中國(guó)頁(yè)巖氣富集特點(diǎn)＊

袁正明，黃宇琪，甘祖歡，李才平，段再容，謝衛(wèi)中

中國(guó)頁(yè)巖氣富集特點(diǎn)＊

袁正明，黃宇琪，甘祖歡，李才平，段再容，謝衛(wèi)中

（六盤水師范學(xué)院礦業(yè)與土木工程學(xué)院，貴州 六盤水 553000）

中國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力大，推動(dòng)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)，將優(yōu)化中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，緩解對(duì)外需求，進(jìn)一步提升中國(guó)能源戰(zhàn)略地位。截至目前，中國(guó)頁(yè)巖氣資源勘探開(kāi)發(fā)已經(jīng)取得巨大成果，頁(yè)巖氣產(chǎn)量位居世界第三。通過(guò)資料調(diào)研整理和相關(guān)文獻(xiàn)查閱系統(tǒng)梳理了中國(guó)頁(yè)巖氣富集過(guò)程、富集條件和儲(chǔ)量分布，總結(jié)了中國(guó)頁(yè)巖氣富集特點(diǎn)。

頁(yè)巖氣；富集特點(diǎn)；富集條件；儲(chǔ)量分布

國(guó)際能源信息署EIA（2015）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，中國(guó)頁(yè)巖氣技術(shù)可采資源量為31.57萬(wàn)億m3，居世界第一。在中央及政府的大力支持下，不斷加對(duì)大頁(yè)巖氣的勘探與開(kāi)發(fā)，于2017年中國(guó)實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣年產(chǎn)量90億m3，僅次于美國(guó)和加拿大，居世界第三。2017年，國(guó)家能源局發(fā)布的《頁(yè)巖氣發(fā)展規(guī)劃》指出，至2020年，中國(guó)力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣產(chǎn)量300億m3，至2030年，力爭(zhēng)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣產(chǎn)量達(dá)到1 000 億m3，約達(dá)到國(guó)內(nèi)天然氣總產(chǎn)量的20%。

1 頁(yè)巖氣富集過(guò)程

1.1 早期

早期，由干酪根等機(jī)質(zhì)經(jīng)生物作用產(chǎn)生少量天然氣，其中一部分天然氣以游離形式存在于孔隙和裂隙中，另一部分天然氣通過(guò)物理吸附作用和化學(xué)吸附作用吸附在黏土顆粒表面以及有機(jī)質(zhì)表面，當(dāng)以吸附和游離形式存在的天然氣在頁(yè)巖中達(dá)到飽和狀態(tài)，繼而就會(huì)進(jìn)行逃離，在一定情況下形成水溶氣藏，并為之提供可觀的氣源，但由于這一過(guò)程發(fā)生在頁(yè)巖內(nèi)部，所以含氣量十分有限。

1.2 中期

中期主要是經(jīng)化學(xué)作用形成的大量的天然氣，由于有機(jī)質(zhì)的密度大，而生成的天然氣密度小，在較封閉空間內(nèi)，由于物理因素，使得空間內(nèi)壓力升高，原有的地層壓力異常升高，頁(yè)巖內(nèi)部產(chǎn)生裂隙，由于游離形式的天然氣存在其中，或許能構(gòu)成可直接開(kāi)采的工業(yè)性頁(yè)巖氣藏。

1.3 后期

由于生物作用和化學(xué)作用的不斷進(jìn)行，產(chǎn)生越來(lái)越多的天然氣，頁(yè)巖內(nèi)部游離形式的天然氣已經(jīng)達(dá)到相對(duì)飽和狀態(tài)，從而進(jìn)行逃離，而由于頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙度較低（通常小于5%），孔隙半徑也小（以微孔隙為主），使得這個(gè)階段的天然氣具有活塞式排水運(yùn)移的特點(diǎn)[1]。

