時(shí)代多期、煤變質(zhì)作用疊加、構(gòu)造變動(dòng)多幕，導(dǎo)致煤層氣成藏作用復(fù)雜和氣藏類型多樣。煤層氣賦存總體特征可概括為“四低一高”，即含氣飽和度低、滲透率低、資源豐度低、儲(chǔ)集層壓力低和變質(zhì)程度高。與美國(guó)、澳大利亞等國(guó)的煤層氣主力產(chǎn)區(qū)的儲(chǔ)集層特征相比，中國(guó)的煤層氣儲(chǔ)集層既有煤層厚度大、含氣量高、埋藏深度適中等有利特征，又有形成時(shí)代晚、構(gòu)造復(fù)雜、壓力系數(shù)低、滲透率低等不利因素，故中國(guó)煤層氣開發(fā)難度大，條件和產(chǎn)量不及美國(guó)，2018年僅產(chǎn)51.5×108m3。

4 結(jié)論

新中國(guó)70年來天然氣勘探開發(fā)取得重大進(jìn)展，從貧氣國(guó)躍升為世界第6產(chǎn)氣大國(guó)。1949年中國(guó)年產(chǎn)氣1117×104m3，探明天然氣儲(chǔ)量為3.85×108m3，人年均國(guó)產(chǎn)氣和儲(chǔ)量分別為0.0206m3和0.7107m3。而至2018年人年均國(guó)產(chǎn)氣114.8576m3，天然氣儲(chǔ)量為12011.08m3，人均國(guó)產(chǎn)氣量和儲(chǔ)量分別增加5575倍和16900倍。

勘探開發(fā)和研究大氣田是快速發(fā)展天然氣工業(yè)的的主要途徑。截至2018年底，中國(guó)共發(fā)現(xiàn)大氣田72個(gè)，其中蘇里格和安岳兩個(gè)大氣田探明地質(zhì)儲(chǔ)量超1×1012m3，也是年產(chǎn)氣量超100×108m3的大氣田。大氣田主要分布于四川（25個(gè)）、鄂爾多斯（13個(gè)）和塔里木（10個(gè)）3個(gè)盆地。2018年此3盆地大氣田共產(chǎn)氣1039.26×108m3，占中國(guó)天然氣總產(chǎn)量的65%，可見大氣田在中國(guó)產(chǎn)氣量中占主體地位。至2018年底中國(guó)72個(gè)大氣田累計(jì)探明天然氣儲(chǔ)量共124504×108m3，占全國(guó)探明天然氣儲(chǔ)量16.7×1012m3的75%，足以說明大氣田在天然氣工業(yè)中舉足輕重的作用。

天然氣新理論推動(dòng)中國(guó)天然氣工業(yè)更好更快發(fā)展。1979年之前指導(dǎo)天然氣勘探的是傳統(tǒng)的油型氣理論即“一元論”，1979年以來煤成氣成為指導(dǎo)天然氣勘探新理論，指導(dǎo)中國(guó)天然氣勘探理論從“一元論”發(fā)展為“二元論”（油型氣和煤成氣），使中國(guó)天然氣工業(yè)獲得快速發(fā)展。煤成氣是中國(guó)成為產(chǎn)氣大國(guó)的主力氣。2018年中國(guó)天然氣產(chǎn)量為1602.7×108m3，大氣田產(chǎn)氣1081.56×108m3，其中煤成大氣田產(chǎn)量為816.27×108m3，煤成氣大氣田產(chǎn)量分別占中國(guó)產(chǎn)氣量和大氣田的產(chǎn)氣量的50.93%和75.47%；2018年底中國(guó)煤成氣田累計(jì)探明儲(chǔ)量為92556×108m3，占當(dāng)年全國(guó)累計(jì)探明儲(chǔ)量150622.6×108m3的61.4%。頁巖氣理論21世紀(jì)初才在中國(guó)出現(xiàn)，但至2018年已取得重要進(jìn)展，目前頁巖氣年產(chǎn)量達(dá)108.8×108m3，探明開發(fā)了涪陵、長(zhǎng)寧、威遠(yuǎn)和威榮頁巖氣田，共計(jì)探明天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量10455.67×108m3，累計(jì)產(chǎn)氣335.24×108m3，在世界產(chǎn)氣4國(guó)（美國(guó)、中國(guó)、加拿大和阿根廷）中年產(chǎn)量?jī)H次美國(guó)，顯示了中國(guó)頁巖氣有較好的前景。

致謝：蘇義腦院士、何治亮教授和張功成教授提供了有關(guān)鉆井隊(duì)和地震隊(duì)數(shù)據(jù)，深表感謝。