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中国油气页岩分布与存储潜能和前景分析_滕吉文

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中国 油气 页岩 分布 存储 潜能 前景 分析 滕吉文
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PROGRESS IN GEOPHYSICS滕吉文 ,刘有山 .中国油气页岩分布与存储潜能和前景分析 .地球物理学进展 ,2013,28(3):1083-1108,doi:10.6038/pg20130301.TENG Ji-wen,LIU You-shan.Analysis of distribution,storage potential and prospect for shale oil and gas in China.Progressin Geophys.(in Chinese),2013,28(3):1083-1108,doi:10.6038/pg20130301.中国油气页岩分布与存储潜能和前景分析滕吉文 ,刘有山(中国科学院地质与地球物理研究所 ,北京100029)摘要基于当今化石油气能源的需求还在扩展,它的紧缺势态波及全球,而我国的确需要更多的页岩油气.为此,非常规油气能源,特别是页岩油气的勘探、开发和利用就必然地提到社会进步和经济发展的议程上,并得到世界各个国家的高度重视.因此,页岩油气现已成为我国能源界和科技界及政府部门的热门话题.在经过了一段时间的“热炒”和依据尚不充分的评估后,本文通过对中外有关资料的分析和讨论认为:1)必须在了解世界各国、特别是北美页岩油气赋存与开发的条件下,认识我国页岩的分布状态和页岩油气潜能;2)在理解其它国家页岩属性、页岩油气的前景和勘查及储存背景下,在我国较全面的进行页岩和页岩油气存储的勘探和对其进行要素匹配,并选择远景好的典型地区进行示范研究与探索;3)集理念与实践综合研究制定页岩油气在我国的发展方案和路线图.关键词页岩油气,资源潜力,形成与聚集的机制,地球物理勘探技术,发展路线图doi:10.6038/pg20130301     中图分类号P631     文献标识码A收稿日期2012-10-10;修回日期2012-12-21.    投稿网址http//www.progeophys.cn基金项目国家自然科学基金华北克拉通破坏重大研究项目 (90914012)资助 .作者简介滕吉文 ,男 ,1934年生 ,教授 ,研究员 ,中国科学院院士 ,主要研究方向为固体地球物理学与地球动力学 .(E-mail:jwteng@mail.iggcas.ac.cn)Analysis of distribution,storage potential and prospectfor shale oil and gas in ChinaTENG Ji-wen,LIU You-shan(Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing,100029,China)Abstract Based on the fact that the demand in oil/gas energy is expanding in present and its scarce tendency sweepthe whole world,while our country actualy needs more shale oil/gas.Therefore,unconventional oil/gas energy,especialy the exploration,development and utilization of shale oil/gas is mentioned into the schedule of socialprogress,economic development and highly emphasized by many countries in the world.Consequently,shale oil/gashas now become a hot topic in China’s energy sector,technology sector and government departments.After