中國非常規(guī)泥頁巖油氣藏特征及勘探前景展望

摘 要

摘要：非常規(guī)油氣資源正在成為中國油氣勘探的重要對象之一，其中泥頁巖油氣藏是目前具現(xiàn)實(shí)意義的選擇。為此，歸納了中國非常規(guī)泥頁巖油氣藏的特征：①暗色泥頁巖主要包括海相、海陸
摘要：非常規(guī)油氣資源正在成為中國油氣勘探的重要對象之一，其中泥頁巖油氣藏是目前具現(xiàn)實(shí)意義的選擇。為此，歸納了中國非常規(guī)泥頁巖油氣藏的特征：①暗色泥頁巖主要包括海相、海陸交互相、陸相泥巖和頁巖；②常見的類型包括泥質(zhì)泥頁巖、碳質(zhì)泥頁巖、硅質(zhì)泥頁巖、鈣質(zhì)泥頁巖；③主要形成于缺氧的閉塞海灣、漏湖、湖泊深水區(qū)、欠補(bǔ)償盆地及深水陸棚等沉積環(huán)境中；④暗色泥頁巖有效性指標(biāo)主要概括為：總有機(jī)碳含量超過0.5%、脆性礦物含量超過40%、埋藏深度淺于4000m、有效厚度大于30m、有效面積大于50km2?；诎瞪囗搸r廣泛分布和對其油氣勘探已取得的突破，認(rèn)為中國泥頁巖氣的資源量介于60×1012～80×1012m3，勘探開發(fā)潛力大，是今后油氣勘探的重要領(lǐng)域之一。最后建議：中國泥頁巖油氣勘探開發(fā)應(yīng)注意復(fù)雜地表、埋藏深度、后期保存、環(huán)境保護(hù)等特殊地質(zhì)條件。
關(guān)鍵詞：中國；非常規(guī)油氣藏；暗色泥頁巖；油氣藏；油氣資源量；資源潛力；特殊地質(zhì)條件
    暗色泥頁巖油氣是非常規(guī)油氣中的一種，指暗色泥頁巖層系中滯留的油氣。所謂泥頁巖層系就是指“泥頁巖及其所夾的薄層其他巖石的組合”，如大套暗色泥頁巖中夾的薄層泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、砂巖及泥灰?guī)r或石灰?guī)r等。
1 暗色泥頁巖的有關(guān)討論
1.1 暗色泥頁巖的類型
   常見的泥頁巖類型有泥質(zhì)泥頁巖、碳質(zhì)泥頁巖、硅質(zhì)泥頁巖、鈣質(zhì)泥頁巖等。當(dāng)泥頁巖中混入一定的砂質(zhì)成分時，便會形成砂質(zhì)泥頁巖。根據(jù)含砂顆粒的大小，可細(xì)分為粉砂質(zhì)頁巖和砂質(zhì)頁巖兩類。富有機(jī)質(zhì)泥頁巖是形成泥頁巖油氣的主要巖石類型，暗色泥頁巖中含有大量的有機(jī)質(zhì)與細(xì)粒、分散狀黃鐵礦、菱鐵礦等，有機(jī)質(zhì)含量通常介于3%～15%或更高，常具極薄層理。碳質(zhì)頁巖中含有大量細(xì)粒、分散狀的碳化有機(jī)質(zhì)，有機(jī)碳含量一般介于10%～20%，該頁巖的特征為黑色、染手、含植物化石。
    中國的暗色泥頁巖主要包括海相、海陸交互相以及陸(湖)相泥頁巖和泥巖，重點(diǎn)指含油氣盆地中的優(yōu)質(zhì)泥質(zhì)烴源巖。圖1和表1顯示了中國富有機(jī)質(zhì)泥頁巖的類型、層系和分布特點(diǎn)。中國南方揚(yáng)子地塊海相泥頁巖分布廣泛并夾硅質(zhì)頁巖(如揚(yáng)子地區(qū)牛蹄塘組底部頁巖)、暗色泥頁巖、鈣質(zhì)泥頁巖和砂質(zhì)泥頁巖；海陸交互相泥頁巖多為砂質(zhì)泥頁巖和碳質(zhì)泥頁巖；陸(湖)相泥頁巖頁理發(fā)育，其中渤海灣盆地、柴達(dá)木盆地新生界湖相泥頁巖鈣質(zhì)含量較高，鄂爾多斯盆地中生界湖相泥頁巖石英含量較高[1～2]。
1.2 暗色泥頁巖的沉積環(huán)境
    泥頁巖可形成于陸相、海相及海陸交互相沉積環(huán)境中，暗色泥頁巖主要形成于缺氧的閉塞海灣、淘湖、湖泊深水區(qū)、欠補(bǔ)償盆地及深水陸棚等沉積環(huán)境中(姜在興，2003；張愛云等，1987)。碳質(zhì)頁巖常與煤系伴生，一般出現(xiàn)在煤層的頂、底板或夾層中，以湖泊、沼澤環(huán)境沉積為主。石炭紀(jì)-二疊紀(jì)、三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)和古近紀(jì)-新近紀(jì)為中國3次主要的成煤期，發(fā)育多套與煤層相伴生的碳質(zhì)頁巖。如中國南方地區(qū)的二疊系龍?zhí)督M(P2l)碳質(zhì)頁巖分布面積較廣，厚度介于200～300m；中國南方揚(yáng)子地塊、華北地塊及塔里木地塊古生界海相泥頁巖以深水陸棚相沉積為主，如四川盆地古生界發(fā)育多套黑色泥頁巖(圖2)，寒武系筇竹寺組、志留系龍馬溪組泥頁巖為大陸邊緣坳陷的深水陸棚相沉積，厚度介于200～400m，含豐富的有機(jī)質(zhì)、筆石等海洋浮游生物化石及白生黃鐵礦等；中國陸相沉積盆地中，松遼盆地白堊系、渤海灣盆地古近系、四川盆地三疊系、鄂爾多斯盆地三疊系等發(fā)育多套湖相、湖沼相黑色泥頁巖，含豐富的介形蟲、孢粉、細(xì)菌、高等植物等化石及有機(jī)質(zhì)，厚度介于200～1500m。
1.3 暗色泥頁巖有效性基本指標(biāo)
    在沉積盆地中只要發(fā)育有暗色泥頁巖，就有可能形成泥頁巖油氣藏。目前據(jù)國外資料和國內(nèi)初步勘探實(shí)踐成果，具有經(jīng)濟(jì)開發(fā)效益的暗色泥頁巖基本參數(shù)和特征包括：TOC＞0.5%，Ro介于0.5%～4.0%，干酪根類型為腐泥-腐殖型均可，泥頁巖孔隙度一般小于10%，滲透率小于0.01mD；泥頁巖中脆性礦物含量超過40%，有效厚度大于30m，有效面積大于50km2，埋藏深度淺于4000m(表2)；泥頁巖內(nèi)各類裂縫發(fā)育。
1.4 泥頁巖礦物特征
    泥頁巖中主要含有黏土礦物(高嶺石、蒙脫石、伊利石等)，此外還含有碎屑礦物(石英、長石、方解石等)。其中脆性礦物含量越高，巖石脆性越強(qiáng)，在外力作用下越易形成天然裂縫和誘導(dǎo)裂縫，形成樹狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)縫，有利于泥頁巖氣開采。而高黏土礦物含量的泥頁巖塑性強(qiáng)，吸收能量強(qiáng)，以形成平面裂縫為主，不利于泥頁巖體積改造[3～6]。
美國產(chǎn)氣頁巖中石英含量為28%～52%，碳酸鹽巖含量為4%～16%，總脆性礦物含量為46%～50%。
中國海相頁巖、海陸交互相碳質(zhì)泥頁巖、陸相泥頁巖3種泥頁巖類型，脆性礦物含量總體比較高，均超過40%，如上揚(yáng)子區(qū)古生界海相泥頁巖石英含量介于24.3%～52.0%，長石含量介于4.3%～32.3%，方解石含量介于8.5%～16.9%，總脆性礦物含量介于40%～80%(表3)；四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組黏土礦物含量一般介于15%～78%，平均在50%左右；石英、長石等脆性礦物含量一般介于22%～86%，平均在50%左右。鄂爾多斯盆地上古生界含煤層系碳質(zhì)泥頁巖石英含量介于32%～54%，平均為48%，總脆性礦物含量介于40%～58%；鄂爾多斯盆地中生界湖相泥頁巖石英含量介于27%～47%，平均為40%，總脆性礦物含量介于58%～70%。巖石礦物組成對泥頁巖氣后期開發(fā)至關(guān)重要，具備商業(yè)開發(fā)價值的泥頁巖，一般其脆性礦物含量要高于40%，黏土礦物含量小于30%[4]。
 
