中國(guó)非常規(guī)泥頁(yè)巖油氣藏特征及勘探前景展望

摘 要

摘要：非常規(guī)油氣資源正在成為中國(guó)油氣勘探的重要對(duì)象之一，其中泥頁(yè)巖油氣藏是目前具現(xiàn)實(shí)意義的選擇。為此，歸納了中國(guó)非常規(guī)泥頁(yè)巖油氣藏的特征：①暗色泥頁(yè)巖主要包括海相、海陸
摘要：非常規(guī)油氣資源正在成為中國(guó)油氣勘探的重要對(duì)象之一，其中泥頁(yè)巖油氣藏是目前具現(xiàn)實(shí)意義的選擇。為此，歸納了中國(guó)非常規(guī)泥頁(yè)巖油氣藏的特征：①暗色泥頁(yè)巖主要包括海相、海陸交互相、陸相泥巖和頁(yè)巖；②常見(jiàn)的類(lèi)型包括泥質(zhì)泥頁(yè)巖、碳質(zhì)泥頁(yè)巖、硅質(zhì)泥頁(yè)巖、鈣質(zhì)泥頁(yè)巖；③主要形成于缺氧的閉塞海灣、漏湖、湖泊深水區(qū)、欠補(bǔ)償盆地及深水陸棚等沉積環(huán)境中；④暗色泥頁(yè)巖有效性指標(biāo)主要概括為：總有機(jī)碳含量超過(guò)0.5%、脆性礦物含量超過(guò)40%、埋藏深度淺于4000m、有效厚度大于30m、有效面積大于50km2?；诎瞪囗?yè)巖廣泛分布和對(duì)其油氣勘探已取得的突破，認(rèn)為中國(guó)泥頁(yè)巖氣的資源量介于60×1012～80×1012m3，勘探開(kāi)發(fā)潛力大，是今后油氣勘探的重要領(lǐng)域之一。最后建議：中國(guó)泥頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)應(yīng)注意復(fù)雜地表、埋藏深度、后期保存、環(huán)境保護(hù)等特殊地質(zhì)條件。
關(guān)鍵詞：中國(guó)；非常規(guī)油氣藏；暗色泥頁(yè)巖；油氣藏；油氣資源量；資源潛力；特殊地質(zhì)條件
    暗色泥頁(yè)巖油氣是非常規(guī)油氣中的一種，指暗色泥頁(yè)巖層系中滯留的油氣。所謂泥頁(yè)巖層系就是指“泥頁(yè)巖及其所夾的薄層其他巖石的組合”，如大套暗色泥頁(yè)巖中夾的薄層泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、砂巖及泥灰?guī)r或石灰?guī)r等。
1 暗色泥頁(yè)巖的有關(guān)討論
1.1 暗色泥頁(yè)巖的類(lèi)型
   常見(jiàn)的泥頁(yè)巖類(lèi)型有泥質(zhì)泥頁(yè)巖、碳質(zhì)泥頁(yè)巖、硅質(zhì)泥頁(yè)巖、鈣質(zhì)泥頁(yè)巖等。當(dāng)泥頁(yè)巖中混入一定的砂質(zhì)成分時(shí)，便會(huì)形成砂質(zhì)泥頁(yè)巖。根據(jù)含砂顆粒的大小，可細(xì)分為粉砂質(zhì)頁(yè)巖和砂質(zhì)頁(yè)巖兩類(lèi)。富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖是形成泥頁(yè)巖油氣的主要巖石類(lèi)型，暗色泥頁(yè)巖中含有大量的有機(jī)質(zhì)與細(xì)粒、分散狀黃鐵礦、菱鐵礦等，有機(jī)質(zhì)含量通常介于3%～15%或更高，常具極薄層理。碳質(zhì)頁(yè)巖中含有大量細(xì)粒、分散狀的碳化有機(jī)質(zhì)，有機(jī)碳含量一般介于10%～20%，該頁(yè)巖的特征為黑色、染手、含植物化石。
    中國(guó)的暗色泥頁(yè)巖主要包括海相、海陸交互相以及陸(湖)相泥頁(yè)巖和泥巖，重點(diǎn)指含油氣盆地中的優(yōu)質(zhì)泥質(zhì)烴源巖。圖1和表1顯示了中國(guó)富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖的類(lèi)型、層系和分布特點(diǎn)。中國(guó)南方揚(yáng)子地塊海相泥頁(yè)巖分布廣泛并夾硅質(zhì)頁(yè)巖(如揚(yáng)子地區(qū)牛蹄塘組底部頁(yè)巖)、暗色泥頁(yè)巖、鈣質(zhì)泥頁(yè)巖和砂質(zhì)泥頁(yè)巖；海陸交互相泥頁(yè)巖多為砂質(zhì)泥頁(yè)巖和碳質(zhì)泥頁(yè)巖；陸(湖)相泥頁(yè)巖頁(yè)理發(fā)育，其中渤海灣盆地、柴達(dá)木盆地新生界湖相泥頁(yè)巖鈣質(zhì)含量較高，鄂爾多斯盆地中生界湖相泥頁(yè)巖石英含量較高[1～2]。
1.2 暗色泥頁(yè)巖的沉積環(huán)境