2 中國(guó)頁(yè)巖氣富集條件

2.1 潛質(zhì)層系分布

中國(guó)潛質(zhì)頁(yè)巖發(fā)育于多個(gè)層系，主要為新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系-奧陶系、寒武系、震旦系以及前震旦系。中國(guó)海相含氣頁(yè)巖層系主要分布在中下?lián)P子區(qū)，以四川盆地及周緣地區(qū)為主的南方地區(qū)和以塔里木盆地為主的中西部地區(qū)，在層系上主要為寒武系、奧陶系以及志留系；海陸過(guò)渡相頁(yè)巖主要分布在準(zhǔn)格爾盆地、鄂爾多斯盆地、塔里木盆地等中西部沉積盆地，在層系上主要是石炭系和二疊系[2]；陸相頁(yè)巖主要分布于鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、松遼盆地、四川盆地等，在層系上主要為三疊系和侏羅系[3]。

2.2 礦物成分

頁(yè)巖礦物組分能夠反映沉積環(huán)境，并影響巖石的性質(zhì)。對(duì)于海相頁(yè)巖層系，特別是深水環(huán)境下沉積的頁(yè)巖，其中的石英多為自生石英，與有機(jī)質(zhì)豐度具有較好的正相關(guān)關(guān)系，硅質(zhì)頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度條件往往較好；對(duì)于海陸過(guò)渡相和陸相等距離物源較近的沉積環(huán)境，石英多為陸源石英，與有機(jī)質(zhì)豐度往往呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而黏土礦物則顯示出與有機(jī)質(zhì)豐度較好的正相關(guān)關(guān)系。同時(shí)，頁(yè)巖中各礦物組分對(duì)于天然氣的儲(chǔ)集能力也不同，石英、長(zhǎng)石、碳酸鹽礦物等脆性顆粒中，裂縫易發(fā)生，對(duì)游離態(tài)的天然氣的聚集和運(yùn)移具有重要意義，也有利于后期開(kāi)發(fā)時(shí)人工裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成；而黏土礦物、有機(jī)質(zhì)顆粒等則為吸附態(tài)的天然氣提供了主要的賦存場(chǎng)所，有利于吸附氣的賦存。中國(guó)海相頁(yè)巖脆性礦物含量較高，平均含量多大于60%，頁(yè)巖層系脆性好，可壓裂性好，黏土礦物以伊利石為主，吸附能力一般；海陸過(guò)渡頁(yè)巖脆性礦物含量約為50%，脆性一般，可壓裂性一般，黏土礦物以伊利石蒙脫石混層為主，具有較好的吸附能力；陸相頁(yè)巖脆性礦物平均多小于45%，巖石塑性強(qiáng)，可壓裂性不佳，壓裂改造難度大，黏土礦物含量多能夠達(dá)到50%，以蒙脫石、高嶺石為主，具有很好的吸附能力[3-6]。

2.3 有機(jī)質(zhì)特征

富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖中存在的大量有機(jī)質(zhì)，是頁(yè)巖氣生成的母質(zhì)，其豐度、類型和成熟度對(duì)頁(yè)巖氣資源潛力起到控制性作用，較高的豐度、適當(dāng)?shù)念愋秃统墒於仁琼?yè)巖氣生成的有利條件。中國(guó)海相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)以Ⅰ和Ⅱ1型為主，值為1.0%～5.5%，o值為2.0%～5.0%；海陸過(guò)渡相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)以Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅲ型為主，值為2.6%～5.4%，o值為1.1%～2.5%；陸相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)以Ⅱ2型和Ⅲ型為主，值為0.5%～2.0%，o值為0.6%～1.55%[3]。