a periodof time of hot-hype and assessment without sufficient basis,on the basis of the analysis and discussion of Chineseand foreign-related data,we think that:1)must comprehend the occurrence and development conditions of oil/gascountries al over the world,especialy North America,then understand the distribution state and potential in ourcountry;2)understand the attributes and oil/gas prospect of shale,the background of surveying and storage inother countries,then must be more comprehensively carry out exploration and matching the elements of shale andshale oil/gas’s storage,and choose the good prospect in typical areas in demonstration research and exploration;3)formulate comprehensively the development scheme and route-map of shale oil/gas in our country from theviewpoint of concepts and practices.Keywords shale oil/gas,resource potential,formation and aggregation mechanism,geophysical prospectingtechnology,development route-map地球物理学进展http//www.progeophys.cn  28卷  0 引言21世纪以来 ,人类对金属矿产资源 、油气 、煤能源和水资源的争夺开发愈演愈烈 ,资源和能源乃是制约社会进步 、经济发展和科技进步的关键性要素.由于资源和能源的紧缺 ,发达国家和欠发达国家之间的矛盾在逐渐激化 ,油气资源在全球范围内分布的不均匀性和供需国家之间的距离之长 ,涉及到各有关国家的利益和发展进程 ,故动用外交手段和军事手段已不少见 ! 中东的五次战争 ,有哪一次战争不是为了石油 ?在油气化石能源快速消耗和紧缺的情况下 ,对非化石能源和非常规油气能源的开发与利用已成新的途径.近年来 ,世界各国对页岩油气的勘探和开发呈现出极大的兴味 ! 特别是北美页岩油气开发取得了一定成效后 ,促进了世界各国对页岩油气的开发.我国目前原油对外依存度已达56.3%,且还存在攀升趋势.预计2020年 ,我国的能源消耗将达到5.5亿吨 ,而国内仅能生产2.0~2.5亿吨.为此 ,我国对页岩油气的研究也已经紧跟在这一大潮之下.中国三大石油公司 、国土资源部 、中科院和有关研究院所 、学校等纷纷制定了各种相关研究开发的计划 、规划和专门立项 ,深切地关注着沉睡在地下漫长岁月的页岩油气 ,并设法提取它以为社会和经济发展服务.近2~3年中 ,对页岩油气的资源分布 、储量和潜能及相关科学问题的基础研究等有一系列文章发表[1-17],页岩油气已成为当今能源界 、科技界和政府部门的热议话题.经过一番 “热炒 ”之后 ,人们必须静下来深切地思考一下怎样使我国的页岩油气真正成为一种能源并带来切实的效益.笔者认为 ,当今在我国尚未经过系统地 、有序地对油气页岩的赋存 、聚集 、潜在的成藏量和物理状态以及丰度进行实地勘查和测量.为此 ,提出可能的导向与示范区是十分必要的 ,而提出潜力巨大和与北美相媲美及有关前景等 ,深感量化不足.这就是说 ,是否尚有一些 “盲目性 ”? 目前还非常缺乏必要的和充分的理论与实际边界条件.