中国页岩气形成条件及勘探实践

中国页岩气形成条件及勘探实践

中国非常规天然气已实现了致密气、煤层气资源的规模化工业生产，正在寻求实现页岩气资源的有效开发。为此，通过对中国富有机质页岩形成构造背景、地质特征、页岩气形成条件及影响因素的分析，认为中国富有机质页岩时代多、类型丰富、形成环境复杂，不同类型富有机质页岩地质特征与页岩气形成条件差异明显。中国富有机质页岩形成环境有5类：①克拉通边缘半深

水深水陆棚相(扬子地区下古生界)；②克拉通边缘沼泽相(华北地区石炭-二叠系)；③前陆盆地湖-沼相(四川盆地上三叠统、西部地区三叠-侏罗系)；④裂谷盆地断(坳)陷半深-深湖相(渤海湾盆地古近系和新近系、松辽盆地白垩系)；⑤大型陆内坳陷盆地深湖相(鄂尔多斯盆地三叠系)。中国页岩气形成条件可归纳为：①富有机质页岩发育具有广泛性；②富有机质页岩展布具有不均衡性；③不同类型页岩成气潜力具有多样性；④页岩储层具有差异性。中国页岩气区带类型可以划归4种类型：热裂解页岩含气区、热成熟页岩含气区、深埋热成熟页岩含气区和生物气低成熟页岩含气区。中国页岩气勘探实践表明：中国拥有丰富的页岩气资源量，随着理论与技术的突破、经济条件的改善，未来中国页岩气资源有较好发展前景。

自20世纪80年代初中国改革开放以来，伴随着经济迅速发展和崛起，中国也成为越来越多资源的净进口国，1993年首次成为石油净进口国，2006年又跨入天然气净进口国之列。目前，中国的石油对外依存度超过55%，天然气的对外依存度也接近10%。为保障中国能源供给安全，缓解石油对外过渡依赖，扩大天然气消费量，1987年中国开始了煤层气的地质评价与勘探开发技术探索，2006年实现规模开发，至2010年底在鄂尔多斯、沁水、渤海湾3个盆地探明煤层气地质储量2734×108m3，年产煤层气15×108m3。2000年开始了致密气的勘探开发和技术发展，至20 10年已在中国陆上形成了鄂尔多斯盆地上古生界、四川盆地上三叠统须家河组两大致密气产区，在吐哈、松辽、渤海湾、塔里木4个盆地发现规模致密气储量，累计探明致密气储量2.9×1012m3，年产致密气226×108m3。

随着北美页岩气勘探开发区带的快速扩展和页岩气产量的大幅飙升，页岩气迅速成为天然气重要勘探开发新热点，在全球掀起了一场轰轰烈烈的“页岩气革命”。2005年以来，我国开始了规模性的页岩气前期地质评价与勘探开发先导试验，借鉴北美经验，依靠理论创新，强化技术进步，边研究边发展，有序推进。迄今，中国已在富有机质页岩地质特征、页岩气形成地质条件、有利页岩气远景区带等认识上取得重要进展，在页岩气勘探开发先导试验中于四川盆地古生界海相页岩等取得重要发现，未来发展需要突破“理论、技术、成本与环境”四道关。

1页岩气内涵与特征

页岩气为产白极低孔隙度和渗透率、以富有机质页岩为主的储集岩系中的天然气。气体成分以甲烷为主，赋存方式为游离气和吸附气并存，属自生自储、原位饱和成藏[1]。页岩气的开发必须通过大型人工造缝(网)工程才能形成工业产能，因此，也将其称之为“人造气藏”(Artificia l Reservoir)。

与常规及其他非常规天然气藏不同，页岩气自身具有明显特征(表1)[2～5]。主要特征表现在：①页岩气成因类型多，可以形成于有机质演化的各阶段，包括生物成因气、热成因气和热裂解成

因气，源储一体，成藏过程为持续充注、原位饱和聚集；②页岩储层超致密，孔隙类型多样，孔隙大小以微-纳米级为主；③页岩气组成以甲烷为主，乙烷、丙烷等含量少，可以存在N 2、C02等非烃气体，极少有H 2S 气体，气体赋存方式以吸附态、游离气两种方式为主，吸附气占总气量的

比例为20%～80%；④页岩气分布不受构造控制，没有(或无明显)圈闭界限，含气范围受成气烃源岩面积和良好封盖层控制，资源规模大，可采程度低(一般介于10%～35%)，存在高丰度“甜点”核心区；⑤页岩气产出以非达西渗流为主，存在解吸、扩散、渗流等相态与流动机制的转化，生产周期长；⑥页岩气开发形成工业产能必须进行储层大型体积压裂，改造前一般低产或无产，生产过程中不产水或产水很少。

在含油气区，页岩气的存在具有普遍性，只是由于埋藏深度、含气程度等经济、技术条件的差别，使其部分具有工业价值，部分暂无工业价值。对比北美页岩气产区与中国页岩气勘探实践，形成工业价值页岩气基本地质条件为(表2)[6]：富有机质页岩必须具备较高有机质丰度(TOC＞2.00%)、高热成熟度(R o ＞1.1%)，高脆性(石英、长石等矿物含量大于40%)、低黏土矿物含量(小于3

0%)、有效页岩(Hot Shale)厚度超过30m 或50m、成气后保存条件较好、存在超压。

2中国页岩气形成条件

2.1中国区域地质背景

中国大陆处于太平洋、印度洋和西伯利亚等板块交汇处，动力学体系复杂，地质构造具多块体拼合、多期次、多旋回的复杂构造特征。据童亨茂等的研究[7]

，中国的地质构造演化分为前南华纪陆核形成与古中国地台形成阶段，古地台解体与古中国大陆形成阶段，印支期后中、新生代中国大陆继承发展3大阶段。在3大演化期中，形成了多类型、结构复杂、多期叠合、多期构造变动的沉积盆地(图1)，每一阶段都有富有机质页岩发育。古生代发育6种类型盆地，以海相坳拉槽和克拉通坳陷盆地为主，这些盆地多被中、新生代盆地叠置。中、新生代盆地主要发育在大陆内部，中国东部以伸展(裂谷)盆地为主，西部以挤压挠曲(前陆)盆地为主，中部的四川盆地为前陆盆地、鄂尔多斯盆地为大型坳陷盆地，郯庐断裂带、阿尔金断裂带和横断山断裂带等走滑断裂带发育走滑类盆地。不同演化阶段、不同类型盆地直接控制了中国富有机质页岩的发育与分布、类型与页岩气潜力。2.2中国富有机质页岩类型与分布

按沉积环境将富有机质页岩分为3大类：海相富有机质页岩、海陆过渡相与煤系富有机质页岩、湖相富有机质页岩(表3～5)[1～2,6]。按其构造-岩相又细分为5种形成类型：海相富有机质页岩主要形成于克拉通内坳陷或边缘半深水-深水陆棚相，过渡相富有机质页岩形成于克拉通边缘沼泽相，煤系富有机质页岩主要形成于前陆盆地湖-沼相，湖相富有机质页岩形成于裂谷盆地断(坳)陷和大型陆内坳陷盆地的半深-深湖相。