美國(guó)頁(yè)巖油資源分布特征與主控因素研究

白國(guó)平，邱海華，鄧舟舟，王文庸，陳 君

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2.中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；3.中國(guó)石化 東北油氣分公司，長(zhǎng)春 130062)

頁(yè)巖革命從根本上改變了美國(guó)油氣的對(duì)外依存度，頁(yè)巖氣產(chǎn)量的提高不僅鞏固了自2011年以來(lái)美國(guó)全球第一大產(chǎn)氣國(guó)的地位，而且使其于2018年成為了天然氣凈出口國(guó)，出口量達(dá)147×108m3[1]。頁(yè)巖油產(chǎn)量的大幅提升使得美國(guó)石油的對(duì)外依存度從歷史最高點(diǎn)的67.0%(2006年)降至2018年的25.2%。此外，美國(guó)頁(yè)巖油革命對(duì)全球石油供需格局產(chǎn)生了根本性的影響，供大于需的關(guān)系結(jié)束了高油價(jià)，自2015年起，油價(jià)進(jìn)入了低谷期，本輪的低油價(jià)也許還要持續(xù)數(shù)年。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者從不同角度探討過(guò)美國(guó)頁(yè)巖油的成藏條件、富集特征及其啟示[2-5]，但涉及的對(duì)象多是美國(guó)某個(gè)盆地[6-8]、幾個(gè)主要盆地內(nèi)頁(yè)巖油的成藏特征和富集規(guī)律[4]或者國(guó)內(nèi)外盆地之間頁(yè)巖油地質(zhì)特征的類比分析[9]。然而，有關(guān)美國(guó)頁(yè)巖油整體資源狀況、分布特征和富集主控因素的研究尚不系統(tǒng)和全面，因此有必要對(duì)此開(kāi)展進(jìn)一步的研究。本文基于最新的美國(guó)頁(yè)巖油資源的相關(guān)數(shù)據(jù)以及前人的研究成果，探討美國(guó)頁(yè)巖油資源的分布規(guī)律與富集主控因素，以期為我國(guó)頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)的進(jìn)一步突破提供借鑒與啟示。

1 頁(yè)巖油術(shù)語(yǔ)體系

相對(duì)于頁(yè)巖氣而言，頁(yè)巖油的涵義尚不統(tǒng)一，不同機(jī)構(gòu)和研究人員定義出的頁(yè)巖油概念不盡相同。國(guó)外機(jī)構(gòu)(如BGR[10]，EIA[11]，USGS[12])和研究者(如JARVIE[2])多傾向于將頁(yè)巖油(shale oil)與致密油(tight oil)等同起來(lái)，泛指儲(chǔ)存于低滲含油層系(泥巖、頁(yè)巖、粉砂巖、砂巖、泥灰?guī)r、碳酸鹽巖等)中的輕質(zhì)石油(含凝析油)。與國(guó)外學(xué)者不同，我國(guó)學(xué)者則多傾向于將頁(yè)巖油和致密油區(qū)分開(kāi)來(lái)[4, 13-14](表1)。

依據(jù)儲(chǔ)存介質(zhì)的差異，廣義頁(yè)巖油/致密油分為狹義頁(yè)巖油和狹義致密油，并根據(jù)儲(chǔ)集層的巖性，后者可進(jìn)一步細(xì)分為致密砂巖油、致密灰?guī)r油等[13-14]。依據(jù)源儲(chǔ)的上下配置關(guān)系，黎茂穩(wěn)等[4]將狹義致密油細(xì)分為源上、源內(nèi)和源下致密油。如表1所示，國(guó)內(nèi)學(xué)者定義出的狹義頁(yè)巖油亦有部分儲(chǔ)集于富有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖中的致密夾層，但夾層是次要儲(chǔ)集層，厚度占烴源巖層系總厚度的比例不超過(guò)20%[4]。需要指出的是，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出的廣義頁(yè)巖油分類方案不能涵蓋美國(guó)目前在產(chǎn)的所有頁(yè)巖油類型，如源儲(chǔ)一體的海灣盆地Eagle Ford頁(yè)巖油的儲(chǔ)集層為泥灰?guī)r，巖性并非泥頁(yè)巖，因而無(wú)法歸屬于表1中的具體頁(yè)巖油類型。

