頁巖氣及其成藏特征

中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院2013.3劉洛夫頁巖氣及其成藏機(jī)理提綱一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史二、頁巖氣的成因及賦存狀態(tài)三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征四、頁巖氣的成藏機(jī)理五、我國頁巖氣資源潛力六、結(jié)論及認(rèn)識一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史（1）物質(zhì)基礎(chǔ)：

油氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)——烴源巖（泥質(zhì)、碳酸鹽巖、煤系烴源巖）；

油氣儲(chǔ)集的物質(zhì)基礎(chǔ)——儲(chǔ)集層（碎屑巖、碳酸鹽巖、火山巖、結(jié)晶巖、泥質(zhì)巖）；

油氣保存的物質(zhì)基礎(chǔ)——蓋層。（2）外部條件：

溫壓條件——油氣生成、運(yùn)移及保存；

圈閉條件——油氣聚集的場所；

運(yùn)移條件——?jiǎng)恿Α⑼ǖ?。?）良好的匹配關(guān)系：空間配置——疊置關(guān)系；

時(shí)間配置——油氣生成、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、儲(chǔ)集層、圈閉及蓋層的形成。常規(guī)油氣藏形成的基礎(chǔ)某油田油氣成藏過程示意圖一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖(shale)國外通常被定義為“細(xì)粒的碎屑沉積巖”，但它在礦物組成（粘土質(zhì)、石英和有機(jī)碳等）、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上卻多種多樣。含氣頁巖并不僅僅是單純的頁巖，它也包括細(xì)粒的粉砂巖、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及灰?guī)r、白云巖等。頁巖作為巖層，為不同顆粒大小和不同巖性的組合。如果泥頁巖中吸附和游離的烴類以液態(tài)烴為主，則也可以稱之為頁巖油（shaleoil），這種油氣與從未熟的油頁巖中低溫度干餾得到的“頁巖油”（oilshale）有著本質(zhì)的不同。頁巖氣（ShaleGas）：賦存于富有機(jī)質(zhì)頁巖及其夾層中（層系），以吸附及游離狀態(tài)為主要賦存方式的烴類氣體（少量溶解氣），屬于非常規(guī)油氣資源。特點(diǎn)：自生、自儲(chǔ)，原地成藏；吸附、游離賦存；低孔、超低滲；規(guī)模分布。頁巖氣的概念一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的概念儲(chǔ)集空間：孔隙、裂縫、溶洞成藏方式：源儲(chǔ)異地賦存相態(tài)：游離態(tài)常規(guī)油氣儲(chǔ)層：砂巖、碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間：顆粒原始孔隙、有機(jī)質(zhì)孔隙、微裂縫成藏方式：自生自儲(chǔ)賦存相態(tài)：吸附態(tài)、游離態(tài)頁巖氣

儲(chǔ)層：泥頁巖

頁巖氣與常規(guī)油氣相比，儲(chǔ)層巖性、儲(chǔ)集空間、成藏方式、油氣相態(tài)不同。一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的概念

從源巖的生排烴的角度來看，

常規(guī)油氣是源巖經(jīng)歷了生烴、排烴、烴類聚集與散失等過程，聚集于烴源巖之外的有利儲(chǔ)層中的烴類。頁巖氣（油）則是指泥巖或頁巖在各種地質(zhì)條件下生成且尚未完全排出的，以吸附、游離、溶解等多種形式殘留于泥頁巖內(nèi)部的，在現(xiàn)有技術(shù)條件下能夠經(jīng)濟(jì)開采的非常規(guī)油氣資源。頁巖油氣=源巖殘留烴殘留烴排出烴事實(shí)上，無論是常規(guī)天然氣還是頁巖氣，所有天然氣藏的形成均需要烴源巖、儲(chǔ)集層、保存條件等必須的要素，但是頁巖氣成藏與其它（常規(guī)）天然氣藏相比，具有很大的特殊性。其它（常規(guī)）天然氣藏頁巖氣藏?zé)N源巖各種烴源巖（泥質(zhì)巖、煤系烴源巖、碳酸鹽巖）泥頁巖儲(chǔ)集層粗碎屑巖、碳酸鹽巖、致密砂巖等泥頁巖蓋層泥質(zhì)巖、膏鹽巖、致密碳酸鹽巖等泥頁巖圈閉構(gòu)造圈閉、巖性圈閉為主不需要明顯圈閉運(yùn)移變化范圍較大無運(yùn)移或極短距離運(yùn)移保存保存條件較為苛刻保存條件較為寬泛賦氣狀態(tài)多為游離態(tài)吸附態(tài)和游離態(tài)，少量溶解態(tài)成藏模式下生上儲(chǔ)、上生下儲(chǔ)等自生自儲(chǔ)壓力特征常壓、超壓均有發(fā)育多為超壓分布特征多受控于構(gòu)造變形不受構(gòu)造限制一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的概念常規(guī)油氣藏與頁巖氣藏特征對比一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的發(fā)展歷史與美國相比，我國頁巖氣研究起步較晚，美國1821年開始出現(xiàn)第一口頁巖氣井，我國直到20世紀(jì)60年代才開始研究，而且初期主要關(guān)注泥頁巖裂縫型油氣藏?，F(xiàn)在第一口頁巖氣商業(yè)鉆井1821年1921年1975年1979年1999年2005年1921-1975年：從發(fā)現(xiàn)到工業(yè)化生產(chǎn)1979-1999年，頁巖氣產(chǎn)量凈增7倍頁巖氣年產(chǎn)量達(dá)到了美國干氣總產(chǎn)量的4.5%美國中國1960197019801990200020082009陸續(xù)發(fā)現(xiàn)泥頁巖裂縫型油氣藏地化特點(diǎn)研究勘探潛力分析機(jī)理頁巖氣鉆井，中美合作開發(fā)

