国内外页岩气形成条件对比与有利区优选_李昌伟

斯 盆 地 上 三 叠 统 延 长 组 、松 辽 盆 地 梨 树 断 陷 营 城 组 、 四川盆地威远地区下古生界寒武系和志留系以及下 侏 罗 统 和 上 三 叠 统 须 家 河 组 、沾 化 凹 陷 沙 三 下 亚 段 、 松辽盆地北部和南 部 青 山 口 组、辽 河 盆 地 东 部 凸 起 太原组、塔里木盆 地 库 车 凹 陷 三 叠 系、渤 海 湾 盆 地、 吐哈盆地三堡凹陷和柴达木盆地北缘侏罗系等不同 地区的不同层系 （图 ［１７－４８］ １）。
从图４ 中 可 以 看 出，北 美 地 区 海 相 烃 源 岩 的 ＴＯＣ 值分布范 围 比 较 宽，最 低 值 都 在 ０．５％ 以 上。 除 Ｏｈｉｏ页岩 的 平 均 ＴＯＣ 值 低 于 ２％ 以 外，其 他 ４ 套页岩的有机质丰度都高于 ２％。 我 国 南 方 地 区 海 相页岩的 ＴＯＣ 值 分 布 比 较 集 中，虽 然 分 布 范 围 不 如北美地 区 大，但 是 平 均 ＴＯＣ 值 普 遍 在 ２％ 以 上， 与北美地区相当。 而 在 鄂 尔 多 斯 盆 地、松 辽 盆 地 等 中新生代 烃 源 岩 大 多 属 于 陆 相 或 者 海 陆 过 渡 相 沉 积，平均有机 质 丰 度 在 ２％ 上 下 浮 动。 除 了 部 分 层 段因与煤 层 相 间 而 出 现 ＴＯＣ 值 过 高 以 外，虽 然 整 体上源岩的 ＴＯＣ 值要 低 于 北 美 五 大 页 岩 系 统 和 我
２ 页岩气聚集主要特征对比
与常规油气成藏条件相类似的是页岩气的聚集 条 件 的 好 坏 也 要 考 虑 有 机 质 含 量 、有 机 质 类 型 、热 演 化 程 度 、储 集 层 的 物 性 、厚 度 、埋 深 与 压 力 、构 造 运 动 强度等条件。
除 此 之 外 ，页 岩 气 在 后 期 的 开 采 时 ，由 于 要 考 虑 页 岩 本 身 的 压 裂 能 力 ，因 此 需 要 增 加 页 岩 矿 物 成 分 、 杨氏模量、泊松比等参数 。 ［４９］
０ 引言
２１世纪以来，水原来 认 为 不 具 有 工 业 价 值 的 页 岩 重 新具有勘探 意 义 。 ［１－２］ 富 含 有 机 质 的 页 岩 在 中 国 与
美 国 一 样 分 布 广 泛 ，但 我 国 除 发 育 海 相 页 岩 外 ，还 有 海陆过渡相和陆相页岩的发育。但是由于我国的页 岩 气 勘 探 程 度 较 低 ，可 以 利 用 的 研 究 资 料 较 少 ，前 人 研究大多基于定性的判断。本文在总结各地区研究 资料的基础上，与美 国 现 今 技 术 可 采 储 量 及 产 量 居
图 １ 不 同 时 代 富 有 机 质 页 岩 Ｆｉｇ．１ Ｏｒｇａｎｉｃ－ｒｉｃｈ ｓｈａｌｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｐｏｃｈ
１ 页岩发育层段的盆地类型与沉积环境
前陆盆地区和克拉通地台区是目前美国页岩气 技术可采 资 源 量 最 多 的 区 域 。 ［３９］ 以 阿 巴 拉 契 亚 盆 地和圣胡安盆地为代表的前陆盆地区的页岩气技术 可采资源量占总可采资源量 的 ４３．２％，以 密 歇 根 盆 地和伊利诺斯盆地为代表的克拉通地台区的技术可 采资源量 占 总 可 采 资 源 量 的 ３０．１％［１３］（图 ２）。 中 国由于经历的构造 演 化 期 次 较 多，形 成 了 内 部 结 构 复 杂 、多 类 型 叠 置 的 沉 积 盆 地 ，因 而 富 有 机 质 页 岩 发 育的盆地类型以叠合盆地为主 。 ［４９］
