張廷山，彭　志，楊　巍，馬燕妮，張　潔

（1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610500；2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都610500；3.中國石油塔里木油田分公司開發(fā)事業(yè)部，新疆庫爾勒841000）

美國頁巖油研究對我國的啟示

張廷山1，2，彭志1，2，楊巍1，2，馬燕妮1，2，張潔3

（1.西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610500；2.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都610500；3.中國石油塔里木油田分公司開發(fā)事業(yè)部，新疆庫爾勒841000）

頁巖油是指以游離態(tài)、吸附態(tài)及少量溶解態(tài)賦存于泥頁巖層系中的原油，目前已在美國實(shí)現(xiàn)商業(yè)開采，而我國頁巖油研究起步晚，相關(guān)基礎(chǔ)理論研究還比較薄弱。在頁巖油一般特征分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合近年來美國海相頁巖油勘探開發(fā)實(shí)踐，總結(jié)了國內(nèi)外在頁巖油形成條件、儲(chǔ)層特征、成藏機(jī)理及評價(jià)方法等方面取得的進(jìn)展和重要認(rèn)識。對中國和美國頁巖油發(fā)育特征的系統(tǒng)對比與分析結(jié)果表明：我國湖相暗色泥頁巖分布廣、厚度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與砂質(zhì)互層頻繁；富有機(jī)質(zhì)泥頁巖發(fā)育較好，TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般大于2%，但成熟度普遍偏低（Ro為0.5%～1.2%）；細(xì)粒碳酸鹽和黏土礦物含量較高（質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于50%），儲(chǔ)集物性較差；頁巖油成藏主要受生烴條件（特別是成熟度）和儲(chǔ)集條件控制，而在斷陷等構(gòu)造強(qiáng)烈地區(qū)還受保存條件的影響；混合巖性型和裂縫型頁巖油總體顯示好，勘探潛力較大，基質(zhì)型次之。建議在理論研究基礎(chǔ)上，重點(diǎn)在頁巖油賦存機(jī)理、微觀孔隙結(jié)構(gòu)、頁巖油滯留成藏機(jī)理、構(gòu)造保存條件、勘探評價(jià)體系和資源評價(jià)方法等方面展開研究，以期為我國頁巖油勘探開發(fā)提供指導(dǎo)。

頁巖油；儲(chǔ)層特征；成藏條件；主控因素

0　引言

隨著頁巖油氣研究的深入和勘探開發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，頁巖油已成為世界各國油氣勘探關(guān)注的焦點(diǎn)。據(jù)EIA（美國能源信息署，U.S.Energy Information Administration）評估［1］，全球頁巖油技術(shù)可采儲(chǔ)量為469億t，其中，俄羅斯以105億t居首，美國和中國各以67.2億t和44.8億t分列其后，非常規(guī)油氣生產(chǎn)將對全球能源格局產(chǎn)生重要影響。美國已實(shí)現(xiàn)了頁巖油的商業(yè)生產(chǎn)，其頁巖油主要產(chǎn)自上古生界—新生界海相泥頁巖地層中（威利斯頓盆地Bakken頁巖、德克薩斯州南部Eagle Ford頁巖和福特沃斯盆地Barnett頁巖等）。2011年美國頁巖油產(chǎn)量為416.2萬t，2012年美國頁巖油平均日產(chǎn)10.1萬t（相當(dāng)于其國內(nèi)原油日產(chǎn)量的12.5%），尤以威利斯頓盆地Bakken組頁巖油日產(chǎn)量最大［2-3］。

我國廣泛發(fā)育中新生代湖相暗色泥頁巖，頁巖油資源潛力巨大，目前已在三塘湖盆地、南襄盆地和渤海灣盆地等發(fā)現(xiàn)了良好的頁巖油氣顯示。在三塘湖盆地馬朗凹陷，L57井蘆二段云質(zhì)頁巖壓裂后最高日產(chǎn)原油22.20 m3［4］。在南襄盆地泌陽凹陷，安深1井核三段上亞段泥頁巖壓裂后日產(chǎn)原油4.68m3，泌頁HF1井在相同層位壓裂后日產(chǎn)油達(dá)到23.6 m3［5］。在渤海灣盆地遼河坳陷，曙古165井沙三段含裂縫頁巖段壓裂后日產(chǎn)原油24 m3；在濟(jì)陽坳陷沾化凹陷，渤頁平1井沙三段下亞段和沙四段上亞段在壓裂測試中共獲得日產(chǎn)原油5～6 m3［6］。我國頁巖油研究起步晚，總體處于勘探開發(fā)初期，目前已對各盆地潛在頁巖油產(chǎn)層有了初步認(rèn)識和評價(jià)，但在頁巖油源內(nèi)滯留富集、微觀儲(chǔ)集結(jié)構(gòu)和賦存狀態(tài)等機(jī)理研究方面仍存在不足。筆者在調(diào)研國內(nèi)外頁巖油研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，通過對比美國海相頁巖油和我國湖相頁巖油形成的地質(zhì)背景、地球化學(xué)和儲(chǔ)集特征等，分析我國頁巖油勘探前景，提出頁巖油研究過程中應(yīng)當(dāng)關(guān)注的重要問題，以期為我國頁巖油勘探提供指導(dǎo)。