为此 ,本文结合有关文献 、报导和人们提出的论点 ,对以下五个问题进行讨论 :1)全球大型 、超大型页岩油气田 (包括常规和非常规油气田 )的分布特点 ;2)我国页岩油气能源的潜力概况与分布 ;3)北美克拉通地域非常规油气藏的储量与规模 ;4)常规与非常规油气的聚集 ;5)加强对非常规油气藏 ,特别是油气页岩的勘查与研究.1 全球大型 、超大型页岩油气田 (包括常规和非常规油气田 )的分布特点页岩气 (shale gas)是指赋存于泥页岩中 ,以吸附及游离状态存在的非常规天然气.这种赋存于具有生烃能力的泥岩及页岩等地层中的天然气和聚集 ,具有自生自储 、吸附成藏 、隐蔽聚集等地质特点[17-19].据预测 ,世界页岩气资源量为456×1012m3,主要分布在北美 、中亚 、中东和北非 、拉丁美洲 、前苏联及中国等地区 (图1,表1).表 1全球页岩气资源分布Table 1 The distribution of shale gas in the global地区 北美 南美 西欧 中欧和东欧 前苏联 中东和北非页岩气 /1012 m3 108.7  59.9  14.4  1.1  17.7  72.1地区 撒哈拉以南非洲 中亚和中国 太平洋地区 (经合组织 ) 其它亚太地区 南亚 全球页岩气 /1012 m3 7.8  99.8  65.5  8.9/4561.1 非常规天然气的类型和形成机理1.1.1 非常规天然气的分类从不同角度可将非常规天然气分为多种类型(图2).根据聚集机理不同 ,可将非常规天然气划分为以吸附为主的煤层气 、吸附和游离兼具的页岩气 、以活塞式运移为特征的致密储层气 、以置换式运移为特征的常规储层气以及以溶解状态存在的水溶气 、以笼状结构存在的水合物等[20].页岩气的储集形式有三种 ,储集页岩气的泥页岩 ;富集在孔隙与裂缝中的游离气 ;吸附于页岩表面的天然气.1.1.2 页岩气的发展基础在1976年 ,美国能源部及其以后的能源研究和开发署 (ERDA)联合了国家地质调查局 、州级地质调查局 、相关大学以及工业团体 ,共同发起并实施了4801 3期 滕吉文 ,等 :中国油气页岩分布与存储潜能和前景分析 5801地球物理学进展http//www.progeophys.cn  28卷  图 2页岩气的储集形式[20]a)储集页岩气的泥页岩 ;b)富集在孔隙与裂缝中的游离气 ;c)吸附于岩石表面的天然气 .Fig.2 Reservoir form of shale gasa)shale gas reservoir of mud shale;b)the freegas enriched in the pores and fractures;c)the natural gas absorbed in the rock surface.针对页岩气研究与开发的东部页岩气工程计划(EGSP),这一计划的实施和完成扩大了页岩气勘探开发范围 ,导致了页岩气产量的大幅度增加和一批科研成果的产出 ,尤其是在理论上认识到页岩气的吸附机理 ,使美国的页岩气产 、储及资源量实现了翻番 ,为美国今天的页岩气蓬勃发展奠定了重要基础.1.1.3 页岩气产量的快速增长近年来 ,美国的页岩气产量的迅猛增长 ,其发展速度超过了包括煤层气在内的其它所有类型的非常规油气藏.在1998-2007年的10年间 ,美国非常规天然气的产量增加了65%,由1258×108 m3增至2519×108 m3,页岩气使美国的非常规天然气产量增加了40%.2009年美国页岩气年产量达到1378×108 m3,占到美国当年天然气产量的23%,2011年产量达到1720×108 m3.预计到2035年 ,美国页岩气产量将增加20%,占美国天然气总产量的45%(EIA,2011).同时 ,页岩油也是美国非常规油气勘探与开发的主要类型.2005年以来 ,美国陆续在多套页岩层系中产出了页岩油 ,2011年的页岩油产量达到了2973万吨.1.1.4 美国页岩油气的主要分布区页岩油与页岩气具有大致相同的聚集机理 ,但页岩气形成条件广 、分布范围大.根据形成条件和机理 ,页岩油气及分布条件的限制 ,主要受有机质热演化程度控制.目前美国已实现工业开发的页岩油主要分布在中西部地区的古生界 、中生界及新生界海相页岩层系中 ,主要包括Monterey页岩 、Barnett页岩 、Woodford页 岩 、Eagle Ford页 岩 及Marcelus页岩等 ,部分产区与页岩气产区重叠.1.1.5 美国页岩气的演化特征页岩中赋存的各种类型有机质均具有生成天然气的潜力 ,但生成演化的特征各具特点.无论有机质为何种类型 ,当适于产甲烷菌活动的条件具备时 ,均可在成熟度较低时被微生物降解生成生物气 ,在成熟度较高时发生热降解或热裂解而形成热成因气.