Ｎｏ．５ 李昌伟等：国内外页岩气形成条件对比与有利区优选 ９８ ７
前的五大页岩气系 统 的 成 藏 条 件 进 行 对 比，并 依 据 对比结果优选出我国不同盆地页岩气聚集的有利地 区及层系。
本文研究选取的国外资料为美国技术可采储量 大、勘探研究程度高的 五 大 页 岩 气 系 统 ，国 ［３－１６］ 内 资 料为有井数据和实验数据的滇黔北凹陷威信凹陷牛 蹄 塘 组 和 龙 马 溪 组 、鄂 尔 多 斯 盆 地 上 古 生 界 、鄂 尔 多
Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｏｃｋｌｅｅａ＠１６３．ｃｏｍ． 通 讯 作 者 ：陶 士 振 （１９６６－），男 ，安 徽 颍 上 人 ，教 授 级 高 级 工 程 师 ，硕 士 生 导 师 ，主 要 从 事 油 气 成 藏 机 理 与 分 布 评 价 研 究 ．
Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｓｚ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ．
北美现在正在进行商业性开发的页岩多为海进 体系域或高水位体系域初 期 的 产 物［３９］，沉 积 环 境 以 深水陆棚相或深水 斜 坡 相 为 主，总 体 特 征 为 水 体 较 深并且具有缺氧或厌氧特征。而我国富有机质页岩 不仅有海相沉积成 因、还 有 海 陆 过 渡 相 沉 积 成 因 和
陆相沉积成因（图３）。例如在扬子地 台 下 古 生 界 富 有机质页岩广泛发育于深水陆棚相或深水斜坡相。 海陆过渡相富有机质页岩大都位于河流入海或入湖 的沼泽环境，陆相富 有 机 质 泥 页 岩 则 大 都 存 在 于 裂 谷 盆 地 断 （坳 ）陷 和 陆 内 坳 陷 盆 地 内 的 半 深 — 深 湖 环 境中 。 ［４９］ 海陆 过 渡 相 由 于 页 岩 成 藏 条 件 与 陆 相 具 有 相 似 性 ，因 此 在 讨 论 时 归 入 陆 相 页 岩 里 。
摘 要 ：为 了 优 选 国 内 有 利 勘 探 区 及 层 系 ，通 过 对 美 国 、中 国 各 个 盆 地 富 有 机 质 页 岩 最 新 资 料 调 研 ，将 我国发育的富有机质页岩与美国现今技术可采储量居前的五大 类 页 岩 从 区 域 构 造 背 景 、有 机 碳 含 量、储层物性、含气量等１１个方面进行了对比分析。结 果 显 示：① 中 国 海 相 页 岩 有 机 质 丰 度、类 型 与美国海相页岩相当，皆以Ⅰ型或者Ⅱ１型为主，有机质成熟度要比美国页岩高，表明 烃 源 岩 可 以 并 已经产生足够数量的烃类气体；陆相 泥 页 岩 ＴＯＣ 值 低 于 北 美 地 区 页 岩 ＴＯＣ 值，有 机 质 类 型 大 都 属于Ⅱ２型或者Ⅲ型，成熟度介于 ２％ ～４．５％之间且变化范围较大，生成页岩气潜力不如海相页岩 好。②中国海相页岩脆性矿物含量比北美页岩高，黏土矿 物 含 量 相 当，利 于 后 期 压 裂 改 造；陆 相 页 岩 脆 性 矿 物 含 量 比 北 美 地 区 低 ，黏 土 矿 物 含 量 与 北 美 地 区 相 当 ，不 利 于 后 期 压 裂 改 造 。 ③ 中 国 海 相 页 岩 总 体 上 孔 隙 度 大 小 与 北 美 海 相 页 岩 相 当 ，但 孔 隙 度 分 布 范 围 比 北 美 页 岩 大 ，孔 隙 类 型 与 北 美 相 当 ，显 示 出 较 好 的 储 集 性 能 ；陆 相 页 岩 孔 隙 度 大 小 要 略 低 于 北 美 海 相 页 岩 ，孔 隙 类 型 与 北 美 相 当 ，储 集性能较差。