表1 頁(yè)巖油/致密巖分類體系

依據(jù)頁(yè)巖油賦存介質(zhì)的差異和源儲(chǔ)關(guān)系，JARVIE[2]和SONNENBERG等[15]將頁(yè)巖油分為3類：基質(zhì)型、裂縫型和混合型?；|(zhì)型頁(yè)巖油與頁(yè)巖氣類似，以源儲(chǔ)一體和低基質(zhì)滲透率為特征；裂縫型頁(yè)巖油源儲(chǔ)一體或者非一體，以裂縫滲透率為主，基質(zhì)滲透率極低；混合型頁(yè)巖油與致密氣類似，源儲(chǔ)非一體，儲(chǔ)集層為致密碎屑巖或碳酸鹽巖。本文采用該分類方案，分析美國(guó)頁(yè)巖油資源特征，除非特別標(biāo)明，否則文中提及的頁(yè)巖油均指廣義頁(yè)巖油。

2 美國(guó)頁(yè)巖盆地

2.1 美國(guó)頁(yè)巖油氣盆地與產(chǎn)區(qū)

美國(guó)的頁(yè)巖油氣主要產(chǎn)自美國(guó)中東部的6個(gè)盆地(群)的7個(gè)頁(yè)巖油氣產(chǎn)區(qū)(圖1)，按近年來(lái)頁(yè)巖油氣的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)，依次為二疊盆地、阿帕拉契亞盆地、海灣盆地西部的Eagle Ford產(chǎn)區(qū)(包括Eagle Ford和Austin Chalk區(qū)帶)、威利斯頓盆地、安納達(dá)科盆地、海灣盆地東部的Haynesville產(chǎn)區(qū)和落基山盆地群(丹佛盆地、粉河盆地和帕克盆地)。威利斯頓盆地、二疊盆地和海灣盆地Eagle Ford產(chǎn)區(qū)以產(chǎn)頁(yè)巖油為主，落基山盆地群和安納達(dá)科盆地的頁(yè)巖氣產(chǎn)量高于頁(yè)巖油產(chǎn)量，而阿帕拉契亞盆地和海灣盆地Haynesville組則以產(chǎn)頁(yè)巖氣占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。此外，加州圣華金等盆地的中新統(tǒng)Monterey區(qū)帶也有少量的頁(yè)巖油產(chǎn)量。

圖1 美國(guó)頁(yè)巖油資源量盆地分布

2.2 美國(guó)頁(yè)巖油資源

參照石油工程師協(xié)會(huì)(SPE)油氣資源管理體系(PRMS)[17]，本文采用的頁(yè)巖油資源分類體系見(jiàn)表2。總可采資源量為總可采儲(chǔ)量與待發(fā)現(xiàn)技術(shù)可采資源量之和，前者包括累計(jì)產(chǎn)量、剩余探明可采儲(chǔ)量和未探明可采儲(chǔ)量。

表2 頁(yè)巖油資源分類方案

美國(guó)能源信息署(EIA)按月、按區(qū)帶公布美國(guó)頁(yè)巖油產(chǎn)量[16]，按年、按盆地公布剩余探明儲(chǔ)量(可采，下同)[18-21]以及按年、按區(qū)帶公布待發(fā)現(xiàn)資源量(技術(shù)可采，下同)[22]，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)發(fā)布美國(guó)頁(yè)巖油盆地以頁(yè)巖區(qū)帶為基本評(píng)價(jià)單元的待發(fā)現(xiàn)資源量[12]?？紤]到USGS的頁(yè)巖油資評(píng)結(jié)果被廣泛采用，置信度高，本文采用USGS[12]的資評(píng)結(jié)果。

2019年12月，EIA[18]發(fā)布的2018年底美國(guó)頁(yè)巖油剩余探明儲(chǔ)量為233.83×108bbl(1 bbl≈0.136 t)；截至2018年底，美國(guó)累計(jì)產(chǎn)出的頁(yè)巖油為131.57×108bbl；USGS[12]評(píng)估出的美國(guó)頁(yè)巖油待發(fā)現(xiàn)資源量為1 142.54×108bbl。三者之和即美國(guó)頁(yè)巖油總資源量為1 507.94×108bbl(表3)，其中頁(yè)巖油累計(jì)探明儲(chǔ)量(累計(jì)產(chǎn)量+剩余儲(chǔ)量)365.40×108bbl，探明率為24.2%。

