中國(guó)北方頁(yè)巖氣成因類型、成氣模式與勘探方向

羅 群，吳安彬，王井伶，羅家國(guó)，蔣 恕

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）非常規(guī)天然氣研究院，北京102249；2.美國(guó)猶他大學(xué)能源與地學(xué)研究院，鹽湖城84108，美國(guó)）

0 引言

頁(yè)巖氣是一種主要以吸附態(tài)和游離態(tài)賦存于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖及其夾層微—納米孔縫系統(tǒng)中的天然氣［1-6］，具有形成地質(zhì)條件多變（海相、海陸過(guò)渡相、陸相）、成因類型多（生物成因、熱解成因、混合成因）、主控地質(zhì)因素變化大（源巖品質(zhì)、有機(jī)質(zhì)類型、熱演化程度、孔縫結(jié)構(gòu)、裂縫發(fā)育程度、后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度等）、形成機(jī)理復(fù)雜（生物分解、熱化學(xué)降解、吸附、溶解、擴(kuò)散等）、含氣豐度低、存在富集“甜點(diǎn)”、“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)高、勘探開發(fā)難度大、產(chǎn)量遞減快、生產(chǎn)周期長(zhǎng)（一般30年以上）等特點(diǎn)［7-12］。近10年來(lái)，美國(guó)頁(yè)巖氣成功的商業(yè)性開發(fā)，引起了全球?qū)?yè)巖氣資源的廣泛關(guān)注，也推進(jìn)了我國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)的進(jìn)程［13］。

Shurr等［14］早在2002年就對(duì)頁(yè)巖氣成因類型及其分布進(jìn)行了系統(tǒng)的研究；Martini等［15］通過(guò)研究美國(guó)密執(zhí)根盆地泥盆系頁(yè)巖氣形成條件，提出頁(yè)巖氣可以通過(guò)微生物分解、干酪根或煤的熱解、石油的二次熱解等途徑產(chǎn)生；Jarvie等［16］認(rèn)為頁(yè)巖氣系統(tǒng)包括生物與熱解 2種成因類型；此外，Curtis［17］提出了頁(yè)巖氣的生物成因機(jī)制、熱解成因（干酪根降解、原油與瀝青的二次裂解）機(jī)制，并認(rèn)為這2種機(jī)制可控制頁(yè)巖氣成藏的成熟度、吸附氣比例等多個(gè)地質(zhì)因素。另有一些學(xué)者［18-23］通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段與數(shù)值模擬定性和半定量地再現(xiàn)了不同類型有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖在不同熱成熟演化階段的生排氣過(guò)程及其產(chǎn)物，根據(jù)不同的成因類型對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行了劃分，并總結(jié)了頁(yè)巖氣成氣規(guī)律和空間分布特征。

受北美頁(yè)巖氣勘探開發(fā)突破的影響，中國(guó)學(xué)者在21世紀(jì)初開始重視頁(yè)巖氣的地質(zhì)研究，主要聚焦在頁(yè)巖氣成因分類［24-28］、形成條件［29-36］、成藏機(jī)制［37-41］、富集模式［42-45］與分布特征［46-49］等領(lǐng)域，并取得了一系列重要成果，主要表現(xiàn)在以下方面：①普遍認(rèn)為頁(yè)巖氣可分為生物成因、熱解（熱降解和熱裂解）成因和混合成因三大類。②富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖演化生氣過(guò)程經(jīng)歷了未成熟階段原生生物氣形成、成熟階段熱降解氣的形成和高成熟—過(guò)成熟階段熱裂解氣的形成共三大成氣階段，不同類型干酪根頁(yè)巖產(chǎn)氣不同。③富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖成氣機(jī)制覆蓋了生物、化學(xué)、降解、裂解及吸附、擴(kuò)散、溶解、運(yùn)移等幾乎所有可能的有機(jī)成氣作用機(jī)理，也幾乎覆蓋了從沉積、成巖到變質(zhì)的整個(gè)地質(zhì)演化過(guò)程。④不同成因類型頁(yè)巖氣具有不同的分布特征，生物成因頁(yè)巖氣主要分布在盆地淺層或盆地邊緣，熱解成因頁(yè)巖氣主要分布在盆地中心及其周邊，混合成因頁(yè)巖氣主要分布在前兩者的過(guò)渡帶。⑤中國(guó)廣泛分布頁(yè)巖氣，剖面上賦存于太古界—古生界海相與海陸過(guò)渡相高成熟—過(guò)成熟和中生界—新生界陸相低成熟—成熟兩大套地質(zhì)特征差異巨大的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系中；平面上分布于南方、西北、華北—東北及青藏等4個(gè)不同地質(zhì)特征的頁(yè)巖氣大區(qū)。