1821年在紐約州Fredonia附近富泥盆紀(jì)有機(jī)質(zhì)的Dunkirk頁巖完鉆的頁巖氣井，是美國第一口商業(yè)生產(chǎn)的頁巖氣井（Curtis，2002）。

1926年，泥盆系頁巖（東肯塔基和西弗吉尼亞氣田）形成了當(dāng)時(shí)世界上最大的天然氣田。

1973年阿以戰(zhàn)爭期間的石油禁運(yùn)和1976-1977年間的第一次石油危機(jī)促使美國能源部(DOE)投入大量資金用于頁巖氣研究，加快了天然氣勘探研究的步伐。

1976年，美國能源部及其以后的能源研究和開發(fā)署（ERDA）聯(lián)合國家地質(zhì)調(diào)查所、州級地質(zhì)調(diào)查所、大學(xué)以及工業(yè)團(tuán)體，發(fā)起并實(shí)施了針對頁巖氣研究與開發(fā)的東部頁巖氣工程。一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的發(fā)展歷史——美國第一口頁巖氣井美國頁巖氣產(chǎn)量及增長趨勢（NavigantConsulting,Inc.2008）1980年開始，天然氣研究所(GRI)開始對東部頁巖氣進(jìn)行系統(tǒng)研究，頁巖氣產(chǎn)儲(chǔ)量進(jìn)一步提高。頁巖氣研究向其它地區(qū)盆地?cái)U(kuò)展，研究全面展開。1989年美國頁巖氣產(chǎn)量僅42×108m3。1998年，美國的頁巖氣產(chǎn)量達(dá)到

85×108m3，占美國天然氣產(chǎn)量的1.6%；頁巖氣儲(chǔ)量1104×108m3，占全國天然氣探明總儲(chǔ)量的2.3%。

1999年，美國頁巖氣產(chǎn)量108×108m3（Shirley，2001）。2006年，美國頁巖氣井增至40000余口，頁巖氣產(chǎn)量達(dá)到311×108m3，占全國天然氣總產(chǎn)量的5.9%。2007年，美國頁巖氣產(chǎn)量335×108m3，其中Barnett/NewarkEast氣田和Antrim氣田的產(chǎn)量分列美國第2和第13位。一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的發(fā)展歷史——美國7,5%24,3%7,8%32,8%13,5%5,9%8,2%1,6%6,3%8,4%54,1%8,8%12,6%8,3%（USDOEEIA:AnnualEnergyOutlook2010EarlyRelease）福特沃斯盆地Barnett頁巖1990～2007年頁巖氣生產(chǎn)井?dāng)?shù)量1990~2030年美國天然氣能源結(jié)構(gòu)變化2008年，美國頁巖氣產(chǎn)量達(dá)到572×108m3,比上年增長了71%（EIA，2009b），頁巖氣產(chǎn)量占到美國干氣總產(chǎn)量的10%（EIA，2009c）。其中70%的頁巖氣產(chǎn)量來自德克薩斯州的Barnett頁巖。2009年，美國頁巖氣生產(chǎn)井?dāng)?shù)增至98590口，產(chǎn)量超過878×108m3。其中，僅Barnett頁巖的產(chǎn)量就達(dá)到了560×108m3。頁巖氣快速勘探開發(fā)使得美國天然氣儲(chǔ)量增加了40%。2010年美國頁巖氣產(chǎn)量超過1379×108m3，占全國天然氣年總產(chǎn)量的23%，超過俄羅斯成為全球第一大天然氣生產(chǎn)國。

2011年美國頁巖氣產(chǎn)量為1800×108m3，占美國天然氣總產(chǎn)量的34%。一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的發(fā)展歷史——美國BarnettShaleWells,circa.2001BarnettShaleWells,circa.2009一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的發(fā)展歷史——其它國家受美國頁巖氣開發(fā)的激勵(lì)，印度、澳大利亞和歐洲一些國家積極開發(fā)本國頁巖氣資源：近兩年，波蘭發(fā)放了58個(gè)頁巖氣勘探開發(fā)許可證，30多家石油公司從事頁巖氣開發(fā)，已完成15口鉆井，預(yù)計(jì)未來5年建成工業(yè)產(chǎn)能基地。德國在積極推進(jìn)煤層氣開發(fā)的同時(shí)，大力開發(fā)頁巖氣，先后頒發(fā)了數(shù)十個(gè)頁巖氣區(qū)塊勘探開發(fā)許可證，完鉆數(shù)十口鉆井。荷蘭、意大利、丹麥、捷克、奧地利等國家開展了頁巖氣開發(fā)前期鉆探和研究工作。澳大利亞頁巖氣勘探開發(fā)已起步，完成了第一口頁巖氣鉆井。

