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實意義的選擇。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實意義的選擇。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泥頁巖、碳質泥頁巖、硅質泥頁巖、鈣質泥頁巖；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主要概括為：總有機碳含量超過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域之一。最后建議：中國泥頁巖油氣勘探開發(fā)應注意復雜地表、埋藏深度、后期保存、環(huán)境保護等特殊地質條件。
關鍵詞：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 暗色泥頁巖的有關討論
1.1 暗色泥頁巖的類型
   常見的泥頁巖類型有泥質泥頁巖、碳質泥頁巖、硅質泥頁巖、鈣質泥頁巖等。當泥頁巖中混入一定的砂質成分時，便會形成砂質泥頁巖。根據含砂顆粒的大小，可細分為粉砂質頁巖和砂質頁巖兩類。富有機質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質與細粒、分散狀黃鐵礦、菱鐵礦等，有機質含量通常介于3%～15%或更高，常具極薄層理。碳質頁巖中含有大量細粒、分散狀的碳化有機質，有機碳含量一般介于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，重點指含油氣盆地中的優(yōu)質泥質烴源巖。圖1和表1顯示了中國富有機質泥頁巖的類型、層系和分布特點。中國南方揚子地塊海相泥頁巖分布廣泛并夾硅質頁巖(如揚子地區(qū)牛蹄塘組底部頁巖)、暗色泥頁巖、鈣質泥頁巖和砂質泥頁巖；海陸交互相泥頁巖多為砂質泥頁巖和碳質泥頁巖；陸(湖)相泥頁巖頁理發(fā)育，其中渤海灣盆地、柴達木盆地新生界湖相泥頁巖鈣質含量較高，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)。碳質頁巖常與煤系伴生，一般出現在煤層的頂、底板或夾層中，以湖泊、沼澤環(huán)境沉積為主。石炭紀-二疊紀、三疊紀-侏羅紀和古近紀-新近紀為中國3次主要的成煤期，發(fā)育多套與煤層相伴生的碳質頁巖。如中國南方地區(qū)的二疊系龍?zhí)督M(P2l)碳質頁巖分布面積較廣，厚度介于200～300m；中國南方揚子地塊、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，含豐富的有機質、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、細菌、高等植物等化石及有機質，厚度介于200～1500m。
1.3 暗色泥頁巖有效性基本指標
    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。目前據國外資料和國內初步勘探實踐成果，具有經濟開發(fā)效益的暗色泥頁巖基本參數和特征包括：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，在外力作用下越易形成天然裂縫和誘導裂縫，形成樹狀或網狀結構縫，有利于泥頁巖氣開采。而高黏土礦物含量的泥頁巖塑性強，吸收能量強，以形成平面裂縫為主，不利于泥頁巖體積改造[3～6]。
美國產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孔隙度和滲透率，油氣產自于自身并以吸附、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，據北美開發(fā)實踐成果：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量因地質條件而異。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)已實現商業(yè)開發(fā)頁巖氣，含氣量最低為1.1m3/t，最高達9.9m3/t。吸附量主要與有機質含量、黏土礦物含量有關；游離氣含量主要與基質孔隙度大小、裂隙縫發(fā)育程度及砂質巖含量有關。
    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井實測含量為1～3m3/t[7])，具有開發(fā)價值。
    據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%，預計最高可達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：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構造活動較強，保存條件復雜；③地面多山地、丘陵等復雜地表，埋藏較深(1000～6000m)；④構造活動較強、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)應注意復雜地表、埋藏深度、后期保存及環(huán)境保護等特殊地質條件。
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。暗色泥頁巖有機質含量、熱演化程度等指標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實性，證明其油氣資源前景廣闊。
4 結束語
    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，需要一段時間去實踐和認識?，F就中國暗色泥頁巖縱橫向分布的有效指標和所鉆的先導實驗井含油氣量等現狀分析，認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。總之，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域之一。
參考文獻
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(本文作者：康玉柱 中國石化石油勘探開發(fā)研究院)