縱觀國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)頁(yè)巖氣成因類型、頁(yè)巖演化過(guò)程及其成氣機(jī)制、頁(yè)巖氣分布特征的認(rèn)識(shí)，可知頁(yè)巖氣形成原因與方式多、類型多、分類方案也多；成氣機(jī)理復(fù)雜，成氣過(guò)程變化大；分布廣泛，幾乎可以涵蓋油氣盆地的整個(gè)空間（從盆地中心到盆地邊緣，從淺層到深層），其分布受成因類型、演化階段、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等地質(zhì)因素的控制呈現(xiàn)多樣性和規(guī)律性。盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者在以上方面取得了許多重要的認(rèn)識(shí)與成果，但仍然存在以下問(wèn)題：①對(duì)頁(yè)巖氣的成因分類比較粗糙，也比較混亂，將“混合氣”作為成因類型不科學(xué)；②頁(yè)巖氣的成氣模式不統(tǒng)一，不完整，沒(méi)有一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一、完整的定量模式；③北方頁(yè)巖氣的分布規(guī)律不清，缺乏有效的勘探思路與方向。

通過(guò)梳理頁(yè)巖氣成因類型，總結(jié)一套相對(duì)合理實(shí)用的頁(yè)巖氣成因類型的分類方案，同時(shí)綜合有代表性的頁(yè)巖演化成氣成果，建立一個(gè)相對(duì)合理完整的頁(yè)巖演化成氣的通用模式，以期為北方頁(yè)巖氣的勘探開發(fā)指明方向。

1 研究背景

以張金川等［5，9］劃分的南方與北方頁(yè)巖氣為標(biāo)準(zhǔn)，北方包括西北地區(qū)、中部地區(qū)（華北地區(qū)）、東北地區(qū)和東部地區(qū)4個(gè)頁(yè)巖氣成氣地質(zhì)條件與成藏富集特征明顯不同的地區(qū)，南方即上揚(yáng)子、滇黔貴區(qū)、中下?lián)P子及東南區(qū)。

相對(duì)于南方，北方在地層層序、沉積發(fā)育、構(gòu)造演化等方面都有明顯不同的特點(diǎn)（表1）。前者地層古老、發(fā)育不全，主要發(fā)育下太古界—古生界—中生界［28-29］，后者地層較新、發(fā)育較全，主要發(fā)育上古生界—中生界—新生界［29-36］；前者主要是海相碳酸鹽巖的巖相古地理背景，后者主要包括海相碳酸鹽巖沉積—海陸過(guò)渡相煤系沉積—陸相碎屑巖沉積的巖相古地理背景，尤其是陸相湖盆富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒沉積特征明顯［37-41］；前者構(gòu)造運(yùn)動(dòng)旋回相對(duì)少、地層相對(duì)厚，后者構(gòu)造運(yùn)動(dòng)旋回多［42-49］，地層相對(duì)薄、泥頁(yè)巖互層、夾層發(fā)育［50-57］。地質(zhì)背景的巨大差異，導(dǎo)致了南方與北方頁(yè)巖氣在成因類型、成氣條件、成藏規(guī)律、富集特征、分布模式、資源潛力等方面都有明顯的不同?？傮w而言，北方頁(yè)巖氣的成氣地質(zhì)條件、成氣機(jī)制、成氣模式與分布特征都比南方復(fù)雜且豐富得多。

表1 北方與南方頁(yè)巖氣形成條件與分布特征對(duì)比Table1 Comparison of formation conditionsand distribution characteristicsof shalegasin northern China and southern China