我國自20世紀(jì)60年代以來，相繼在松遼、渤海灣、柴達(dá)木、吐哈、酒西、江漢、南襄、蘇北、四川等盆地發(fā)現(xiàn)了規(guī)模不等的泥巖裂縫油氣藏或重要的油氣顯示，并獲得工業(yè)油氣流，初步展現(xiàn)了泥頁巖儲(chǔ)層的資源潛力。松遼盆地50余口井在青山口組見油氣顯示，已有4口井獲工業(yè)油流，7口井產(chǎn)少量油流，英12井在泥巖裂縫中獲得4.56m3／d工業(yè)油流。濟(jì)陽坳陷

已有數(shù)百口井在泥巖地層中見到良好油氣顯示，數(shù)十口井獲得工業(yè)油流，如羅19井、羅2O井、羅42井、羅48井、新郭3井等，羅42井鉆開2827m~2861m灰褐色油頁巖時(shí)，發(fā)生井噴，放噴原油25m3，試油產(chǎn)氣高達(dá)7746m3／d。南襄盆地

在南陽凹陷的北馬莊、魏崗、張店和黑龍廟等地區(qū)的核桃園組的泥巖裂縫中發(fā)現(xiàn)了油氣顯示及工業(yè)油氣流，紅10井的核二段深灰色泥巖巖心上，沿裂縫面見有油浸斑塊；紅12井核二段的泥巖裂縫則充滿了原油和魏9井的試油日產(chǎn)工業(yè)原油。江漢盆地

王場油田井深1486.5m的泥質(zhì)巖段發(fā)生井噴，直接投產(chǎn)單井日產(chǎn)油49.3t、氣2071m3，累積產(chǎn)油7834t。東濮凹陷

東濮凹陷文留地壘帶上存在泥巖裂縫油氣藏。文古2井鉆探過程中見到良好氣測顯示及多次后效顯示，電解3011.6～3185.Om井段泥巖裂縫油氣層85.7m／9。四川盆地

威遠(yuǎn)地區(qū)、陽高寺和九奎山的158口井在泥頁巖段氣測普遍見到異常顯示，威5井，鉆遇下寒武統(tǒng)巖段發(fā)現(xiàn)氣浸與井噴，中途測試日產(chǎn)氣2.46萬立方米。蘇北盆地鹽城凹陷YCI井七尖峰組頂至四尖峰組底泥巖裂縫出油，中途測試獲得35.46m3／d的油流。一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的發(fā)展歷史——中國不同盆地裂縫型油氣藏勘探現(xiàn)狀1.泥頁巖裂縫油氣藏階段我國頁巖氣研究經(jīng)歷了從泥頁巖裂縫油氣藏到頁巖氣藏研究兩個(gè)階段。特點(diǎn)泥頁巖裂縫油氣頁巖氣共性界定賦存于泥頁巖裂縫中的油氣同時(shí)以吸附和游離狀態(tài)賦存于以泥頁巖為主的地層中的天然氣泥巖或頁巖地層中含烴天然氣成因熱成熟氣為主從生物氣到高、過成熟氣熱成熟產(chǎn)氣為主賦存介質(zhì)泥巖或頁巖裂縫泥頁巖及其砂巖夾層中的裂縫、孔隙、有機(jī)質(zhì)等泥巖或頁巖裂縫賦存相態(tài)游離相游離+吸附相游離相主控因素構(gòu)造裂縫各類裂縫、有機(jī)碳含量、有機(jī)質(zhì)成熟度等裂縫成藏模式巖石破裂理論、幕式理論、浮力理論吸附理論、活塞式或置換式復(fù)雜理論巖石破裂理論、復(fù)雜成藏理論成藏特點(diǎn)以油為主的原地、就近或異地聚集以氣為主的原地聚集鄰近或烴源巖內(nèi)部成藏保存特點(diǎn)良好的封閉和保存條件抗破壞（構(gòu)造運(yùn)動(dòng)）能力較強(qiáng)適當(dāng)保存生產(chǎn)特點(diǎn)采收率高、產(chǎn)量遞減快采收率低、生產(chǎn)周期長特殊開發(fā)技術(shù)傳統(tǒng)泥頁巖裂縫油氣與典型頁巖氣的異同一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史2.泥頁巖裂縫油氣藏與頁巖氣藏頁巖氣的發(fā)展歷史——中國

泥頁巖裂縫油氣藏僅限于對泥頁巖中游離狀態(tài)油氣儲(chǔ)集空間的初步認(rèn)識，頁巖氣藏則是對泥頁巖中多個(gè)成藏要素的深入探討和綜合認(rèn)識。