2 暗色泥頁巖含油氣特征
    暗色泥頁巖具有極低的基質(zhì)孔隙度和滲透率，油氣產(chǎn)自于自身并以吸附、游離及水溶解等形式原地富集在泥頁巖層系中，可稱為原地滯留的油氣。這類油氣藏，無明顯的圈閉界限，生、儲、蓋一體化，即：生油氣層也是儲集層和蓋層，當(dāng)然要成藏還離不開保存條件。
    泥頁巖油氣主要以游離態(tài)、吸附態(tài)及溶解態(tài)等形式存在，其中以游離態(tài)和吸附態(tài)為主。吸附態(tài)與煤層氣相似，游離態(tài)與常規(guī)油氣相似，據(jù)北美開發(fā)實(shí)踐成果：吸附態(tài)含量一般為20%～85%，游離態(tài)含量一般為15%～80%[1]；但游離與吸附油氣當(dāng)量因地質(zhì)條件而異。泥頁巖油氣呈大面積連續(xù)分布，資源規(guī)模大。
    北美地區(qū)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)開發(fā)頁巖氣，含氣量最低為1.1m3/t，最高達(dá)9.9m3/t。吸附量主要與有機(jī)質(zhì)含量、黏土礦物含量有關(guān)；游離氣含量主要與基質(zhì)孔隙度大小、裂隙縫發(fā)育程度及砂質(zhì)巖含量有關(guān)。
    四川盆地寒武系筇竹寺組黑色泥頁巖含氣量為1.17～6.02m3/t，平均為1.90m3/t；下志留統(tǒng)龍馬溪組黑色泥頁巖含氣量為1.73～5.10m3/t，平均為2.80m3/t(渝東地區(qū)渝頁1井實(shí)測含量為1～3m3/t[7])，具有開發(fā)價值。
    據(jù)美國目前開采頁巖氣資料，頁巖氣(Barnett頁巖)采收率早期為7%～8%，目前為13.5%，預(yù)計(jì)最高可達(dá)25%左右。
    但是必須看到，中國泥頁巖油氣與北美頁巖氣相比有自己的特點(diǎn)：①海相古生界頁巖熱演化程度較高(Ro介于2.5%～5.0%)，陸相中新生界泥頁巖熱演化程度較低，Ro介于0.5%～2.0%，既有油又有氣；②構(gòu)造活動較強(qiáng)，保存條件復(fù)雜；③地面多山地、丘陵等復(fù)雜地表，埋藏較深(1000～6000m)；④構(gòu)造活動較強(qiáng)、泥頁巖裂縫發(fā)育，有利于泥頁巖油氣開采。因此，中國泥頁巖油氣勘探開發(fā)應(yīng)注意復(fù)雜地表、埋藏深度、后期保存及環(huán)境保護(hù)等特殊地質(zhì)條件。
3 中國暗色泥頁巖油氣資源潛力大
3.1 暗色泥頁巖分布廣泛
    中國暗色泥頁巖分布時代多、面積較廣，就全國而言從震旦系-新近系均有分布，區(qū)域上遍及全國。從沉積環(huán)境上講，由海相一海、陸交互相-陸相均發(fā)育較厚的暗色泥頁巖。暗色泥頁巖有機(jī)質(zhì)含量、熱演化程度等指標(biāo)與美國主要暗色泥頁巖有不少相似之處(表4～6)。
 