2 北方頁(yè)巖氣成因類型

分類是研究的基礎(chǔ)，頁(yè)巖氣的成因分類是進(jìn)行頁(yè)巖氣形成地質(zhì)條件、形成原因、成氣機(jī)制、成氣模式和分布規(guī)律研究的前提。能否選擇少數(shù)有代表性的重要指標(biāo)，建立一套相對(duì)完整統(tǒng)一、實(shí)用簡(jiǎn)單的頁(yè)巖氣的分類方案，是一項(xiàng)緊迫而重要的任務(wù)。在前人分類基礎(chǔ)上，優(yōu)選頁(yè)巖氣成因機(jī)制作為一級(jí)分類指標(biāo)，成氣頁(yè)巖母質(zhì)類型作為二級(jí)分類指標(biāo)，成氣演化歷史作為三級(jí)分類指標(biāo)，考慮構(gòu)造運(yùn)動(dòng)因素，將頁(yè)巖氣分為2個(gè)大類4類10種類型。本方案稱為頁(yè)巖氣的成因（機(jī)制）—母質(zhì)（類型）—演化（階段）三級(jí)分類方案。具體分類如下：

（1）第一級(jí)分類

首先依據(jù)形成原因及形成機(jī)制的不同，將頁(yè)巖氣分為生物成因（細(xì)菌分解與代謝機(jī)制）頁(yè)巖氣（A）和熱解成因（熱化學(xué)降解和裂解機(jī)制）頁(yè)巖氣（B）2個(gè)大類。一般情況下，生物成因頁(yè)巖氣的識(shí)別指標(biāo)是δ13C1小于 -55‰，甲烷氫同位素為 -158‰～368‰；熱解成因氣的識(shí)別指標(biāo)是δ13C1為-55‰～-20‰［44，51］。

（2）第二級(jí)分類

在一級(jí)分類基礎(chǔ)上，依據(jù)成氣頁(yè)巖的母質(zhì)類型（Ⅰ，Ⅱ型干酪根或偏腐泥型母質(zhì)和Ⅲ型干酪根或偏腐殖型母質(zhì)），分別將生物成因頁(yè)巖氣和熱解成因頁(yè)巖氣進(jìn)一步分為油型生物頁(yè)巖氣（A1）、煤型生物頁(yè)巖氣（A2）和油型熱解頁(yè)巖氣（B1）、煤型熱解頁(yè)巖氣（B2）共4類。

（3）第三級(jí)分類

以前兩級(jí)分類為基礎(chǔ)，依據(jù)成氣頁(yè)巖的成氣演化階段，將生物成因氣分為早期原生階段（Ro＜0.7%）和晚期次生階段（Ro＞0.5%）；針對(duì)熱解成因氣，分為低成熟階段（0.5%＜Ro＜0.7%）、成熟階段（0.7%＜Ro＜1.3%）、高成熟—過(guò)成熟階段（Ro＞1.3%），將油型生物頁(yè)巖氣進(jìn)一步分為原生油型生物頁(yè)巖氣（A11）和次生油型生物頁(yè)巖氣（A12），將煤型生物頁(yè)巖氣進(jìn)一步分為原生煤型生物頁(yè)巖氣（A21）和次生煤型生物頁(yè)巖氣（A22）；將油型熱解頁(yè)巖氣進(jìn)一步分為低成熟油型（熱解）頁(yè)巖氣（B11）、成熟油型（熱解）頁(yè)巖氣（B12）和高成熟—過(guò)成熟型（熱解）頁(yè)巖氣（B13）；將煤型熱解頁(yè)巖氣進(jìn)一步分為低成熟煤型（熱解）頁(yè)巖氣（B21）、成熟煤型（熱解）頁(yè)巖氣（B22）和高成熟—過(guò)成熟煤型（熱解）頁(yè)巖氣（B23）等10種頁(yè)巖氣類型。

本分類方案頁(yè)巖氣類型的命名，按“演化階段（原生與次生，或低成熟、成熟、高成熟—過(guò)成熟）—母質(zhì)類型（Ⅰ，Ⅱ型干酪根的油型和Ⅲ型干酪根的煤型）—成因機(jī)制（生物成因和熱解成因）”順序進(jìn)行（為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，通常將“熱解成因”省略）。