1　頁巖油研究進(jìn)展

1.1頁巖油概念

頁巖油傳統(tǒng)上是指淺埋藏的富低熟有機(jī)質(zhì)及高灰分的固體可燃油頁巖，經(jīng)露天開采、碎裂研磨和催化加氫等工序而獲得的石油［7］，產(chǎn)量規(guī)模小。隨著研究的深入，頁巖油有了新的內(nèi)涵。廣義上，張金川等［8］與柳波等［9］均認(rèn)為頁巖油是富集于有效生烴泥頁巖層系中的非氣態(tài)烴，包括層系內(nèi)粉砂巖等薄夾層含油；狹義上，鄒才能等［10］與姜在興等［5］均認(rèn)為頁巖油是保存于泥頁巖中的原油，粉砂巖等薄夾層含油屬于致密油范疇。

泥頁巖層系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，粉砂巖和碳酸鹽巖等薄夾層與泥頁巖?；影l(fā)育，層系內(nèi)致密油和狹義頁巖油伴生。由于薄夾層空間分布復(fù)雜，連續(xù)性差，為研究（油氣資源量計(jì)算等）便利，國內(nèi)外許多學(xué)者與研究機(jī)構(gòu)在頁巖油研究中往往采用廣義頁巖油概念。因此，筆者亦采用廣義頁巖油概念，指以游離態(tài)、吸附態(tài)及少量溶解態(tài)賦存于有效生烴泥頁巖層系中的原油，它強(qiáng)調(diào)了頁巖油通常在源巖層系內(nèi)或就近滯留聚集。

1.2頁巖油一般特征

頁巖油氣是典型的“連續(xù)型”非常規(guī)油氣，具有源儲(chǔ)一體、無運(yùn)移或極短距離運(yùn)移及資源量巨大等特征。

1.2.1頁巖油成因及賦存方式

頁巖油主要來自有機(jī)質(zhì)熱演化生烴過程中，包括熱解成因和熱裂解成因2種類型［8］。前者為有機(jī)質(zhì)熱解成熟油，而后者是由干酪根或高分子烴在高成熟階段裂解形成，為低分子高成熟油（含凝析油）。同時(shí)，頁巖油賦存相態(tài)因受地層溫度、壓力和微觀孔隙結(jié)構(gòu)等的影響，主要呈游離態(tài)和吸附態(tài)［11］，溶解態(tài)所占比例較小。

1.2.2泥頁巖發(fā)育特征

由于氣候和降水等對湖相沉積影響較大，泥頁巖分布及礦物組成均受古地理與古氣候環(huán)境的控制［12］。與海相泥頁巖相比，湖相泥頁巖層系多，分布不穩(wěn)定，在半深湖—深湖沉積中心厚度大。一般而言，頁巖油富集于具有良好生烴能力的泥頁巖中，其有機(jī)質(zhì)特征與良好烴源巖相似［13］，如高有機(jī)碳含量、熱演化處于大量生烴階段、偏生油的Ⅰ型和Ⅱ型有機(jī)質(zhì)及烴類滯留程度高等。其中，有機(jī)質(zhì)豐度（勘探初期可利用測井?dāng)?shù)據(jù)，并通過ΔlogR法或其改進(jìn)方法求取［14-15］）決定了生烴強(qiáng)度和規(guī)模，其成熟度控制著生烴演化和頁巖油成藏時(shí)期，二者是頁巖油氣評價(jià)的主要參數(shù)。美國海相成熟頁巖油產(chǎn)層有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍大于2%，而我國湖相頁巖油產(chǎn)層有機(jī)質(zhì)豐度較高，但以低熟—成熟油為主［5］。據(jù)梁世君等［4］統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，馬朗凹陷蘆二段僅在TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3%的頁巖層段才有頁巖油產(chǎn)出，且隨TOC含量增加，油氣顯示越好。

