本文關(guān)鍵詞：中國頁巖氣地質(zhì)特殊性及其勘探對策，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第３１卷第１１期　　　　　　　　　　　　　　　　　　新　能　源　　　　　　　　　　　　　　　

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中國頁巖氣地質(zhì)特殊性及其勘探對策

聶海寬１　何發(fā)岐２　包書景１

中國石化石油勘探開發(fā)研究院�。玻袊吞锟碧介_發(fā)事業(yè)部１．

（）：中國頁巖氣地質(zhì)特殊性及其勘探對策．天然氣工業(yè)，２０１１，３１１１１１１１１６．　　聶海寬等．－

——美國相比，中國頁巖氣勘探開發(fā)除了起步較晚，更有地質(zhì)條件特殊性決定的頁巖氣　　摘　要　與頁巖氣生產(chǎn)大國—

地質(zhì)特殊性。根據(jù)頁巖發(fā)育環(huán)境、頁巖類型、演化歷史和演化特點等的研究，系統(tǒng)總結(jié)了中國海相、陸相頁巖油氣的地質(zhì)特殊性。海相頁巖具有“一老二雜三高”的特點，時代老、層系多，多期復(fù)雜構(gòu)造運動、破壞強(qiáng)度大，熱演化史復(fù)雜、成熟度高；陸相頁巖具有“一新一深二低”的特點，時代新，埋藏深、成熟低、脆性礦物含量低等，油氣兼產(chǎn)。要實現(xiàn)頁巖氣勘探的突破和儲產(chǎn)量的快速增長，應(yīng)立足中國盆地特殊的地質(zhì)特征來分析研究頁巖氣成藏機(jī)理、條件和有利分布區(qū)域，建立適合中國頁巖氣地質(zhì)特殊性的綜合評價方法和技術(shù)體系，同時加強(qiáng)地震技術(shù)、鉆井技術(shù)、壓裂技術(shù)、測井技術(shù)等攻關(guān)。　　關(guān)鍵詞　頁巖氣　地質(zhì)特殊性　海相頁巖　陸相頁巖　聚集機(jī)理　儲層預(yù)測　含氣量　中國：／．ｉｓｓｎ．１０００ＯＩ１０．３７８７０９７６．２０１１．１１．０２８　�。模�

表１　中美頁巖特征對比表

對比系列構(gòu)造運動頁巖沉積類型海相頁巖時代熱演化史成熟度頁巖成熟時間油氣類型埋藏深度保存條件技術(shù)工藝地表條件

美國簡單，定型早，

后期改造弱

海相較新，晚古生代為主

簡單一般小于２％

較晚

油氣兼有，以氣為主

較淺好比較成熟簡單

中國復(fù)雜，定型晚，

多期次構(gòu)造疊加海相＋陸相較老，早古生代為主

復(fù)雜

海相一般大于２％，陸相一般小于２％較早，且后期多期疊加

海相以氣為主，

陸相以油為主變化較大，普遍較深差，保存和破壞的分區(qū)性比較明顯

剛剛起步復(fù)雜

１　中國頁巖氣地質(zhì)特殊性

　　美國產(chǎn)頁巖氣盆地主要位于阿巴拉契亞早古生代逆沖褶皺帶、馬拉松—沃希托晚古生代逆沖褶皺帶和科迪勒拉中生代逆沖褶皺帶前緣的前陸盆地及其相鄰

１］

。中國發(fā)育與其相似的盆地地臺之上的克拉通盆地［

類型，但受特殊的大地構(gòu)造位置控制，受深大斷裂及板塊規(guī)模較小等因素的影響，破壞較為嚴(yán)重，屬多旋回的

］２５－

，疊合盆地［這就造成了頁巖氣地質(zhì)條件的復(fù)雜性和

特殊性。與美國產(chǎn)頁巖氣盆地相比，中國的頁巖氣盆地具有獨特的地質(zhì)條件，根據(jù)頁巖類型，海相頁巖的特性可概括為“一老二雜三高”的特點，主要表現(xiàn)在時代老、經(jīng)歷的構(gòu)造運動復(fù)雜、熱史復(fù)雜、有機(jī)碳含量高、成熟度高、演化程度高等特征，以產(chǎn)天然氣為主；陸相頁巖的特，殊性可概括為“一新一深二低”主要表現(xiàn)在時代新、埋）。藏深、成熟度低、脆性礦物含量低等，油氣兼產(chǎn)（表１１．１　海相領(lǐng)域頁巖氣地質(zhì)特殊性