將頁(yè)巖氣的分類方案用圖版表示，以頁(yè)巖成氣演化階段為橫坐標(biāo)（判別指標(biāo)），頁(yè)巖母質(zhì)類型為縱坐標(biāo)（判別指標(biāo)），得到頁(yè)巖氣成因類型判別標(biāo)準(zhǔn)圖版（圖1），利用標(biāo)準(zhǔn)圖版，依據(jù)縱橫坐標(biāo)的判別指標(biāo)（母質(zhì)類型和Ro值），可對(duì)不同情況下的頁(yè)巖氣成因類型進(jìn)行判別。

圖1 頁(yè)巖氣成因類型判別標(biāo)準(zhǔn)圖版Fig.1 Identification standard chart for of genetic typesof shalegas

依據(jù)北方地質(zhì)背景和頁(yè)巖氣形成條件［4-8，31］，將各地區(qū)頁(yè)巖層系的干酪根類型和熱成熟度（Ro）值投射到“頁(yè)巖氣成因類型判別圖版”（圖1）中，得到4個(gè)地區(qū)頁(yè)巖氣成因類型及其縱向分布（表2），由表2可知，北方頁(yè)巖氣成因類型共有9種，而南方頁(yè)巖氣的成因類型主要是高成熟—過(guò)成熟型氣這一種［2-3，5-7，27］，所以在北方尋找頁(yè)巖氣，直接套用南方頁(yè)巖氣的找氣思路，是行不通的。

表2 北方頁(yè)巖氣的成因類型及其分布Table 2 Genetic types and distribution of shale gas in northern China

3 不同成因類型頁(yè)巖氣的成氣模式

頁(yè)巖氣是泥頁(yè)巖烴源巖生成并滯留于泥頁(yè)巖烴源巖內(nèi)，或泥頁(yè)巖烴源巖生、排出并運(yùn)移到其薄夾層中的天然氣，頁(yè)巖氣生成和排出的特征與規(guī)律，稱為頁(yè)巖氣的成氣模式。

不同成因類型的頁(yè)巖氣，由于其生氣母質(zhì)類型、生排氣條件和生排氣機(jī)制不同，必然有不同的成氣模式與分布規(guī)律，研究與總結(jié)不同成因類型頁(yè)巖氣成氣模式，對(duì)于頁(yè)巖氣的預(yù)測(cè)至關(guān)重要。

3.1 樣品與方法

在研究總結(jié)前人相關(guān)成果的基礎(chǔ)上，選擇了5個(gè)具有典型代表意義的不同母質(zhì)類型泥頁(yè)巖烴源巖的生排烴模擬實(shí)驗(yàn)的模擬結(jié)果（相當(dāng)于選取典型樣品），通過(guò)歸納、對(duì)比、擬合、對(duì)接、組裝（相當(dāng)于研究方法），最終建立反映不同成因類型頁(yè)巖氣的形成演化共同規(guī)律的通用模式。

3.1.1 典型泥頁(yè)巖烴源巖成氣模擬實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

（1）地質(zhì)條件下湖相烴源巖生排烴效率與模式

陳建平等［31］以渤海灣、松遼等4個(gè)大型湖相含油氣盆地以及酒泉青西凹陷、泌陽(yáng)凹陷等9個(gè)中小型湖相富油盆地/斷陷為對(duì)象，通過(guò)15 000余個(gè)湖相烴源巖樣品（TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2.0%）在熱演化過(guò)程中熱解生烴潛力指數(shù)的變化研究，揭示了湖相烴源巖在地質(zhì)條件下的生排烴特征，構(gòu)建了湖相烴源巖在地質(zhì)條件下的生排烴模型。其優(yōu)點(diǎn)是代表性強(qiáng)、階段性明顯、實(shí)現(xiàn)定量化、規(guī)律性強(qiáng)。存在問(wèn)題主要表現(xiàn)在沒(méi)有考慮泥頁(yè)巖烴源巖埋藏早期的生物成氣過(guò)程，也沒(méi)有模擬泥頁(yè)巖烴源巖在過(guò)成熟（Ro＞2.0%）階段的成氣特征。