3.2 暗色泥頁巖油氣資源前景廣闊
    近幾年來，在四川盆地及鄂西地區(qū)古生界海相泥頁巖層系——下寒武統(tǒng)筇竹寺組、下志留統(tǒng)龍馬溪組等地層鉆獲天然氣流，在陸相湖盆泥頁巖層系——南華北安深1井(T)、泌陽坳陷泌頁1井(E)、濟(jì)陽坳陷古近系及下遼河盆地的暗色泥頁巖中鉆獲工業(yè)油流，顯示出中國泥頁巖油氣勘探的現(xiàn)實(shí)性，證明其油氣資源前景廣闊。
4 結(jié)束語
    中國暗色泥頁巖油氣勘探才剛剛起步[8～10]，對這類非常規(guī)油氣成藏，尚有不少問題有待探索，需要一段時間去實(shí)踐和認(rèn)識?，F(xiàn)就中國暗色泥頁巖縱橫向分布的有效指標(biāo)和所鉆的先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)井含油氣量等現(xiàn)狀分析，認(rèn)為中國泥頁巖油與泥頁巖氣資源量大體各半。筆者初步估算泥頁巖氣資源量介于60×1012～80×1012m3?？傊?，中國泥頁巖油氣資源潛力大，是今后油氣勘探的重要接替領(lǐng)域之一。
參考文獻(xiàn)
[1] 鄒才能，陶士振，侯建華，等.非常規(guī)油氣地質(zhì)[M].北京：地質(zhì)出版社，2011：128-159.
[2] 張金川，金之鈞，袁明生.頁巖氣成藏機(jī)理和分布[J].天然氣工業(yè)，2004，24(7)：15-18.
[3] 孫贊東，賈承造，李相方，等.非常規(guī)油氣勘探與開發(fā)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2011：865-976.
[4] 戴金星，裴錫古，戚厚發(fā).中國天然氣地質(zhì)學(xué)：卷二[M].北京：石油工業(yè)出版社，1996：1-264.
[5] 董大忠，程克明，王世謙，等.頁巖氣資源評價方法及其在四川盆地的應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2009，29(5)：33-39.
[6] 蔣裕強(qiáng)，董大忠，漆麟，等.頁巖氣儲層的基本特征及其評價[J].天然氣工業(yè)，2010，30(10)：7-12.
[7] 鄒才能，董大忠，楊樺，等.中國頁巖氣形成條件及勘探實(shí)踐[J].天然氣工業(yè)，2011，31(12)：26-39.
[8] 閆存章，黃玉珍，葛春梅，等.頁巖氣是潛力巨大的非常規(guī)天然氣資源[J].天然氣工業(yè)，2009，29(5)：1-6.
[9] 張大偉.加快中國頁巖氣勘探開發(fā)和利用的主要路徑[J].天然氣工業(yè)，2011，31(5)：1-5.
[1O] 張金川，李玉喜，聶海寬，等.渝頁1井地質(zhì)背景及鉆探效果[J].天然氣工業(yè)，2010，30(12)：114-118.
 
(本文作者：康玉柱 中國石化石油勘探開發(fā)研究院)