鄒才能，董大忠,2，王玉滿，李新景，黃金亮，王淑芳，管全中，張晨晨，王紅巖，劉洪林，拜文華，梁峰，吝文，趙群，劉德勛，楊智，梁萍萍，孫莎莎，邱振

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院；2.國家能源頁巖氣研發(fā)（實驗）中心；3.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院）

中國頁巖氣特征、挑戰(zhàn)及前景（一）

鄒才能1，董大忠1,2，王玉滿1，李新景1，黃金亮1，王淑芳1，管全中1，張晨晨1，王紅巖2,3，劉洪林3，拜文華3，梁峰3，吝文3，趙群3，劉德勛3，楊智1，梁萍萍3，孫莎莎3，邱振3

（1.中國石油勘探開發(fā)研究院；2.國家能源頁巖氣研發(fā)（實驗）中心；3.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院）

基于近年中國富有機質(zhì)頁巖沉積模式、頁巖儲集層表征等方面取得的研究進展，分析頁巖氣富集高產(chǎn)主控因素。研究落實了上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組筆石帶發(fā)育序列時空對比依據(jù)，提出緩慢沉降的穩(wěn)定海盆、高海平面、半封閉水體和低沉積速率是海相富有機質(zhì)頁巖重要沉積模式，確定晚奧陶世—早志留世早期持續(xù)發(fā)育的大型深水陸棚沉積環(huán)境有利于黑色頁巖發(fā)育，優(yōu)質(zhì)頁巖厚20～80 m、TOC值為2.0%～8.4%。對比分析焦石壩、長寧、威遠3大頁巖氣田，指出規(guī)模儲集層主要受富生物硅質(zhì)與鈣質(zhì)頁巖、適中熱演化程度、高基質(zhì)孔隙與豐富的裂縫控制。五峰組—龍馬溪組總孔隙度為3.0%～8.4%、滲透率為0.000 2×10-3～0.500 0×10-3μm2，基質(zhì)孔隙體積及其構(gòu)成區(qū)域穩(wěn)定，裂縫孔隙發(fā)育特征在不同構(gòu)造區(qū)、同一構(gòu)造的不同井區(qū)和不同層段差異較大。筇竹寺組受有機質(zhì)炭化、黏土礦物結(jié)晶度高和生物碎屑粒內(nèi)孔后期充填等因素影響，物性普遍較差，總孔隙度為1.5%～2.9%、滲透率為0.001′10-3～0.010′10-3μm2。明確了頁巖氣富集高產(chǎn)受沉積環(huán)境、熱演化程度、孔縫發(fā)育程度、構(gòu)造保存等“四大因素”控制，且特殊性在于高演化（Ro值：2.0%～3.5%）、超高壓（壓力系數(shù)：1.3～2.1），從而建立了“構(gòu)造型甜點”和“連續(xù)型甜點區(qū)”兩種頁巖氣富集模式。圖13表3參23

頁巖氣；富有機質(zhì)頁巖；沉積模式；儲集層表征；“甜點區(qū)”；焦石壩頁巖氣田；長寧頁巖氣田；威遠頁巖氣田

0 引言

中國在南方古生界寒武系—志留系、四川盆地三疊系—侏羅系、鄂爾多斯盆地三疊系等層系發(fā)現(xiàn)頁巖氣[1-5]。至2014年底，中國已在四川盆地發(fā)現(xiàn)了全球最古老（距今448～438 Ma）、熱演化程度高（Ro值：2.0%～3.5%）、地層超壓（壓力系數(shù)：1.3～2.1）、具萬億立方米級儲量規(guī)模的大型頁巖氣區(qū)，包括威遠、長寧、焦石壩3個五峰組—龍馬溪組頁巖氣田及富順—永川、彭水等五峰組—龍馬溪組頁巖氣產(chǎn)氣區(qū)。目前落實三級地質(zhì)儲量超過10 000′108m3，探明地質(zhì)儲量5 441.29′108m3（其中焦石壩、長寧、威遠頁巖氣田分別為3 805.98′108m3、1 361.80′108m3、273.51′108m3），累計生產(chǎn)頁巖氣超過40′108m3。預(yù)計2020年海相頁巖氣年產(chǎn)量有望達（200～300）′108m3。