美国页岩气主要产于泥盆系 、石炭系 、侏罗系 ,有机质类型以海相Ⅰ、Ⅱ型为主 ,主要的页岩气产层的开发深度范围为152~4115m.其中 ,生物成因页岩气的开发深度范围为152~671m,热成因页岩气开发深度范围为914~4115m,有机质成熟度 (Ro)范围为0.4%~3.0%,以热成因气为主[21,67].表 2Barnett页岩成熟度最小和最佳指标[21]Table 2 The minimal and optimum indicatorsof shale maturityin Barnett数值类型 Ro/% Tmax/℃ Dry gas/%最小值 1.0455  80较好值 1.2465  90最佳值 1.4475  95Jarvie等认为 ,有机质的转化不仅能形成天然气 ,还能提高泥页岩基质中的孔隙度 ,因此成熟度是决定含气性的关键参数[21],例如Barnett页岩气能产生工业气流的最佳成熟度指标Ro为1.4%(表2).实 际 上 ,美国重要的页岩气产层之一的6801 3期 滕吉文 ,等 :中国油气页岩分布与存储潜能和前景分析Marcelus页岩有机质演化已达到过成熟阶段Ro超过了3.0%,但在已部分石墨化的焦沥青基质中仍然存在具有储集能力的孔隙.1.2 世界上各国对页岩气的研究势态1.2.1 美国页岩气世界化石能源的缺少与紧张的格局 ,迫使各国必须将沉睡在地下深处的页岩与页岩气开发和提取提上日程.页岩气资源研究和勘探开发最早始于美国 ,1821年 ,第一口页岩气井钻于美国东部 ,20世纪20年代步入规模生产 ,20世纪70年代页岩气的勘探和开发区扩展到美国中 、西部 ,20世纪90年代 ,在政策 、价格和开发技术不断进步等因素的推动下 ,页岩气逐渐成为重要能源的勘探和开发领域[17,22-24](图3).2000年以来 ,由于对页岩油气的相关勘探与开发技术的发展 ,并得到了广泛应用 ,故页岩气的年产量和经济 、技术可采储量迅速攀升.至2010年 ,美国页岩气年产量快速增长 ,乃至超过1379×108 m3,占全国天然气年产总量的23%.可见页岩气在美国天然气工业中所占的重要地位.1.2.2 加拿大的页岩气———继美国之后成功开发的第二个国家2007年 ,位于不列颠哥伦比亚省东北部的区块已开始投入商业开发 ,其后加大了页岩气的研究投入和勘探 、开发力度.页岩气资源主要分布于不列颠哥伦比亚省 、阿尔伯塔省 、萨斯喀彻温省 、南安大略地区 、魁北克低地以及滨海诸省 ,其中不列颠哥伦比亚西部地区的下白垩统 、侏罗系 、三叠系和泥盆系的页岩气资源最为丰富.目前 ,加拿大天然气供应量已占据了北美市场近50%的份额 ,不列颠哥伦比亚省东北部地区是其天然气主要产区.过去10年 ,该省天然气产量的增长主要来自非常规天然气 ,即页岩气和致密砂岩气.2011年 ,加拿大国家能源局和不列颠哥伦比亚能源和矿业厅联合发表的一份报告表明 ,不列颠哥伦比亚省东北部的霍恩河盆地可能成为北美第三大页岩气产气区 ,仅次于美国的Marcelus和Haynesvile页岩气藏.1.2.3 欧洲的非常规天然气勘探与开发欧洲的非常规天然气勘探与开发主要集中在波兰 、奥地利 、瑞典 、德国和英国.据预测 ,欧洲的非常规天然气产量2030年最高可达600亿立方米 /年 ,其中波兰的产量最高 ,其他的国家有瑞典 、德国 、法国 、奥 地 利 和 英 国 等 ;“欧 洲 页 岩 气 研 究 计 划 ”(GASH)于2009年 在 德 国 国 家 地 学 研 究 中 心(GFZ)启动.此项计划由政府地质调查部门 、咨询机构 、研究所和高等院校的专家组成工作团队 ,拟通过6年时间共同推动完成 ;工作的目的是通过收集欧洲各个地区的页岩样品 、测井试井和地震资料数据 ,建立欧洲的页岩数据库 ,与美国的含气页岩进行对比分析研究 ,在此基础上寻找和发现页岩气以满足当地和区域的需求.波兰已钻11口页岩气探井 ,预计2014年实现商业化开采 ,并逐步实现燃气自给 ,随着强有力供应链的建立以及新技术的应用 ,开发成本有望大幅度降低.除波兰外 ,目前欧洲大部分地区尚未进行页岩气系统勘探.1.2.4 澳大利亚的页岩气澳大利亚页岩气勘探活动已经迅速增长.据报道 ,位于南澳大利亚的Cooper盆地 ,第一口勘探直井产量 高 达5.7万m3/m3,位于西澳大利亚的Perth和Canning盆地的产量前景很大.