地質(zhì)異常找礦理論在頁(yè)巖氣勘探中的應(yīng)用

摘 要

摘要：為加快我國(guó)頁(yè)巖氣的勘探進(jìn)程，應(yīng)用地質(zhì)異常找礦理論，依據(jù)頁(yè)巖氣聚集特征和形成條件，將頁(yè)巖氣聚集的地質(zhì)異常序列區(qū)分為背景地質(zhì)異常、頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常、頁(yè)巖氣綜合異常和
摘要：為加快我國(guó)頁(yè)巖氣的勘探進(jìn)程，應(yīng)用地質(zhì)異常找礦理論，依據(jù)頁(yè)巖氣聚集特征和形成條件，將頁(yè)巖氣聚集的地質(zhì)異常序列區(qū)分為背景地質(zhì)異常、頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常、頁(yè)巖氣綜合異常和頁(yè)巖氣商業(yè)地質(zhì)異常4個(gè)層次。其中，背景地質(zhì)異常主要指標(biāo)是沉積盆地和泥頁(yè)巖發(fā)育；頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常主要指標(biāo)是頁(yè)巖厚度和總有機(jī)碳含量；頁(yè)巖氣綜合異常的主要指標(biāo)是含氣量和儲(chǔ)氣量，以及與其密切相關(guān)的溫度、壓力、孔隙度、頁(yè)巖的厚度、總有機(jī)碳含量、黏土成分和濕度，間接指標(biāo)是與頁(yè)巖氣綜合地質(zhì)異常密切相關(guān)的地球化學(xué)異常和地球物理異常；頁(yè)巖氣商業(yè)地質(zhì)異常的主要指標(biāo)是頁(yè)巖氣產(chǎn)量、產(chǎn)能及頁(yè)巖的裂縫發(fā)育程度和脆性。上述4個(gè)層次的異常分別是頁(yè)巖氣勘探遠(yuǎn)景區(qū)段預(yù)測(cè)、頁(yè)巖氣勘探有利聚集區(qū)段預(yù)測(cè)、頁(yè)巖氣勘探有利目標(biāo)區(qū)段圈定和頁(yè)巖氣商業(yè)聚集區(qū)段圈定的依據(jù)。我國(guó)頁(yè)巖氣勘探的遠(yuǎn)景區(qū)已基本查明，頁(yè)巖氣勘探的有利聚集區(qū)段的預(yù)測(cè)也取得了大量成果，亟待開(kāi)展和加快頁(yè)巖氣勘探有利目標(biāo)區(qū)段和商業(yè)聚集區(qū)段的圈定工作。
關(guān)鍵詞：地質(zhì)異常找礦理論；頁(yè)巖氣；勘探；背景地質(zhì)異常；頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常；頁(yè)巖氣綜合異常；頁(yè)巖氣商業(yè)地質(zhì)異常
    大量的研究成果表明，四川、鄂爾多斯、渤海灣、松遼、吐哈、江漢、塔里木、準(zhǔn)噶爾等盆地均具備頁(yè)巖氣聚集的地質(zhì)條件[1～13]。但目前國(guó)內(nèi)有關(guān)頁(yè)巖氣的研究主要集中在頁(yè)巖氣富集機(jī)理[5、14]、頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)條件[6～11、14]和遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)[1、 2～4、12～13]等方面，而對(duì)頁(yè)巖氣勘探理論和方法的研究則相對(duì)薄弱，這在一定程度上制約了我國(guó)頁(yè)巖氣工業(yè)化的進(jìn)程。地質(zhì)異
常找礦理論和方法基于“致礦地質(zhì)異常”研究的逐步深入，進(jìn)行非傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)[15]，在非傳統(tǒng)金屬礦床的勘探中取得了顯著效果[14～19]。頁(yè)巖氣是一種非常規(guī)的油氣資源，將地質(zhì)異常找礦理論與方法用于其勘探具有廣闊的前景。筆者基于地質(zhì)異常找礦理論的基本概念、原理和方法，著重討論了頁(yè)巖氣聚集的地質(zhì)異常序列特征，并對(duì)頁(yè)巖氣勘探中地質(zhì)異常研究流程等問(wèn)題進(jìn)行了探討。