中國頁巖氣整體處于工業(yè)起步階段，地質(zhì)理論和勘探開發(fā)技術(shù)進步是頁巖氣大氣區(qū)（田）發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵[6-7]。本文通過總結(jié)中國頁巖氣勘探開發(fā)近10年來地質(zhì)理論新進展，回顧勘探開發(fā)實踐與技術(shù)創(chuàng)新，剖析其成功經(jīng)驗與面臨的挑戰(zhàn)，并進行未來發(fā)展前景的預(yù)測，以期為中國頁巖氣規(guī)模發(fā)展提供有益借鑒。

1 中國富有機質(zhì)頁巖沉積模式

1.1 富有機質(zhì)頁巖地層精細劃分與“甜點段”預(yù)測

中國南方古生界上奧陶統(tǒng)五峰組（O3w）—下志留統(tǒng)龍馬溪組（S1l）為當前頁巖氣勘探開發(fā)的重點層系（見表1）[8]，評價認為五峰組—龍馬溪組頁巖氣“甜點段”集中在五峰組一段—四段和龍馬溪組一段—五段，大約沉積于距今448～441 Ma，厚度30～50 m。五峰組—龍馬溪組筆石頁巖地層在上揚子區(qū)大面積分布，自下而上可劃分為凱迪、赫南特、魯?shù)ぁＢ『吞亓衅?階13個筆石帶（見表2、圖1）[9-12]。其中長寧地區(qū)發(fā)育凱迪、赫南特、魯?shù)?、埃?階12個筆石帶，化石分異度普遍較高，富有機質(zhì)頁巖形成于Dicellograptus complexus至Cystograptus vesiculosus筆石帶，頁巖TOC值為2.0%～8.4%。威遠和巫溪地區(qū)發(fā)育全部5階13個筆石帶，筆石分異度魯?shù)るA較低、埃隆—特列奇階較高，富有機頁巖主要形成于Normalograptus persculptus至Spirograptus guerichi筆石帶，且以埃隆階厚度最大，TOC值為2.0%～6.8%（見表2、圖2）。龍馬溪組沉降沉積中心自川東南向川西北遷移，富有機質(zhì)頁巖段多期疊置、橫向連片、沉積時代不斷變新。

埃隆階三角半耙筆石帶（Demirastrites triangulatus）分布廣，是龍馬溪組區(qū)域?qū)Ρ鹊闹匾獦酥緦覽11-12]。筆者以該筆石帶頂界為關(guān)鍵界面，結(jié)合自然伽馬、電阻率等測井資料，將龍馬溪組劃分為SQ1、SQ2兩個三級層序，并開展長寧雙河剖面、W202井和WX2井層序?qū)Ρ龋ㄒ姳?、圖2）。SQ1為龍馬溪組沉積早期深水相筆石頁巖沉積建造，沉積速率為1.5～33.8 m/Ma，富含有機質(zhì)和生物硅質(zhì)；SQ2代表龍馬溪組沉積中晚期的半深水—淺水相沉積建造，沉積速率為9.5～384.4 m/Ma，有機質(zhì)豐度明顯低于SQ1，黏土含量明顯高于SQ1。海平面在魯?shù)て谠缙诳焖偕仙?，魯?shù)て谕砥凇亓衅嫫诔掷m(xù)下降，沉積中心逐漸西移。受海侵控制，魯?shù)て谑窍轮玖艚y(tǒng)富有機頁巖發(fā)育的鼎盛期，也是產(chǎn)氣頁巖中“甜點段”形成的關(guān)鍵期。