3 美國(guó)頁(yè)巖油資源分布特征

3.1 可采資源量

按盆地統(tǒng)計(jì)，美國(guó)頁(yè)巖油資源主要富集于二疊盆地、海灣盆地和威利斯頓盆地，其頁(yè)巖油資源量分別為1 034.91×108bbl，195.56×108bbl，170.60×108bbl，占美國(guó)頁(yè)巖油資源量的68.6%，13.0%，11.3%(表3，圖1)。資源量排序第4～6位的盆地依次為阿帕拉契亞盆地(占2.8%)、落基山盆地群(占1.9%)和安納達(dá)科盆地(占1.4%)，其他盆地的資源量合計(jì)為16.66×108bbl，僅占1.1%(表3)。

表3 美國(guó)頁(yè)巖油資源數(shù)據(jù)

3.2 累計(jì)產(chǎn)量

美國(guó)的頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)可以追溯至20世紀(jì)初期，當(dāng)時(shí)在加州圣華金等盆地發(fā)現(xiàn)了中新統(tǒng)Monterey組裂縫型頁(yè)巖油藏。Monterey頁(yè)巖已有超過(guò)100年的產(chǎn)油史[2]，因此該區(qū)帶(play)被視為美國(guó)最早投入開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖油區(qū)帶。2000年(EIA未公布2000年之前的系統(tǒng)數(shù)據(jù))，Monterey頁(yè)巖油產(chǎn)量為21.84×104bbl，占當(dāng)年美國(guó)頁(yè)巖油總產(chǎn)量的16.9%，是僅次于二疊盆地Spraberry區(qū)帶和海灣盆地Austin Chalk區(qū)帶的第三大產(chǎn)頁(yè)巖油區(qū)帶。然而，Monterey并未發(fā)展成一個(gè)重要的頁(yè)巖油區(qū)帶，截至2018年底，共累計(jì)產(chǎn)頁(yè)巖油3.52×108bbl，僅占美國(guó)頁(yè)巖油累計(jì)產(chǎn)量的2.7%(表4)。

美國(guó)頁(yè)巖油產(chǎn)量在2008年之前增速平緩，2008年威利斯頓盆地Bakken頁(yè)巖油投入開(kāi)發(fā)，并成為當(dāng)時(shí)的第一大產(chǎn)頁(yè)巖油區(qū)帶，產(chǎn)量開(kāi)始明顯上升(圖2)。自2012年起，海灣盆地的Eagle Ford頁(yè)巖油投入規(guī)模開(kāi)發(fā)，美國(guó)頁(yè)巖油產(chǎn)量呈現(xiàn)出加速上升的趨勢(shì)，該區(qū)帶于2017年11月超過(guò)Bakken區(qū)帶成為了第一大產(chǎn)頁(yè)巖油區(qū)帶，不過(guò)很快就于2018年3月又被二疊盆地的Spraberry區(qū)帶超越。Spraberry區(qū)帶目前仍是第一大產(chǎn)頁(yè)巖油區(qū)帶，其他的主力產(chǎn)頁(yè)巖油區(qū)帶依次為Wolfcamp、Bakken/Three Forks和Eagle Ford區(qū)帶(表4，圖2)。

圖2 美國(guó)不同區(qū)帶2000-01-01—2020-03-01頁(yè)巖油日產(chǎn)量原始數(shù)據(jù)源自EIA[16]。

表4 美國(guó)頁(yè)巖油分類、地質(zhì)特征和產(chǎn)量與待發(fā)現(xiàn)資源量

截至2018年底，美國(guó)頁(yè)巖油累計(jì)產(chǎn)量最高的盆地依次為二疊盆地、海灣盆地、威利斯頓盆地、落基山盆地群和安納達(dá)科盆地，累計(jì)產(chǎn)量分別為45.68×108，32.99×108，30.49×108，8.37×108，5.72×108bbl(表3)，占美國(guó)頁(yè)巖油累計(jì)總產(chǎn)量的34.7%，25.1%，23.2%，6.4%，4.4%，合計(jì)93.8%。

3.3 剩余探明可采儲(chǔ)量

公開(kāi)文獻(xiàn)中沒(méi)有以頁(yè)巖油區(qū)帶為統(tǒng)計(jì)單元的剩余探明儲(chǔ)量資料，不過(guò)EIA在其每年發(fā)布的美國(guó)油氣儲(chǔ)量報(bào)告中有以盆地為統(tǒng)計(jì)單元的剩余探明儲(chǔ)量信息。據(jù)可獲取的最新資料，2018年底美國(guó)頁(yè)巖油剩余探明儲(chǔ)量為233.83×108bbl[18]，儲(chǔ)采比12∶1。剩余探明儲(chǔ)量主要分布于二疊盆地(110.96×108bbl)、威利斯頓盆地(58.62×108bbl)和海灣盆地(47.34×108bbl)(表5)，分別占美國(guó)剩余探明儲(chǔ)量的47.5%，25.1%和20.2%，合計(jì)92.8%。