1.2.3頁巖油儲(chǔ)層特征

泥頁巖儲(chǔ)層主要受沉積相帶分布的控制，受地層-構(gòu)造因素影響較?。?6-17］，多分布于深盆和斜坡等低能相帶中，一般具有以下基本特征。

（1）巖石類型多樣，礦物組成復(fù)雜。頁巖油儲(chǔ)層巖性不僅包括泥頁巖、灰/云質(zhì)泥頁巖、凝灰質(zhì)泥頁巖和炭質(zhì)泥頁巖等，粉砂巖等薄層也常與之伴生［11，18］；礦物組成常見黏土、石英、長石、方解石和黃鐵礦等，而湖相泥頁巖中碳酸鹽礦物含量一般比海相泥頁巖高［19］。

（2）微觀孔隙類型多樣，儲(chǔ)集空間以納米—微米級孔隙和裂縫為主［20］?？紫栋堄嗔ｉg孔、黏土礦物粒間孔及晶間孔、次生溶孔、有機(jī)質(zhì)孔和生物體腔孔等。其中，有機(jī)質(zhì)孔形態(tài)不規(guī)則，與有機(jī)質(zhì)分布一致，其直徑多小于200～300 nm［21-22］。一般而言，黏土礦物粒間孔等無機(jī)孔與宏觀孔隙（直徑大于1 μm）相關(guān)性好，而納米級孔及微孔與生排烴作用關(guān)系密切。熱演化程度越高，則有機(jī)質(zhì)孔越豐富，油氣滯留吸附能力越強(qiáng)［18，23］。裂縫作為頁巖油氣的另一種重要儲(chǔ)集空間和流動(dòng)通道，包括構(gòu)造縫、層間縫、成巖收縮縫和超壓破裂縫等，其形成多與構(gòu)造活動(dòng)、生排烴和欠壓實(shí)作用等有關(guān)。

（3）巖性致密，滲透性變化大。泥頁巖層系中細(xì)粒黏土礦物和泥微晶碳酸鹽礦物含量高，納米級微孔豐富，而宏觀孔隙主要分布于粉砂巖等薄夾層中，但孔隙連通性差。泥頁巖儲(chǔ)層孔隙度一般小于10%，而滲透性受裂縫發(fā)育程度影響而變化較大，一般小于0.1 mD。

1.2.4保存條件

頁巖油藏形成不僅需要豐富的油氣來源，也需要良好的保存條件。泥頁巖韌性強(qiáng)，排驅(qū)壓力大，抗剪切能力和物性封閉能力均較強(qiáng)。當(dāng)泥頁巖有效厚度大于30 m（或優(yōu)質(zhì)泥頁巖單層厚度大于15 m）時(shí)，烴類源內(nèi)滯留性較好［12］。此外，相對穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境和良好的頂?shù)追馍w條件也均是影響頁巖油保存的重要因素［24］。當(dāng)破裂壓力小于上覆巖層壓力時(shí)，泥頁巖儲(chǔ)層可避免因小型構(gòu)造活動(dòng)或后期壓裂改造，而導(dǎo)致頁巖油氣藏被破壞，但是，若構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，不僅頁巖油氣藏的形成勢必受到影響，已經(jīng)形成的油氣藏也可能遭到破壞。

綜上所述，頁巖油具有源內(nèi)滯留及廣泛分布等特征，常規(guī)的“生-儲(chǔ)-蓋-圈-運(yùn)-保”成藏評價(jià)系統(tǒng)已不適用于此類“連續(xù)型”油氣藏評價(jià)。經(jīng)國內(nèi)外許多專家與學(xué)者多年來的大量研究，泥頁巖的“七性”（巖性、電性、物性、含油氣性、生油性、脆性與應(yīng)力各向異性）及其匹配關(guān)系成為推動(dòng)頁巖油研究的切入點(diǎn)，并以含油豐度高、易開采的“甜點(diǎn)區(qū)”作為勘探開發(fā)的首選目標(biāo)。值得注意的是，頁巖油富集并形成具有經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值的油藏需要地質(zhì)與地球化學(xué)條件的良好配合，各因素之間也存在著互補(bǔ)關(guān)系，如低豐度有機(jī)質(zhì)泥頁巖生烴高峰期烴類未及時(shí)排出，后期保存條件好，也可能在局部地區(qū)形成頁巖油氣富集。

2　關(guān)于頁巖油的幾點(diǎn)重要認(rèn)識

（1）頁巖油氣、致密砂巖油氣和煤層氣均是非常規(guī)油氣，三者油氣成因相似。天然氣成因包括生物作用、熱解、裂解和混合等類型，原油多為成熟—高成熟油［8］。其差異性主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：①富有機(jī)質(zhì)的泥頁巖和煤層均具有生烴能力，源儲(chǔ)一體，烴類源內(nèi)滯留，無運(yùn)移或短距離運(yùn)移［26］，而致密砂巖油氣主要來自鄰近烴源巖排烴或鄰近油氣藏破壞后散失油氣的運(yùn)移充注；②頁巖油氣主要呈游離態(tài)和吸附態(tài)，致密砂巖油氣以游離態(tài)為主，而80%以上的煤層氣呈吸附態(tài)；③頁巖油氣儲(chǔ)集空間與生排烴作用關(guān)系密切，以有機(jī)質(zhì)孔和微裂縫為主，致密砂巖油氣儲(chǔ)集空間以粒間孔和溶蝕孔為主，而煤層氣儲(chǔ)集空間以裂縫或割理為主。