1.2 富有機質(zhì)頁巖沉積模式

1.2.1 五峰組—龍馬溪組巖相古地理與富有機質(zhì)頁巖成因模式

五峰組沉積時期，華夏與揚子地塊的碰撞拼合作用趨緩，四川盆地及鄰區(qū)形成了三隆夾一坳的古地理格局（見圖3、圖4）[5,13]。中—上揚子地區(qū)出現(xiàn)了開口向北、水面遼闊的半封閉海灣，川南地區(qū)發(fā)育深水含鈣質(zhì)、硅質(zhì)頁巖，川東—川北地區(qū)發(fā)育深水硅質(zhì)頁巖。五峰組沉積早期（即凱迪間冰期），氣候溫暖濕潤，海平面上升至高位，海底出現(xiàn)大面積缺氧環(huán)境[12]，δ13C值為-30.2‰～-29.9‰，P2O5/TiO2值為0.24，反映表層水體營養(yǎng)物質(zhì)豐富（見表2），藻類、放射蟲、筆石等浮游生物生產(chǎn)率高，生物碎屑顆粒、有機質(zhì)和黏土礦物等復(fù)合體以“海洋雪”方式緩慢沉降[14-16]（見圖5），形成富含有機質(zhì)和生物硅的黏土質(zhì)硅質(zhì)頁巖，沉積速率為2.3～3.2 m/Ma，TOC值為2.0%～8.0%；五峰組沉積中晚期（即赫南特冰期），海平面下降（降幅為50～100 m），海水溫度降低，以浮游生物為食物的筆石大量滅絕，δ13C值開始發(fā)生正漂移，在觀音橋段中部（即奧陶紀末全球最大冰期）達-29.0‰（長寧）～-27.6‰（宜昌王家灣），水中營養(yǎng)物質(zhì)濃度劇增，P2O5/TiO2值達到0.84高峰值，缺氧的深水水域縮小至川南—川東—川東北坳陷區(qū)，并形成表層浮游生物勃發(fā)（達到高生產(chǎn)力頂峰）、底層有機質(zhì)高埋藏率的滯留海盆，形成富含有機質(zhì)和生物硅的硅質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)硅質(zhì)頁巖，沉積速率為0.3～3.6 m/Ma，TOC值為2.7%～8.4%（見表2、圖2）。

圖2 四川盆地W202井上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組綜合柱狀圖

圖3 四川盆地及鄰區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組筆石頁巖段沉積相圖

龍馬溪組沉積早期（魯?shù)て凇Ｂ≡缙冢?，四川盆地及鄰區(qū)基本保持五峰組沉積時期的巖相古地理格局（見圖6）。魯?shù)ぴ缙?，海平面再次快速上升，并基本接近五峰組沉積早期的高水位，Mo含量為（41～73）′10-6，說明該海域處于半封閉狀態(tài)（見圖7）。川南—川東—川東北坳陷區(qū)再次出現(xiàn)大面積缺氧的深水陸棚環(huán)境，δ13C值顯著變輕（-29.7‰），并發(fā)生負漂移，

P2O5/TiO2值為0.25～0.38，藻類、放射蟲、筆石等浮游生物再次出現(xiàn)大繁盛，并以“海洋雪”方式緩慢沉積（見圖5），巖相與五峰組相近，以硅質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)硅質(zhì)頁巖為主，沉積速率為1.5～9.3 m/Ma，TOC值為2.1%～8.4%（見圖2），坳陷周緣主體為淺水陸棚—濱岸相，發(fā)育貧有機質(zhì)的黏土質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)黏土質(zhì)頁巖和泥灰?guī)r（見圖5、圖6）；魯?shù)ね砥凇Ｂ≡缙?，?3C值持續(xù)緩慢增至-28.7‰，即正漂移，P2O5/TiO2值下降至0.12～0.16，黏土礦物增多，沉積速率增至1.89～33.8 m/Ma，TOC值降至1.0%～5.4%，Mo含量為（2～19）× 10-6，巖相以黏土質(zhì)硅質(zhì)頁巖、黏土質(zhì)鈣質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)硅質(zhì)頁巖為主（見圖2、表2），表明海平面下降，沉降沉積中心緩慢西移，海域封閉性增強，陸源物質(zhì)增多，表層水體浮游生物生產(chǎn)力降低。