盡管我國在多個(gè)盆地的泥頁巖中發(fā)現(xiàn)了油氣藏，但由于在理論研究上認(rèn)識的局限性和勘探工作中對在泥頁巖中尋找油氣資源沒有足夠的重視，導(dǎo)致至今泥頁巖的油氣勘探?jīng)]有出現(xiàn)大的突破，停留在小規(guī)模的裂縫性油氣藏階段，針對頁巖氣的研究還存在較多問題，系統(tǒng)的方法和理論也沒有形成，頁巖氣的勘探開發(fā)和研究明顯滯后。1、慣性思維：我們已經(jīng)習(xí)慣把富含有機(jī)質(zhì)的泥頁巖視為烴源巖，它的主要功能是生烴，即使其裂縫中殘余一些油氣，也是微不足道的，從未認(rèn)識到它作為主力儲(chǔ)層的功能。2、在實(shí)際的勘探工作中，我們眼睛僅僅盯住碎屑巖、碳酸鹽巖儲(chǔ)層，對泥頁巖的油氣顯示往往忽略（尤其是氣顯示），即使油氣顯示強(qiáng)烈，也很少選擇測試。3、在研究工作中，自我限定了泥頁巖裂縫的游離態(tài)油氣的模式，很少考慮有機(jī)質(zhì)、粘土礦物、微孔隙等對烴類氣體的吸附和溶解，從而影響了勘探思路。一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史2.泥頁巖裂縫油氣藏與頁巖氣藏頁巖氣的發(fā)展歷史——中國H2井侏羅系泥巖熒光2005-20082008-20092000-2009獲取參數(shù)勘探選區(qū)開發(fā)試驗(yàn)資源評價(jià)目標(biāo)優(yōu)選技術(shù)儲(chǔ)備跟蹤調(diào)研先導(dǎo)試驗(yàn)地質(zhì)類比借鑒油氣2000-20052009-一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的發(fā)展歷史——中國3.頁巖氣發(fā)展階段近年來，隨著美國頁巖氣實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)開發(fā)，我國頁巖氣研究也迅速發(fā)展：2005年以來，中國石油、中國石化、國土資源部油氣研究中心、中國地質(zhì)大學(xué)、中國石油大學(xué)等單位借鑒北美成功經(jīng)驗(yàn)，相繼以老井復(fù)查、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查為基礎(chǔ)，開展了中國頁巖氣形成條件和資源潛力評價(jià)，在頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)淺井、參數(shù)井和地震勘探，獲取了頁巖氣關(guān)鍵評價(jià)參數(shù)，優(yōu)選了有利頁巖氣區(qū)帶，鉆探了一批頁巖氣評價(jià)井和頁巖氣開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)井，建立了四川威遠(yuǎn)—長寧等國家級頁巖氣開發(fā)示范區(qū)。一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的發(fā)展歷史——中國3.頁巖氣發(fā)展階段——政策支持2009年，美國總統(tǒng)奧巴馬訪華，中美兩國簽署了《中美關(guān)于在頁巖氣領(lǐng)域開展合作的諒解備忘錄》、國土資源部設(shè)立了“全國頁巖氣資源潛力調(diào)查評價(jià)及有利區(qū)優(yōu)選”重大專項(xiàng)；2010年，中美簽署《美國國務(wù)院和中國國家能源局關(guān)于中美頁巖氣資源工作行動(dòng)計(jì)劃》，成立了國家能源頁巖氣研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）

中心。一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的發(fā)展歷史——中國3.頁巖氣發(fā)展階段——政策支持2011年，國土資源部組織開展全國頁巖氣資源潛力調(diào)查評價(jià)及有利區(qū)優(yōu)選工作；共招標(biāo)出讓4個(gè)頁巖氣探礦權(quán)區(qū)塊；國家科技部在國家油氣重大專項(xiàng)中設(shè)立了《頁巖氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)》項(xiàng)目；國家發(fā)改委等多部委聯(lián)合編制中國頁巖氣“十二五”勘探開發(fā)規(guī)劃。一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的發(fā)展歷史——中國3.頁巖氣發(fā)展階段——政策支持2011年底，國土資源部正式啟動(dòng)地質(zhì)找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)，將頁巖氣資源調(diào)查評價(jià)工作作為其中一項(xiàng)重要內(nèi)容；頁巖氣成為我國第172個(gè)獨(dú)立礦種。2012年，國土資源部發(fā)布我國陸域頁巖氣地質(zhì)資源潛力為134.42×1012m3，可采25.08×1012m3（不含青藏區(qū)）；國家發(fā)改委、國土資源部、財(cái)政部、國家能源局共同發(fā)布《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）》，明確了“十二五”末全國頁巖氣探明可采儲(chǔ)量2000億立方米，年產(chǎn)量65億立方米的發(fā)展目標(biāo)。2012年9月，國土資源部啟動(dòng)第二輪頁巖氣招標(biāo)。威201井一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的發(fā)展歷史——中國3.頁巖氣發(fā)展階段——中國石油2006年，中國石油與美國新田石油公司聯(lián)合開展了四川盆地威遠(yuǎn)氣田頁巖氣資源評價(jià)。2007年，中國石油與美國新田石油公司組織開展了“中國頁巖氣資源評價(jià)與有利勘探領(lǐng)域優(yōu)選”。2008年11月，中國石油在四川盆地宜賓地區(qū)完鉆了我國首口頁巖氣井，獲取了大量第一手資料。