威利斯頓盆地是頁(yè)巖油大規(guī)模投入勘探開(kāi)發(fā)的首個(gè)盆地，起先是Bakken區(qū)帶，近年來(lái)又逐步拓展至Bakken組之下的Three Forks組，其剩余探明儲(chǔ)量在2014—2018年期間變化不大(表5)。海灣盆地是第二個(gè)頁(yè)巖油大規(guī)模生產(chǎn)的盆地，與威利斯頓盆地類似，其剩余探明儲(chǔ)量亦基本保持了平穩(wěn)狀態(tài)(表5)。年產(chǎn)量、剩余儲(chǔ)量和鉆探工作量的變化趨勢(shì)表明，威利斯頓盆地的Bakken/Three Forks和海灣盆地的Eagle Ford頁(yè)巖油區(qū)帶已進(jìn)入成熟勘探階段，它們的頁(yè)巖油探明率已達(dá)52.2%和41.1%(表3)。

有別于威利斯頓盆地和海灣盆地，二疊盆地的剩余探明儲(chǔ)量呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)；2015年底的剩余探明儲(chǔ)量是2012年底的3.3倍，2015—2018期間，剩余探明儲(chǔ)量又從7.82×108bbl增加至110.96×108bbl(表5)，這主要?dú)w因于二疊盆地特拉華次盆內(nèi)Wolfcamp區(qū)帶的突破。頁(yè)巖油產(chǎn)量、剩余儲(chǔ)量和鉆井工作量的趨勢(shì)表明，二疊盆地的頁(yè)巖油勘探尚未進(jìn)入成熟期，仍處于上升階段。二疊盆地頁(yè)巖油的探明率僅為15.1%，該盆地是主導(dǎo)美國(guó)近—中期頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)走向的最重要盆地。

表5 美國(guó)頁(yè)巖油盆地2012-2018年剩余探明儲(chǔ)量

3.4 待發(fā)現(xiàn)技術(shù)可采資源量

2001—2018年期間，USGS評(píng)估了美國(guó)21個(gè)頁(yè)巖盆地內(nèi)的60個(gè)評(píng)價(jià)單元的頁(yè)巖油待發(fā)現(xiàn)技術(shù)可采資源量，評(píng)價(jià)的盆地既包括前述的產(chǎn)頁(yè)巖油盆地，亦包含尚未有頁(yè)巖油商業(yè)開(kāi)發(fā)的盆地(如北阿拉斯加盆地、粉河盆地等)，本文采用的數(shù)據(jù)是待發(fā)現(xiàn)資源量的平均值。

截至2018年底，美國(guó)頁(yè)巖油待發(fā)現(xiàn)資源量為1 142.54×108bbl。與累計(jì)產(chǎn)量和剩余探明儲(chǔ)量的盆地分布相比，待發(fā)現(xiàn)資源量的分布更加不均衡。二疊盆地一枝獨(dú)秀，其頁(yè)巖油待發(fā)現(xiàn)資源量高達(dá)878.27×108bbl，占美國(guó)待發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖油資源量的76.9%。海灣盆地和威利斯頓盆地的頁(yè)巖油待發(fā)現(xiàn)資源量為115.24×108和81.49×108bbl(表3)，分別占10.1%和7.1%。其余18個(gè)盆地的待發(fā)現(xiàn)資源量合計(jì)為67.54×108bbl，僅占5.9%。

4 美國(guó)頁(yè)巖油富集主控因素

如前所述，美國(guó)頁(yè)巖油資源分布不均衡，高度富集于二疊盆地。三大富頁(yè)巖油盆地(二疊、海灣、威利斯頓)、有一定產(chǎn)量的頁(yè)巖油盆地(丹佛盆地和安納達(dá)科盆地)以及頁(yè)巖油勘探未取得重大突破盆地(圣華金等加州盆地和黑勇士盆地)的頁(yè)巖油成藏條件的綜合分析表明，頁(yè)巖油資源的富集主要受構(gòu)造背景、優(yōu)質(zhì)烴源巖規(guī)模(生)、頁(yè)巖層系頂?shù)装?蓋)和儲(chǔ)集巖“甜點(diǎn)”區(qū)規(guī)模(儲(chǔ))的控制。WOOD[23]、BREYER[24]和黎茂穩(wěn)等[4]較系統(tǒng)地討論過(guò)穩(wěn)定大地構(gòu)造背景對(duì)頁(yè)巖油規(guī)模富集的控制作用，因此本文主要討論“生、蓋、儲(chǔ)”對(duì)頁(yè)巖油富集的控制作用。