1 地質(zhì)異常找礦理論的概念、原理和方法
1.1 地質(zhì)異常找礦理論的基本概念
    地質(zhì)異常找礦理論所包含的基本概念主要有地質(zhì)異常、致礦地質(zhì)異常、專屬致礦地質(zhì)異常、附加致礦信息地質(zhì)異常、成礦可能地段、找礦可行地段、找礦有利地段。以下分述之。
1.1.1地質(zhì)異常
    “地質(zhì)異常”是在物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造或成因序次上與周圍環(huán)境有顯著差異的地質(zhì)體或地質(zhì)體組合[20]。前蘇聯(lián)學(xué)者布加耶茨等在1973年指出：最重要的礦床賦存于地殼中具有最大異常地質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)組合的地段。因此，對(duì)象的異常組合應(yīng)該是最有遠(yuǎn)景的。
1.1.2致礦地質(zhì)異常與成礦可能地段
    礦床的形成是地球中有用元素或有用物質(zhì)在某種特殊環(huán)境和作用下發(fā)生活化、遷移、富集、沉淀、分異、穩(wěn)定、保存；再變異、再富集、再沉淀、再分異、再穩(wěn)定、再保存，如此眾多環(huán)節(jié)所組成的一個(gè)輪回或幾個(gè)輪回的基本過(guò)程而形成的。這些作用的發(fā)生，都在相關(guān)地質(zhì)體上留下某種“痕跡”。同時(shí)，地球及其各層圈在演化過(guò)程中由于力的來(lái)源、性質(zhì)、強(qiáng)度在不同的時(shí)空范圍內(nèi)可能不同，而且由于地球物質(zhì)在四維時(shí)空中的分布是不均勻的。因此在不同的時(shí)空發(fā)生不同的地質(zhì)作用和過(guò)程，從而產(chǎn)生不同的事件和響應(yīng)，如地殼的隆升與沉降、區(qū)域的穩(wěn)定與活動(dòng)、結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單與復(fù)雜、演化的突變與漸變等均構(gòu)成地質(zhì)體在時(shí)空上的差異，所有這些差異就形成了地質(zhì)異常。地質(zhì)異常是各種地質(zhì)事件的產(chǎn)物和結(jié)果。反過(guò)來(lái)，地質(zhì)異常又是各種地質(zhì)事件的策源地和誘因，成礦作用就是由地質(zhì)異常所引起的。這種導(dǎo)致成礦作用的地質(zhì)異常，被稱之為“致礦地質(zhì)異常”。研究致礦地質(zhì)異常是地質(zhì)異常找礦法的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)各種方法和途徑圈定的致礦地質(zhì)異常區(qū)域都被稱為“成礦可能地段”[21]。
1.1.3專屬致礦地質(zhì)異常與找礦可行地段
    各種成礦地質(zhì)因素及其組合具有一定的成礦“專屬性”，而不同礦種類型、不成因類型的礦床對(duì)地質(zhì)條件及其組合又具有一定的“選擇性”。也就是說(shuō)，特定的礦床通常存在特定的致礦地質(zhì)異常。這種與特定的礦床具有密切聯(lián)系的致礦地質(zhì)異常，就是“專屬致礦地質(zhì)異常”。因此，在一個(gè)地區(qū)找礦必須根據(jù)所要尋找的礦種和礦床類型，在眾多可能成礦的地質(zhì)異常中確定哪些異?；虍惓怯锌赡苷业筋A(yù)期類型礦床的，上述異常區(qū)域被稱為“找礦可行地段”[21]。
1.1.4附加致礦信息地質(zhì)異常與找礦有利地段
    在通過(guò)各種方法和途徑圈定的專屬致礦地質(zhì)異常區(qū)域(找礦可能地段)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步結(jié)合更多的直接和間接的找礦信息，如物探、化探信息等，確定更有希望找到預(yù)期類型礦床的部位，這些地區(qū)被稱為“找礦有利地段”。這些用來(lái)確定“找礦有利地段”的直接和間接的找礦信息就是“附加致礦信息地質(zhì)異常”[21]“附加致礦信息地質(zhì)異常”又被稱為“綜合致礦地質(zhì)異常”[22]。