圖4 四川盆地及鄰區(qū)上奧陶統(tǒng)五峰組觀音橋段沉積相圖

圖5 四川盆地南部及鄰區(qū)晚奧陶世—早志留世富有機頁巖沉積模式圖

龍馬溪組沉積晚期（埃隆中期—特列奇期）[12]，揚子地塊與周邊地塊的碰撞拼合作用加劇，沉降沉積中心向川中和川北遷移，海平面大幅度下降，四川盆地及鄰區(qū)為淺水—半深水陸棚，海水封閉性進一步增強。深水水域大幅度縮小和遷移，其中川南深水水域轉(zhuǎn)變?yōu)榉忾]的半深水陸棚，川東深水區(qū)縮小至涪陵—石柱—萬縣一帶，川北則在特列奇期出現(xiàn)半封閉的深水水域。川南地區(qū)δ13C增至-28.8‰～-27.0‰，TOC值下降至0.4%～2.7%，P2O5/TiO2值下降至0.13～0.17，Mo含量低于9×10-6，說明水體封閉性與黑海相當（見圖7），沉積速率上升至9.5～384.4 m/Ma，黏土礦物含量增至45%～68%，巖相以黏土質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)黏土質(zhì)頁巖為主；川中—川北深水水域出現(xiàn)黏土質(zhì)硅質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)硅質(zhì)頁巖組合（見圖2、表2）。海平面下降、沉降中心遷移、海域強封閉性和沉積速度加快，水體逐漸由缺氧還原環(huán)境演變?yōu)槿踹€原—氧化環(huán)境，有機質(zhì)保存條件逐漸變差。

圖6 四川盆地及鄰區(qū)龍馬溪組沉積早期（SQ1）沉積相圖

圖7 四川盆地南部及鄰區(qū)下寒武統(tǒng)筇竹寺組及下志留統(tǒng)龍馬溪組沉積期Mo-TOC含量與海水封閉性關(guān)系圖

五峰組沉積早期至龍馬溪組沉積晚期，沉積中心不斷西移，富有機質(zhì)頁巖層段隨沉積時代變新，沉積規(guī)模變小，有機質(zhì)豐度降低。晚奧陶世凱迪期—早志留世魯?shù)て?，四川盆地及鄰區(qū)富有機質(zhì)、富硅質(zhì)頁巖主要分布于川南—川東坳陷及其周邊，厚度為30～80 m，分布面積18×104km2，TOC值為2.0%～11.0%。埃隆期為川中—川北地區(qū)富有機質(zhì)頁巖發(fā)育高峰期，厚度一般為20～50 m，分布面積4.6×104km2，TOC值為

2.0%～5.2%。龍馬溪組富有機質(zhì)、富硅質(zhì)頁巖的典型沉積模式為緩慢沉降的穩(wěn)定海盆、高海平面、半封閉水體和低沉積速率，富有機質(zhì)頁巖在揚子海盆半深水—深水區(qū)呈多層段疊置、大面積連片分布。

依據(jù)露頭、鉆井和地球化學(xué)測試等資料，對下寒武統(tǒng)筇竹寺組沉積時期海平面變化和海盆封閉性做了類似的研究（見圖7）[17-18]，編制了筇竹寺組綜合柱狀圖及沉積相圖（見圖8—圖10），揭示中—上揚子區(qū)筇竹寺組沉積特征及分布模式。從圖9—圖10可以看出，早寒武世早期，區(qū)域拉張構(gòu)造環(huán)境與海侵事件使筇竹寺組富有機質(zhì)頁巖沿克拉通內(nèi)裂陷大面積發(fā)育，至中晚期逐漸消失。綜合地球化學(xué)等多種信息判斷，筇竹寺組黑色頁巖的沉積與上升洋流相關(guān)，不同于五峰組—龍馬溪組沉積期的封閉、半封閉滯留海環(huán)境。