然而 ,页岩气的生产与常规气藏生产差异大 ,原因是非常规气藏渗透率极低和其他岩石物性较差等特点 ,商业生产需要在长水平井完井作业后进行大规模水力压裂.澳大利亚的地层挑战性强 ,钻井 、完井以及压裂成本高于美国的大多数页岩气田.为优化方案 ,必须测试井压裂参数和其他参数 (如完井长度 ,裂缝几何形状 ,渗透率和天然气价格 )对NPV(净现值 )的影响.通过对任何参数和相应变量的迭代 ,任何开发的优化都应该合理.与此同时 ,在常规气藏开发中 ,对经济可行的概念要有一个很清楚的认识 ,但对于页岩气开发 ,尤其是澳大利亚页岩气藏开发 ,这个概念就很模糊了.在从事钻井 、试油或开发活动前 ,敏感性的模拟研究是很有必要的.澳大利亚页岩气技术可开采资源量约11万亿m3,主 要 分 布 在 中 南 部 、西 部 和 东 部 的Cooper,Perth,Amadeus,Georgina和Canning等盆地中 ,其中在Perth,Cooper,Canning盆地 ,页岩气的勘探与开发已经取得了一定的进展且前景较好.Perth和Canning盆地是西澳大利亚最具前景的页岩气勘探区域 ,并都处于勘探中.Canning盆地的沉积厚度超过15km,包含了上奥陶纪至上白垩纪的沉积物.Perth盆地的沉积物厚度大 ,形成于晚二叠世即冈瓦纳大陆分裂时期.到目前为止Perth盆地在地图上标出面积为30000平方千米 ,据估计 ,在保守采收率值为20%的情况下 ,该盆地可采页岩气为1.67万亿m3.7801地球物理学进展http//www.progeophys.cn  28卷  依据泥浆以及电缆测井 ,如自然伽马能谱 、井壁电阻率 、中子-密度 、偶极子声波测井资料以及其他声学测量资料.采出岩心100m,由岩心分析测定压力衰减和脉冲衰减渗透率 ,以及气 、水 、碳氢化合物的饱和度 、孔隙度和密度.此外 ,测量了岩心的地质力学 资 料 如 杨 氏 模 量 、泊 松 比 、无侧限抗压强度(UCS).通过成像测井资料分析断层和裂缝.现证实 ,深度大于2675m,地层无天然裂缝.研究调查了3个重点页岩气目的层 (储层A、B、C),这些储集层的关键参数如表3所示[26].表 3Perth盆地页岩气储层参数Table 3 Reservoir parameters of shale gas in Perth Basin储层 总厚度 (m) 深度 (mVTD) 岩性 孔隙度 (%) K(md) Sw(%) 压力 (pisa) 温度 (℃) 流体A  450  2659 页岩 3.0  0.0001  30  3895  122 天然气B的中部 250(总厚度 )2858 页岩 5.0  0.0001  35  4595  129 天然气B的下部 250(总厚度 )2923 页岩 6.0  0.0001  50  4700  131 天然气C  330  3023 砂岩/页岩7.0  0.0001  45  4558  135 天然气D  22  3273 砂岩 7.0  0.001  45  4934  144 天然气1.3 页岩气已受到各国的普遍关注与其分布的构造特征1.3.1 各国普遍关注页岩油气近年来 ,随着社会对清洁能源需求的不断扩大 、天然气价格的不断上涨 ,页岩气地质认识的不断提高 、钻井工艺的进步 ,页岩气勘探 、开发正由北美向全球扩展 ,页岩气在非常规天然气中异军突起 ,已成为全球非常规油气资源勘探和开发的新亮点 ,加快页岩油气资源勘探 、开发 ,已经成为世界主要页岩气资源大国和地区的共同选择[1-3].目前 ,除美国和加拿大外 ,澳大利亚 、德国 、法国 、瑞典 、波兰以及中国等国家也开始了页岩气的研究 、勘探与开发[1-3].1.3.2 页岩气分布的不均一性全球油气具有不均一分布的特点 ,在世界所拥有的石油资源当中有60%~65%分布在中东 ,且远离发达与发展中国家.我国在总的石油进口量中 ,约有70%左右来自中东.从区域大地单元的角度出发 ,油气主要分布在克拉通和沉积盆地区域 ,即集中分布在特定的油气聚集地域和聚集区中.常规大型 、特大型油气田分布主要受到大地构造背景的控制 ,且主要以特提斯构造域为主 ;在构造类型上 ,主要以被动大陆边缘 、前陆冲断带和克拉通正向构造带为主.