（2）頁巖油氣具有縱向分層性和平面分帶性。泥頁巖孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，油氣分異差，呈“連續(xù)”分布，頁巖油氣藏?zé)o明顯的圈閉界線和統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)。泥頁巖分布廣，有機(jī)質(zhì)成熟度隨埋深和地層溫度增加而增大，不同地區(qū)有機(jī)質(zhì)成熟度不同，烴類性質(zhì)在縱向上和平面上均具有分異性，并呈逐漸過渡的趨勢，即未熟—低熟油氣→成熟油氣→凝析油—濕氣→干氣序列分布，其氣油比增加，原油黏度與密度均減小，原油流動(dòng)性增強(qiáng)（當(dāng)API大于40°時(shí)，原油可在泥頁巖中流動(dòng)［27］）。這種分層性和分帶性在德克薩斯州Eagle Ford頁巖和Barnett頁巖油氣藏開發(fā)生產(chǎn)中均表現(xiàn)明顯（圖1）。

圖1　德克薩斯州Barnett頁巖與Eagle Ford頁巖油氣分布（據(jù)文獻(xiàn)［17］與［25］修改）Fig.1　Barnett Shale and Eagle Ford Shale oil and gas plays distribution in Texas

（3）泥頁巖微孔隙系統(tǒng)復(fù)雜，儲(chǔ)層類型多樣。泥頁巖層系發(fā)育大量納米—微米級微孔及微縫，不同的孔隙類型組合表明其屬于不同的儲(chǔ)層類型。一般而言，泥頁巖層系內(nèi)通常發(fā)育混合巖性型、裂縫型和基質(zhì)型三大類儲(chǔ)層［16，28］（表1）?；旌蠋r性型儲(chǔ)層巖性復(fù)雜，除泥頁巖外，主要包括碳酸鹽巖和粉細(xì)砂巖兩大類，泥質(zhì)含量均較高，局部可能還包括少量灰/云質(zhì)泥頁巖及泥頁巖等薄夾層。該類儲(chǔ)層殘余粒間孔與溶蝕孔等宏觀孔隙較發(fā)育，物性較好，周圍物性封閉性好，但分布連續(xù)性一般較差，空間規(guī)模有限，常被視為重要的頁巖油氣勘探對象。裂縫型儲(chǔ)層的形成主要與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)，一般分布于褶皺轉(zhuǎn)折端及斷層附近等裂縫密集發(fā)育地區(qū)，以裂縫作為頁巖油的主要儲(chǔ)集空間，但油氣儲(chǔ)集規(guī)模受有效裂縫發(fā)育分布的控制，一般較小。基質(zhì)型儲(chǔ)層中微裂縫規(guī)模有限，以基質(zhì)孔為主，儲(chǔ)集性差，油氣開采難度大。美國德克薩斯州Barnett頁巖和Eagle Ford頁巖油氣藏均是典型的基質(zhì)型儲(chǔ)層；圣華金盆地Monterey頁巖裂縫密集分布，形成裂縫型頁巖油氣聚集；威利斯頓盆地Bakken組上段與下段均為混合巖性型頁巖油氣聚集，中段粉細(xì)砂巖致密油氣聚集程度高，是北美最重要的非常規(guī)油氣產(chǎn)層。

表1　泥質(zhì)生油巖系非常規(guī)儲(chǔ)層類型Table1　Unconventional reservoir types in argillaceous source rock

（4）儲(chǔ)層可壓裂性控制了頁巖油的產(chǎn)能。頁巖儲(chǔ)層物性差，非均質(zhì)性強(qiáng)，油氣儲(chǔ)量受單井控制，常規(guī)技術(shù)下難以獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能，而水力壓裂、電磁熱驅(qū)油和高密度井網(wǎng)配置等技術(shù)方法能極大地改善儲(chǔ)層出油空間和滲流通道，增強(qiáng)油氣流動(dòng)性，提高油氣采收率［29-30］。一般情況下，泥頁巖楊氏模量大于20 GPa，泊松比小于0.25，巖石可壓裂性好，而壓裂段數(shù)及長度、水平井長度和滲透率均控制著單井頁巖油氣產(chǎn)量［31-32］。此外，儲(chǔ)層壓裂效果還受天然裂縫的影響，應(yīng)力能量不僅易沿裂縫面或斷層面向外傳遞，減弱壓裂效果，同時(shí)也能重新開啟閉合裂縫，增強(qiáng)滲流［33］。依靠技術(shù)優(yōu)勢，美國頁巖油采收率為1%～9%，平均為3.5%［1］，而我國目前在水平井壓裂技術(shù)應(yīng)用方面還不成熟，許多頁巖油氣井壓裂依賴于國外技術(shù)支持。