層系多１．１．１　時代老、

晚元古代至新生代的不同時期，中國三大克　　從中、

拉通臺地及其周緣發(fā)育了裂谷型、大陸邊緣型和前陸

型等沉積盆地，海相頁巖層系主要分布在華北、塔里木、鄂爾多斯和四川等盆地的中上元古界—古生界，

（、國家油氣專項“全國油氣資源戰(zhàn)略選區(qū)調(diào)查與評價”編號：中國博士后科學(xué)基金（編號：２００９ＧＹＸＱ１５）　　基金項目：）。２０１１０４９０５４１

聶海寬，博士；現(xiàn)在中國石化石油勘探開發(fā)研究院博士后工作站從事油氣成藏機(jī)理和非常規(guī)天然氣地質(zhì)１９８２年生，　　作者簡介：

（）：研究工作。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路３１０００８３１號。電話：１３４６６５８５３８２。Ｅ－ｍａｉｌｎｉｅｈｋ．ｓｋｉｎｏｅｃ．ｃｏｍ．＠ｓｙｙｐ

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０１１年１１月　　　　　　　　　　　　天　然　氣　工　業(yè)　　　　　　　　　　　　　　　　�。�

中—新生界海相頁巖僅在南方地區(qū)局部層系發(fā)育�？勺鳛轫搸r氣勘探目標(biāo)的海相黑色頁巖主要發(fā)育于南方（、包括四川盆地）塔里木、鄂爾多斯等大型沉積盆地的震旦系、寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系及二疊系。這些黑色頁巖與美國主要產(chǎn)氣頁巖具有相似的沉積環(huán)境，即主要為裂谷沉積、被動大陸邊緣沉積、前陸撓曲形成的滯留環(huán)境沉積和克拉通內(nèi)坳陷沉積等。牛蹄塘組及其　　如中國南方地區(qū)發(fā)育有下寒武統(tǒng)（

、—下志留統(tǒng)（相當(dāng)層位）上奧陶統(tǒng)（五峰組）龍馬溪

、組）下二疊統(tǒng)、上二疊統(tǒng)等區(qū)域性海相頁巖，還有地區(qū)性海相頁巖，如上揚子地區(qū)的震旦系陡山沱組，滇黔桂地區(qū)、十萬大山盆地的中上泥盆統(tǒng)、中下?lián)P子地區(qū)的下奧陶統(tǒng)、楚雄盆地的上三疊統(tǒng)等。這些頁巖原始生烴條件優(yōu)越，有過大量生烴的歷史，并在早期鉆井中見到良好的頁巖氣顯示，其中下寒武統(tǒng)和上奧陶統(tǒng)—下志）。留統(tǒng)是目前頁巖氣勘探的重點層系（表２

　　美國目前的產(chǎn)氣頁巖主要集中在泥盆系和密西西

）。比系（下石炭統(tǒng)）等層系，以晚古生代頁巖為主（表３

表２　中國南方海相頁巖氣目前主要勘探層系表

地區(qū)或構(gòu)造單元

頁巖名稱地層

陡山沱組震旦系

四川盆地及其周緣

牛蹄塘組下寒武統(tǒng)

龍馬溪組下志留統(tǒng)

中揚子地區(qū)水井沱組下寒武統(tǒng)

龍馬溪組下志留統(tǒng)

下?lián)P子地區(qū)荷塘組下寒武統(tǒng)

龍?zhí)督M二疊系

黔南凹陷牛蹄塘組下寒武統(tǒng)

表３　美國主要產(chǎn)氣頁巖層系表

盆地名稱頁巖名稱地層

阿巴拉契亞ＭａｒｃｅｌｌｕｓＯｈｉｏ　中泥盆統(tǒng)

上泥

盆統(tǒng)

福特沃斯Ｂａｒｎｅｔｔ下石炭統(tǒng)

帕羅多Ｂｅｎｄ上石炭統(tǒng)

黑勇士／ＦｌｏｄＮｅａｌｙ下石炭統(tǒng)

阿科馬

Ｆａｅｔｔｅｖｉｌｌｅｏｏｄｆｏｒｄ�。祝鲜拷y(tǒng)

晚泥盆統(tǒng)—

下石炭統(tǒng)

密執(zhí)安Ａｎｔｒｉｍ

圣胡安Ｌｅｗｉｓ

伊利諾伊Ｎｅｗ�。粒欤猓幔睿嗯柘�

泥盆系下白堊統(tǒng)