（2）頁(yè)巖氣形成機(jī)制的生烴熱模擬研究

湯慶艷等［30］選擇美國(guó) Green River，Woodford及我國(guó)珠江口盆地等3種不同有機(jī)質(zhì)類型的低成熟頁(yè)巖，采用密封金管—高壓釜體系，在24.1 MPa圍壓下，以20℃/h和2℃/h的升溫速率進(jìn)行生烴熱模擬實(shí)驗(yàn)，獲得模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果。優(yōu)點(diǎn)是階段性明顯，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)烴定量化，規(guī)律性強(qiáng)。存在問(wèn)題主要表現(xiàn)在沒(méi)有考慮泥頁(yè)巖烴源巖埋藏早期的生物成氣過(guò)程，也沒(méi)有模擬泥頁(yè)巖烴源巖在過(guò)成熟以后階段（Ro＞3.0%）的成氣特征。

（3）煤化階段與天然氣生成演化對(duì)應(yīng)關(guān)系

蘇現(xiàn)波等［53］通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)和綜合研究，將煤系地層中的烴源巖埋藏?zé)嵫莼蓺膺^(guò)程與煤變質(zhì)演化階段進(jìn)行對(duì)比，依據(jù)埋藏過(guò)程中生物氣和熱成因氣的生成及含氣飽和度的變化，定性—半定量地給出了煤系烴源巖（相當(dāng)于Ⅲ型干酪根）成氣演化過(guò)程與模式。其優(yōu)點(diǎn)是階段性明顯，反映了一個(gè)完整的烴源巖成氣演化過(guò)程。存在問(wèn)題主要表現(xiàn)在，一是氣體生成沒(méi)有定量化，氣體生成高峰時(shí)期（0.9%＜Ro＜1.5%）提前，與甲烷大量生成階段（1.5%＜Ro＜1.8%）對(duì)應(yīng)相關(guān)性差，二是生物氣的形成演化沒(méi)有定量或半定量化，只是提出有這個(gè)階段或過(guò)程，三是只考慮了Ⅲ型干酪根。

（4）不同類型優(yōu)質(zhì)烴源巖生排油氣模式

秦建中等［32］在常規(guī)地球化學(xué)研究的基礎(chǔ)上，綜合利用掃描電鏡、能譜分析、X射線衍射和有機(jī)巖石學(xué)分析等新技術(shù)，將優(yōu)質(zhì)烴源巖按成巖顆?；蛏汲煞址譃?種類型：硅質(zhì)型、鈣質(zhì)型和黏土型。通過(guò)對(duì)3種類型優(yōu)質(zhì)烴源巖樣品的地層孔隙熱壓生排油氣模擬實(shí)驗(yàn)，建立了其生排油氣動(dòng)態(tài)模式。其優(yōu)點(diǎn)是定量模擬了一個(gè)完整的烴源巖熱解成氣演化過(guò)程。存在問(wèn)題主要表現(xiàn)在，一是沒(méi)有反映生物成因氣的模擬過(guò)程，二是只給出了Ⅱ型干酪根烴源巖成氣演化的模擬結(jié)果，沒(méi)有給出Ⅰ，Ⅲ型干酪根烴源巖成氣演化的模擬結(jié)果。

（5）煤層生氣模式

劉洪林等［49］通過(guò)對(duì)比美國(guó)粉河盆地與我國(guó)鄂爾多斯盆地煤層氣成因類型、煤層氣演化與煤階的關(guān)系，提出煤層氣有2種基本成因類型，生物成因類型和熱成因類型，并總結(jié)出煤層（相當(dāng)于Ⅲ型有機(jī)質(zhì)烴源巖）演化形成這2種成因類型煤層氣的生氣模式。其優(yōu)點(diǎn)是定量模擬了一套煤層（Ⅲ型干酪根）烴源巖從生成生物成因氣（原生生物成因氣）到生成熱解成因氣的相對(duì)完整的演化過(guò)程。存在問(wèn)題主要表現(xiàn)在，一是沒(méi)有揭示煤層演化后期（Ro達(dá)到3.0%以后）的生氣過(guò)程及其衰竭特征，二是本模式只能反映Ⅲ型干酪根有機(jī)質(zhì)烴源巖的成氣演化規(guī)律，不能代表Ⅰ，Ⅱ型干酪根泥頁(yè)巖烴源巖的成氣規(guī)律。