3　美國頁巖油勘探開發(fā)對我國的啟示

3.1美國頁巖油勘探開發(fā)概況及成效

美國頁巖油主要產(chǎn)于晚古生代—新生代構(gòu)造相對穩(wěn)定的克拉通或前陸盆地中，按地理位置分主要有墨西哥灣沿岸地區(qū)、西南地區(qū)、西海岸地區(qū)和落基山地區(qū)等四大產(chǎn)區(qū)（圖2），分別對應(yīng)墨西哥灣盆地Eagle Ford頁巖油氣藏、新墨西哥州南部與德克薩斯州西部二疊盆地Avalon&Bone Springs頁巖油藏、加利福利亞州圣華金與洛杉磯2個(gè)斷陷盆地Monterey/Santos頁巖油藏和蒙大拿州與北達(dá)科他州威利斯頓盆地Bakken組頁巖油藏。據(jù)EIA公布的數(shù)據(jù)顯示［34］，美國本土頁巖油技術(shù)可采儲(chǔ)量為33.5億t。其中，Monterery/Santos頁巖油藏技術(shù)可采儲(chǔ)量為21.6億t，Bakken頁巖油藏和Eagle頁巖油氣藏技術(shù)可采儲(chǔ)量分別為5億t和4.7億t，而在福特沃斯盆地Barnett頁巖、阿納達(dá)科盆地Woodford頁巖、丹佛盆地和粉河盆地Niobrara頁巖等頁巖氣藏中，也有高成熟頁巖油產(chǎn)出［11，35］，但其儲(chǔ)量規(guī)模均較小。

圖2　美國頁巖油氣藏分布（據(jù)文獻(xiàn)［34］修改）Fig.2　Distribution of shale oil and gas reservoirs in America

3.2我國陸相頁巖油勘探潛力

我國各盆地在多旋回多期次構(gòu)造演化中沉積了多套中新生代湖相泥頁巖，厚度大，分布廣，潛在層位多，有機(jī)質(zhì)以Ⅰ型與Ⅱ型為主，豐度較高，砂質(zhì)薄夾層頻繁發(fā)育，含油氣性普遍較好，碳酸鹽和石英等脆性礦物含量高（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～70%），可壓裂性好，頁巖油形成的地質(zhì)條件好。我國目前已在鄂爾多斯、渤海灣、三塘湖、松遼和蘇北等盆地發(fā)現(xiàn)了良好的頁巖油顯示［3，36］，勘探潛力巨大。華北—東北地區(qū)，湖相泥頁巖層系多，以渤海灣盆地沙三段和沙四段泥頁巖、松遼盆地青一段泥頁巖較有利，偏腐泥型有機(jī)質(zhì)發(fā)育較好，熱演化一般處于低成熟—成熟期，砂泥互層頻繁，碳酸鹽和石英等礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%～60%，儲(chǔ)層可壓裂性好。中西部地區(qū)湖相頁巖油勘探潛力大，以鄂爾多斯盆地長7油層組“張家灘”頁巖最為有利，有機(jī)質(zhì)豐度較高，偏向于低成熟—成熟期，鉆井油氣顯示較好。西北地區(qū)湖相泥頁巖主要分布于三塘湖、塔里木和準(zhǔn)噶爾盆地中，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%～2%或以上，處于大量生油階段，具備頁巖油形成的良好條件，尤以三塘湖盆地二疊系蘆二段灰/云質(zhì)泥頁巖為代表，初期試油日產(chǎn)油0.01～22.20 m3［4］。南方地區(qū)湖相泥頁巖主要分布于四川和蘇北等盆地中，與砂質(zhì)薄互層多，有機(jī)質(zhì)發(fā)育條件較好，目前已在四川盆地須家河組和蘇北盆地阜寧組等泥頁巖地層中見到了良好的油氣顯示。

不同類型頁巖油藏的形成條件具有相似性，需要生油條件（有機(jī)質(zhì)發(fā)育演化等）、儲(chǔ)集條件、含油氣性、保存條件和可開采條件等的良好配合。針對海相和湖相頁巖油氣成藏的研究，不僅需要關(guān)注二者的相似性，更需要重視二者的差異性，深入分析成藏因素間的互補(bǔ)性，綜合分析頁巖油成藏的主要控制因素。