2009年，中國石油與挪威石油、?？松梨?、殼牌、康菲等跨國石油公司開展聯(lián)合研究，探索頁巖氣開發(fā)的國際合作方式，計(jì)劃建立頁巖氣先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)。2010年4月，中石油在四川珙縣探獲頁巖氣資源600萬立方。2010年9月，中國石油西南油氣田公司經(jīng)過兩年多在頁巖氣勘探新領(lǐng)域研究后，于2009年部署的威201井喜獲井口測試日產(chǎn)能1.08萬立方米的工業(yè)氣流。一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的發(fā)展歷史——中國3.頁巖氣發(fā)展階段——中國石化2009年，由中國石化油田事業(yè)部海相工作部和華東分公司牽頭，勘探開發(fā)研究院、江漢油田和勘探南方分公司共同開展頁巖氣選區(qū)評價(jià)，初選鄂西—黔中、下?lián)P子宣城區(qū)塊、鄂西區(qū)塊、貴州織金—朗岱區(qū)塊進(jìn)行試驗(yàn)。2010年1月，中石化與英國石油、新田石油、雪佛龍等公司就合作勘探開發(fā)頁巖氣進(jìn)行談判，初選柴窩鋪、富縣、東營、綦江、黔西、黃橋、宣城等合作意向區(qū)塊。2010年5月，由中原油田成功實(shí)施大型壓裂改造的頁巖氣井“方深1井”，標(biāo)志著中國石化頁巖氣勘探開發(fā)工作邁出了實(shí)質(zhì)性的重要一步。方深1井一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史3.頁巖氣發(fā)展階段——中海油、中聯(lián)煤、高校2010年10月，中海油成功收購了美國切薩皮克公司位于美國得克薩斯州南部的EagleFord頁巖氣探區(qū)的1/3的權(quán)益和位于美國科羅拉多東北部與懷俄明州丹佛盆地、粉河盆地頁巖氣探區(qū)項(xiàng)目1/3的權(quán)益，標(biāo)志著中海油正式進(jìn)入頁巖氣勘探開發(fā)領(lǐng)域。此外，國內(nèi)多所高校開始關(guān)注頁巖氣并成立了相關(guān)研究機(jī)構(gòu)：③長江大學(xué)成立“長江大學(xué)HardingShelton頁巖氣研究中心”并啟動(dòng)建立了專門的頁巖氣實(shí)驗(yàn)室；④東北石油大學(xué)將非常規(guī)油氣領(lǐng)域作為重要發(fā)展方向；⑤西安石油大學(xué)則成立石油天然氣地質(zhì)研究所；⑥西南石油大學(xué)重點(diǎn)研究非常規(guī)氣藏的開發(fā)/鉆井技術(shù)；⑦北京大學(xué)與國外合作并側(cè)重于頁巖氣開發(fā)；⑧西北大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）、成都理工大學(xué)等其它院校也相繼開展了相關(guān)工作；……①中國地質(zhì)大學(xué)（北京）跟蹤研究國內(nèi)外頁巖氣研究動(dòng)態(tài)；②中國石油大學(xué)（北京）成立了非常規(guī)天然氣研究院、新能源研究所；

中聯(lián)煤在山西沁水盆地提出了壽陽、沁源和晉城3個(gè)頁巖氣有利區(qū)。頁巖氣的發(fā)展歷史——中國一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的勘探現(xiàn)狀資源類型遠(yuǎn)景資源累計(jì)采出

剩余量

待發(fā)現(xiàn)量備注

常規(guī)油氣

石油（×108t）4110~5479102910322049~3418探明程度43%天然氣（×1012m）436.169.4149.5217.2探明程度50%非常規(guī)油氣

石油（×108t）

超重油及瀝青（油砂）：5206常規(guī)石油的1.8~2.9倍

油頁巖：3397~8534合計(jì)：8603~13740天然氣（×1012m）煤層氣：168~312/中值256.1常規(guī)天然氣的2.2倍

致密砂巖氣：209.6頁巖氣：456天然氣水合物：>2501合計(jì)：3423從全球非常規(guī)天然氣資源量來看，頁巖氣資源量巨大，占天然氣資源量的12%。全球油氣資源量統(tǒng)計(jì)表一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的勘探現(xiàn)狀全球已掀起“頁巖氣革命”，目前已有多個(gè)國家在進(jìn)行頁巖氣前期評價(jià)和勘探開發(fā)先導(dǎo)試驗(yàn)，其中以美國頁巖氣勘探開發(fā)較為成熟。國家和地區(qū)技術(shù)可采資源量（萬億方）加拿大、墨西哥30.3美國24.4北美合計(jì)54.7南美7國34.7歐洲（不含俄聯(lián)邦）17.7非洲29.5中國36澳大利亞11.2合計(jì)187.4美國能源署統(tǒng)計(jì)全球頁巖氣勘探開發(fā)分布圖美國是世界上最早發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn)頁巖氣的國家，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了頁巖氣的大規(guī)模商業(yè)開采；美國發(fā)現(xiàn)30多個(gè)頁巖氣盆地，以5大盆地為主，主要沿兩大褶皺系分布。1.美國頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史2003年，頁巖氣開發(fā)的5個(gè)盆地，具有頁巖氣勘探前景的6個(gè)盆地（據(jù)BasimFaraj等，2004）。