    泥頁(yè)巖可形成于陸相、海相及海陸交互相沉積環(huán)境中，暗色泥頁(yè)巖主要形成于缺氧的閉塞海灣、淘湖、湖泊深水區(qū)、欠補(bǔ)償盆地及深水陸棚等沉積環(huán)境中(姜在興，2003；張愛(ài)云等，1987)。碳質(zhì)頁(yè)巖常與煤系伴生，一般出現(xiàn)在煤層的頂、底板或夾層中，以湖泊、沼澤環(huán)境沉積為主。石炭紀(jì)-二疊紀(jì)、三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)和古近紀(jì)-新近紀(jì)為中國(guó)3次主要的成煤期，發(fā)育多套與煤層相伴生的碳質(zhì)頁(yè)巖。如中國(guó)南方地區(qū)的二疊系龍?zhí)督M(P2l)碳質(zhì)頁(yè)巖分布面積較廣，厚度介于200～300m；中國(guó)南方揚(yáng)子地塊、華北地塊及塔里木地塊古生界海相泥頁(yè)巖以深水陸棚相沉積為主，如四川盆地古生界發(fā)育多套黑色泥頁(yè)巖(圖2)，寒武系筇竹寺組、志留系龍馬溪組泥頁(yè)巖為大陸邊緣坳陷的深水陸棚相沉積，厚度介于200～400m，含豐富的有機(jī)質(zhì)、筆石等海洋浮游生物化石及白生黃鐵礦等；中國(guó)陸相沉積盆地中，松遼盆地白堊系、渤海灣盆地古近系、四川盆地三疊系、鄂爾多斯盆地三疊系等發(fā)育多套湖相、湖沼相黑色泥頁(yè)巖，含豐富的介形蟲(chóng)、孢粉、細(xì)菌、高等植物等化石及有機(jī)質(zhì)，厚度介于200～1500m。
1.3 暗色泥頁(yè)巖有效性基本指標(biāo)
    在沉積盆地中只要發(fā)育有暗色泥頁(yè)巖，就有可能形成泥頁(yè)巖油氣藏。目前據(jù)國(guó)外資料和國(guó)內(nèi)初步勘探實(shí)踐成果，具有經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)效益的暗色泥頁(yè)巖基本參數(shù)和特征包括：TOC＞0.5%，Ro介于0.5%～4.0%，干酪根類(lèi)型為腐泥-腐殖型均可，泥頁(yè)巖孔隙度一般小于10%，滲透率小于0.01mD；泥頁(yè)巖中脆性礦物含量超過(guò)40%，有效厚度大于30m，有效面積大于50km2，埋藏深度淺于4000m(表2)；泥頁(yè)巖內(nèi)各類(lèi)裂縫發(fā)育。
1.4 泥頁(yè)巖礦物特征
    泥頁(yè)巖中主要含有黏土礦物(高嶺石、蒙脫石、伊利石等)，此外還含有碎屑礦物(石英、長(zhǎng)石、方解石等)。其中脆性礦物含量越高，巖石脆性越強(qiáng)，在外力作用下越易形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫，形成樹(shù)狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)縫，有利于泥頁(yè)巖氣開(kāi)采。而高黏土礦物含量的泥頁(yè)巖塑性強(qiáng)，吸收能量強(qiáng)，以形成平面裂縫為主，不利于泥頁(yè)巖體積改造[3～6]。
美國(guó)產(chǎn)氣頁(yè)巖中石英含量為28%～52%，碳酸鹽巖含量為4%～16%，總脆性礦物含量為46%～50%。
中國(guó)海相頁(yè)巖、海陸交互相碳質(zhì)泥頁(yè)巖、陸相泥頁(yè)巖3種泥頁(yè)巖類(lèi)型，脆性礦物含量總體比較高，均超過(guò)40%，如上揚(yáng)子區(qū)古生界海相泥頁(yè)巖石英含量介于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40%～80%(表3)；四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組黏土礦物含量一般介于15%～78%，平均在50%左右；石英、長(zhǎng)石等脆性礦物含量一般介于22%～86%，平均在50%左右。鄂爾多斯盆地上古生界含煤層系碳質(zhì)泥頁(yè)巖石英含量介于32%～54%，平均為48%，總脆性礦物含量介于40%～58%；鄂爾多斯盆地中生界湖相泥頁(yè)巖石英含量介于27%～47%，平均為40%，總脆性礦物含量介于58%～70%。巖石礦物組成對(duì)泥頁(yè)巖氣后期開(kāi)發(fā)至關(guān)重要，具備商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值的泥頁(yè)巖，一般其脆性礦物含量要高于40%，黏土礦物含量小于30%[4]。
 
2 暗色泥頁(yè)巖含油氣特征
    暗色泥頁(yè)巖具有極低的基質(zhì)孔隙度和滲透率，油氣產(chǎn)自于自身并以吸附、游離及水溶解等形式原地富集在泥頁(yè)巖層系中，可稱(chēng)為原地滯留的油氣。這類(lèi)油氣藏，無(wú)明顯的圈閉界限，生、儲(chǔ)、蓋一體化，即：生油氣層也是儲(chǔ)集層和蓋層，當(dāng)然要成藏還離不開(kāi)保存條件。