與美國頁巖油發(fā)育條件相比［6，8-9，37］（表2），我國湖相泥頁巖沉積后經(jīng)歷了不同程度的抬升剝蝕或斷裂改造，不同盆地頁巖油形成的地質(zhì)條件不同。一方面，美國頁巖油產(chǎn)層主要分布于構(gòu)造相對穩(wěn)定的前陸或克拉通海盆中，分布廣，埋藏淺，有機(jī)質(zhì)豐度高，熱演化適中，處于成熟—高成熟階段，頁巖油密度與黏度均較小，流動(dòng)性好，可壓裂性、保存條件和地面開采條件均較好。另一方面，我國湖相泥頁巖埋深跨度大，地層能量低，富有機(jī)質(zhì)泥頁巖發(fā)育較好，TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般大于2%，但成熟度偏低，以低熟—成熟油滯留為主，含蠟量高，密度與黏度均較大，而膨脹型黏土和泥微晶碳酸鹽礦物含量均較高，儲(chǔ)集物性較差（但碳酸鹽與石英等脆性礦物含量均高，可壓裂性好），山地與丘陵等地面開采條件復(fù)雜；且部分地區(qū)頁巖油還受保存條件的影響，如東部斷坳型復(fù)合盆地中，斷塊活動(dòng)強(qiáng)烈，頁巖油規(guī)模因裂縫發(fā)育而較小，連續(xù)性差，總體不利于頁巖油儲(chǔ)集保存。粉砂巖等薄互層型頁巖油勘探潛力大，而裂縫型油氣聚集的分布范圍及規(guī)模有限。因此，我國湖相頁巖油成藏主要受生烴條件（特別是成熟度）和儲(chǔ)集條件控制，而在斷陷盆地等構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)還受保存條件影響，混合巖性型和裂縫型頁巖油勘探潛力均較大。

表2　我國湖相頁巖油與美國海相頁巖油參數(shù)對比Table2　Parameter comparison between lacustrine shale oil in China and marine shale oil in America

3.3我國頁巖油研究面臨的重要問題

我國各湖相盆地構(gòu)造復(fù)雜，泥頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度偏低。美國關(guān)于構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)成熟—高成熟頁巖油的理論研究較為成熟，具有重要借鑒意義，但不能完全照搬。如今，我國頁巖油研究面臨諸多問題，主要?dú)w納為以下幾方面。

3.3.1頁巖油賦存機(jī)理與微觀孔隙結(jié)構(gòu)

頁巖油賦存于泥頁巖地層中，相態(tài)和流動(dòng)性均受熱演化程度、微觀孔隙結(jié)構(gòu)、地層溫度和壓力系統(tǒng)等的影響。隨著熱演化階段、地層溫度與壓力增高，泥頁巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，對頁巖油賦存空間及相態(tài)均產(chǎn)生了重要影響。美國海相頁巖有機(jī)質(zhì)以Ⅱ型為主，成熟度高（Ro為0.7%～1.5%），有機(jī)質(zhì)孔特別發(fā)育，對微觀孔隙結(jié)構(gòu)影響大，頁巖油以游離態(tài)和吸附態(tài)為主，關(guān)于頁巖油賦存機(jī)理和微觀孔隙結(jié)構(gòu)的研究主要針對高演化階段泥頁巖。我國湖相泥頁巖有機(jī)質(zhì)以Ⅰ型與Ⅱ型為主，進(jìn)入生油窗晚，處于低熟—成熟期（Ro為0.5%～1.2%），有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育較少，且豐富的細(xì)粒碳酸鹽和黏土礦物對微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響較大，對低熟—成熟富蠟原油賦存產(chǎn)生重要影響。因此，以納米—微米級孔隙結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，對湖相低熟—成熟頁巖油賦存機(jī)理開展相關(guān)研究是我國目前需要重視的問題之一。

3.3.2頁巖油滯留成藏機(jī)理

生排烴作用是頁巖油氣成藏研究的重要內(nèi)容，而頁巖油是生排烴過程中烴源巖對原油滯留的結(jié)果［圖3（a）］，并伴隨著有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化［圖3（b）］、礦物成巖演化和泥頁巖物性變化等；此外，不同的有機(jī)質(zhì)類型，其生排烴模式和生排烴高峰期均不同，可對泥頁巖中油氣滯留成藏期次產(chǎn)生重要影響［38］。在以往生排烴研究中，常以生烴與排烴門限作為泥頁巖開始大量生烴與排烴的界線及油氣源外成藏的最佳時(shí)期，忽視了泥頁巖對源內(nèi)油氣的滯留作用。經(jīng)前人研究［39-40］，烴源巖對烴類具有吸附滯留能力，排過烴的烴源巖吸附性比未成熟烴源巖強(qiáng)，氯仿瀝青“A”/TOC、熱解S1/TOC和OSI溢出指數(shù)均能在一定程度上反映泥頁巖在生排烴過程中對油氣的吸附滯留能力。目前，我國關(guān)于頁巖油（特別是低熟油）滯留富集機(jī)理的研究較少，需更加重視。

