松遼盆地北部頁(yè)巖氣潛力評(píng)價(jià)與勘探方法探討

代文玉

摘 要：隨著我國(guó)能源消費(fèi)量的增加和常規(guī)油氣資源的日益減少，頁(yè)巖氣等非常規(guī)資源將成為重要的補(bǔ)充能源。松遼盆地北部白堊系青山口組在中央坳陷區(qū)泥頁(yè)巖發(fā)育，有利于頁(yè)巖氣的生成。廣域電磁法勘探可探查頁(yè)巖分布區(qū)地層、斷裂及構(gòu)造特征，給出目的層青一段的埋深、厚度等信息，其勘探成本遠(yuǎn)低于地震勘探方法。不失為一種經(jīng)濟(jì)、快速、有效的頁(yè)巖氣勘探手段。

關(guān)鍵詞：松遼盆地;頁(yè)巖氣;青山口組;廣域電磁法勘探;構(gòu)造

1 概述

頁(yè)巖氣是指主體位于暗色泥頁(yè)巖或高碳泥頁(yè)巖中，以吸附相、游離相甚至溶解相賦存于泥頁(yè)巖地層中的天然氣聚集（張金川，2004）。成分以甲烷為主，是一種清潔、高效的能源資源。頁(yè)巖氣具有含氣面積廣、資源量大和開(kāi)采周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已成為全球油氣資源研究的熱點(diǎn)，正在改變世界能源格局。

我國(guó)是能源消耗大國(guó)，到2020年我國(guó)天然氣將有80億立方米的缺口，2015年5月，財(cái)政部、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)通知，明確“十三五”期間中央財(cái)政將繼續(xù)實(shí)施頁(yè)巖氣財(cái)政補(bǔ)貼政策，國(guó)家在大力支持頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)利用。頁(yè)巖氣已被列為國(guó)家第172種新獨(dú)立礦種。

2 國(guó)外頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

美國(guó)是頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)研究最早以及最成功的國(guó)家。美國(guó)對(duì)頁(yè)巖氣的勘探最早于1821年，此后，隨著大量資金的投入和勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的進(jìn)步，美國(guó)天然氣研究所開(kāi)始對(duì)頁(yè)巖氣進(jìn)行系統(tǒng)研究，探索頁(yè)巖氣儲(chǔ)集性能、富集規(guī)律和滲流特征，并進(jìn)行資源潛力評(píng)價(jià)和地球化學(xué)研究，認(rèn)識(shí)到了頁(yè)巖氣的吸附機(jī)理和頁(yè)巖含氣飽和度對(duì)資源量的重要影響。在深化理論技術(shù)研究的同時(shí)，更新了鉆探生產(chǎn)工藝，使用壓裂技術(shù)進(jìn)行開(kāi)采，使頁(yè)巖氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量大幅提高。到2008年，美國(guó)頁(yè)巖氣已勘探盆地40余個(gè)，完鉆頁(yè)巖氣井5萬(wàn)多口，可采資源量為15-30萬(wàn)億m3，至今，產(chǎn)量仍在逐年增加。

美國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)的成功引起了全球其他國(guó)家和地區(qū)對(duì)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的浪潮。歐洲地區(qū)建立了歐洲的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖數(shù)據(jù)庫(kù)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，歐洲地區(qū)盆地內(nèi)的泥頁(yè)巖主要發(fā)育的是熱成因型頁(yè)巖氣，估計(jì)其頁(yè)巖氣資源量將近 14.4×1012m3。

加拿大頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)也已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化開(kāi)采階段，通過(guò)多年的勘探開(kāi)發(fā)和研究，估計(jì)其頁(yè)巖氣資源量超過(guò) 42.5×1012m3。