非常规大型 、特大型油气田分布于大型负向构造区或斜坡区 ,如盆地中心 、大型构造的斜坡或向斜区 、高寒地带以及高纬度地区的冻土带等.2 我国页岩油气能源的潜力概况与分布2.1 我国页岩气的概况2.1.1 各有关部门对页岩油气的重视和局部地区的报道我国有关部门依据世界页岩气的发展动态指出 :四川盆地 、鄂尔多斯盆地 、渤海湾盆地 、江汉盆地 、吐哈盆地 、塔里木盆地 、准噶尔盆地等均有页岩气聚集的地质条件 ;这些盆地局部地层有机碳含量很高 ,发现了典型页岩气层中的局部天然气富集.同时认为 ,除含油气盆地以外 ,我国南方寒武系 、奥陶系 、志留系分布区的页岩气勘探前景不可忽视[17].近年来 ,受北美页岩气勘探开发获得巨大成功的影响 ,页岩油气资源已引起我国政府职能部门及企业界的密切关注.中石油 、中石化 、延长油矿集团 、中海油等大型国有石油企业均已将页岩气及页岩油勘探开发列为非常规油气资源勘探开发的首位.2011年 ,国土资源部组织完成全国页岩气资源评价及有利区优选工作.我国页岩油资源丰富 ,北方地区中新生界陆相泥页岩层系的页岩油的潜力已引起各油田企业的高度重视 ,许多油田不同程度地展开了页岩油田的勘探研究及评价工作.我国当今页岩油气勘探开发总井数达到63口 ,在泌阳凹陷 、东濮凹陷 、辽河坳陷及济阳坳陷等中新生界陆相泥页岩层系中获得了工业油流.其中 ,泌阳凹陷的安深1井在核桃园组泥页岩中压裂后获日产气4.68m3,泌页HFI井压裂后获得最高日产23.6m3的工业油流 ,辽河坳陷曙古165井压裂后在沙三段泥岩中形成日产油24m3,东濮凹陷濮深18-1井在沙三段泥页岩中获得日产420m3的工业油流 ,初步揭示了我国陆相页岩油的良好资源前景.2012年3月22日中国科学报报导了一则消息 ,中国页岩气规划 “大跃进 ”?2012年3月1日 ,国土资源部召开新闻发布会 ,首次公布了我国陆域页岩气地质资源潜力为134.42×1012 m3,可采资源潜力为25.08×1012 m3(不含青藏高原区 ),展示了我国巨大的页岩气资源潜力.3月16日 ,我国第8801 3期 滕吉文 ,等 :中国油气页岩分布与存储潜能和前景分析一部有关页岩气的专项规划 ———《页岩气发展规划(2011-2015年 )》正式发布 ,其中2020年页岩气的产量确定为600亿~1000亿m3.去年 ,有关各界盛传我国2020年页岩气产量目标为800亿立方米.从零到800亿m3再到1000亿m3的指标 ,标志着我国页岩气的发展已走上 “跨越式 ”发展的道路 ?我国的页岩和页岩油气是有一定的潜力的 ,我想这估计可能有些过高 ,由于至今尚十分缺乏较全面的实际勘查与分析 ! 那么 ,我国页岩气到底潜力如何 ? 因为有页岩存储 ,却不一定有油气 ! 这也就是说 ,目前也仅仅是一个定性的估计 ,尚难以对此问题给出决策性的 、即量化的回答.2.1.2 页岩油气的形成与聚集基于页岩气的特殊赋存机理及聚集方式 ,页岩地层中天然气的聚集条件及资源评价方法一直是一个长期讨论但又悬而未决的问题.由于页岩中的天然气可能来源于生物化学作用 、热解作用或两者的混合[27],故页岩生气并形成页岩气的条件主要取决于有机碳含量和有机质成熟度.同时并指出产气页岩的有机质含量丰度下限为大约2%;所获得一个有经济价值的勘探目标的有机碳下限值为2.5%~3.0%.另一种观点则认为 ,密执安盆地Antrim泥盆系页岩的有机碳含量下限只有0.3%,阿巴拉契亚盆地部分地区产气页岩的有机质热演化程度的上限为4.0%,显然页岩的高成熟度 (Ro>2%)可能不是制约页岩气富集的死线 。2.1.3 页岩气的储集条件下古生界黑色页岩通常经历了复杂的地质变动 ,但二次生烃机理和生气特点具有较之一次连续生气更高的效率.在储集条件方面 ,页岩气将常规油气地质研究中的源岩层或盖层延伸至目的层 ,将勘探目标层系从以砂岩等为代表的常规储层延伸至以泥页岩为主体的超致密地层中 ,将天然气储集的有效储层孔隙度降低至1%;由于自身较强的抗破坏能力 ,页岩气将油气勘探的主体对象和目标从保存条件良好的盆地地区扩大到了后期抬升剧烈 、现今保存条件较差 (残留盆地 )的抬隆区 ;泥页岩吸附气含量受有机质类型 、丰度 、成熟度以及埋藏深度等多种因素的影响 ,但在通常情况下与有机质丰度呈正相关关系.游离气以游离状态赋存于页岩的微孔隙和微裂缝中 ,它与以吸附状态存在的天然气共同构成了页岩的含气主体.游离气的存在与裂缝 、微裂缝的发育关系密切 ,同时还受孔隙度和裂缝孔隙度的约束和影响.较之吸附气来说 ,游离气更易于散失 ,故在埋藏深度较大 、保存条件较好 、裂缝相对发育的区带 ,游离气含量相对发育 (图4,5).