1.2 地質(zhì)異常找礦理論的原理
    礦床的形成既受背景控礦因素的制約又受局部控礦因素的影響，因而控礦因素具有等級(jí)之分，從大尺度到小尺度控礦因素的有序排列構(gòu)成了一個(gè)完整的控礦系統(tǒng)(ore-controlling system)。礦產(chǎn)勘探過(guò)程就是對(duì)控礦系統(tǒng)中控礦因素有序排列的求解過(guò)程[22]。如果不考慮上級(jí)層次控礦因素對(duì)下級(jí)層次控礦因素的影響，就割斷了系統(tǒng)內(nèi)部控礦因素相互之間的聯(lián)系，尤其割斷了不同層次控礦因素相互之間的聯(lián)系。這種不同層次控礦因素的關(guān)聯(lián)還體現(xiàn)為一種“條件性”，即上一因素的存在是下一因素存在的前提，或某一因素的存在可能強(qiáng)化或降低另一因素單獨(dú)存在時(shí)的意義或作用。這就是為什么在建立預(yù)測(cè)或找礦模型時(shí)，有時(shí)需要構(gòu)置組合變量、綜合變量或各種可能的條件概率估計(jì)；反之，如果將不同層次(或等級(jí))的控礦因素放在同一個(gè)層次上進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，又顯然忽略了控礦因素的等級(jí)差異，也有悖于客觀世界的本來(lái)面目。因此，運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)的思想、采用系統(tǒng)勘探的手段是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵[22]。
    基于上述概念和成礦原理，趙鵬大等提出了一種礦產(chǎn)資源定量評(píng)價(jià)理論和方法，即5P成礦預(yù)測(cè)與定量評(píng)價(jià)理論[21～23]。礦產(chǎn)資源定量評(píng)價(jià)工作由5個(gè)不同階段構(gòu)成，每個(gè)階段都有明確的不同目標(biāo)。其中，第一階段的目標(biāo)是成礦可能地段(probable ore-forming area)的確定；第二階段的目標(biāo)是找礦可行地段(permissive ore-finding area)的確定；第三階段的目標(biāo)是找礦有利地段(preferable ore-finding area)的確定；第四階段的目標(biāo)是礦產(chǎn)資源體潛在地段(potential mineral resources area)的確定；第五階段的目標(biāo)是遠(yuǎn)景礦體地段(perspective ore body area)的確定。
1.3 地質(zhì)異常找礦理論的技術(shù)流程
    地質(zhì)異常找礦理論的技術(shù)流程強(qiáng)調(diào)的是循序漸進(jìn)，逐步深入，工作由概略到細(xì)致，開(kāi)展工作范圍由大到小，最終得以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)礦體。
    在應(yīng)用地質(zhì)異常找礦理論進(jìn)行某種特定礦產(chǎn)勘探中的技術(shù)流程如下：①首先進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，查明區(qū)域上的“地質(zhì)異常”特征，并篩選某類礦產(chǎn)的“致礦地質(zhì)異常”；②通過(guò)圈定“致礦地質(zhì)異常”的范圍，確定出目標(biāo)礦類的“成礦可能地段”；③在“成礦可能地段”內(nèi)，進(jìn)一步開(kāi)展深入的地質(zhì)調(diào)查，深入查明某種礦產(chǎn)的“專屬致礦地質(zhì)異常”，通過(guò)圈定“專屬致礦地質(zhì)異常”的范圍，確定出目標(biāo)礦種的“找礦可行地段”；④在“找礦可行地段”內(nèi)進(jìn)一步開(kāi)展工作，必要時(shí)投入更大比例尺的物探、化探、遙感探測(cè)等技術(shù)手段，通過(guò)綜合異常信息以及更為全面的附加地質(zhì)異常信息，獲取特定礦種的礦化信息、賦存狀態(tài