中美主要盆地頁(yè)巖油對(duì)比分析

◇長(zhǎng)江大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 陳笑宇

美國(guó)是率先實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油商業(yè)開(kāi)發(fā)的國(guó)家，相比于美國(guó)中國(guó)對(duì)于頁(yè)巖油的研究起步較晚。但近年來(lái)中國(guó)在頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)研究上取得了一些成果，中國(guó)作為頁(yè)巖油儲(chǔ)量排名第三的國(guó)家，開(kāi)發(fā)潛力巨大。本文通過(guò)中美兩國(guó)在儲(chǔ)層特征以及地球化學(xué)特征的差異性，突出中國(guó)頁(yè)巖油參數(shù)的優(yōu)劣性，為我國(guó)后續(xù)頁(yè)巖油研究提供借鑒。

1 前言

隨著常規(guī)石油資源量逐漸減少，人們需要尋找新的途徑解決能源需求問(wèn)題。全球頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量為473×108t[1-2]，而美國(guó)作為率先實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油商業(yè)開(kāi)發(fā)的國(guó)家，2016年美國(guó)平均日產(chǎn)頁(yè)巖油53.3×104t，占美國(guó)國(guó)內(nèi)原油日產(chǎn)量的45%[3]，2016年頁(yè)巖油總產(chǎn)量已達(dá)2.12×108t，占美國(guó)石油總產(chǎn)量的52.6%，顯示出了頁(yè)巖油具有巨大的勘探開(kāi)發(fā)前景[4]。2018年美國(guó)頁(yè)巖油產(chǎn)量達(dá)到了3.2×108t，占石油總產(chǎn)量的64.7%，預(yù)測(cè)到2040年頁(yè)巖油日產(chǎn)量將達(dá)到129×104t，在美國(guó)石油總產(chǎn)量中占比約為67.3%，使自己國(guó)家原油產(chǎn)量得到了極大提升的同時(shí)，也有效解決了美國(guó)能源需求問(wèn)題。中國(guó)擁有更多的人口，對(duì)于石油的需求逐漸提升，為了解決國(guó)內(nèi)能源需求問(wèn)題，更多研究者投入到非常規(guī)油氣研究中。美國(guó)頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量為102.19×108t，同樣中國(guó)頁(yè)巖油資源潛力巨大，我國(guó)頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量為44.00×108t，僅次于美國(guó)和俄羅斯，居世界第三位（表1），本文通過(guò)中國(guó)與美國(guó)頁(yè)巖油對(duì)比，為我國(guó)今后頁(yè)巖油的相關(guān)研究提供借鑒。

表1 頁(yè)巖油技術(shù)可采資源量排行

2 中美頁(yè)巖油主要特征

通常賦存油氣的頁(yè)巖都是富含有機(jī)質(zhì)的，烴源巖是頁(yè)巖油資源評(píng)價(jià)的研究對(duì)象之一，所以在頁(yè)巖油的相關(guān)研究中對(duì)烴源巖的研究尤為重要。美國(guó)開(kāi)采出頁(yè)巖油的烴源巖大多是海相烴源巖，相比較美國(guó)，中國(guó)所發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖油中烴源巖大多是以陸相烴源巖為主。由于海相烴源巖與陸相烴源巖的沉積環(huán)境存在較大差異，所以海相與陸相頁(yè)巖油的賦存特征也存在較大差異。

美國(guó)海相頁(yè)巖油氣資源潛力巨大，根據(jù)對(duì)美國(guó)頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)的資料研究，并結(jié)合海相烴源巖的沉積環(huán)境進(jìn)行研究分析，可以將海相頁(yè)巖油的特征歸結(jié)為三個(gè)方面：①美國(guó)石油的分布情況可以劃分為外中內(nèi)三個(gè)區(qū)帶。外帶主要分布狀況位于陸棚和沿海平原地區(qū)，在這個(gè)區(qū)帶中資源以常規(guī)能源為主，石油主要產(chǎn)自于中、新生界。中帶主要分布狀況為發(fā)育位置在北美地臺(tái)西部和南部的地臺(tái)邊緣深陷盆地，以及圍繞地臺(tái)周邊分布的逆沖斷裂帶地區(qū)，其資源也是以常規(guī)能源為主，主要產(chǎn)自于古生界以及中生界。內(nèi)帶石油分布狀況為發(fā)育在北美地臺(tái)上的古生代盆地，其資源即有常規(guī)能源也有非常規(guī)能源。②古生界海相烴源巖有利區(qū)較難確定。對(duì)海相烴源巖而言，有機(jī)質(zhì)是否豐富與所對(duì)應(yīng)地質(zhì)時(shí)期古地理、古氣候、古大陸流入海洋沉積物等息息相關(guān)，對(duì)其評(píng)價(jià)以及解釋成因具有較大困難。同時(shí)在古生代末期，泛大陸逐步解體發(fā)生漂移，許多地層遭受不同程度破壞，也形成了各種復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)于當(dāng)時(shí)時(shí)期古地理地貌恢復(fù)存在巨大挑戰(zhàn)，古海岸線的位置以及走向難以判定。③大陸坡以及海洋大陸架為海相烴源巖發(fā)育的主要位置。相比較陸相烴源巖，海相烴源巖在這些位置沉積的全封閉的還原環(huán)境較弱，同時(shí)在這些地帶由于陸源植物碎屑和氧化沉積物不斷改變其物質(zhì)組分，所以有機(jī)物質(zhì)大多以芳香族和環(huán)烷族的環(huán)狀化合物為主。