图 4天然气聚集机理类型示意图[13]Fig.4 The accumulation mechanism types of Natural Gas页岩油是赋存于泥页岩基质中的石油 (USGS,2011),页岩油可赋存于泥页岩基质微孔隙 、夹层及裂缝中.据此可进一步将页岩油划分为基质型 、夹层型及裂缝型等3种富集类型.其中 ,微裂缝和夹层型是目前美国工业性开发的主要类型[28,29].2.1.4 影响页岩油气聚集的因素影响页岩气 、页岩油聚集丰度的因素较多 ,将页岩气分为生物 、生物-低熟混合 、低熟 、成熟和高熟等类型以试图研究其含气特点.聂海宽 (2009)等将页岩气富集模式概括为前陆盆地型和克拉通盆地型两种[28,29].前者的页岩气埋藏深度较深 、地层压力较高 、有机质成熟度较高 ,具有高含气饱和度 、低吸附气含量比等特点 ;后者的埋藏深度较浅 、有机质成熟度和地层压力较低 ,具有低含气饱和度 、高吸附气比等特点.张金川 (2009)等将页岩气分为直接型 (干酪根直接生成天然气 )、过渡型和间接型 (原油裂解气 )三种 ,分别对应于Ⅲ型 、Ⅱ型和Ⅰ型干酪根 ,受控于陆相 、海陆过渡相和海相沉积 ,对应于不同的页岩含气量及含气特点.2.2 可能的资源潜力2.2.1 估计资源量据有关专家估算 ,我国页岩气可采资源量约为26×1012 m3,与美国大致相当[3,4].页岩气除分布在四川 、鄂尔多斯 、渤海湾 、松辽 、江汉 、吐哈 、塔里木和准噶尔等含油气盆地外 ,在我国广泛分布的海相页岩地层 、海陆交互相页岩地层及陆相地层中也有分布 (图6)[1-16].我国页岩地层在各地质历史时期均十分发育 ,既有有机质含量高的古生界海相页岩 、海陆交互相页岩 ,也有有机质较丰富的中 、新生界陆相页岩 ,在油气 、煤炭勘探中 ,甚至固体矿产勘探时已在9801地球物理学进展http//www.progeophys.cn  28卷  0901 3期 滕吉文 ,等 :中国油气页岩分布与存储潜能和前景分析油气盆地及盆地以外的沉积地层中有多处页岩气显示[5,6].2.2.2 应当清晰认识的三个方面1)我国的页岩气与美国的页岩 、加拿大的油砂岩相比 ,在页岩类型 、含气丰度和采掘条件上均存在差异 ;2)多处发现的页岩气显示是十分重要的苗头 ,但不一定都具有工业价值 ;3)发现的页岩气是否具有可以开采和利用的科学价值.2.2.3 重要的远景区(带)川南 、川东 、渝东南 、黔北 、鄂西等上扬子地区是我国页岩气的主要远景区 (图7)[5-8],以四川盆地为例 ,寒武系和志留系两套页岩 ,页岩气资源量就相当于该盆地常规天然气资源量的1.5~2.5倍[2].因此 ,我国页岩气资源勘探 、开发前景尚好 ,具有加速勘探和开发的巨大资源基础[12-16].图 7上扬子地区页岩气有利地区[17]Fig.7 The favorable areas of shale gasin the Upper Yangtze area2.3 当前的勘探概况与布署2.3.1 概况分析目前 ,我国页岩气资源调查与勘探开发还处在探索与起步阶段 ,依据尚不充分.20世纪60-90年代 ,在个别盆地的泥页岩裂缝中发现过油气显示 ,然而至今尚未对我国页岩油气资源潜力进行过较全面的勘查和定量估算 ,页岩气资源有利目标区尚待进一步查实.2009年11月 ,在重庆市彭水县连湖乡实施了页岩气的第一口战略调查井 ,见到了良好的页岩气显示[30].为此 ,页岩气资源已引起我国油气界的广泛关注 ,并相继召开了多次页岩气研讨会.我国三大石油公司积极地将页岩气勘探与开发列为非常规油气资源的重点.中国石油天然气集团公司于2007年与美国新田石油公司签署了 《威远地区页岩气联合研究 》,2009年又与壳牌公司在重庆富顺-永川区块启动了合作勘探与开发项目.中国石油化工集团公司 、中国海洋石油公司和相关科研机构 、高等院校等也已开始对页岩气进行研究和部署.2.3.2 方案的制定与路线图进一步查明我国页岩油气分布特征特别是深部背景及地质条件 ,圈定页岩气发育区和深度范围 ,测定页岩含油气丰度 ,预测页岩气资源潜力与分布.当今的问题是必须探明页岩气储量并对其趋势进行预测研究 ,对我国页岩气资源进行战略布署和勘探开发导向 、重点和发展阶段的科学规划 ,明确发展方略 ,编制我国页岩气资源战略调查和勘探开发中 、长期发展规划与路线图.我们一定要强化 ,而不是 “遐想 ”即老去谈 “趋势优越 ”,“潜力巨大 ”,“前途光明 ”,且在情况不十分明确的条件下 ,各自制定出证据不足 ,无序的理想规划 、方案等.