)、分布范圍等“附加致礦信息地質(zhì)異常”；⑤通過(guò)刻畫“附加致礦信息地質(zhì)異常”，確定出目標(biāo)礦種的“找礦有利地段”；⑥在查明“綜合致礦地質(zhì)異常”，圈定“找礦有利地段”的基礎(chǔ)上，通過(guò)大比例尺(1:5萬(wàn)～1:1萬(wàn))勘探手段，進(jìn)一步獲取特定礦種的含礦豐度的地質(zhì)信息，即“礦化地質(zhì)異常”，圈定“礦產(chǎn)資源體潛在地段”；⑦在礦產(chǎn)資源體潛在地段，通過(guò)地質(zhì)工程(槽探、坑探、淺孔鉆探)、基巖化探、電磁測(cè)井等手段，查明“工業(yè)礦化地質(zhì)異常”圈定“礦體遠(yuǎn)景地段”[22]；⑧優(yōu)選井位，實(shí)施礦體鉆探，提交礦產(chǎn)商業(yè)儲(chǔ)量。
    由此可見(jiàn)，應(yīng)用地質(zhì)異常找礦理論進(jìn)行某種特定礦產(chǎn)勘探中，隨著地質(zhì)異常研究的逐步深入，異常成礦信息量逐步增加，找礦靶區(qū)范圍逐步縮小，找礦成功概率逐步加大。所以，查明地質(zhì)異常是成礦預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)、找礦的前提、選靶的依據(jù)[21]。
2 地質(zhì)異常找礦理論在頁(yè)巖氣勘探中的應(yīng)用
    在綜合分析頁(yè)巖氣聚集的基本特征和條件后發(fā)現(xiàn)，頁(yè)巖氣聚集的形成既受背景因素的制約又受局部因素的影響。因此，控制頁(yè)巖氣聚集因素具有層次等級(jí)之分。從小尺度到大尺度控制因素的有序排列構(gòu)成了一個(gè)完整的頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常序列。頁(yè)巖氣勘探過(guò)程就是對(duì)控制因素有序排列的求解過(guò)程，這也正是地質(zhì)異常找礦理論的基本思想。因此，地質(zhì)異常找礦理論為頁(yè)巖氣勘探提供了系統(tǒng)的理論和科學(xué)的方法。
2.1 頁(yè)巖氣聚集的地質(zhì)異常序列
    頁(yè)巖氣聚集的形成需要一系列的必備條件，這些條件也是頁(yè)巖氣聚集形成的主控因素，即頁(yè)巖氣的地質(zhì)異常。按頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常的尺度由小到大和對(duì)頁(yè)巖氣聚集的控制程度由低到高，可以把頁(yè)巖氣聚集的地質(zhì)異常區(qū)分為背景地質(zhì)異常、頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常、頁(yè)巖氣綜合異常和商業(yè)地質(zhì)異常。
2.1.1背景地質(zhì)異常
    背景地質(zhì)異常是大范圍、小尺度的異常，雖然其對(duì)頁(yè)巖氣聚集的形成控制程度低，但仍不失為頁(yè)巖氣形成所必須具備的地質(zhì)異常，相當(dāng)于“致礦地質(zhì)異常”——如地層、巖性、古地理、古環(huán)境等。頁(yè)巖氣的背景地質(zhì)異常表現(xiàn)為地層必須是沉積地層，與地層的時(shí)代關(guān)系不大；必須有泥頁(yè)巖發(fā)育；古地理為沉積盆地[24～31]；古環(huán)境為海相的半深海、大陸斜坡、臺(tái)地凹陷，以及湖泊相的深湖、較深湖和淺湖[32]。背景地質(zhì)異常的研究是概略性的，主要通過(guò)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查來(lái)查明其分布區(qū)段，其中頁(yè)巖的發(fā)育是背景異常的關(guān)鍵指標(biāo)。通過(guò)背景地質(zhì)異?？梢匀Χ?yè)巖氣勘探的遠(yuǎn)景區(qū)域。
2.1.2頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常
    頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常是中等尺度的、對(duì)頁(yè)巖氣聚集的形成密切相關(guān)的地質(zhì)異常，相當(dāng)于“專屬致礦地質(zhì)異常”。通過(guò)頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異?？梢匀Χ?yè)巖氣勘探的有利區(qū)帶。
    頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常指標(biāo)主要為頁(yè)巖的厚度、頁(yè)巖中有機(jī)碳的含量。研究表明，頁(yè)巖氣的形成要求頁(yè)巖的有效厚度必須超過(guò)15m，已發(fā)現(xiàn)頁(yè)巖氣聚集的頁(yè)巖厚度一般都在20m以上；頁(yè)巖的總有機(jī)碳含量大于2%。
    與常規(guī)油氣藏的成藏條件不同，頁(yè)巖氣來(lái)源由生物成因氣和熱成因氣組成，吸附氣和游離氣并存，具有自生自儲(chǔ)(或短距離運(yùn)移)的特征。因此頁(yè)巖氣聚集受埋藏深度、有機(jī)質(zhì)的成熟度及輸導(dǎo)、封蓋條件制約較小。埋藏較淺、有機(jī)質(zhì)成熟度低的區(qū)段發(fā)育生物成因的頁(yè)巖氣；埋藏深、有機(jī)質(zhì)成熟度高的區(qū)段發(fā)育熱成因的頁(yè)巖氣；埋藏深度和有機(jī)質(zhì)成熟度中等偏低的區(qū)段發(fā)育混合成因的頁(yè)巖氣(圖1)。美國(guó)第一口頁(yè)巖氣發(fā)現(xiàn)井深度最淺，還不足10m，而Haynesville頁(yè)巖氣聚集最大深度則近4000m；Antrim頁(yè)巖氣的有機(jī)質(zhì)成熟度(Ro)僅為0.4%～0.6%，Lewis頁(yè)巖氣的Ro則為1.6%～1.9%，頁(yè)巖氣聚集的Ro最大可達(dá)3%[24～33]。
 
2.1.3頁(yè)巖氣綜合異常
    頁(yè)巖氣綜合異常是中大尺度的、與頁(yè)巖氣聚集的含氣量和資源量評(píng)價(jià)密切相關(guān)的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)異常。頁(yè)巖氣聚集綜合地質(zhì)異常是本源，地球物理、地球化學(xué)異常是地質(zhì)異常的反映。頁(yè)巖氣綜合地質(zhì)異常是受頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異?？刂频拇我患?jí)地質(zhì)異常。通過(guò)綜合頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異?？梢匀Χ?yè)巖氣勘探的有利目標(biāo)。
    頁(yè)巖氣綜合地質(zhì)異常指標(biāo)主要為頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常區(qū)段內(nèi)溫度、壓力、孔隙度、頁(yè)巖的黏土成分和濕度、頁(yè)巖氣含量。
    溫度主要影響著吸附氣體含量，溫度升高會(huì)造成吸附態(tài)天然氣含量降低。壓力增大，頁(yè)巖氣含量增大，但壓力增大到一定程度以后，含氣量增加緩慢。低壓力條件下，吸附態(tài)氣體含量相對(duì)較高，如圣胡安盆地Lewis頁(yè)巖氣聚集具有異常低地層壓力梯度，為4.97kPa/m，吸附態(tài)天然氣含量高達(dá)88%；而福特沃斯盆地Barnett頁(yè)巖氣具有微超高壓力梯度的特征，為12.21kPa/m，其吸附態(tài)氣體的含量最高達(dá)60%，最低僅40%[34]。
    孔隙度大小直接控制著游離態(tài)天然氣的含量。在阿巴拉契亞盆地Ohio頁(yè)巖和密執(zhí)安盆地Antrim頁(yè)巖中，局部孔隙度可高達(dá)15%，游離氣體積占孔隙總體積的50%[35]。
    頁(yè)巖的主要黏土礦物為伊利石、蒙脫石、高嶺石和綠泥石。不同的黏土礦物對(duì)天然氣的吸附能力有著明顯的差別。在30℃溫度條件下，干黏土CH4吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：伊利石和蒙脫石吸附CH4能力明顯高于高嶺石(圖2)[36]。
 