2.4 儲(chǔ)集性質(zhì)特征

頁(yè)巖儲(chǔ)存空間主要有孔隙和裂隙，孔隙是頁(yè)巖氣的主要儲(chǔ)藏空間，對(duì)儲(chǔ)能起著很大作用，裂隙的發(fā)育程度決定著頁(yè)巖滲透率的大小，同時(shí)也是頁(yè)巖氣的通道，影響著頁(yè)巖的連通程度，決定著頁(yè)巖氣藏的品質(zhì)和產(chǎn)能?？紫抖群蜐B透率是評(píng)價(jià)儲(chǔ)集物性最重要的參數(shù)，能夠直接反映頁(yè)巖儲(chǔ)集和允許氣體滲流的能力，比表面積則能夠表征頁(yè)巖吸附能力的大小。頁(yè)巖儲(chǔ)層普遍表現(xiàn)為低孔隙度、極低滲透率，孔隙度低于10%，一般只有4%～6%，滲透率一般低于0.1×10-3μm2。中國(guó)海相頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)孔和微裂縫發(fā)育，孔隙一般大于 100 nm，平均孔隙度為4.83%，滲透率一般介于0.01×10-3～6×10-3μm2之間，比表面積一般介于6.50～25.48 m2/g之間；海陸過(guò)渡相頁(yè)黏土礦物晶間孔及有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育，孔隙一般小于120 nm，平均孔隙度為3.02%，滲透率一般介于0.01× 10-3～1×10-3μm2之間，比表面積一般介于5.42～17.58 m2/g之間；陸相頁(yè)巖溶蝕孔和黏土礦物晶間孔發(fā)育，孔隙一般小于15 nm，孔隙度為0.4%～1.5%，滲透率介于0.012×10-3～0.653×10-3μm2之間，比表面一般積介于5.38～12.67 m2/g 之間[2-3，7]。

2.5 含氣性特征

含氣性特征實(shí)際就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，測(cè)定頁(yè)巖中頁(yè)巖氣含氣量，來(lái)評(píng)估是否有工業(yè)價(jià)值，是指導(dǎo)頁(yè)巖氣勘探和評(píng)估資源可采性的重要參數(shù)之一。頁(yè)巖氣賦存形式為吸附氣、游離氣和溶解氣，前兩者為主要賦存方式，在實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，溶解氣形式的頁(yè)巖氣開(kāi)采難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吸附氣和游離氣，這三種賦存形式在自然因素的影響下能夠互相轉(zhuǎn)換并時(shí)刻進(jìn)行著。中國(guó)海相頁(yè)巖含氣量較高，一般為1.0～8.0 m3/t，最大能夠達(dá)到10.0 m3/t以上；海陸過(guò)渡相頁(yè)巖含氣量適中，一般為0.5～4.0 m3/t，陸相頁(yè)巖含氣量偏低，一般為0.5～ 2.2 m3/t[8]。

3 中國(guó)頁(yè)巖氣儲(chǔ)量分布

根據(jù)最新探測(cè)結(jié)果顯示，中國(guó)陸上頁(yè)巖氣可采資源量約為12.85×1012m3，其中中國(guó)海相頁(yè)巖可開(kāi)采資源量約為8.82×1012m3，占比約69%，主要分布于四川盆地周邊，總面積為60×104～90×104km2；海陸過(guò)渡相頁(yè)巖可開(kāi)采資源量約為2.37×1012m3，占比約18%，主要分布在華北及南方地區(qū)，總面積為15×104～20×104km2，；陸相頁(yè)巖可開(kāi)采資源量約為1.66×1012m3，占比約為13%，主要分布在中西部沉積盆地，總面積為20×104～25×104km2。目前，中國(guó)海相頁(yè)巖勘探開(kāi)發(fā)均已經(jīng)取得重大突破，主要的頁(yè)巖氣的產(chǎn)區(qū)為四川盆地周邊的涪陵頁(yè)巖氣田、川南頁(yè)巖氣田、威（遠(yuǎn)）榮頁(yè)巖氣田和長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣示范區(qū)等[6，9]。海陸過(guò)渡相和陸相頁(yè)巖均尚未取得大規(guī)模開(kāi)發(fā)突破，但均具有重要的資源潛力。