2006年，頁巖氣開發(fā)的23個(gè)盆地，具有頁巖氣勘探前景的2個(gè)盆地。

2009年，美國進(jìn)行頁巖氣勘探開發(fā)的盆地超過30個(gè)，圍繞“U”形裂帶，由東向西迅速展開。（Schlumberger公司，2009）頁巖氣的勘探現(xiàn)狀美國6大盆地的頁巖氣產(chǎn)量均處在大幅上升階段，Barnett盆地是最為重要。從全球天然氣的產(chǎn)量預(yù)測來看，非常規(guī)天然氣的產(chǎn)量將小幅上漲，2035年約占總產(chǎn)量的18%，美國目前早已超過20%。一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的勘探現(xiàn)狀1.美國頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀全球不同類型天然氣產(chǎn)量預(yù)測美國6大盆地頁巖氣年產(chǎn)量三大海相頁巖氣分布區(qū)南方古生界海相頁巖華北地區(qū)下古生界海相頁巖塔里木盆地寒武-奧陶系海相頁巖

五大陸相頁巖分布區(qū)松遼盆地白堊系湖相頁巖準(zhǔn)噶爾盆地中-下侏羅統(tǒng)湖相頁巖鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)湖相頁巖吐哈盆地中-下侏羅統(tǒng)湖相頁巖渤海灣下第三系湖相頁巖我國主要頁巖氣藏勘探開發(fā)有利領(lǐng)域分布圖鄂爾多斯Ordos華北地區(qū)Huabeiregion渤海灣Bohaiwan松遼盆地Songliao吐哈Tuha準(zhǔn)噶爾Junggar塔里木Tarim南方地區(qū)Southregion陸上沉積盆地505個(gè)，沉積巖面積520×104km2；陸相盆地424個(gè)，沉積巖面積400×104km2；海相盆地81個(gè)，沉積巖面積250×104km2。一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史頁巖氣的勘探現(xiàn)狀2.我國頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀威201井、寧201井等在川南志留系龍馬溪組海相頁巖取得勘探突破柳評177、179井等在鄂爾多斯盆地延長組長7段陸相頁巖取得勘探突破建111井在鄂西侏羅系自流井組東岳廟段陸相頁巖取得勘探突破湘頁1井在二疊系大隆組海陸過渡相頁巖取得勘探突破海相陸相陸相海陸過渡相一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史我國石油企業(yè)的頁巖氣勘探工作主要集中在四川盆地及其周緣、鄂爾多斯盆地、遼河?xùn)|部凹陷等地區(qū)。截至2011年底，已經(jīng)完鉆近30口頁巖氣探井，18口井壓裂獲工業(yè)氣流，初步掌握頁巖氣壓裂技術(shù)，在海相、陸相、海陸過渡相頁巖層系中均實(shí)現(xiàn)頁巖氣突破。頁巖氣的勘探現(xiàn)狀2.我國頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀陸相提綱一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史

二、頁巖氣的成因及賦存狀態(tài)

三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征四、頁巖氣的成藏機(jī)理五、我國頁巖氣資源潛力六、結(jié)論及認(rèn)識二、頁巖氣的成因及賦存狀態(tài)頁巖氣成因類型頁巖氣的成因根據(jù)熱演化程度的天然氣成因類型劃分：生物氣：系指不同類型有機(jī)質(zhì)在未成熟—低熟階段（Ro值小于0.6%），由厭氧細(xì)菌的生物化學(xué)作用形成的天然氣。熱成因氣：隨著埋深的增加，溫度、壓力增大，有機(jī)質(zhì)在較高溫度及持續(xù)加熱期間經(jīng)熱降解作用和熱裂解作用生成大量油氣。二、頁巖氣的成因及賦存狀態(tài)頁巖氣的成因熱成因氣的形成有干酪根成氣、原油裂解成氣和瀝青裂解成氣3種途徑。①干酪根成氣是由沉積有機(jī)質(zhì)直接熱解形成天然氣；②原油裂解成氣是有機(jī)質(zhì)在液態(tài)烴演化階段形成的、滯留在烴源巖中的液態(tài)烴,經(jīng)深埋藏后的高溫、高壓作用，進(jìn)一步裂解成氣；③瀝青裂解成氣的物質(zhì)基礎(chǔ)來源于的兩個(gè)方面：一是源巖中干酪根在各演化階段生烴過程中形成的，另一方面是由原油裂解成氣或遭破壞形成的。熱成因氣可進(jìn)一步分為：