4.1 優(yōu)質(zhì)烴源巖

優(yōu)質(zhì)烴源巖指TOC含量超過(guò)1%、干酪根為Ⅰ/Ⅱ型、Ro現(xiàn)今仍處于0.6%～1.3%的烴源巖。區(qū)域廣泛分布并具一定厚度(即體積)的優(yōu)質(zhì)烴源巖是頁(yè)巖油規(guī)模富集的核心控制因素。美國(guó)主要頁(yè)巖油盆地?zé)N源巖的分布和地化特征見(jiàn)表6。

從表6可以看出，美國(guó)的主要頁(yè)巖油區(qū)帶均發(fā)育廣泛分布的優(yōu)質(zhì)烴源巖。即使在分布范圍最小的丹佛盆地，優(yōu)質(zhì)烴源巖的展布面積亦達(dá)2 770 km2。優(yōu)質(zhì)烴源巖的厚度因盆地而異，從約10 m到千余米。在5大富頁(yè)巖油盆地中，威利斯頓盆地Bakken組優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖烴源巖的厚度最小，上、下Bakken頁(yè)巖段的厚度均為5～12 m，但其TOC含量高，平均值達(dá)11.0%[25]。此外，展布范圍廣，面積達(dá)34 200 km2，高TOC含量有效地補(bǔ)償了烴源巖相對(duì)薄的厚度短板，從而使得該盆地成為了美國(guó)第三大富頁(yè)巖油盆地(表3)。

表6 美國(guó)主要頁(yè)巖油盆地?zé)N源巖規(guī)模和地化特征

二疊盆地是美國(guó)頁(yè)巖油最富集的盆地，其68.1%的頁(yè)巖油總資源量分布于特拉華次盆，該次盆頁(yè)巖油的高度富集歸因于其獨(dú)有的2個(gè)要素。一是次盆內(nèi)發(fā)育多套廣泛分布的中—厚層優(yōu)質(zhì)泥頁(yè)巖烴源巖層系，自下而上依次為Wolfcamp D，Wolfcamp C，Wolfcamp B下，Wolfcamp B上，Wolfcamp A，Bone Spring下，Bone Spring中，Bone Spring上，Avalon下和Avalon上等烴源巖層，頁(yè)巖油層系(包括烴源巖層和儲(chǔ)集層)的總厚度是安納達(dá)科盆地的4倍、海灣盆地Eagle Ford組的8倍、威利斯頓盆地Bakken組的12倍[26]；二是該次盆內(nèi)頁(yè)巖層系單位面積的高預(yù)估最終可采儲(chǔ)量(EUR)，EUR主要受烴源巖成熟度、儲(chǔ)集層厚度、孔隙度和含油飽和度的控制，特拉華次盆單位面積的EUR為(22.09～62.52)×104bbl/km2，均值為37.14×104bbl/km2；而其他盆地單位面積的EUR則為(3.09～41.27)×104bbl/km2，均值15.06×104bbl/km2。

4.2 頁(yè)巖層系頂?shù)装?/h3>

區(qū)域廣泛分布的頂?shù)装甯魧邮浅墒鞜N源巖生成的油氣得以保存的關(guān)鍵，美國(guó)主要頁(yè)巖油盆地均發(fā)育碳酸鹽巖頂?shù)装甯魧覽27]。Bakken/Three Forks組的頂?shù)装鍨楹?0余米的下石炭統(tǒng)Lodgepole組石灰?guī)r和厚約40 m的上泥盆統(tǒng)Birdbear組石灰?guī)r。Eagle Ford組的頂板為上白堊統(tǒng)Austin白堊巖，底板為上白堊統(tǒng)Buda組石灰?guī)r。在二疊盆地的米德蘭次盆和特拉華次盆，Wolfcamp、Spraberry和Bone Spring組由多旋回的碎屑巖和碳酸鹽巖組成，組內(nèi)的富碳酸鹽巖層段可以構(gòu)成有效的隔層，上石炭統(tǒng)Cisco組石灰?guī)r構(gòu)成了米德蘭次盆Wolfcamp組的底板。安納達(dá)科盆地Woodford組的頂、底板分別為下石炭統(tǒng)(密西西比亞系)石灰?guī)r和上石炭統(tǒng)Hutton組石灰?guī)r[27]。

