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中石油探区主要盆地页岩气资源分布特征研究

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书书书收稿日期 : 20110329; 改回日期 : 20110408基金项目 : 国家自然科学基金项目 “碎屑岩盆地天然气聚集主要机理类型及条件转换 ”( 40472073) 和 “页岩气聚集机理与成藏条件 ”( 40672087)作者简介 : 徐波 ( 1977 - ) , 男 , 1999 年毕业于江汉石油学院矿产普查专业 , 2009 年毕业于中国地质大学 ( 北京 ) 矿产普查与勘探专业并获博士学位 , 现从事油气生产与科研相关工作 。文章编号 : 1006 -6535( 2011) 04 -0001 -06中石油探区主要盆地页岩气资源分布特征研究徐 波1, 李敬含2, 谢 东1, 王雪峰1, 段 健1( 1. 中油冀东油田分公司 , 河北 唐山 063200; 2. 中油辽河油田公司 , 辽宁 盘锦 124010)摘要 : 页岩气是重要的非常规天然气资源类型 。中国页岩发育广泛 , 有着良好的页岩气勘探前景 。在新一轮油气资源评价的基础上 , 对中石油探区主要盆地泥页岩特征和页岩气资源进行了初步评价 。总体上 , 中 - 新生界页岩在中石油探区各主要含油气盆地内广泛发育 , 以陆相沉积为主 , 具有东部生油能力强 , 西部生气能力强的特征 ; 古生界页岩主要发育于中 、西部盆地和南方地区 , 以海相沉积为主 , 具有高热演化程度的特征 。通过成因法 、统计法 、特尔菲法计算 ,最终确定中石油探区内主要页岩气盆地地质资源量及分布特征 。在平面上 , 页岩气资源主要分布在西部盆地 、中部盆地和南方地区 , 以塔里木盆地 、柴达木盆地 、四川盆地 、鄂尔多斯盆地和南方页岩发育区为最有利勘探区 ; 在剖面上 , 页岩气资源主要集中在上述盆地的古生界地层 , 四川盆地的中 —新生界地层也是值得重视的勘探领域 。关键词 : 页岩气 ; 成藏地质特点 ; 特尔菲法 ; 资源量计算 ; 分布特征中图分类号 : 1 文献标识码 : 页岩气是指同时以吸附和游离方式存在于页岩 ( 或泥岩 ) 及其间所夹砂质 、粉砂质岩地层中的天然气[ 1 -2]。与其他类型的气藏相比 , 页岩气藏是真正意义上的 “自生自储 ”式成藏 , 页岩既是烃源岩也是储集层 。作为重要的非常规气藏类型 , 页岩气在美国能源结构中占有重要的比例 。截至 2009年 , 美国页岩气年产量接近 1 000 ×108超过中国常规天然气产量[ 3]。近年来 , 中国也逐渐认识到页岩气的重要意义 , 加大了对此类气藏的研究力度 , 并取得了一系列成果 。1 中国页岩气研究历程早在上世纪 80 年代 , 中国学者就注意到富集于泥页岩中的油气藏 , 并对此展开了研究 , 但早期的研究将此类油气藏作为 “泥页岩裂隙油 ( 气 ) 藏 ”来认识 , 认为其属于裂缝性油气藏范围 。2004 年 ,中国地质大学 ( 北京 ) 与国土资源部油气资源战略研究中心开始了页岩气资源的研究工作 ; 2006 年 ,中国地质大学 ( 北京 ) 申报并获通过了国家自然科学基金项目 “页岩气成藏机理与聚集条件 ”, 这是中国首个以页岩气为研究主体的国家级课题 。