圖8 四川盆地W201井下寒武統(tǒng)筇竹寺組綜合柱狀圖

1.2.2 湖相和煤系富有機質(zhì)頁巖的成因與分布模式

湖相和煤系富有機質(zhì)頁巖的成因與分布模式研究取得了重要進展[19]，建立了3類湖相富有機質(zhì)頁巖成因模式：①坳陷湖盆中央坳陷區(qū)大面積缺氧環(huán)境的水體分層模式，富有機質(zhì)頁巖橫向分布相對穩(wěn)定，且范圍廣；②斷陷湖盆洼陷區(qū)缺氧環(huán)境的水體分層模式，富有機質(zhì)頁巖厚度大，橫向變化大；③前陸湖盆坳陷區(qū)缺氧環(huán)境的水體分層模式，富有機質(zhì)頁巖厚度大，斜坡區(qū)發(fā)育煤系富有機質(zhì)頁巖。深湖—半深湖區(qū)以細粒物質(zhì)垂直沉降為主，凝絮作用形成的有機質(zhì)團粒加速了沉積物堆積，同時水體分層造成底水缺氧，有利于有機質(zhì)保存。間歇性海水入侵與規(guī)模性火山灰?guī)淼臓I養(yǎng)物質(zhì)促使生物勃發(fā)，提供大量有機質(zhì)。鄂爾多斯盆地長7段富有機頁巖主要形成于快速湖侵的深湖

—半深湖區(qū)，發(fā)育3種巖相模式：①在坳陷中央的寧靜深湖相區(qū)，以富有機質(zhì)的黏土質(zhì)頁巖為主，有機碳含量高，干酪根為Ⅰ型，主要受湖流作用影響；②在砂質(zhì)碎屑流背景的深湖相區(qū)，以黏土質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖和粉砂巖互層為主，有機碳含量高，干酪根為Ⅰ—Ⅱ1型；③在前三角洲背景的半深湖相區(qū)，以黏土質(zhì)頁巖和粉砂質(zhì)頁巖為主，有機碳含量低，干酪根以Ⅱ型為主，主要受噴流作用影響。