一是黑色頁巖的沉積環(huán)境、　　這一差別帶來的問題，

厚度和展布情況等尚不十分清楚；二是時代老，經(jīng)歷的構(gòu)造運動復(fù)雜、熱演化史復(fù)雜，頁巖經(jīng)歷了多期次的生排烴，頁巖氣成藏條件復(fù)雜；三是頁巖埋深變化較大，從出露地表到埋深超過萬米均有分布。破壞強(qiáng)度大１．１．２　多期復(fù)雜構(gòu)造運動、

　　中國以至亞洲大陸并不是以一個巨型前寒武紀(jì)克拉通為主體的單一大陸，而是由一些小克拉通或小陸塊和眾多微陸塊及其間的造山帶組合而成的復(fù)合大

６］

。而北美地臺的面積較大，陸［地臺剛性強(qiáng)，克拉通盆

在這種條件下尋找具有一定范圍的穩(wěn)定海相沉積體都

４］

。有較大的困難［

沒有經(jīng)歷后期的多次　　美國產(chǎn)氣頁巖在沉積之后，

構(gòu)造運動對盆地的疊加和改造，盆地多保留為原型盆地。例如美國頁巖氣勘探開發(fā)最早的阿巴拉契亞盆地，是早古生代發(fā)育起來的前陸盆地，主要有３次大的、構(gòu)造事件：ＴａｃｏｎｉｃＡｃａｄｉａｎ和Ａｌｌｅｈａｎｉａｎ構(gòu)造運ｇ８］

，動［中石炭世的Ａｌｌｅｈａｎｉａｎ構(gòu)造運動形成盆地現(xiàn)ｇ今的形態(tài)。與美國相比，中國南方早古生代形成的海相頁巖在中石炭世以后經(jīng)歷了印支期、燕山期和喜山期等復(fù)雜的、多期次的構(gòu)造演化（包括埋藏、抬升、斷裂，和褶皺等）和熱演化（多期次、多種方式的生排烴）這些地區(qū)的頁巖氣藏比美國主要頁巖氣藏對保存條件要求嚴(yán)格。因此，構(gòu)造演化的差異性決定了盆地內(nèi)頁巖氣藏保存條件的差異性，決定了頁巖氣的聚集程度和勘探潛力。在這樣的構(gòu)造背景中，不僅常規(guī)油氣難以保存，而且頁巖氣保存條件也面臨挑戰(zhàn)，只在相對穩(wěn)定“，的塊體上有一定的發(fā)育條件，因此，動中找靜”可能是頁巖氣進(jìn)行勘探的關(guān)鍵。但慶幸的是，盡管在四川盆地邊緣及其附近這些頁巖在后期的構(gòu)造運動中被卷進(jìn)各種逆沖推覆構(gòu)造中，破壞較為嚴(yán)重，但在盆地深部特別是志留系區(qū)域性滑脫層之下的古生界泥頁巖遭受的破壞較小，頁巖氣保存條件較好。

地在后期的構(gòu)造運動中遭受的破壞較小。中國３個古

２］

，生代海相沉積區(qū)都不是典型的克拉通盆地［克拉通

臺地個體小、穩(wěn)定性差，故稱準(zhǔn)地臺。中朝克拉通是其／中最大的一個，也只有東歐克拉通的約１北美克拉４，／／／通的約１揚子克拉通只有東歐的１北美的１１２；７，

［］

同時上疊了中新生代２０７。這些塊體邊緣多次反轉(zhuǎn)，

沉積盆地，在區(qū)域性深大斷裂控制下形成了復(fù)雜的構(gòu)

造復(fù)合。在美國密執(zhí)安盆地和伊利諾伊盆地邊緣生產(chǎn)頁巖氣的區(qū)域，在中國相同位置的各種構(gòu)造帶，頁巖地層破壞嚴(yán)重。國內(nèi)的海相頁巖形成于多旋回疊合盆地，基本上經(jīng)歷了拉張—擠壓—扭動走滑的應(yīng)力多次交替，造成了裂谷盆地→克拉通盆地→被動大陸邊緣

２］

。盆地→前陸盆地的疊加復(fù)合，具有復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)［

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成熟度高１．１．３　熱演化史復(fù)雜、

成熟度　　美國主要產(chǎn)氣頁巖經(jīng)歷的生烴史較簡單，

處在成熟階段。與美國主要產(chǎn)氣頁巖相比，相對較低，

中國海相頁巖熱演化程度偏高，部分已達(dá)過成熟階段，這與中國海相頁巖沉積時代早、經(jīng)歷的地質(zhì)歷史長和經(jīng)歷的構(gòu)造運動復(fù)雜等因素密切相關(guān)，導(dǎo)致頁巖經(jīng)歷早期生氣、二次生氣、瀝青生氣和了多期次的生排烴（