在课题研究过程中 , 明确提出页岩气藏具有典型的过渡性气藏特征 , 吸附机理的存在是页岩气藏区别于其他气藏类型的重要特征 ; 2007 年 , 中石油与美国新田石油公司签署合作协议 ———“威远地区页岩气联合研究 ”; 2008 年 , 由中国石油勘探开发研究院设计实施的长芯 1 井在四川省宜宾市顺利完钻 ;2009 年 5 月 , 国土资源部在重庆市綦江县启动了中国首个页岩气资源勘查项目 ; 同年 11 月 , 中美双方签署 《中美关于在页岩气领域开展合作的谅解备忘录 》, 中美两国在页岩气方面的合作上升到了国家层面 ; 与此同时 , 中国石油和壳牌石油公司签订并于 2009 年 11 月 25 日启动了 “四川盆地富顺 —永川区块页岩气联合评价协议 ”, 中国首个页岩气合作开发项目进入实施阶段 ; 2010 年 1 月 , 由“国家中长期科学和技术发展规划纲要 ( 2006 至2020 年 ) ”所确定的 16 个重大科技专项之一的 “大型油气田及煤层气开发 ”重大专项正式启动 。该项目由中石油牵头 , 下设有 “页岩气勘探开发关键2 特 种 油 气 藏 第 18 卷技术 ”科研项目 。页岩气正式被列为国家长期科学和技术发展计划 ; 2010 年 5 月 , 根据 “美国国务院和中国国家能源局关于在页岩气领域合作的备忘录 ”, 中美双方制订并签署 “美国国务院和中国国家能源局关于中美页岩气资源工作行动计划 ”;同时 , 中石化华东分公司实施的中国首个特大型页岩气井压裂施工 ———方深 1 井特大型压裂施工取得成功 ; 2010 年 8 月 , 中国首个页岩气专门研究机构 ———国家能源页岩气研发 ( 实验 ) 中心在中国石油勘探开发研究院成立 。总体上 , 中国页岩气研究经历了 3 个发展阶段 : ①对国外成果的引进消化[ 4 -9]。该阶段充分认识到页岩气吸附机理的存在 , 对页岩气藏的认识由“裂隙气藏 ”转化为 “吸附气藏 ”。②将中国盆地与美国东部盆地进行地质类比 , 对中国页岩气资源进行初步的整体评估[ 10 -15]。在认识到页岩气吸附机理的基础上 , 不同研究者重新对中国页岩气资源量进行认识 , 普遍认为中国具有丰富的页岩气资源 。③在中国重点地区寻找证据 , 进行页岩气藏勘探[ 16 -24]。该阶段在重点地区取样 , 进行页岩含气性实验研究 , 并分析中国页岩含气性影响因素 , 进行勘探有利区选择 。大多数学者认为四川盆地是中国最为现实的页岩气勘探区[ 16 -22], 并对四川盆地下寒武统筇竹寺组 、下三叠统须家河组 、下志留统龙马溪等层系中页岩气成藏条件展开了重点研究 。此外 , 还有学者对鄂尔多斯盆地三叠系延长组[ 23]页岩气成藏条件进行研究 。2 页岩气成藏地质特点总结国内外学者的研究成果 , 基本确定页岩气藏具有如下地质特点 。( 1) 页岩气的生 、储 、聚集过程都发生于具有生气能力的页岩中 , 是真正意义上的 “源储一体 ”型气藏[ 1]。( 2) 页岩气藏中天然气以吸附态和游离态为主体的赋存相态 , 兼具典型煤层气和典型根缘气的特征 , 在成藏机理上具有 “过渡性气藏 ”的特征[ 1]。吸附作用是页岩气成藏的重要作用机理 。( 3) 在成藏特征上 , 页岩气藏属非常规天然气藏类型 , 具有不依赖常规圈闭存在的特征 。其既可存在于盆地深部位 , 也可存在于埋深较浅的斜坡带和凸起带[ 4]。( 4) 在成藏条件上 , 页岩气聚集没有经过二次运移 , 对储 、盖 、运 、圈 、保等要素要求较低 , 而对源岩生气能力要求较高 。一般而言 , 要求页岩层段有机碳含量不小于 2%, . 