3.1.2 建立完整通用頁(yè)巖成氣演化模式的方法

（1）基本思路

以前述5個(gè)典型頁(yè)巖氣成氣模式為基礎(chǔ)，結(jié)合前人其他相關(guān)成果，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，消除不足，首選確定成氣演化的關(guān)鍵演化時(shí)間點(diǎn)（Ro在未成熟、低成熟、成熟、高成熟、過(guò)成熟等不同階段聯(lián)結(jié)點(diǎn)），其次對(duì)各種模式泥頁(yè)巖烴源巖的產(chǎn)氣參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一化和歸一化處理，計(jì)算關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)不同類型干酪根的生排烴（氣）量，三是整合與對(duì)接不同階段泥頁(yè)巖烴源巖不同階段成氣參數(shù)（不同類型干酪根的成氣量），最終形成一個(gè)統(tǒng)一完整的不同類型泥頁(yè)巖烴源巖的成氣演化模式。

（2）頁(yè)巖成氣演化關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

頁(yè)巖成氣演化關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)指富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖在埋藏演化過(guò)程中發(fā)生重大地質(zhì)事件對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，用Ro值來(lái)表示。

依據(jù)前述典型烴源巖演化生排氣模擬實(shí)驗(yàn)，綜合前人相關(guān)研究成果，擬定了富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖烴源巖（TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2%）成氣演化關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、重要事件標(biāo)志及其主要依據(jù)來(lái)源（表3）。

表3 泥頁(yè)巖烴源巖成氣演化關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的確定與依據(jù)Table3 Determination and referencesof key nodesfor gasformation evolution of shalesourcerocks

（3）頁(yè)巖成氣演化關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)生排烴量的確定

要獲得不同類型富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖烴源巖成氣演化定量模式，須要得到不同類型烴源巖在演化過(guò)程中的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的生排烴量，實(shí)驗(yàn)?zāi)M與研究表明：Ⅰ，Ⅱ型干酪根排氣特征很接近，與Ⅲ型干酪根差異較大［31］，為簡(jiǎn)化模型，用Ⅱ型（或Ⅱ1型）烴源巖的成氣特征代表Ⅰ，Ⅱ型烴源巖的成氣特征，建立Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ型干酪根烴源巖的成氣演化模式。頁(yè)巖成氣演化關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)生排烴量的確定方法及其依據(jù)如表4所示。

3.2 結(jié)果

以表3和表4為依據(jù)，總結(jié)出不同類型（Ⅰ，Ⅱ型干酪根代表的油型母質(zhì)烴源巖和Ⅲ型干酪根代表的煤型生烴母質(zhì)烴源巖）富有機(jī)質(zhì)（TOC平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%）頁(yè)巖成氣演化通用模式，定量反映了不同成因類型頁(yè)巖氣的形成演化規(guī)律（圖2）。

與目前其他頁(yè)巖氣成氣演化模式相比，圖2具有以下更優(yōu)越的特點(diǎn)：①囊括了所有成因類型（9種類型）的頁(yè)巖氣，各成因類型頁(yè)巖氣成氣演化規(guī)律清楚明了；②定量表征了一個(gè)完整清晰的頁(yè)巖成氣演化序列；③便于記憶，實(shí)用簡(jiǎn)單，預(yù)測(cè)性強(qiáng)，可用于任何地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖層系頁(yè)巖氣的初步定量預(yù)測(cè)；④更有利于頁(yè)巖氣勘探的分類指導(dǎo)與預(yù)測(cè)：只要知道了頁(yè)巖干酪根類型和演化程度，就立即能聯(lián)想和評(píng)估要尋找的頁(yè)巖氣的類型、領(lǐng)域（深度范圍和地區(qū)）和頁(yè)巖氣的大致潛力；⑤具有普遍意義和代表性，盡管本模式的定量數(shù)據(jù)還存在一定的誤差，但仍具有可比性和預(yù)測(cè)性，具有普適性和示范性。

表4 泥頁(yè)巖烴源巖成氣演化關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)成氣量的確定與依據(jù)Table 4 Determination and references of gas formation at key nodes of gas shale source rocks