    濕度直接影響著吸附態(tài)天然氣的含量。巖石潤(rùn)濕后，水比氣吸附性強(qiáng)，水占據(jù)部分活性表面，導(dǎo)致甲烷吸附容量降低。實(shí)驗(yàn)表明，濕的伊利石和蒙脫石吸附CH4能力明顯降低，濕的高嶺石吸附CH4能力變化不大。在6MPa的壓力條件下，干的伊利石和蒙脫石吸附CH4能力分別為2.9mL/g和2.1mL/g，濕的伊利石和蒙脫石吸附CH4能力分別為0.4mL/g和0.3mL/g，干的和濕的高嶺石吸附CH4能力均為0.7mL/g[36]?？碧匠晒沂荆好绹?guó)密執(zhí)安盆地Antrim頁(yè)巖氣聚集、伊利諾伊盆地New Albany頁(yè)巖氣聚集以及阿巴拉契亞盆地北部湖區(qū)Ohio頁(yè)巖氣聚集的濕度均較大，含氣飽和度較低，而阿巴拉契亞盆地南部Ohio頁(yè)巖氣聚集、圣胡安盆地Lewis頁(yè)巖氣聚集和福特沃斯盆地Barnett頁(yè)巖氣聚集則含水較少，平均含水飽和度為25%[37]，含氣量較高。
    頁(yè)巖氣含量是頁(yè)巖氣綜合地質(zhì)異常的關(guān)鍵指標(biāo)。美國(guó)主要的頁(yè)巖氣聚集的含氣量平均值為2m3/t，Barnett頁(yè)巖氣聚集的含氣量最高(8.49～9.91m3/t)，Lewis頁(yè)巖氣聚集的含氣量最低(0.37～1.27m3/t)，Ohio、Antrim、New Albany頁(yè)巖氣聚集的含氣量均介于1～3m3/t之間。
    頁(yè)巖氣綜合地質(zhì)異常數(shù)據(jù)主要是點(diǎn)上的數(shù)據(jù)，要查明地下三度空間的頁(yè)巖氣綜合地質(zhì)異常需要通過(guò)地球化學(xué)和地球物理勘探獲得與頁(yè)巖氣綜合地質(zhì)異常密切相關(guān)的地球化學(xué)異常和地球物理異常。如通過(guò)地表化探異常，如CH4高異常，可以預(yù)測(cè)地下頁(yè)巖氣聚集的分布區(qū)域；而地球物理異常(如地震信息異常)，則是地下頁(yè)巖氣聚集定位的主要依據(jù)。
2.1.4商業(yè)地質(zhì)異常
    商業(yè)地質(zhì)異常是大尺度的、與頁(yè)巖氣聚集的產(chǎn)能和產(chǎn)量評(píng)價(jià)密切相關(guān)的地質(zhì)異常，也是受頁(yè)巖氣綜合地質(zhì)異?？刂频拇我患?jí)地質(zhì)異常。主要指標(biāo)有頁(yè)巖氣資源量、頁(yè)巖的脆性及產(chǎn)能。
    頁(yè)巖氣儲(chǔ)量是判別頁(yè)巖氣聚集是否具有商業(yè)價(jià)值的最關(guān)鍵指標(biāo)。美國(guó)投入商業(yè)生產(chǎn)的頁(yè)巖氣單井儲(chǔ)量最小值為400×104m3，最大達(dá)7000×104m3，平均值在3000×104m3左右。
    頁(yè)巖的脆性是評(píng)價(jià)頁(yè)巖氣聚集是否具有開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要參數(shù)，它直接影響著產(chǎn)能。頁(yè)巖的基質(zhì)滲透率非常低，一般小于0.1×10-3μm2，平均吼道半徑不到0.005μm[38]，但伴隨裂縫的發(fā)育，頁(yè)巖氣的產(chǎn)能可大幅度提高。因此頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)需要人工壓裂來(lái)維持商業(yè)生產(chǎn)。人工壓裂的前提是頁(yè)巖具有脆性，而影響頁(yè)巖脆性最重要的因素就是頁(yè)巖中的石英含量，石英含量越高，頁(yè)巖的脆性越強(qiáng)，越有利于人工壓裂。美國(guó)投入商業(yè)開(kāi)發(fā)的頁(yè)巖氣聚集，其頁(yè)巖中的石英含量普遍在20%以上，最高達(dá)75%。據(jù)美國(guó)早期頁(yè)巖氣井統(tǒng)計(jì)結(jié)果[39]，40%的井初期裸眼測(cè)試無(wú)氣流，55%的井初始無(wú)阻流量無(wú)工業(yè)價(jià)值，所有井都需要實(shí)施儲(chǔ)層壓裂改造作業(yè)。早期開(kāi)發(fā)的5個(gè)頁(yè)巖含氣盆地，直井改造后單井產(chǎn)量為894～28300m3/d，平均為8063m3/d。近年來(lái)，水平井、水力壓裂及分段壓裂技術(shù)的成功應(yīng)用，使頁(yè)巖氣井單井產(chǎn)量大幅提高，水平井平均單井產(chǎn)量約為2×104m3/d，最大水平井單井產(chǎn)量達(dá)47.6×104m3/d。