殘余油生氣等）和頁巖氣的聚集、散失，頁巖氣藏遭受了多期次的改造—破壞，具有復(fù)雜的頁巖氣聚集機(jī)理和過程，使頁巖氣藏的形成和分布復(fù)雜。中國南方地區(qū)海相頁巖經(jīng)歷了長期的構(gòu)造和熱演化，具有演化歷史復(fù)雜、熱成熟度較高、生烴時間早等特征，為勘探增加了難度。因此，在南方構(gòu)造相對活動的地區(qū)要尋找構(gòu)造活動相對薄弱且生氣高峰晚（至少是生氣時間距今比較近的頁巖）的地區(qū)進(jìn)行頁巖氣研究。

，圖１）以中國　　中國海相頁巖具有成熟高的特點（

南方地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖為例，大部分地區(qū)的成熟

成熟度（介巖的成熟度和含氣量的關(guān)系可以看出，Ｒｏ）于１．吸附氣含量達(dá)到最大值區(qū)域，平１％～３．０％時，

３３

／，／，最大超過２ｍ總含氣量也達(dá)到均超過０．５ｍｔｔ３

／。在小于１．最大值區(qū)域，平均超過１ｍｔ１％和大于

吸附氣含量和總含氣量均有不同程度的降３．０％時，

，低，前者因為處在生油窗（濕氣）生氣量有限且溶解于后者成熟度過高，生氣能力有限，均導(dǎo)致吸附石油中，

）。無論成熟度高低，氣含量不高（圖２在頁巖層中，均有天然氣賦存，甚至形成頁巖氣藏。

圖２　成熟度和吸附氣含量、總含氣量關(guān)系圖

筆者認(rèn)為成熟相對較低　　為了盡量避免勘探風(fēng)險，

在中國南方地區(qū)大的頁巖可能具有較好的勘探前景，

范圍高成熟度的條件下，要尋找成熟度相對較低的區(qū)并加強(qiáng)含氣量和保存條件的研究。域，

厚度大、有機(jī)碳含量高１．１．４　頁巖分布面積廣、分布面　　中國海相黑色頁巖總體上具有層位穩(wěn)定、

厚度大和有機(jī)碳含量高等特點。以上揚子下寒積廣、

武統(tǒng)黑色頁巖為例，主要發(fā)育在梅樹村期和筇竹寺期，與最大海泛面相對應(yīng)的低能環(huán)境對應(yīng)，在整個上揚子廣泛分布，包括川南九老洞組、川北筇竹寺組、貴州—

圖１　中美主要頁巖成熟度對比圖

湘西牛蹄塘組、鄂西水井沱組、湘西天柱山組等，分布穩(wěn)定，巖性主要為黑色頁巖、碳質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖、結(jié)核狀磷塊巖、粉砂質(zhì)頁巖和石煤層等。主要發(fā)育在川南—黔北—黔中、湘鄂西—渝東和川北—川東北等地，厚度介于２大部分地區(qū)大于１在川中０～２００ｍ，００ｍ，古隆起一帶不發(fā)育該套黑色頁巖�？傮w來看，上揚子下寒武統(tǒng)黑色頁巖具有厚度大、分布范圍廣的特點，現(xiàn)

４２　

，今殘留面積約為４其中厚度大于３４×１０ｋｍ０ｍ的４２　

。已發(fā)現(xiàn)的一系列古油藏分布面積約為３０×１０ｋｍ

度大于３％，處于過成熟晚期階段，局部地區(qū)的成熟度

］９１１－

。雖然局均超過４％，達(dá)到變質(zhì)期，失去生氣能力［

部地區(qū)的成熟度偏高，但是高的有機(jī)碳含量預(yù)示著這些層位可能是頁巖氣發(fā)育的有利層位，如在黔中隆起的方深１井的下寒武統(tǒng)牛蹄塘組，成熟度（高達(dá)Ｒｏ）有機(jī)碳含量高達(dá)８．對牛蹄塘組黑色頁巖５．５％，０２％，的壓裂測試表明，仍有天然氣產(chǎn)出。因此，不難看出即使是高成熟度的頁巖，也可能有天然氣賦存�？傮w來講，高成熟度對頁巖氣藏來說是不利的，在高成熟度條件下，主要看頁巖保存條件的好壞，如果保存條件好，即使成熟度高也能形成頁巖氣藏。筆者對四川盆地及其周緣下寒武統(tǒng)和上奧陶統(tǒng)—下志留統(tǒng)４１塊黑色頁