圖2 頁(yè)巖氣成因類型及其成氣演化通用模式Fig.2 Genetic type of shale gas and its general model of gas formation evolution

4 北方頁(yè)巖氣分布特征與勘探方向

4.1 頁(yè)巖氣在盆地內(nèi)的分布特點(diǎn)與分布模式

依據(jù)形成條件、成氣模式和成因機(jī)理，頁(yè)巖氣可分布于盆地內(nèi)任何有富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖賦存的地方，且不同成因類型的頁(yè)巖氣的分布和產(chǎn)狀具有明顯的規(guī)律性。

原生油型生物氣和原生煤型生物氣主要分布于盆地（前者為湖或海相，后者為過(guò)渡沼澤相）淺層的沉積、沉降中心，呈毯狀分布。次生油型生物氣和次生煤型生物氣主要分布于盆地邊緣或盆地內(nèi)部淺層（生物作用強(qiáng)烈的地方），呈環(huán)帶分布。成熟油型氣和高成熟—過(guò)成熟油型氣主要分布在湖（海）相盆地深部的沉積沉降中心及其周邊低斜坡，平面上呈環(huán)帶狀分布。低成熟煤型氣、成熟煤型氣和高成熟—過(guò)成熟煤型氣主要分布在過(guò)渡相沼澤相盆地（煤系地層）的斜坡（中部）到沉積沉降中心（深部），受熱演化程度的制約，平面上呈環(huán)帶狀分布。

由此可知，富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖盆地頁(yè)巖氣的分布，具有全凹陷含氣，縱向上依成熟演化分層，平面上據(jù)演化程度分帶的有序連續(xù)分布特征。縱向上，由地表向深層依次為，地表—淺層原生油型或原生煤型生物成因頁(yè)巖氣、淺層次生油型或次生煤型生物頁(yè)巖氣、中層低成熟煤型頁(yè)巖氣（針對(duì)煤系地層）、深層成熟油型頁(yè)巖氣或成熟煤型頁(yè)巖氣、更深層高成熟—過(guò)成熟油型頁(yè)巖氣或煤型頁(yè)巖氣。平面上圍繞盆地沉積沉降中心呈環(huán)帶分布，即由盆地邊緣到盆地中心依次為，盆地邊緣分布次生油型生物頁(yè)巖氣或次生煤型生物頁(yè)巖氣、高斜坡（淺層）分布低成熟煤型頁(yè)巖氣、低斜坡（中—深層）分布成熟油型頁(yè)巖氣或成熟煤型頁(yè)巖氣、盆地中心（深層）分布高成熟—過(guò)成熟油型頁(yè)巖氣或高成熟—過(guò)成熟煤型頁(yè)巖氣（圖3）。

圖3 北方沉積盆地頁(yè)巖氣成因類型及其分布模式A11.原生油型生物氣；A21.原生煤型生物氣；A12.次生油型生物氣；A22.次生煤型生物氣；B21.低成熟煤型氣；B12.成熟油型氣；B22.成熟煤型氣；B13.高成熟—過(guò)成熟油型氣；B23.高成熟—過(guò)成熟煤型氣Fig.3 Genetic typesand distribution patternsof shalegasin sedimentary basinsof northern China

4.2 北方頁(yè)巖氣勘探的正確方向

北方頁(yè)巖氣勘探應(yīng)遵循北方沉積盆地頁(yè)巖氣成因類型及其分布模式，進(jìn)行分區(qū)分類評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)，依區(qū)依類制定不同勘探政策，各個(gè)擊破。