加州的Monterey組是美國(guó)最早產(chǎn)頁(yè)巖油的區(qū)帶，其資源潛力曾被寄予厚望。2011年，EIA發(fā)布的其待發(fā)現(xiàn)資源量曾高達(dá)150×108bbl[28]，占當(dāng)年評(píng)估出的美國(guó)頁(yè)巖油待發(fā)現(xiàn)資源量的64.4%。但隨著進(jìn)一步的勘探實(shí)踐，其勘探潛力遠(yuǎn)非如此。2019年，EIA發(fā)布的其最新待發(fā)現(xiàn)資源量已大幅減至2×108bbl[22]，而USGS評(píng)價(jià)出的結(jié)果僅為40×106bbl[7]。Monterey組所處的加州盆地群不僅規(guī)模小，而且構(gòu)造地質(zhì)條件復(fù)雜。此外，這些盆地均是以碎屑巖充填為主的新生代拉分盆地，普遍缺失區(qū)域展布的碳酸鹽巖頂板蓋層，結(jié)果導(dǎo)致Monterey組內(nèi)生成的油氣大部分運(yùn)移至上傾方向的圈閉，僅極少部分仍滯留于源儲(chǔ)一體的硅質(zhì)頁(yè)巖中。

4.3 儲(chǔ)集層與“甜點(diǎn)”

4.3.1 頁(yè)巖油產(chǎn)層特征

從公開(kāi)文獻(xiàn)無(wú)法獲取頁(yè)巖油區(qū)帶的剩余探明儲(chǔ)量，但可獲取區(qū)帶級(jí)的頁(yè)巖油產(chǎn)量和待發(fā)現(xiàn)資源量數(shù)據(jù)。據(jù)此，可統(tǒng)計(jì)分析不同類型頁(yè)巖油的資源特征和頁(yè)巖油發(fā)展趨勢(shì)。美國(guó)頁(yè)巖油的產(chǎn)層巖性多種多樣，包括泥巖、頁(yè)巖、泥灰?guī)r、粉砂巖、砂巖、石灰?guī)r和白云巖等(表4)。裂縫型頁(yè)巖油是最先投入商業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖油類型，最初始于20世紀(jì)初期的Monterey組。1953年，威利斯頓盆地Bakken組上段裂縫型頁(yè)巖開(kāi)始產(chǎn)油[29]，但未形成規(guī)模。總體而言，裂縫型頁(yè)巖油一直未產(chǎn)出大規(guī)模的輕質(zhì)油，產(chǎn)量在美國(guó)頁(yè)巖油總產(chǎn)量中占比很低(表4)。

以Bakken/Three Forks為代表的混合型頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)的成功真正引領(lǐng)了美國(guó)頁(yè)巖油革命，2000年在威利斯頓盆地完鉆了第一口水平井，并發(fā)現(xiàn)以Bakken中段白云巖為儲(chǔ)集層的Elm Coulee油田[29]?；旌闲晚?yè)巖油一直是美國(guó)頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)的主體。截至2018年底，這類頁(yè)巖油的累計(jì)產(chǎn)量為70.15×108bbl，占美國(guó)頁(yè)巖油累計(jì)產(chǎn)量的53.3%(表4)。

基質(zhì)型頁(yè)巖油的規(guī)模生產(chǎn)始于2012年，當(dāng)年海灣盆地Eagle Ford頁(yè)巖油投入開(kāi)發(fā)。截至2018年底，這類頁(yè)巖油累計(jì)產(chǎn)油44.24×108bbl，占美國(guó)頁(yè)巖油累計(jì)產(chǎn)量的33.6%。需要指出的是，近年來(lái)基質(zhì)型頁(yè)巖油的重要性在逐步提升。2019年基質(zhì)型頁(yè)巖油的年產(chǎn)量為10.45×108bbl，占美國(guó)當(dāng)年頁(yè)巖油產(chǎn)量的37.0%，比累計(jì)產(chǎn)量的占比高出3.4%。此外，基質(zhì)型頁(yè)巖油的待發(fā)現(xiàn)資源量高達(dá)732.25×108bbl，占美國(guó)頁(yè)巖油待發(fā)現(xiàn)資源量的64.1%(表4)。這些數(shù)據(jù)表明規(guī)模投產(chǎn)晚于裂縫型和混合型頁(yè)巖油的基質(zhì)型頁(yè)巖油，正成為美國(guó)頁(yè)巖油增儲(chǔ)上產(chǎn)的主力頁(yè)巖油類型。