圖9 四川盆地及鄰區(qū)筇竹寺組沉積早期（SQ1）沉積相圖

圖10 四川盆地及鄰區(qū)筇竹寺組沉積中期（SQ2）沉積相圖

2 頁巖氣儲集層表征

2.1 海相頁巖儲集空間定量表征

通過建立頁巖儲集層巖石物理模型和基質(zhì)孔隙度數(shù)學(xué)模型，對五峰組—龍馬溪組基質(zhì)孔隙構(gòu)成和裂縫發(fā)育狀況進行定量評價，揭示了中國頁巖氣主力產(chǎn)層的儲集特征（見表3）[2-3,20-22]。五峰組—龍馬溪組產(chǎn)層基質(zhì)孔隙體積及構(gòu)成區(qū)域分布穩(wěn)定，基質(zhì)孔隙度平均4.6%～5.4%，其中有機質(zhì)孔隙度0.7%～1.3%，黏土礦物晶間孔隙度2.3%～3.0%，脆性礦物孔隙度0.8%～1.2%。裂縫孔隙是頁巖中呈開啟狀的高角度縫、層理縫及長度為幾微米至幾十微米、連通性較好的微裂隙，其成因包括構(gòu)造活動、有機質(zhì)生烴和成巖作用等，多以構(gòu)造成因為主，發(fā)育程度在不同構(gòu)造區(qū)、同一構(gòu)造的不同井區(qū)和不同層段差異較大。在裂縫孔隙發(fā)育段，孔縫連通性較好，滲透率一般在0.01×10-3μm2以上[3]，其中層理縫具有較好的滲透性，壓裂后對頁巖氣產(chǎn)出發(fā)揮關(guān)鍵作用。焦石壩頁巖氣田焦頁4井區(qū)產(chǎn)層普遍發(fā)育裂縫孔隙，總孔隙度為4.6%～7.8%，平均為5.8%，裂縫孔隙度為0.3%～3.3%，平均為1.3%，滲透率為0.05×10-3～0.30×10-3μm2，焦頁1井區(qū)僅局部深度點上發(fā)育裂縫孔隙，總孔隙度為3.7%～7.0%，平均為4.9%，裂縫孔隙度為0～2.4%，平均為0.3%，滲透率為0.001 7×10-3～0.545 1×10-3μm2，平均為0.058×10-3μm2。長寧頁巖氣田產(chǎn)層段裂縫孔隙發(fā)育程度較焦石壩頁巖氣田差，總孔隙度為3.4%～ 8.4%，平均5.5%，裂縫孔隙度為0～1.2%，平均0.1%，滲透率為0.000 22×10-3～0.001 9×10-3μm2，平均為0.000 29× 10-3μm2。裂縫孔隙、有機質(zhì)孔隙和無機孔隙都是頁巖有效儲集空間的重要組成部分[2,20]。在有機質(zhì)孔隙度和礦物孔隙度區(qū)域分布穩(wěn)定的前提下，根據(jù)裂縫孔隙發(fā)育程度的差異（見表3），將焦石壩頁巖氣田和長寧頁巖氣田劃分為基質(zhì)孔隙+裂縫型、基質(zhì)孔隙型兩種不同類型的頁巖氣富集模式。頁巖孔隙發(fā)育受有機質(zhì)熱演化、黏土礦物含量和成分、成巖作用等因素控制，在高—過成熟階段出現(xiàn)物性變差的顯著特征。中國南方下寒武統(tǒng)筇竹寺組頁巖基質(zhì)孔隙度為1.4%～3.1%，僅為五峰組—龍馬溪組的1/3～1/2，滲透率為（0.001～0.010）×10-3μm2，該頁巖物性變差的主要原因表現(xiàn)為：①有機質(zhì)出現(xiàn)不同程度炭化，導(dǎo)致有機質(zhì)孔隙大量減少。依據(jù)電阻率和激光拉曼測試，川南及周邊大部分地區(qū)下寒武統(tǒng)富有機質(zhì)頁巖具有較強的導(dǎo)電能力，測井電阻率小于2 ?·m，干巖樣電阻率小于100 ?·m，拉曼石墨峰值高，已出現(xiàn)明顯有機質(zhì)炭化趨勢[23]。有機質(zhì)炭化導(dǎo)致有機質(zhì)產(chǎn)氣能力衰竭，有機質(zhì)孔隙塌陷、充填和消失，有機質(zhì)孔隙體積減少，甲烷吸附能力降低。長寧地區(qū)筇竹寺組有機質(zhì)孔隙度為0.2%～0.6%，有機質(zhì)孔隙體積僅為五峰組—龍馬溪組的1/2，對甲烷的吸附能力僅為五峰組—龍馬溪組的80%。②黏土礦物晶間孔大量減少。下寒武統(tǒng)總體處于晚成巖—后生作用階段，Ro值為3.4%～5.0%，黏土礦物結(jié)晶度高，具有較高孔隙體積的伊利石相對含量減少至50%～60%，具有較低孔隙體積的綠泥石相對含量增至30%～50%，為五峰組—龍馬溪組的2倍，導(dǎo)致黏土礦物晶間孔隙度減少至0.8%～1.6%。③脆性礦物內(nèi)孔隙基本消失。電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，筇竹寺組脆性礦物內(nèi)孔隙主體為硅藻類顆粒體腔孔，普遍為硅質(zhì)礦物所充填，殘余顆粒內(nèi)孔隙度僅為0～0.04%。

表3 四川盆地主要頁巖氣田及有利區(qū)五峰組—龍馬溪組孔隙度構(gòu)成表

2.2 湖相頁巖儲集空間特征

湖相頁巖由黏土礦物和粉砂級陸源碎屑組成，含

少量盆地內(nèi)生碳酸鹽、生物硅質(zhì)、磷酸鹽等顆粒，具有富有機質(zhì)、富黏土、物性中等等特征。鄂爾多斯盆地長7段頁巖，由沉積速率相對較高的黏土質(zhì)頁巖和含粉砂質(zhì)黏土質(zhì)頁巖組合而成，發(fā)育脆性礦物-黏土礦物-有機質(zhì)復(fù)合紋層結(jié)構(gòu)，石英、長石和鈣質(zhì)等脆性礦物含量總體低于45%，黏土礦物含量為51%～71%，TOC值為1.9%～7.8%，有機質(zhì)豐度與黏土礦物含量呈正相關(guān)，孔隙類型包括粒（晶）間孔、有機質(zhì)孔和層理縫等，黏土礦物晶間孔為主，占總孔隙度的50%，有機質(zhì)孔總體欠發(fā)育，約占總孔隙度的30%，孔喉直徑主要為50～300 nm，微觀孔喉系統(tǒng)整體具連通性，連通格架由粒間孔、有機質(zhì)孔和層理縫組成，連通率大于60%，孔隙度為0.40%～6.99%，平均為3.05%左右。