4.2.1 北方頁(yè)巖氣勘探的策略

西北、華北、東部地區(qū)盆地的下古生界，應(yīng)該以尋找與南方已開采的高成熟—過(guò)成熟油型相似的頁(yè)巖氣為主要目標(biāo)，但因埋藏深，勘探難度大，不宜優(yōu)先考慮。整個(gè)北方地區(qū)的上古生界，應(yīng)該以尋找成熟煤型氣、高成熟—過(guò)成熟煤型氣為主要目標(biāo)，也可作為優(yōu)先考慮的勘探領(lǐng)域。北方中生界富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖主要分布在西北、華北和東北地區(qū)，頁(yè)巖氣成因類型多，其中三疊系—侏羅系應(yīng)該以尋找低成熟、成熟、高成熟—過(guò)成熟煤型頁(yè)巖氣和次生煤型頁(yè)巖氣為主要目標(biāo)，也應(yīng)該作為優(yōu)先考慮的勘探領(lǐng)域；白堊系應(yīng)該以尋找高成熟—過(guò)成熟油型頁(yè)巖氣和次生油型生物頁(yè)巖氣為主要目標(biāo)。對(duì)于新生界，北方各地區(qū)的盆地內(nèi)都有富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖分布，但熱成熟度總體比較低，且各地區(qū)差異大，應(yīng)該以尋找次生油型生物頁(yè)巖氣和次生煤型生物頁(yè)巖氣、原生油型生物頁(yè)巖氣和原生煤型生物頁(yè)巖氣、低成熟煤型頁(yè)巖氣為主，東部渤海灣盆地的一些次級(jí)深凹陷的古近系頁(yè)巖層系可尋找高成熟—過(guò)成熟油型頁(yè)巖氣。熱解類油型頁(yè)巖氣不是北方頁(yè)巖氣的主要勘探對(duì)象。

4.2.2 北方頁(yè)巖氣勘探的具體思路

針對(duì)具體盆地，頁(yè)巖氣勘探的思路是：在盆地中心的地表—淺層，應(yīng)該以尋找柴達(dá)木盆地三湖地區(qū)新近系—第四系的原生油型與煤型生物頁(yè)巖氣（與美國(guó)粉河盆地白堊系Fort Union組原生煤型生物頁(yè)巖氣相似的頁(yè)巖氣為主要目標(biāo)）；在盆地邊緣淺層應(yīng)該以尋找與美國(guó)密執(zhí)根盆地的Antrim次生油型生物頁(yè)巖氣和阜新盆地白堊系阜新組次生煤型頁(yè)巖氣相似的頁(yè)巖氣為主要目標(biāo)；在含煤盆地中淺層斜坡區(qū)應(yīng)該以尋找與西西伯利亞盆地白堊系烏連戈伊低成熟煤型頁(yè)巖氣和吐哈盆地吐魯番坳陷侏羅系水西溝群低成熟煤型頁(yè)巖氣相似的頁(yè)巖氣為主要目標(biāo)；盆地中深層低斜坡區(qū)以尋找與美國(guó)福特沃斯盆地下石炭統(tǒng)Barrett成熟油型頁(yè)巖氣相似的頁(yè)巖氣為目標(biāo)；盆地中心的深層以尋找與美國(guó)圣華金盆地白堊系lewis高成熟—過(guò)成熟油型頁(yè)巖氣相似的頁(yè)巖氣為主要目標(biāo)，或以尋找與沁水盆地白堊系高成熟—過(guò)成熟煤型頁(yè)巖氣相似的頁(yè)巖氣為主要目標(biāo)。

5 結(jié)論

（1）北方頁(yè)巖氣在成因類型、成藏條件、成氣模式與分布規(guī)律等方面與南方頁(yè)巖氣有較大差異，南方頁(yè)巖氣勘探思路不適用于北方。

（2）創(chuàng)建了一套頁(yè)巖氣的成因（機(jī)制）—母質(zhì)（類型）—演化（階段）三級(jí)分類方案和模板，將頁(yè)巖氣分為2個(gè)大類4類10種類型，有利于頁(yè)巖氣勘探的分類指導(dǎo)。

（3）總結(jié)出一套完整統(tǒng)一、實(shí)用的反映頁(yè)巖演化成氣規(guī)律的定量評(píng)價(jià)通用模式，有利于頁(yè)巖氣勘探的分類評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)。

（4）提出“全凹陷含氣，縱向上依演化分層，平面上據(jù)演化分帶的頁(yè)巖氣有序連續(xù)分布”規(guī)律，建立油氣盆地頁(yè)巖氣分布模式，提出北方頁(yè)巖氣勘探應(yīng)該采取“分類勘探，分步實(shí)施，各個(gè)擊破”原則，明確北方頁(yè)巖氣勘探的正確思路與方向。