    泥頁(yè)巖油氣主要以游離態(tài)、吸附態(tài)及溶解態(tài)等形式存在，其中以游離態(tài)和吸附態(tài)為主。吸附態(tài)與煤層氣相似，游離態(tài)與常規(guī)油氣相似，據(jù)北美開(kāi)發(fā)實(shí)踐成果：吸附態(tài)含量一般為20%～85%，游離態(tài)含量一般為15%～80%[1]；但游離與吸附油氣當(dāng)量因地質(zhì)條件而異。泥頁(yè)巖油氣呈大面積連續(xù)分布，資源規(guī)模大。
    北美地區(qū)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)開(kāi)發(fā)頁(yè)巖氣，含氣量最低為1.1m3/t，最高達(dá)9.9m3/t。吸附量主要與有機(jī)質(zhì)含量、黏土礦物含量有關(guān)；游離氣含量主要與基質(zhì)孔隙度大小、裂隙縫發(fā)育程度及砂質(zhì)巖含量有關(guān)。
    四川盆地寒武系筇竹寺組黑色泥頁(yè)巖含氣量為1.17～6.02m3/t，平均為1.90m3/t；下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色泥頁(yè)巖含氣量為1.73～5.10m3/t，平均為2.80m3/t(渝東地區(qū)渝頁(yè)1井實(shí)測(cè)含量為1～3m3/t[7])，具有開(kāi)發(fā)價(jià)值。
    據(jù)美國(guó)目前開(kāi)采頁(yè)巖氣資料，頁(yè)巖氣(Barnett頁(yè)巖)采收率早期為7%～8%，目前為13.5%，預(yù)計(jì)最高可達(dá)25%左右。
    但是必須看到，中國(guó)泥頁(yè)巖油氣與北美頁(yè)巖氣相比有自己的特點(diǎn)：①海相古生界頁(yè)巖熱演化程度較高(Ro介于2.5%～5.0%)，陸相中新生界泥頁(yè)巖熱演化程度較低，Ro介于0.5%～2.0%，既有油又有氣；②構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)，保存條件復(fù)雜；③地面多山地、丘陵等復(fù)雜地表，埋藏較深(1000～6000m)；④構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)、泥頁(yè)巖裂縫發(fā)育，有利于泥頁(yè)巖油氣開(kāi)采。因此，中國(guó)泥頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)應(yīng)注意復(fù)雜地表、埋藏深度、后期保存及環(huán)境保護(hù)等特殊地質(zhì)條件。
3 中國(guó)暗色泥頁(yè)巖油氣資源潛力大
3.1 暗色泥頁(yè)巖分布廣泛
    中國(guó)暗色泥頁(yè)巖分布時(shí)代多、面積較廣，就全國(guó)而言從震旦系-新近系均有分布，區(qū)域上遍及全國(guó)。從沉積環(huán)境上講，由海相一海、陸交互相-陸相均發(fā)育較厚的暗色泥頁(yè)巖。暗色泥頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)含量、熱演化程度等指標(biāo)與美國(guó)主要暗色泥頁(yè)巖有不少相似之處(表4～6)。
 
3.2 暗色泥頁(yè)巖油氣資源前景廣闊
    近幾年來(lái)，在四川盆地及鄂西地區(qū)古生界海相泥頁(yè)巖層系——下寒武統(tǒng)筇竹寺組、下志留統(tǒng)龍馬溪組等地層鉆獲天然氣流，在陸相湖盆泥頁(yè)巖層系——南華北安深1井(T)、泌陽(yáng)坳陷泌頁(yè)1井(E)、濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系及下遼河盆地的暗色泥頁(yè)巖中鉆獲工業(yè)油流，顯示出中國(guó)泥頁(yè)巖油氣勘探的現(xiàn)實(shí)性，證明其油氣資源前景廣闊。
4 結(jié)束語(yǔ)
    中國(guó)暗色泥頁(yè)巖油氣勘探才剛剛起步[8～10]，對(duì)這類(lèi)非常規(guī)油氣成藏，尚有不少問(wèn)題有待探索，需要一段時(shí)間去實(shí)踐和認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)就中國(guó)暗色泥頁(yè)巖縱橫向分布的有效指標(biāo)和所鉆的先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)井含油氣量等現(xiàn)狀分析，認(rèn)為中國(guó)泥頁(yè)巖油與泥頁(yè)巖氣資源量大體各半。筆者初步估算泥頁(yè)巖氣資源量介于60×1012～80×1012m3?？傊?，中國(guó)泥頁(yè)巖油氣資源潛力大，是今后油氣勘探的重要接替領(lǐng)域之一。
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(本文作者：康玉柱 中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院)