3 五峰組—龍馬溪組“高演化、超高壓”頁巖氣富集模式

四川盆地五峰組—龍馬溪組發(fā)育“構(gòu)造型甜點”和“連續(xù)型甜點區(qū)”兩類頁巖氣富集模式（見圖11）[5]?！皹?gòu)造型甜點”以焦石壩頁巖氣田為代表，具有構(gòu)造邊緣復(fù)雜、內(nèi)部穩(wěn)定、裂縫發(fā)育等特點?！斑B續(xù)型甜點區(qū)”以威遠—富順—永川—長寧頁巖氣區(qū)（見圖11、圖12）為代表，屬盆地內(nèi)大型凹陷中心和構(gòu)造斜坡區(qū)，面積大、穩(wěn)定、連續(xù)分布。無論哪種富集模式，其富集高產(chǎn)均受沉積環(huán)境、熱演化程度、孔縫發(fā)育程度和構(gòu)造保存“四大因素”控制[5]，特殊性在于高演化（Ro值為2.0%～3.5%）和超高壓（壓力系數(shù)為1.3～2.1）：①半深水—深水陸棚相控制了富有機質(zhì)、生物硅質(zhì)-鈣質(zhì)頁巖規(guī)模分布；②富有機質(zhì)頁巖TOC值高、類型好，處于有效熱裂解氣范圍，控制了有效氣源供給；③富硅質(zhì)、鈣質(zhì)頁巖脆性好，易發(fā)育基質(zhì)孔隙、頁理縫及構(gòu)造縫，為頁巖氣富集提供充足空間；④擁有良好的儲蓋組合及處在構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)，原油裂解氣和儲集層經(jīng)深埋后抬升但保存狀態(tài)始終較好，形成頁巖氣“超壓封存箱”（見圖13）。

圖11 四川盆地五峰組—龍馬溪組頁巖氣“構(gòu)造型甜點”與“連續(xù)型甜點區(qū)”富集模式圖

圖12 四川盆地長寧地區(qū)五峰組—龍馬溪組“連續(xù)型甜點區(qū)”頁巖氣田剖面圖

圖13 四川盆地五峰組—龍馬溪組海相頁巖富集高產(chǎn)關(guān)鍵指標與“超壓封存箱”綜合剖面圖

4 結(jié)論

四川盆地及鄰區(qū)五峰組—龍馬溪組發(fā)育5階13個筆石生物帶，控制了富有機質(zhì)頁巖發(fā)育與規(guī)模分布。凱迪期—魯?shù)て诔掷m(xù)發(fā)育半深水—深水陸棚環(huán)境，是富有機質(zhì)頁巖形成鼎盛期和頁巖氣“甜點段”發(fā)育關(guān)鍵期。

湖相和煤系富有機質(zhì)頁巖分3種成因模式，包括坳陷湖盆中央坳陷區(qū)大面積缺氧環(huán)境水體分層模式、斷陷湖盆洼陷區(qū)缺氧環(huán)境水體分層模式、前陸湖盆坳陷區(qū)缺氧環(huán)境水體分層模式。

五峰組—龍馬溪組頁巖氣主力產(chǎn)層富含有機質(zhì)、生物硅質(zhì)和鈣質(zhì)，厚20～80 m，TOC值為2.0%～11.0%，Ro值為2.0%～3.5%，孔隙度為4.6%～8.2%，滲透率為0.000 2×10-3～0.500 0×10-3μm2。有機質(zhì)孔隙、頁理縫和微裂隙發(fā)育，是頁巖氣最有效儲集空間。

五峰組—龍馬溪組海相頁巖氣存在“構(gòu)造型甜點”和“連續(xù)型甜點區(qū)”兩類富集模式，富集高產(chǎn)受“四大因素”控制?！皹?gòu)造型甜點”裂縫孔隙發(fā)育，單井產(chǎn)量高，資源豐度大；“連續(xù)型甜點區(qū)”以基質(zhì)孔隙為主，分布面積大，單井產(chǎn)量較高，資源規(guī)模很大。