熱解氣：系指在成熟和高成熟演化階段（Ro值為0.6%~2.0%），有機(jī)質(zhì)經(jīng)熱催化作用降解而形成的天然氣。裂解氣：系指在過成熟階段（Ro值大于2.0%），殘余干酪根、已生成的液態(tài)烴和部分重?zé)N氣經(jīng)過高溫裂解作用而形成的天然氣。熱成因氣形成途徑示意圖（Montgomery等，2005）二、頁巖氣的成因及賦存狀態(tài)頁巖氣的成因已發(fā)現(xiàn)的頁巖氣有機(jī)成因來源種類多(從生物氣-低熟氣-成熟氣-過成熟氣-油裂解氣）。不同成因的頁巖氣，其氣組成、碳同位素值差異較大，有非常干的氣（99%甲烷）到非常濕的氣（80%）且可以包含無機(jī)氣如CO2和N2。

地名頁巖δ13C1/‰氣組成生產(chǎn)類型頁巖氣類型美國Barnett組

-41.13~-47.59濕度高于20%，高N2和CO2氣（Ro>1.3%）；油氣、油<1.3%熱解氣及油裂解氣Ohio組

差異較大氣、油氣共產(chǎn)，水少熱解氣Antrim組

-49.6~-57.4濕度〈10%，高N2和CO2氣和水生物氣NewAlbany組

-49.5~-54.6濕度〈11.7%，高CO2氣和水熱解氣+生物氣Lewis組

干氣，濕度〈2%，高CO2氣熱解氣Fayetteville

干氣，濕度小于2%氣熱解氣及油裂解氣加拿大Alberta-Montanatrend

-67.7~-60.4干氣，濕度小于2%氣和水生物氣或低熟氣（據(jù)Hill和Nelson,2000;RonaldJHill，2007;Jarvie等，2001;Schmoker等，1996；Kuushraa等，1998;Pollastro等,2007;Forgotson,2006;Martinietal.,2003;McIntoshetal.,2002;Farajetal,2002）已進(jìn)行頁巖氣商業(yè)開采地區(qū)頁巖氣特征二、頁巖氣的成因及賦存狀態(tài)根據(jù)母質(zhì)類型的天然氣成因類型劃分：油型氣：腐泥型氣，天然氣的原始母質(zhì)為腐泥型或偏腐泥型（干酪根類型：Ⅰ、Ⅱ1

）；煤型氣：腐殖型氣，天然氣的原始母質(zhì)為腐殖型或偏腐殖型（干酪根類型：Ⅲ、Ⅱ2

）；混合成因氣：由兩種或兩種以上成因類型的天然氣混合而成的氣體。熱演化階段油型氣干酪根類型（Ⅰ、Ⅱ1）煤型氣干酪根類型（Ⅲ、Ⅱ2）生物氣階段熱演化程度Ro：小于0.6%油型生物氣Michigan盆地Antrim頁巖氣煤型生物氣熱解氣階段熱演化程度Ro：0.6%—2.0%油型熱解氣FortWorth盆地Barnett頁巖氣煤型熱解氣SanJuan盆地Lewis頁巖氣裂解氣階段熱演化程度Ro：大于2.0%油型裂解氣四川盆地的下寒武統(tǒng)深部Fayetteville頁巖氣煤型裂解氣頁巖氣的成因類型頁巖氣成因類型劃分常見的混合氣主要有2類：①同一烴源巖（母質(zhì)類型）不同演化階段生成的天然氣的混合；②不同烴源巖（母質(zhì)類型）生成天然氣的混合。美國Illinois盆地NewAlbany頁巖氣、Appalachian盆地Ohio頁巖氣可以劃歸油型（生物、熱解）混合成因氣。Arkoma盆地的Mississippian頁巖可以劃歸氣煤型油型混合成因氣。二、頁巖氣的成因及賦存狀態(tài)頁巖氣的成因類型美國不同盆地頁巖氣類型分布特征二、頁巖氣的成因及賦存狀態(tài)頁巖氣的賦存有三種基本方式：