4.3.2 “甜點(diǎn)”展布特征

“生、蓋”是控制頁(yè)巖油資源規(guī)模富集的關(guān)鍵成藏要素，但頁(yè)巖油儲(chǔ)集層的“甜點(diǎn)”發(fā)育與否及其規(guī)模是控制能否實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油商業(yè)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)量規(guī)模的核心要素。依據(jù)“甜點(diǎn)”的發(fā)育特征，美國(guó)的頁(yè)巖油區(qū)帶可以分為3類：連續(xù)型、星點(diǎn)型和缺失型(圖3)。

圖3 美國(guó)富頁(yè)巖油區(qū)帶“甜點(diǎn)”分布特征示意

二疊盆地Wolfcamp是“甜點(diǎn)”呈連續(xù)型分布區(qū)帶的典型代表，目前該區(qū)帶的產(chǎn)油井在烴源巖成熟灶區(qū)內(nèi)連片分布，其他“甜點(diǎn)”連續(xù)型區(qū)帶還包括二疊盆地的Bone Spring和Spraberry、威利斯頓盆地的Bakken/Three Forks和海灣盆地的Eagle Ford區(qū)帶等。截至2018年底，甜點(diǎn)連續(xù)型頁(yè)巖油區(qū)帶已累計(jì)產(chǎn)頁(yè)巖油109.14×108bbl，占美國(guó)頁(yè)巖油累計(jì)產(chǎn)量的83.0%。Niobrara和Woodford是“甜點(diǎn)”呈星點(diǎn)型分布區(qū)帶的典型代表，前者的甜點(diǎn)區(qū)集中分布于丹佛盆地Wattenberg油田及其東北延伸區(qū)，而在丹佛盆地的其他地區(qū)以及粉河盆地和帕克盆地，產(chǎn)油井(“甜點(diǎn)”)僅零星分布。Woodford的“甜點(diǎn)”在安納達(dá)科盆地亦呈零星分布，而且“甜點(diǎn)”區(qū)的規(guī)模小于Niobrara。海灣盆地西部上白堊統(tǒng)賽諾曼階—土侖階泥巖區(qū)帶(該區(qū)帶與Eagle Ford相鄰，位于其東北側(cè))和盆地東部上白堊統(tǒng)Tuscaloosa海相頁(yè)巖區(qū)帶是“甜點(diǎn)”缺失型區(qū)帶的代表，盡管它們待發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖油資源量達(dá)33.35×108bbl和16.79×108bbl，但是“甜點(diǎn)”的缺失(或者尚未發(fā)現(xiàn))使得這些頁(yè)巖油待發(fā)現(xiàn)資源量豐富的區(qū)帶尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油的商業(yè)開(kāi)發(fā)。

甜點(diǎn)包括地質(zhì)甜點(diǎn)和工程甜點(diǎn)，其發(fā)育受多種因素的控制，不同盆地甜點(diǎn)發(fā)育的主控因素不盡相同[30]。美國(guó)頁(yè)巖油的勘探實(shí)踐表明，黏土礦物含量是控制工程甜點(diǎn)的最核心因素，美國(guó)實(shí)現(xiàn)商業(yè)產(chǎn)量的頁(yè)巖油區(qū)帶都具有低黏土含量的特征，其黏土含量普遍低于30%，加拿大頁(yè)巖油區(qū)帶也具有類似的特征。福特沃斯盆地Barnett頁(yè)巖油氣勘探突破后，石油公司對(duì)二疊盆地特拉華次盆的Barnett和黑勇士盆地Floyd頁(yè)巖(Barnett的等時(shí)地層)進(jìn)行過(guò)頁(yè)巖油勘探，但勘探結(jié)果表明這些頁(yè)巖層系的黏土含量高于50%，因此無(wú)法成功壓裂，頁(yè)巖油勘探以失利告終。

5 對(duì)中國(guó)頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)的啟示

頁(yè)巖油富集主控因素——生、蓋、儲(chǔ)的規(guī)模發(fā)育是頁(yè)巖油規(guī)模富集的基本必要條件，美國(guó)頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐表明，二疊、威利斯頓和海灣3大富頁(yè)巖油盆地內(nèi)的高產(chǎn)頁(yè)巖油區(qū)帶普遍具有廣泛分布的特征，其中面積最小的Eagle Ford區(qū)帶的分布范圍亦高達(dá)21 150 km2。因此，中國(guó)頁(yè)巖油的勘探選區(qū)應(yīng)首先關(guān)注大型沉積盆地內(nèi)的頁(yè)巖油區(qū)帶。