致謝：本文在撰寫和研究中得到中國科學(xué)院陳旭院士、樊雋軒研究員等在古生物鑒定與地層劃分方面的指導(dǎo)。同時得到中國科學(xué)院戴金星院士、中國工程院趙文智院士、中國石油勘探開發(fā)研究院程克明教授等的指導(dǎo)和幫助，以及中國石油、中國石化等相關(guān)油田的支持，在此一并致謝。

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（編輯 魏瑋 王大銳）

Shale gas in China: Characteristics,challenges and prospects (Ⅰ)

Zou Caineng1,Dong Dazhong1,2,Wang Yuman1,Li Xinjing1,Huang Jinliang1,Wang Shufang1,Guan Quanzhong1,Zhang Chenchen1,Wang Hongyan2,3,Liu Honglin3,Bai Wenhua3,Liang Feng3,Lin Wen3,Zhao Qun3,Liu Dexun3,Yang Zhi1,Liang Pingping3,Sun Shasha3,Qiu Zhen3
(1.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development,Beijing 100083,China;2.National Energy Shale Gas R&D (Experiment) Center,Langfang 065007,China;3.Langfang Branch of PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development,Langfang 065007,China)

The main factors controlling the enrichment and high yield of shale gas were analyzed based on the recent research progress of depositional model and reservoir characterization of organic-rich shale in China.The study determines the space-time comparison basis of graptolite sequence in the Upper Ordovician Wufeng Formation–Lower Silurian Longmaxi Formation and proposes the important depositional pattern of marine organic-rich shale: stable ocean basin with low subsidence rate,high sea level,semi-enclosed water body,and low sedimentation rate.Deposited in the stage of Late Ordovician-Early Silurian,the superior shale with thickness of 20-80 m and total organic carbon (TOC) content of 2.0%-8.4% was developed in large deep-water shelf environment which is favorable for black shale development.Based on the comparison among the Jiaoshiba,Changning and Weiyuan shale gas fields,it is believed that reservoirs of scale are mainly controlled by shale rich in biogenic silica and calcium,moderate thermal maturity,high matrix porosity,and abundant fracture.The shales in the Wufeng and Longmaxi formations are characterized by porosity of 3.0%-8.4%,permeability of 0.000 2×10-3-0.500 0×10-3μm2,stable areal distribution of matrix pore volume and their constituents,great variation in fracture and pore characteristics among different tectonic regions as well as different well fields and different intervals in the same tectonic.The Cambrian Qiongzhusi shale features poor physical properties with the porosity of 1.5%-2.9% and the permeability of 0.001×10-3-0.010×10-3μm2,resulted from the carbonization of organic matter,high crystallinity of clay minerals and later filling in bioclastic intragranular pores.Four factors controlling the accumulation and high production of shale gas were confirmed: depositional environment,thermal evolution,pore and fracture development,and tectonic preservation condition;two special features were found: high thermal maturity (Roof 2.0%-3.5%) and overpressure of reservoir (pressure coefficient of 1.3-2.1);and two enrichment modes were summarized: “structural sweet spots” and “continuous sweet area”.

shale gas;organic-rich shale;sedimentary model;reservoir characterization;sweet spot area;Jiaoshiba shale gas field;Changning shale gas field;Weiyuan shale gas field

國家油氣重大專項（2011ZX05018-001）；國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973）項目（2013CB228001）

TE122

A

1000-0747(2015)06-0689-13

10.11698/PED.2015.06.01

鄒才能（1963-），男，重慶江北人，博士，中國石油勘探開發(fā)研究院教授級高級工程師、博士生導(dǎo)師，李四光地質(zhì)科學(xué)獎獲得者，主要從事非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)、常規(guī)巖性-地層油氣藏與大油氣區(qū)等地質(zhì)理論技術(shù)研究及勘探生產(chǎn)實踐等工作。地址：北京市海淀區(qū)學(xué)院路20號，中國石油勘探開發(fā)研究院院辦，郵政編碼：100083。E-mail:zcn@petrochina.com.cn

2015-05-19

2015-09-24