與美國(guó)海相烴源巖相比，中國(guó)頁(yè)巖油是中、新生代陸相咸化湖盆含油氣資源最主要的國(guó)家。中國(guó)陸相烴源巖在中、新生代特征主要有以下幾個(gè)方面：①中國(guó)陸相沉積盆地在該時(shí)代烴源巖的沉積環(huán)境為半咸水-咸水，所以將其稱為陸相咸化湖盆。對(duì)于大型的陸相咸化湖盆而言，其發(fā)育位置在較為穩(wěn)定的大地構(gòu)造單元內(nèi)，面積較小的含煤-含氣盆地除外。②陸相咸化湖盆烴源巖在該時(shí)代物性較差，其物性屬于低孔低滲結(jié)構(gòu)，且含油飽和度較低。含油飽和度較低主要原因是因?yàn)橛蜌膺\(yùn)移距離較短，僅在烴源巖發(fā)育區(qū)域內(nèi)運(yùn)移，烴源巖內(nèi)油氣以溶解相為主。③陸相咸化湖盆在該時(shí)代烴源巖發(fā)育區(qū)域及其邊界較容易確定，油氣運(yùn)移及其聚集容易研究。④陸相咸化湖盆具有全封閉的沉積環(huán)境且還原條件比較好，干酪根類型以“型和”型為主，大型陸相咸化湖盆的烴源巖以石油為主，天然氣則主要是石油伴生氣[5]。

3 中美主要盆地頁(yè)巖油儲(chǔ)層特征

美國(guó)頁(yè)巖油地層主要位于上古生界-新生界，為海相烴源巖，例如美國(guó)Wiliston、Mayerick、Fort Worth等盆地中的Bakken頁(yè)巖、Eagle Ford頁(yè)巖和Barnett頁(yè)巖，其沉積地層為海相碳酸鹽巖地層，分別分別形成于密西西比系，白堊系，密西西比系地層當(dāng)中。脆性礦物含量比較高，對(duì)后期地層改造比較有利，其滲透率約為0.1mD左右，孔隙度10%左右，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型干酪根和Ⅱ型干酪根為主[6]。相比較于美國(guó)，中國(guó)盆地中具有頁(yè)巖油的烴源巖則是以中生代或者新生代的湖相泥頁(yè)巖，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型干酪根和Ⅱ型干酪根為主，有機(jī)質(zhì)豐度較高，有機(jī)質(zhì)成熟度較好，孔隙度與滲透率變化較大（表2）。對(duì)于北美地區(qū)，頁(yè)巖油的油氣層大多分布在相變小，相對(duì)均勻且沉積構(gòu)造環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定的海相地層中，并且含頁(yè)巖油的泥頁(yè)巖性質(zhì)也比較穩(wěn)定，頁(yè)巖油所在區(qū)域位置比較容易能確定。與美國(guó)頁(yè)巖油海相烴源巖地層相比，中國(guó)陸相盆地泥頁(yè)巖相變化相對(duì)較大，且沉積構(gòu)造環(huán)境變動(dòng)也較大，由于泥頁(yè)巖非均質(zhì)性較大，導(dǎo)致地層在平面以及剖面上具有很大的變化，對(duì)頁(yè)巖油的分布和富集具有較大的消極影響。

表2 中國(guó)主要盆地頁(yè)巖地球化學(xué)參數(shù)對(duì)比[6]

4 結(jié)論

美國(guó)海相頁(yè)巖油與中國(guó)陸相頁(yè)巖油存在較大差異，與美國(guó)頁(yè)巖油相比較，中國(guó)頁(yè)巖油所在地層更加復(fù)雜，頁(yè)巖油所在區(qū)域位置相比較美國(guó)頁(yè)巖油較難發(fā)現(xiàn)，但中國(guó)陸相頁(yè)巖油的烴源巖具有更好的封閉性以及還原環(huán)境。相對(duì)于美國(guó)海相頁(yè)巖油的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，中國(guó)陸相頁(yè)巖油儲(chǔ)量潛力巨大，未來(lái)前景可期。