4%[ 4 -5, 8]。( 5) 页岩气藏资源量巨大 , 其含气面积可近似等于源岩面积 , 但受页岩储层致密特征的控制 , 页岩气藏属于低效气藏 , 具有 “低产量 , 长周期 ”的生产特征 。气藏中裂缝发育带是勘探的重点目标 。( 6) 由于存在吸附作用 , 相对于常规天然气藏 , 页岩气藏具有更强的抗破坏能力 。( 7) 美国经历多次构造破坏的古生代地层是页岩气勘探的主要层系[ 4]。而美国东部盆地有着与有中国中 、西部盆地相近的石油地质条件 。在这些盆地中大规模的页岩气藏的发现 , 预示着中国存在着良好的页岩气藏勘探前景 。( 8) 页岩气藏形成条件的特殊性导致常规资源量计算方法可能对其资源量的错误计算 , 在计算页岩气资源量时 , 有必要对常规的资源量计算方法进行一定的改进 。3 中石油主要盆地页岩特征中石油探区内各盆地中页岩广泛发育 , 在剖面上可分为中 —新生界和古生界 2 大套[ 24]。在平面上 , 陆区页岩的分布可以超出盆地的范围 , 如中国华北地台及以扬子地块为主体的南方地区均有页岩的分布 。3. 1 中 —新生界主要发育于 : 松辽盆地 ( 白垩系 ) 、渤海湾盆地( 古近系 ) 、南华北盆地 ( 三叠系 、侏罗系 、下白垩统 、古近系 ) 、苏北 - 南黄海盆地 ( 古近系 ) 、南襄盆地 ( 古近系 ) 、江汉盆地 ( 古近系 ) 、鄂尔多斯盆地( 三叠系 、侏罗系 ) 、准噶尔盆地 ( 三叠系 、侏罗系 、白垩系 、古近系 ) 、吐哈盆地 ( 侏罗系 ) 、塔里木盆地( 三叠系 、侏罗系 ) 、柴达木盆地 ( 侏罗系 、古近系 、第四系 ) 及南方地区的百色盆地 ( 古近系 ) 等 。总体上 , 中石油探区陆上各主要盆地不同层系的中 —新生界页岩最大厚度均逾百米 , 总厚度逾千米 。以陆相沉积为主 , 主要发育于半深湖 - 深湖相( 渤海湾盆地等 ) 、沼泽相 ( 鄂尔多斯盆地等 ) 和浅湖相环境 ( 渤海湾盆地等 ) 。不同沉积相中页岩有机质丰度有着很大的差别 , 总体上以发育于深湖 -第 4 期 徐 波等 : 中石油探区主要盆地页岩气资源分布特征研究 3①新一轮全国油气资源评价项目组 . 中国新一轮全国油气资源评价 , 主要分布在东部盆地 ) 和沼泽相 ( 主要分布于中西部地区 ) 的页岩有机碳含量最高 , 一般大于 2. 0%, 而盐湖相则较低 。在有机质类型上 ,西部盆地均以 Ⅲ型为主 ; 与西部盆地相比 , 东部盆地内 Ⅱ型和 I 型源岩比例有所增大 。受源岩有机质类型比例不同的影响 , 东 、西部盆地源岩生烃特征有着很大的区别 。以东部渤海湾盆地黄骅坳陷和西部塔里木盆地为例 , 两类源岩的生油均随着热演化程度的增加呈现出先增后降的变化规律 , 拐点大约出现在 . 0 处 。两类源岩的生气能力均随热演化程度的增加而增加 , 且东部盆地明显大于西部盆地 ( 图 1 ) 。东部盆地内源岩的绝对生油 、气能力均明显强于西部盆地 ( 图1) 。东部盆地内源岩生气能力强 , 但其生油能力也强 , 以烃产物相对比例而言 , 中国陆区具有东部盆地以生油为主 , 西部盆地以生气为主的特征 。图 1 东 、西部盆地烃产物类型及生烃能力对比①3. 2 古生界古生界页岩主要发育于中西部的鄂尔多斯盆地 ( 石炭 - 二叠系 ) 、四川盆地 ( 寒武系 、志留系 、二叠系 ) 、吐哈盆地 ( 二叠系 ) 、准噶尔盆地 ( 石炭系 、二叠系 ) 、塔里木盆地 ( 寒武系 、奥陶系 、石炭系 、二叠系 ) 。