圖3　泥質(zhì)烴源巖內(nèi)滯留-排烴及有機(jī)碳演化模式（據(jù)文獻(xiàn)［21］與［28］修改）Fig.3　Hydrocarbon retention-expulsion model of argillaceous source rock and thermal evolution of organic carbon

3.3.3構(gòu)造保存條件

通常認(rèn)為，適度發(fā)育的天然裂縫是非常規(guī)油氣藏獲得工業(yè)開發(fā)的必要條件，但其影響具有兩面性：一方面裂縫可以作為油氣密閉儲(chǔ)集空間，形成裂縫型頁巖油氣藏；另一方面裂縫可以充當(dāng)運(yùn)移通道，破壞油氣在源內(nèi)滯留成藏。我國中新生代盆地構(gòu)造活動(dòng)頻繁，特別是東部盆地湖相泥頁巖發(fā)育了不同程度和不同規(guī)模的斷層-裂縫體系，影響了泥頁巖中油氣的儲(chǔ)集與保存，破壞了頁巖油氣的富集平衡。我國目前對頁巖油氣保存條件的研究主要停留在泥頁巖自身保存性能評價(jià)上，而明確構(gòu)造活動(dòng)對頁巖油氣保存的影響將是未來一段時(shí)間內(nèi)我國頁巖油研究的重要內(nèi)容。

3.3.4勘探評價(jià)體系

美國頁巖油產(chǎn)區(qū)一般分布于克拉通和前陸盆地等構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)，油氣地質(zhì)評價(jià)主要包括生油條件、儲(chǔ)集條件和可開采性（可壓裂性、原油性質(zhì)、地層能量與開發(fā)方式等［41-42］），而在我國構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的盆地或地區(qū)，保存條件是湖相頁巖油評價(jià)體系的重要一環(huán)。參考美國頁巖油勘探開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和我國研究進(jìn)展，結(jié)合我國湖相高蠟頁巖油層系厚度大、有機(jī)質(zhì)成熟度低和保存條件復(fù)雜等特征，筆者初步總結(jié)了我國湖相頁巖油遠(yuǎn)景區(qū)、有利區(qū)和目標(biāo)區(qū)的參考評價(jià)方案［2，4-5，43］（表3）。不過，頁巖油藏的形成需要各種因素的有效配合，不同盆地頁巖油發(fā)育條件不同，因此評價(jià)內(nèi)容、指標(biāo)及其下限選取標(biāo)準(zhǔn)不一。目前，我國頁巖油評價(jià)體系薄弱，特別是在有機(jī)質(zhì)分布規(guī)律、“可動(dòng)”油和地層能量評價(jià)方面研究均較少，需投入更多關(guān)注。

表3　我國湖相頁巖油選區(qū)評價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)Table3　Parameter criteria of favorable area evaluation of lacustrine shale oil in China

3.3.5資源評價(jià)方法

頁巖油資源量是泥頁巖中通過不同開采技術(shù)方法可加以利用的原油總量。因吸附油解吸困難，頁巖油資源量計(jì)算以游離油為主，方法大體包括動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法。其中，動(dòng)態(tài)法基于大量勘探開發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)而計(jì)算經(jīng)濟(jì)可采原油總量，包括物質(zhì)平衡法和產(chǎn)量遞減法等；靜態(tài)法是計(jì)算頁巖油資源量的主要方法，適用于低勘探程度區(qū)，如類比法、成因法和體積法。目前，美國主要采用全石油系統(tǒng)評估單元（TotalPetroleumSystemAssessmentUnit）的方法［44］，以具有相似的地質(zhì)要素和油氣聚集類型劃分基本單元，用FORSPAN模型［45］評價(jià)，再以體積法計(jì)算各單元的頁巖油資源量。相比之下，我國頁巖油資源評價(jià)研究比較薄弱，因構(gòu)造等地質(zhì)條件差異，類比結(jié)果誤差大，現(xiàn)今主要通過生烴模擬來間接求取滯留油資源量，或者利用生油巖對頁巖油的吸附性來確定單位巖石游離油含量，再用體積法（熱解“S1”法、氯仿瀝青“A”法和含油飽和度法等）計(jì)算頁巖油資源量。我國各盆地?cái)嗔鸦顒?dòng)頻繁，頁巖油分布非均質(zhì)性強(qiáng)，平面上和縱向上均具有分級顯示特征，資源評價(jià)需使用量化分級評價(jià)方法。