3 我國(guó)頁(yè)巖氣研究概況

2004年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)的石油、地質(zhì)高校和石油企業(yè)研究機(jī)構(gòu)的學(xué)者已經(jīng)開(kāi)展對(duì)頁(yè)巖氣的研究。2009年8月，國(guó)土資源部在重慶市綦江縣啟動(dòng)了中國(guó)首個(gè)頁(yè)巖氣資源勘查項(xiàng)目以來(lái)，頁(yè)巖氣的勘探開(kāi)發(fā)和研究工作已取得一定的進(jìn)展。我國(guó)南方的揚(yáng)子、華北和塔里木3個(gè)地區(qū)發(fā)育多套古生界海相頁(yè)巖，具備頁(yè)巖氣形成的基本地質(zhì)條件;中、新生界陸相沉積環(huán)境下的松遼盆地下白堊統(tǒng)的青山口組黑色泥頁(yè)巖也具有頁(yè)巖氣形成的條件。經(jīng)研究證實(shí)我國(guó)頁(yè)巖氣資源豐富，分布廣，層位多，全國(guó)共發(fā)育有11套頁(yè)巖層系。據(jù)中國(guó)石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院公布的全球頁(yè)巖氣資源評(píng)估結(jié)果顯示，全球總的頁(yè)巖氣可采資源量為187萬(wàn)億m3，中國(guó)頁(yè)巖氣資源量為360825億m3，居全球第一。但與美國(guó)相比，我國(guó)對(duì)頁(yè)巖氣資源的勘探開(kāi)發(fā)仍處于初級(jí)階段。我省松嫩平原中心的大慶市西南古龍凹陷附近泥頁(yè)巖地層發(fā)育，具備頁(yè)巖氣形成條件，適合開(kāi)展頁(yè)巖氣潛力評(píng)價(jià)和勘探方法研究。

4 我省頁(yè)巖氣勘探試驗(yàn)的意義

我省開(kāi)展與頁(yè)巖氣相關(guān)的工作很少，省內(nèi)頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)潛力未知。為擺脫我省能源行業(yè)對(duì)常規(guī)油氣的過(guò)度依賴(lài)，有必要在我省開(kāi)展頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)工作，研究探索一套適合我省實(shí)際、能夠有效勘查陸相頁(yè)巖氣的勘查技術(shù)方法，為黑龍江省頁(yè)巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供依據(jù)。這對(duì)扭轉(zhuǎn)我省能源行業(yè)一邊倒的局面，完善能源發(fā)展格局，具有重大意義。同時(shí)也勢(shì)必會(huì)緩解國(guó)內(nèi)能源壓力，降低我國(guó)對(duì)外能源依存度。

5 頁(yè)巖氣初期勘探方法探討

電磁法勘探的前提是目的層與圍巖存在較明顯的電性差異，從地層和巖石的物性特征上看，我國(guó)南方海相頁(yè)巖氣儲(chǔ)層表現(xiàn)為典型的相對(duì)低電阻率和高極化率特征，具備利用電磁法勘探的前提條件。我國(guó)地質(zhì)條件復(fù)雜、多樣，能否充分發(fā)揮非地震勘探技術(shù)成本低、效率高的優(yōu)勢(shì)，檢驗(yàn)電磁法勘探技術(shù)在松嫩平原頁(yè)巖氣勘探中的有效性，是當(dāng)前我省在頁(yè)巖氣勘探起步階段亟待探索的重要問(wèn)題之一。

由中國(guó)工程院院士何繼善團(tuán)隊(duì)發(fā)明的廣域電磁法“大深度高精度廣域電磁勘探技術(shù)與裝備”獲得2018年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，其探測(cè)深度由世界先進(jìn)方法的1.5km增加到8km。該技術(shù)裝備在全國(guó)成功推廣應(yīng)用以來(lái)，提交頁(yè)巖氣資源量3401.22億m3，……，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。

劉偉等研究了松遼盆地大慶西部古龍凹陷頁(yè)巖氣成藏條件，松遼盆地的兩次較大的湖泛期沉積了古龍凹陷青山口組，是松遼盆地最重要的生油層和區(qū)域蓋層。該地層富含優(yōu)質(zhì)的有機(jī)質(zhì)、沉積了巨厚的黑色頁(yè)巖，間雜油頁(yè)巖。采用廣域電磁法在該區(qū)域進(jìn)行探測(cè)試驗(yàn)，結(jié)合石油鉆探資料，研究測(cè)區(qū)的地層、構(gòu)造及斷裂特征，提供青山口組炭質(zhì)泥頁(yè)巖埋深、厚度等信息。在廣域電磁法探測(cè)試驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，選擇異?！疤瘘c(diǎn)區(qū)”進(jìn)行方法的有效性驗(yàn)證，研究頁(yè)巖氣層有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)成熟度、含氣量及保存條件，總結(jié)出一套適合我省實(shí)際、能夠有效勘查陸相頁(yè)巖氣的勘查技術(shù)方法，建立完整的頁(yè)巖氣野外地質(zhì)調(diào)查、地球物理探測(cè)及處理解釋、物性測(cè)量、樣品采集與化驗(yàn)、綜合地質(zhì)解釋以及鉆井驗(yàn)證的勘查技術(shù)體系很有必要。