2.2 頁(yè)巖氣勘探中地質(zhì)異常研究流程
    與其他礦產(chǎn)勘探類似，頁(yè)巖氣勘探研究遵循地質(zhì)異常找礦理論的一般技術(shù)流程?？碧胶脱芯恳驖u進(jìn)，逐步深入，工作由概略到細(xì)致，開(kāi)展工作范圍由大到小，以期最終發(fā)現(xiàn)具有商業(yè)價(jià)值的頁(yè)巖氣聚集。由于頁(yè)巖氣聚集的特殊性，頁(yè)巖氣勘探中地質(zhì)異常研究流程可概括為4個(gè)階段(圖3)：①通過(guò)頁(yè)巖氣的背景地質(zhì)異常研究，確定頁(yè)巖氣勘探遠(yuǎn)景區(qū)段；②在背景地質(zhì)異常研究基礎(chǔ)上，通過(guò)頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常的研究，在頁(yè)巖氣勘探遠(yuǎn)景區(qū)段內(nèi)確定頁(yè)巖氣勘探的有利聚集區(qū)段；③在頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常的研究基礎(chǔ)上，研究頁(yè)巖氣綜合異常，在頁(yè)巖氣勘探的有利區(qū)段內(nèi)圈定頁(yè)巖氣勘探的有利目標(biāo)區(qū)段；④在有利目標(biāo)區(qū)段實(shí)施鉆探，深入有利目標(biāo)區(qū)段研究商業(yè)地質(zhì)異常，圈定頁(yè)巖氣聚集的商業(yè)區(qū)段。
 
2.3 地質(zhì)異常理論在頁(yè)巖氣勘探中的應(yīng)用
2.3.1頁(yè)巖氣勘探遠(yuǎn)景區(qū)段預(yù)測(cè)
    頁(yè)巖氣勘探遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)主要基于頁(yè)巖氣的背景地質(zhì)異常研究基礎(chǔ)。頁(yè)巖氣的背景地質(zhì)異常指標(biāo)主要是沉積盆地和泥頁(yè)巖發(fā)育。從20世紀(jì)50年代以來(lái)，我國(guó)開(kāi)展了全國(guó)范圍系統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)普查勘探，積累了豐富的資料，為頁(yè)巖氣遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)學(xué)者根據(jù)沉積盆地的分布和沉積盆地內(nèi)頁(yè)巖的發(fā)育2項(xiàng)指標(biāo)，預(yù)測(cè)了我國(guó)頁(yè)巖氣勘探的遠(yuǎn)景區(qū)段，包括我國(guó)南方、華北東北、西北及青藏等4大頁(yè)巖氣勘探遠(yuǎn)景區(qū)與及相關(guān)盆地，并指出了各遠(yuǎn)景區(qū)域頁(yè)巖氣勘探的重點(diǎn)層系[1～2、16]。
2.3.2頁(yè)巖氣勘探有利聚集區(qū)段預(yù)測(cè)
    頁(yè)巖氣勘探的有利聚集區(qū)段的預(yù)測(cè)主要基于在頁(yè)巖氣勘探遠(yuǎn)景區(qū)段內(nèi)聚集地質(zhì)異常的研究。頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常主要指標(biāo)是頁(yè)巖厚度和總有機(jī)碳含量(TOC)。國(guó)內(nèi)學(xué)者依據(jù)這2項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)南方頁(yè)巖氣勘探遠(yuǎn)景區(qū)段內(nèi)的頁(yè)巖氣有利聚集區(qū)段進(jìn)行預(yù)測(cè)[2、5～7、9、11、13～14]。在南方遠(yuǎn)景區(qū)的上揚(yáng)子區(qū)預(yù)測(cè)了川南、黔北和湘鄂西3個(gè)筇竹寺組頁(yè)巖氣有利聚集地區(qū)L60；在上揚(yáng)子地區(qū)東南部預(yù)測(cè)了瀘州-宜賓-自貢地區(qū)，黔中麻江-甕安，川東南的秀山、松桃，湘西吉首一帶志留系頁(yè)巖氣有利聚集地區(qū)[7]。