（如貴州甕安、麻江、銅仁、湘西南山坪等）的烴源巖均表明該套頁巖曾有過生排烴過程。為該套黑色頁巖，

現(xiàn)今，這些古油藏被暴露地表，下寒武統(tǒng)黑色頁巖也遭受剝蝕，頁巖氣的成藏條件破壞嚴(yán)重。

　　筆者對四川盆地及其周緣重慶市秀山縣溶溪鎮(zhèn)等

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有機(jī)碳含量分布在０．１６塊樣品分析，２８％～６．３７％，平均為２．普遍大于１％（其中大于１％的樣品數(shù)４４％，占樣品總數(shù)的８大于２％的樣品數(shù)占樣品總數(shù)的０％，，這些均表明下寒武統(tǒng)黑色頁巖的有機(jī)碳含量５３．３％）

高。中揚子、下?lián)P子等地的古生界烴源巖也均具有厚度大、有機(jī)碳含量高等優(yōu)點，可與美國主要產(chǎn)氣頁巖盆）

。地進(jìn)行對比（圖３

有機(jī)碳含量介于１．厚度介于１００～３５０ｍ，０％～鏡煤反射率為０．底界埋深在１９．０％，３５％～１．９％，

２００～４０００ｍ。在以前的鉆井中有較好的頁巖油氣顯　示，如東營凹陷的豐深１井、河１車鎮(zhèn)凹陷車６０井，，

［２］

。沾化凹陷的義１惠民凹陷的臨９５７１井，７０井，８井１

　　陸相生油理論的建立以及陸相盆地的成功勘探，２］

。陸使中國的石油工業(yè)走上了獨立自主發(fā)展的道路［

相頁巖油氣的勘探同樣需要積極創(chuàng)新，勇于突破，走中國特色的勘探道路。雖然陸相頁巖油氣的勘探比海相起步較晚，但是陸相頁巖具有比海相頁巖更有利的成藏條件，如厚度大、時代新、熱成熟度低和生排烴歷史簡單等。四川盆地建南地區(qū)和元壩地區(qū)已獲得突破，如川東北元壩９井在侏羅系珍珠沖段的壓裂高產(chǎn)超過

４�。�

建南氣田利川復(fù)向斜建南構(gòu)造的建１１×１０ｍ，１１

井，壓裂后在下侏羅統(tǒng)自流井組東岳廟段日產(chǎn)天然氣３

，并且在泌陽凹陷安深１井獲得頁巖油突破，３０００ｍ　

均表明中國的陸相地層具有頁巖氣（油）潛力。

中國陸相頁巖具　　與美國主要產(chǎn)頁巖氣盆地類比，有分布局限、埋藏普遍較深、脆性礦物含量低、黏土含），量高（圖４具有成藏機(jī)理和成藏條件特殊以及不利于后期改造等不利因素，需要在今后的工作中，加強(qiáng)陸相頁巖油氣地質(zhì)理論和開采技術(shù)的研究

。

）圖３　美國主要產(chǎn)氣頁巖與中國南方下古生界頁巖厚度（ａ

）和有機(jī)碳含量（對比圖ｂ

１．２　陸相頁巖油氣的特殊性

　　中國陸相頁巖主要發(fā)育在東部陸相盆地白堊系和

古近系、西北侏羅系及其以上地層、中部鄂爾多斯盆地三疊系和南方四川盆地及其周緣的三疊系—侏羅系等，具有時代新、埋藏普遍較深、成熟度低和有機(jī)質(zhì)豐度高等特點，油氣兼產(chǎn)。以渤海灣盆地東營凹陷為例，古近系為斷陷沉積階段，存在多個湖侵和湖退旋回，暗色泥巖總厚度超過１０００ｍ。泥頁巖層主要發(fā)育在沙　四上亞段和沙三下亞段，其中沙三下亞段暗色泥頁巖

圖４　中國東部斷陷盆地和美國主要產(chǎn)氣頁巖石英含量圖

２　中國頁巖氣勘探策略

決定了　　中國頁巖氣地質(zhì)條件的復(fù)雜性和特殊性，

中國的頁巖氣勘探不能照搬美國成功的頁巖氣勘探開美國頁巖氣勘探開發(fā)經(jīng)驗無法直接指導(dǎo)中國發(fā)經(jīng)驗，

的頁巖氣勘探，只能在一定程度上給予借鑒。加強(qiáng)頁巖氣聚集機(jī)理和分布規(guī)律等理論研究和勘探開發(fā)技術(shù)攻關(guān)是解決頁巖氣勘探開發(fā)問題的關(guān)鍵。

  本文關(guān)鍵詞：中國頁巖氣地質(zhì)特殊性及其勘探對策，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：155023