古生界页岩以海相和海陆交互相为最主要的沉积环境 , 源岩类型以 Ⅲ型干酪根为主 , 天然气为其主要的烃产物类型 。在有机质丰度上 , 不同盆地 , 甚至同一盆地内不同地区页岩有机碳含量变化较大 , 较之中 - 新生界陆相页岩 , 古生界页岩有机碳含量有所下降 , 但各盆地中有机碳含量大于2. 0%的地区呈区域性发育 , 具备了页岩气成藏的条件 。与国外盆地相比 , 我国古生界页岩以热演化程度高为特征 , 四川盆地下寒武统页岩 美国福特沃斯盆地中 岩气藏产气区的成熟度虽总体处在 1. 0% ~ 1. 3%, 但实际上产气 区 西 部 为 1. 3%, 东 部 为 2. 1%, 平 均 为1. 7%[ 7 -8]。阿巴拉契亚盆地页岩成熟度的变化范围为 0. 5% ~ 4. 0%[ 8], 在宾夕法尼亚州西部成熟度可达 2. 0%, 在西弗吉尼亚州南部可达 4. 0%, 且只有在成熟度较高的区域才有页岩气的产出[ 9]。由此可见 , 页岩的高成熟度 ( 大于 2%) 不是制约页岩气成藏的主要因素 , 相反 , 成熟度越高越有利于页岩气的生成 , 说明在高成熟度下也能够发育页岩气藏 。各盆地内中 —新生界和古生界页岩发育特征见表 1。4 页岩气资源量计算方法与常规油气资源不同 , 页岩气的生 、储 、聚 、散都发生于源岩层系中 , 常规油气资源计算方法中关于储层 、盖层等因素的评价参数均不适用于页岩气资源量的计算 。本文采用成因法 、类比法和特尔菲法对中石油探区内主要含页岩盆地页岩气资源量进行了探讨性计算 。4. 1 成因法页岩气是天然气在源岩层系内的聚集 , 009 年世界能源展望 》估计的原地资源量中有约40% 会成为可采资源量 。此次计算对页岩气资源量进行较保守取值 , 认为页岩中的残留气量的50%可成为页岩气地质资源 。即 :Q = ( ×50% ( 1)式中 : Q 为评价盆地页岩气资源量 , 1012 1012 1012 特 种 油 气 藏 第 18 卷4. 2 统计法国外已勘探盆地资料显示 , 页岩气资源量与常规天然气资源量存在密切的关系 , 一般而言 , 盆地中常规天然气富集 , 盆地中页岩气资源量也相应富集 。按国外学者的计算及美国已产页岩气盆地的统计 , 页岩气与常规气资源量比一般在 0. 88 至1. 06 之间[ 8], 本次计算按中国盆地与美国东部盆地的相似程度 , 对页岩气与常规天然气资源量比值保守赋值 0. 8 ~ 0. 9, 依据常规天然气资源量计算出页岩气资源量 。Q =α2)式中 : Q 为评价盆地页岩气资源量 , 1012α 为页岩气与常规气资源量之比 ; 1012 1 中石油探区陆区源岩基本特征统计①地区 盆地名称 层系 厚度 /0. 50 0. 04 ~4. 50 30 ~60白垩系 <0. 50 0. 06 ~0. 08 50 ~250侏罗系 0. 48 ~0. 74 0. 98 ~5. 16 200 ~500三叠系 0. 40 ~0. 80 0. 53 ~7. 50 30 ~257二叠 1. 38 ~1. 90 0. 085 ~2. 93 374 ~458石炭 1. 87 ~2. 62 3. 05 ~4. 81 95 ~210侏罗 、三叠 0. 50 ~2. 80 2. 50 ~23. 70 230 ~565石炭 - 二叠 0. 50 ~4. 00 0. 50 ~3. 40 23 ~293奥陶系 0. 81 ~1. 75 0. 50 ~2. 78 22 ~342中下寒武统 1. 