美國(guó)已成功開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖油既包含狹義頁(yè)巖油(源儲(chǔ)一體的基質(zhì)型頁(yè)巖油)，又包含狹義致密油(混合型頁(yè)巖油)，而且狹義頁(yè)巖油的重要性在提升，其資源潛力高于目前產(chǎn)量仍占主導(dǎo)地位的狹義致密油(表4)。中國(guó)頁(yè)巖油的勘探既應(yīng)關(guān)注與富有機(jī)質(zhì)烴源巖伴生的致密碎屑巖和碳酸鹽巖層段，又要高度重視富有機(jī)質(zhì)脆性泥頁(yè)巖和泥灰?guī)r層段的勘探；應(yīng)根據(jù)沉積盆地的具體成藏條件，優(yōu)選水平鉆探目的層段。

“甜點(diǎn)”發(fā)育與否控制著頁(yè)巖油能否實(shí)現(xiàn)商業(yè)生產(chǎn)，我國(guó)的頁(yè)巖油勘探開(kāi)發(fā)已在鄂爾多斯盆地、準(zhǔn)噶爾盆地和渤海灣盆地的黃驊坳陷取得實(shí)質(zhì)性突破，在這些盆地內(nèi)尋求新區(qū)帶、拓展已知“甜點(diǎn)”區(qū)的范圍可以進(jìn)一步增儲(chǔ)上產(chǎn)。在頁(yè)巖油勘探尚未取得實(shí)質(zhì)性突破的盆地，尋找“甜點(diǎn)”區(qū)和選準(zhǔn)鉆探目的層是取得勘探突破的關(guān)鍵。

6 結(jié)論

(1)截至2018年底，美國(guó)累計(jì)產(chǎn)頁(yè)巖油131.57×108bbl，剩余探明儲(chǔ)量233.83×108bbl，待發(fā)現(xiàn)資源量1 142.52×108bbl，頁(yè)巖油資源量合計(jì)為1 507.94×108bbl。

(2)美國(guó)頁(yè)巖油資源高度富集于二疊盆地，其頁(yè)巖油資源量達(dá)1 034.91×108bbl，占美國(guó)總量的68.6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于占比13.0%和11.3%的海灣盆地和威利斯頓盆地。二疊盆地、海灣盆地和威利斯頓盆地亦是頁(yè)巖油高產(chǎn)的盆地，至2018年底已累計(jì)產(chǎn)頁(yè)巖油45.68×108bbl，32.99×108bbl和30.49×108bbl，分別占美國(guó)頁(yè)巖油累計(jì)產(chǎn)量的34.7%，25.1%和23.2%。

(3)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)頁(yè)巖油資源的富集主要受優(yōu)質(zhì)烴源巖規(guī)模、頁(yè)巖層系頂?shù)装搴蛢?chǔ)集巖“甜點(diǎn)”規(guī)模等成藏要素的控制，前2個(gè)要素控制了頁(yè)巖油資源的規(guī)模富集；儲(chǔ)集巖“甜點(diǎn)”則控制了能否實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油的商業(yè)開(kāi)發(fā)，“甜點(diǎn)”區(qū)的規(guī)模影響著頁(yè)巖油的產(chǎn)量規(guī)模。

(4)美國(guó)頁(yè)巖油以混合型和基質(zhì)型為主，前者累計(jì)產(chǎn)出的頁(yè)巖油超過(guò)了累計(jì)產(chǎn)量的50%，不過(guò)基質(zhì)型頁(yè)巖油區(qū)帶的資源潛力更大，這類頁(yè)巖油的待發(fā)現(xiàn)資源量占美國(guó)待發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖油資源量的64.1%。

(5)中國(guó)頁(yè)巖油的勘探應(yīng)優(yōu)選大型沉積盆地內(nèi)的有利頁(yè)巖油區(qū)帶，既要關(guān)注與優(yōu)質(zhì)烴源巖相伴生的脆性碳酸鹽巖、粉砂巖和砂巖層段(混合型頁(yè)巖油)，又要關(guān)注富有機(jī)質(zhì)脆性泥頁(yè)巖和泥灰?guī)r等層段(基質(zhì)型頁(yè)巖油)。尋找新“甜點(diǎn)”和拓展舊“甜點(diǎn)”的規(guī)模是實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油增儲(chǔ)上產(chǎn)的關(guān)鍵。