2.3.3頁(yè)巖氣勘探有利目標(biāo)區(qū)段圈定
    頁(yè)巖氣勘探有利目標(biāo)區(qū)段圈定即在頁(yè)巖氣勘探有利聚集區(qū)段內(nèi)查明頁(yè)巖氣綜合異?？臻g特征及分布。頁(yè)巖氣綜合異常主要指標(biāo)是氣含量及其主控因素，氣含量的主控因素主要包括溫度、壓力、孔隙度、頁(yè)巖的黏土成分和濕度等。由于可直接獲得的頁(yè)巖氣勘探有利目標(biāo)區(qū)段地質(zhì)異常指標(biāo)數(shù)據(jù)是不連續(xù)的，因而在頁(yè)巖氣勘探有利目標(biāo)區(qū)段圈定過(guò)程中，必須借助與頁(yè)巖氣綜合地質(zhì)異常密切相關(guān)的地球化學(xué)異常和地球物理異常。這是當(dāng)前急需開(kāi)展的工作。
2.3.4商業(yè)聚集區(qū)段圈定
    頁(yè)巖氣商業(yè)聚集區(qū)段圈定是在頁(yè)巖氣勘探有利目標(biāo)區(qū)段內(nèi)查明頁(yè)巖氣聚集商業(yè)地質(zhì)異?？臻g特征和分布。頁(yè)巖氣聚集商業(yè)地質(zhì)異常主要指標(biāo)是頁(yè)巖氣儲(chǔ)量、頁(yè)巖的脆性及產(chǎn)能。頁(yè)巖氣聚集商業(yè)地質(zhì)異常指標(biāo)的門檻值是動(dòng)態(tài)的，隨著技術(shù)的進(jìn)步，門檻值將有可能逐漸降低[40]。
    頁(yè)巖氣商業(yè)聚集區(qū)段圈定是實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣工業(yè)生產(chǎn)的前提。為實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源資源的接替、確保我國(guó)能源資源安全，在我國(guó)廣闊的頁(yè)巖氣勘探遠(yuǎn)景區(qū)段、眾多頁(yè)巖氣有利聚集區(qū)段內(nèi)盡快圈定頁(yè)巖氣勘探有利目標(biāo)區(qū)段和商業(yè)聚集區(qū)段，是擺在能源資源勘探工作者和相關(guān)部門的迫切而重要任務(wù)。
3 結(jié)論
    1) 地質(zhì)異常找礦理論是基于控礦因素(地質(zhì)異常)的系統(tǒng)性、層次性、關(guān)聯(lián)性和有序性創(chuàng)立的分層次查明致礦異常，分階段進(jìn)行礦產(chǎn)勘探的理論和方法。該理論為頁(yè)巖氣勘探提供了理論和方法指導(dǎo)。
    2) 頁(yè)巖氣地質(zhì)異常指標(biāo)序列可分為背景地質(zhì)異常、頁(yè)巖氣聚集地質(zhì)異常、頁(yè)巖氣綜合異常和頁(yè)巖氣商業(yè)地質(zhì)異常4級(jí)。這4級(jí)異常分別是頁(yè)巖氣勘探遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測(cè)、頁(yè)巖氣勘探的有利聚集區(qū)段的預(yù)測(cè)、頁(yè)巖氣勘探有利目標(biāo)區(qū)段圈定和頁(yè)巖氣商業(yè)聚集區(qū)段圈定的依據(jù)。
    3) 目前，我國(guó)頁(yè)巖氣勘探的遠(yuǎn)景區(qū)已基本查明，頁(yè)巖氣勘探的有利聚集區(qū)段的預(yù)測(cè)也取得了豐碩成果，亟待加強(qiáng)頁(yè)巖氣勘探有利目標(biāo)區(qū)段和商業(yè)聚集區(qū)段的圈定工作，以加快頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)利用步伐。
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(本文作者：李桂范 趙鵬大 中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 北京)