4　結(jié)論

（1）頁巖油氣與致密砂巖油氣和煤層氣成因相似，但在油氣來源、賦存相態(tài)和成藏特征等方面差異明顯。頁巖油與頁巖氣常相伴生，具有縱向分層性和平面分帶性，不同地區(qū)及不同埋深氣油比均不相同，呈逐漸過渡趨勢。頁巖油儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要包括基質(zhì)型、裂縫型和混合巖性型三大類，前者以納米級孔隙為主，而后兩者微米級以上宏觀孔隙或裂縫較發(fā)育，是有利的頁巖油氣儲(chǔ)層。此外，儲(chǔ)層可壓裂性控制了頁巖油氣的生產(chǎn)能力。

（2）我國湖相泥頁巖厚度大，生油條件較好，脆性礦物含量高，可壓裂性好，但埋深跨度大，有機(jī)質(zhì)成熟度偏低，細(xì)粒黏土和碳酸鹽礦物含量高，物性較差，地面開采條件復(fù)雜。頁巖油成藏主要受生烴條件（特別是成熟度）和儲(chǔ)集條件控制，而在斷陷盆地等構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)還受保存條件的影響，混合巖性型和裂縫型頁巖油勘探潛力均較大。

（3）我國湖相頁巖油資源潛力巨大，但各盆地構(gòu)造復(fù)雜，泥頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度普遍偏低，研究中不能完全照搬美國構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)成熟—高成熟頁巖油的理論方法。我國需結(jié)合各盆地頁巖油發(fā)育地質(zhì)條件，重點(diǎn)加強(qiáng)頁巖油賦存機(jī)理、微觀孔隙結(jié)構(gòu)、頁巖油滯留成藏機(jī)理、構(gòu)造保存條件、勘探評價(jià)體系和資源評價(jià)方法等方面的研究，為我國頁巖油勘探開發(fā)提供理論指導(dǎo)。

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（本文編輯：李在光）

Enlightenments of American shale oil research towards China

ZHANG Tingshan1，2，PENG Zhi1，2，YANG Wei1，2，MA Yanni1，2，ZHANG Jie3
（1.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.School of Geoscience and Technology，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；3.Department of Development，PetroChina Tarim Oilfield Company，Korla 841000，Xinjiang，China）

Shale oil is liquid hydrocarbon reserved in effective argillaceous source rocks with free phase，adsorbed and dissolved phase.Recent years，America has achieved great success in commercial shale oil production，whereas shale oil research in China is still in its infancy with more related theory innovations.Based on shale oil characteristics and experience of American shale oil exploration and development，this paper analyzed and summarized the research progress and some significant cognition in shale oil forming conditions，reservoir features，accumulation mechanism and evaluation method at home and abroad.The systematical comparison of shale oil characteristics between China and America shows that Chinese shale oil mainly deposited in semi-deep and deep lacustrine，and black shale spreads widely，featured by great thickness，complex structures with frequent sandy interbedding.Preferable shale rich in organic matter usually coexists with other lithologies in laminated texture，and the kerogen type of organic matter is predominantly sapropelic with Roof 0.5%～1.2%and TOC more than 2.0%.Relative high content of fine-grained carbonate and clay exceeding 50%results in a poor reserving capacity.Hydrocarbon-generation condition and reservingcapacity significantly control lacustrine shale oil accumulation，simultaneously with additional preserving conditions taken into account in strong tectonic activity areas，such as in the rifted basins.Mixed-type and fractured-type shale oil overall have a huge exploration potential，and the matrix-type follows.In order to promote shale oil research and realize shale oil production earlier in China，the fundamental researches should be on the basis of theories study，and prominently focus on hydrocarbon occurrence，micro pore structure，retained oil accumulation mechanism，structurepreserving condition，evaluation system and resource evaluation method.The purpose of these studies is to provide theoretical guidance for the high efficient exploitation of shale oil in China.

shale oil；reservoir characteristics；accumulation conditions；main controllingfactors

TE132.2

A

1673-8926（2015）03-0001-10

2014-10-09；

2014-11-25

博士點(diǎn)基金優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域“頁巖微觀儲(chǔ)集空間發(fā)育特征及其對頁巖氣賦存富集的影響機(jī)理”（編號：20125121130001）資助

張廷山（1961-），男，博士，教授，主要從事沉積學(xué)、古生態(tài)學(xué)及非常規(guī)油氣理論研究。地址：（610500）四川省成都市新都區(qū)新都大道8號西南石油大學(xué)。E-mail：zts_3@126.com。