问题是必须提出有论点 、论据的 ,并以实际资料为基础的实施与发展方案.2.3.3 可能的优选靶区在优选有利目标区和勘探开发区 ,必须尽快进行示范性试验 ,以利于未来的决策和推广.目前来看 ;南方海相页岩地层 、北方湖相页岩地层和广泛分布的海陆交互相地层等将会是今后页岩气勘探的主要领域.四川 、鄂尔多斯 、渤海湾 、松辽等八大盆地页岩气富集条件好 ,可能是未来页岩气勘探的主要目标区 ,含油气盆地之外广泛分布的页岩也应是重要的勘查与研究的目标.1)近期应以川南 、川东南 、黔北 、渝东南 、渝东北 、川东 、渝东 、鄂西为重点 ,加大勘探力度 ,加快勘探步伐 ,争取获得重大进展 ,提交页岩赋存和页岩气储量 ,选择我国南方海相页岩地层特别是上扬子地区 ,作为战略示范区 ,针对四川盆地及其周缘的下寒武统 、下志留统 、二叠系等页岩地层开展页岩气地球物理 、地质及富集条件调查 ,力争能有所突破.2)选择我国优势海陆交互相和湖相页岩地层区作为战略后备区 ,针对下扬子和华北海陆交互相 、松辽盆地下白垩统 、渤海湾盆地古今系 、鄂尔多斯盆地上三叠统等湖相泥页岩地层 ,开展页岩气地球物理勘查 ,必须在方法和技术上有所创新.同时必须重视欧美页岩油气勘探和开发理论 、方法和技术的引进.在此基础上以配合井中物理参数测量和VSP探测 ,1901地球物理学进展http//www.progeophys.cn  28卷  以达到在纵向和横向对资源前景进行剖析 ,并力争能有所创新或发现.以上表明 ,在我国发展页岩油气能源 ,前期扎实的工作是十分重要的 ,不能 “一哄而上 ”而必须有理 、有序 ,并切实制定出中国页岩油气的发展战略路线图.3 北美克拉通地域非常规油气藏的储量与规模非常规油气藏包括 “连续型 ”油气藏 (场 )与 “断续型 ”油气藏 (场 ),前者如致密砂岩气 、页岩气 、煤层气与天然气水合物等 ,后者如南 、北美洲大规模分布的重油与天然沥青砂 ,其中重油资源为658×1012t、天然沥青砂可达1067×108 t,资源潜力很大[32].3.1 北美非常规油气藏 (场 )2000-2008年全球 “连续型 ”油气藏 (场 )获得最大突破的是美国 、加拿大为主的北美克拉通地区致密砂岩气与页岩气藏的发现 (见表4)[33,34].表 4北美地台区页岩气藏的发现[34]Table 4 The discoveryof shale gas in North America Platform盆地 层位 页岩组含气面积/km2气藏深度/m有效厚度/m地质储量/1012 m3技术可采储量/1012 m3沃斯堡 石炭系 Barnett15500  1981~2590  30~183  9.2597  1.2459阿科马 石炭系 Fayettevile  23310  305~2134  6~61  1.4725  1.1780路易斯安那 上侏罗统 Haynesvile  23310  3200~4115  60~91  20.3033  7.1076阿帕拉契亚 中泥盆统 Marcelus246050  1220~2590  15~61  42.4755  7.4191阿科马 泥炭系-石炭系 Woodford28490  1830~3353  37~67  0.6513  0.3228密西根 上泥盆统 Antrim31080  183~670  21~37  2.1521  0.5663伊利斯诺 泥盆系-石炭系 NewAlbany  112665  150~610  15~31  4.5307  0.5437西加拿大盆地 上三叠系 Montney  10118  2500~4400  100~500  3.4000~27.5000  1.1000~9.1000表 5几种非常规油气类型的特点对比Table 5 The comparison of characteristics of several unconventional oil/gas types特点对比 页岩气 页岩油 煤层气 致密砂岩气 致密砂岩油赋存介质 基质微孔 、夹层 、裂缝 基质微孔 、夹层 、裂缝 基质微孔 、隔理 致密砂岩 致密砂岩聚集模式 吸附 、活塞式 、置换式 活塞式 、置换式 吸附 、活塞式 、置换式 活塞式 活塞式成因机理生物 、热解 、裂解 、生物再作用热解 、裂解生物 、热解 、裂解 、生物再作用热解
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