4 結(jié)論

中國(guó)頁(yè)巖氣資源豐富，海相、海陸過(guò)渡相、陸相頁(yè)巖層系中均有資源發(fā)現(xiàn)，其中海相頁(yè)巖層系資源量最多，約占中國(guó)陸相頁(yè)巖氣總資源量的69%，海陸過(guò)渡相頁(yè)巖層系資源量約占總量的18%，陸相頁(yè)巖層系資源量約占總量的13%，預(yù)計(jì)在2030年頁(yè)巖氣產(chǎn)量預(yù)計(jì)達(dá)到1 000億m3。

中國(guó)海相頁(yè)巖孔隙度好，雖然比表面積大，但是賦存氣體依舊是游離態(tài)氣體比例大，吸附氣相對(duì)比例小，海相提供比表面積的微孔以有機(jī)質(zhì)為主，比表面積與值基本成正比，海陸過(guò)渡相及陸相除有機(jī)質(zhì)外，黏土礦物提供很大的比表面積，比表面積與黏土礦物含量有一定關(guān)系。

中國(guó)頁(yè)巖氣資源潛力大，海相頁(yè)巖成藏條件更好，含氣量高，值高，面積廣，厚度大，脆性好，可壓裂性好，相比較于海陸過(guò)渡相頁(yè)巖和陸相頁(yè)巖，海相頁(yè)巖開(kāi)采技術(shù)更加成熟完善，是目前頁(yè)巖氣生產(chǎn)的主要來(lái)源。

［1］張金川，金之鈞，袁明生.頁(yè)巖氣成藏機(jī)理和分布［J］.天然氣工業(yè)，2004，24（7）：15-18.

［2］聶海寬，唐玄，邊瑞康.頁(yè)巖氣成藏控制因素及中國(guó)南方頁(yè)巖氣發(fā)育有利區(qū)預(yù)測(cè)［J］.石油學(xué)報(bào)，2009，30（4）：484-491.

［3］鄒才能，董大忠，王社教，等.中國(guó)頁(yè)巖氣形成機(jī)理、地質(zhì)特征及資源潛力［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2010，37（6）：641-653.

［4］陳尚斌，朱炎銘，王紅巖，等.四川盆地南緣下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣儲(chǔ)層礦物成分特征及意義［J］.石油學(xué)報(bào)，2011，32（5）：775-782.

［5］蒲泊伶，蔣有錄，王毅，等.四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組頁(yè)巖氣成藏條件及有利地區(qū)分析［J］.石油學(xué)報(bào)，2010，31（2）：225-230.

［6］董大忠，王玉滿，李新景，等.中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)新突破及發(fā)展前景思考［J］.天然氣工業(yè)，2016，36（1）：19-32.

［7］聶海寬，張金川.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層類型和特征研究——以四川盆地及其周緣下古生界為例［J］.石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2011，33（3）：219-225，232.

［8］胡明毅，邱小松，胡忠貴，等.頁(yè)巖氣儲(chǔ)層研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題探討［J］.特種油氣藏，2015，22（2）：1-7，151.

［9］趙文智，賈愛(ài)林，位云生，等.中國(guó)頁(yè)巖氣勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)展及發(fā)展展望［J］.中國(guó)石油勘探，2020，25（1）：31-44.

＊基金課題：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“六盤水地區(qū)頁(yè)巖氣儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)研究”（編號(hào)：201910977006）；六盤水師范學(xué)院校級(jí)基金項(xiàng)目“六盤水師范學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目”（編號(hào)：LPSSYKJTD201902）；六盤水師范學(xué)院校級(jí)基金項(xiàng)目“地質(zhì)工程校級(jí)重點(diǎn)學(xué)科”（編號(hào)：LPSSYZDXK201802）

2095－6835（2020）24－0080－02

P618.13

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.026

袁正明（1998—），男，四川廣元人，本科，現(xiàn)就讀于六盤水師范學(xué)院礦業(yè)與土木工程學(xué)院地質(zhì)工程專業(yè)。

黃宇琪（1990—），女，江蘇常熟人，實(shí)驗(yàn)師，碩士研究生，現(xiàn)就職于六盤水師范學(xué)院礦業(yè)與土木工程學(xué)院，從事非常規(guī)油氣研究工作。

〔編輯：王霞〕