④中国海相页岩层埋藏深度主体分布在１ ２００～５ ３００ｍ 之间，比北美地区现今勘探的主 体 深 度（１ ３００～４ ０００ｍ）范 围 要 大 ，并 且 由 于 构 造 演 化 复 杂 而 与 美 国 相 对 稳 定 的 构 造 背 景 差 异 较 大 ，导 致我国页岩气保存条件变差和勘探风险增大；中新生界陆相页岩具有累计厚度大，单层厚度要小且平 面 展 布 范 围 小 ，虽 然 埋 藏 深 度 与 北 美 地 区 相 当 ，但 由 于 后 期 构 造 运 动 破 坏 较 大 ，因 此 对 页 岩 气 的 保 存 十 分 不 利 。 据 此 提 出 了 适 合 我 国 海 相 页 岩 和 陆 相 页 岩 的 评 价 标 准 ，并 对 各 盆 地 优 选 出 的 有 利 地 区 和 有利层位进行优选评价，指出海相页岩气勘探最有利的地区和层系为重庆周缘Ｏ３ｗ—Ｓ１ｌ、威 远 地 区 ∈１ｑ和 Ｓ１ｌ，陆相页岩气最有利地区和层系为鄂尔多斯盆地 Ｔ３ｙ、松辽盆地 Ｋ１ｑ。 关 键 词 ：页 岩 气 ；海 相 页 岩 ；陆 相 页 岩 ；形 成 条 件 对 比 ；有 利 区 中 图 分 类 号 ：ＴＥ１３２．２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７２－１９２６（２０１５）０５－０９８６－１５ 引 用 格 式 ：Ｌｉ Ｃｈａｎｇｗｅｉ，Ｔａｏ Ｓｈｉｚｈｅｎ，Ｄｏｎｇ Ｄａｚｈｏｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ａｎｄ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ａｒｅａｓ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ Ｇｅｏｓｃｉ－ ｅｎｃｅ，２０１５，２６（５）：９８６－１０００．［李 昌 伟 ，陶 士 振 ，董 大 忠 ，等 ．国 内 外 页 岩 气 形 成 条 件 对 比 与 有 利 区 优 选 ［Ｊ］．天 然 气 地 球 科 学 ，２０１５，２６（５）：９８６－１０００．］
如图 ５ 所 示，北 美 五 大 页 岩 气 系 统 沉 积 的 有 机 质类 型 皆 属 于 Ⅰ 型 或 者 Ⅱ１ 型，具 有 较 大 的 生 气 潜 力。而我国上 扬 子 地 台 下 古 生 界 ∈１ｎ、∈１ｑ、Ｏ３ｗ、 Ｐ１ｓ、Ｓ１ｌ、Ｃ１ｄ、Ｐ２ｌ等海相页岩有机质类型 较 好，同 样 具有很大的生油 气 潜 力。 相 比 之 下，除 松 辽 盆 地 梨 树断陷 Ｋ１ｙ、Ｋ１ｑ 和 渤 海 湾 盆 地 沾 化 凹 陷 Ｅ１ｓ 有 机 质类型属于Ⅰ型或者Ⅱ１型之外，其他 盆 地 陆 相 沉 积 的页岩大都属于Ⅱ２型或者Ⅲ型有机 质，特 别 是 塔 里 木地台的各盆地潜 力 烃 源 岩 层 多 集 中 在 中 生 界，且 多 与 煤 层 相 间 互 ，生 油 气 潜 力 比 较 差 。
国海相烃 源 岩 的 ＴＯＣ 值，但 是 我 国 的 陆 相 烃 源 岩 仍 然 显 示 出 较 好 的 生 烃 潜 力 （图 ４）。 ２．１．２ 有 机 质 类 型
干酪根的类型除了能影响所生成的产物类型和 数量之外，也可以影响页岩的含气量 。 ［４１－４２］ 因此，正 确地识别页岩中的 有 机 质 类 型，对 于 判 断 不 同 沉 积 环境中页岩的生气潜力具有重要意义。