44 ~2. 84 0. 50 ~5. 52 153 ~336中下侏罗统 0. 50 ~1. 00 0. 50 ~2. 50 300 ~700二叠统 1. 50 ~2. 50 1. 33 ~2. 93 100 ~400第四系 0. 20 ~0. 47 0. 33 ~9. 06 0 ~800第三系 0. 25 ~1. 20 0. 29 ~0. 89 2000侏罗系 0. 40 ~2. 18 0. 28 ~5. 89 9 ~916中部地区四川盆地鄂尔多斯盆地中生界古生界中生界古生界下侏罗统 1. 00 ~1. 87 0. 40 ~1. 20 40 ~180上三叠统 1. 20 ~2. 00 1. 60 ~14. 20 300 ~1000上二叠统 1. 00 ~3. 40 0. 50 ~12. 55 10 ~125下二叠 1. 30 ~3. 00 0. 24 ~1. 76 5 ~20下志留统 2. 00 ~4. 50 0. 40 ~1. 60 100 ~700下寒武统 2. 00 ~5. 00 0. 50 ~4. 00 0 ~425侏罗系 0. 48 ~0. 74 0. 98 ~5. 16 60 ~120三叠系 0. 66 ~1. 07 0. 51 ~5. 81 20 ~500二叠系 >1. 80 1. 30 ~2. 07 37 ~125石炭系 0. 60 ~4. 00 1. 30 ~2. 07 50 ~350奥陶系 >2. 00 0. 50 ~2. 26 40 ~190东部地区松辽盆地 古生界 白垩系 0. 68 ~3. 30 0. 36 ~2. 40 900 ~1500渤海湾盆地辽河坳陷 新生界 古近系 0. 40 ~1. 60 0. 38 ~2. 83 1000 ~1600冀中坳陷 新生界 古近系 1. 00 ~1. 70 1. 00 ~1. 70 400 ~1200黄骅坳陷( 大港探区 )新生界 古近系 0. 50 ~1. 50 0. 80 ~3. 00 1500 ~20004. 3 特尔菲法从原理上分析 , 各种资源量计算方法重点考虑的只是油气诸多成藏要素中的一种或几种因素 , 或依据实验模拟结果 , 或采用统计方法 , 故所得结果往往有着很大的差别 。资源量是用概率表示的 , 说明资源量预测具有随机性 , 采用某种方法预测的资源量只代表一种可能性 。因此 , 要比较客观的预测盆地油气资源量潜力 , 就应该从不同的角度同时采用多种不同类型的预测方法 。为了便于表达 , 需要把多种不同方法计算出的资源量进行合理的综合 ,并得到统一的盆地总资源量 。本文采用特尔菲法对盆地资源量多种方法计算结果综合平均 , 该方法可用公式 ( 3) 来表示 :第 4 期 徐 波等 : 中石油探区主要盆地页岩气资源分布特征研究 5Q =∑1i( 3)式中 : Q 为盆地总资源量 , 1012i 种方法计算的盆地总资源量 , 1012i 种计算方法的权系数 , ∑1。在资源量计算过程中 , 考虑到源岩生气量与天然气地质资源量存在着数量级的差异 , 天然气运聚系数一般取值 0. 010 ~ 0. 015。虽然在原理上 , 凡是残留在泥页岩内的天然气均可聚集成页岩气藏 ,但若成因法所给权重系数过高 , 则计算所得页岩气资源量过大 , 会对页岩气资源前景产生误导 。故本文将成因法的权系数定为 0. 2。按上述方法 , 计算中石油探区内主要产油气盆地页岩气资源量 , 计算结果见表 2。表 2 中石油探区主要盆地页岩气资源量计算结果统计盆地名称 地层地质资源量 /1012因法 特尔菲综合法四川盆地中 —新生界 2. 63 13. 000 4. 710古生界 1. 74 8. 390 3. 070准葛尔盆地中 、新生界 0. 34 1. 660 0. 610古生界 0. 18 0. 830 0. 310塔里木盆地中 —新生界 1. 44 6. 960 2. 540古生界 1. 28 6. 190 2. 260吐哈盆地中 、新生界 0. 14 0. 710 0. 260古生界 0. 02 0. 100 0. 040鄂尔多斯 古生界 3. 76 17. 950 6. 600柴达木盆地 中 —新生界 1. 28 6. 160 2. 260松辽盆地 中生界 1. 12 5. 290 1. 950黄骅凹陷 ( 大港探区 ) 新生界 0. 21 1. 010 0. 370冀中凹陷 新生界 0. 20 0. 934 0. 350辽河坳陷 新生界 0. 11 0. 486 0. 1805 中石油探区页岩气资源分布特征本次计算结果显示 , 中国中石油探区页岩气资源量为 25. 5 × 1012与美国页岩气资源量 28. 3×101225]基本相当 。5. 1 平面特征总体上中石油探区内页岩气资源呈现出中西部盆地较东部盆地更为富集的特征 。页岩气资源超过 4. 5 ×1012四川盆地 , 与中国目前的常规天然气产区相一致 。其中以四川盆地最为富集 , 资源量约为 8. 7 ×1012别值得注意的是 , 受资料所限 , 本次计算未能对中石油探区内华北地台和南方海相地层中古生界页岩气资源做计算 , 但据已有资料分析 , 上述地区源岩发育 , 具备良好的页岩气成藏的物质条件 , 也应是页岩气藏勘探值得重视的区域 。5. 2 剖面特征在剖面上 , 古生界和中新生界地层中页岩气资源基本相当 , 分别为 13. 2 ×10122. 2 ×1012生界页岩气资源主要集中在鄂尔多斯盆地 , 中新生界页岩气资源主要集中在四川盆地 , 塔里木盆地次之 。6 结 论( 1) 中石油探区内各主要盆地中广泛发育有中 —新生界泥页岩 , 页岩气成藏条件优越 。古生界页岩主要发育于中西部和南方地区 。各层系内页岩累计厚度最大均逾千米 。( 2) 各层系内均有高有机质丰度 ( 于2%) 的页岩发育 , 较之西部地区 , 东部地区中 —新生界页岩 Ⅱ型干酪根含量增加 , 油气兼生 , 但气的相对比例较小 , 总体上 , 中 —新生界页岩具有东部生油 , 西部生气的特征 。东西部各盆地古生界页岩6 特 种 油 气 藏 第 18 卷均以 干酪根为主 , 具有高热演化程度的特征 ,具有良好的生气能力 。( 3) 中石油探区内 , 页岩气资源在平面上以中部鄂尔多斯盆地 、四川盆地 , 西部塔里木盆地 、柴达木盆地为最多 ; 在层系上 , 古生界地层和中 —新生界地层中均有页岩气发育 , 古生界页岩气资源集中在鄂尔多斯盆地 , 中 —新生界页岩气资源主要集中在四川盆地 。参考文献 :[ 1] 张金川 , 薛会 , 张德明 , 等 . 页岩气及其成藏机理 [ J] 2003, 17( 4) : 466.[ 2] 张金川 , 金之钧 , 袁明生 . 页岩气成藏机理和分布 [ J] 2004, 24( 7) : 15 -18.[ 3] 中央政府门户网站 . 我国页岩气资源战略调查和勘探开发战略构想 [ L] . 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