①

以物理或化學(xué)的形式吸附在干酪根和粘土顆粒表面上；

②

以游離氣的形式存在于有機(jī)質(zhì)分解或成巖、構(gòu)造作用形成的孔隙或裂縫中；

③

少量頁巖氣甚至可以在干酪根和瀝青質(zhì)中以溶解狀態(tài)存在。頁巖氣的賦存狀態(tài)賦存方式：以吸附氣和游離氣為主Barnett頁巖微裂縫微孔隙游離氣吸附氣有機(jī)質(zhì)產(chǎn)出方式：解吸、游離、微裂縫“原地”成藏：無運(yùn)移或極短距離的有限運(yùn)移。粘土礦物美國不同頁巖中吸附氣及游離氣含量二、頁巖氣的成因及賦存狀態(tài)在天然氣的最初生成階段，主要由生物作用所產(chǎn)生的天然氣首先滿足有機(jī)質(zhì)和巖石顆粒表面吸附的需要，當(dāng)吸附氣量與溶解的逃逸氣量達(dá)到飽和時(shí)，天然氣則以游離相或溶解相進(jìn)行運(yùn)移，條件適宜時(shí)可為水溶氣藏的形成提供豐富氣源。此時(shí)所形成的頁巖氣藏分布限于頁巖內(nèi)部且以吸附狀態(tài)為主要賦存方式，總體含氣量有限。有機(jī)碳的存在導(dǎo)致碳?xì)浠衔镆晕綒獾男问酱嬖谟诳紫缎杂袡C(jī)物的表面活性區(qū)域，同時(shí)，干酪根為頁巖基質(zhì)創(chuàng)造了混合潤濕性環(huán)境，其存在提高了這種吸附作用的存在。頁巖中干酪根的掃描電子顯微鏡照片頁巖氣的賦存狀態(tài)1.吸附氣（Adsorbed-stategas）（VelloA.K.，2009）吸附氣二、頁巖氣的成因及賦存狀態(tài)游離氣也是頁巖氣賦存的主要方式之一。影響賦存的因素：巖層的孔隙度、構(gòu)造裂縫和壓力等因素。頁巖氣的賦存狀態(tài)2.游離氣（Freegas）（VelloA.K.，2009）孔隙發(fā)育孔隙度較大時(shí)孔隙度較小時(shí)

游離氣

吸附氣二、頁巖氣的成因及賦存狀態(tài)

頁巖氣極少以溶解的形式存在。沉積盆地的有機(jī)質(zhì)在生物改造和熱化學(xué)動(dòng)力學(xué)作用下生成的天然氣，其中一部分會(huì)溶解在地層水中，隨著地層水滯留在原地，或由于頁巖孔滲性、構(gòu)造作用的影響隨地層水流動(dòng)而發(fā)生短距離運(yùn)移，成為溶解氣。頁巖氣的賦存狀態(tài)3.溶解氣（Solutiongas）1、游離氣；2、吸附氣；3、溶解氣；4、固體顆粒；5、孔隙Barnett頁巖氣體含量（據(jù)Montgomery,2005）地名頁巖地區(qū)地層蓋層氣含量美國Barnett組FortWorth密西西比系頁巖吸附氣45%Ohio組Appalachian泥盆系頁巖隨TOC變化Antrim組Michigan泥盆系冰漬物吸附氣70%-75%NewAlbany組Illinois泥盆系頁巖/碳酸鹽隨TOC變化Lewis組SanJuan白堊系斑脫巖吸附氣88.5%FayettevilleArkoma盆地密西西比系頁巖主要為吸附氣加拿大Alberta-MontanatrendAlberta東北部晚白堊世隨TOC變化(據(jù)Hill和Nelson，2000；RonaldJHill，2007；Jarvie等，2001；Schmoker等，1996；Kuushraa等，1998；Pollastro等，2007；Forgotson，2006；Martinietal.，2003；McIntoshetal.，2002；Farajetal.，2002)已進(jìn)行頁巖氣商業(yè)開采地區(qū)頁巖吸附氣量統(tǒng)計(jì)表頁巖氣主要以游離氣和吸附氣為主，且吸附氣含量較高，在45%-85%。提綱一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史

二、頁巖氣的成因及賦存狀態(tài)三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征

四、頁巖氣的成藏機(jī)理五、我國頁巖氣資源潛力六、結(jié)論及認(rèn)識三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征泥頁巖的地球化學(xué)特征1.有機(jī)質(zhì)類型有機(jī)質(zhì)類型是基于不同沉積環(huán)境、不同來源有機(jī)質(zhì)所具有的成分和結(jié)構(gòu)的差別，進(jìn)行的分類。根據(jù)美國主要頁巖氣盆地的資料，產(chǎn)氣頁巖中的干酪根類型Ⅰ型、Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅲ型均存在，總體來看，以Ⅰ型和Ⅱ型為主，也有部分Ⅲ型。

泥頁巖有機(jī)地化特征不但影響著巖石的生氣能力，而且對巖石的儲(chǔ)集能力（尤其是吸附能力）具有重要的控制作用。BarnettShale(courtesyofDanJarvie)三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征中國重點(diǎn)盆地重點(diǎn)層系暗色泥頁巖有機(jī)質(zhì)類型分布圖

烴源巖條件1.有機(jī)質(zhì)類型我國不同盆地、不同地質(zhì)時(shí)代的泥頁巖有機(jī)質(zhì)類型不同，總體上表現(xiàn)為隨著沉積環(huán)境由海相到海陸過渡相再到陸相的演化過程，泥頁巖中有機(jī)質(zhì)類型也從古生界以Ⅰ型、Ⅱ1型為主，演化到中、新生界以Ⅱ2型和Ⅲ型為主。

三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征烴源巖條件1.有機(jī)質(zhì)類型Ⅰ型與Ⅱ型干酪根主要以生油為主，Ⅲ型干酪根主要以生氣為主，在熱演化程度較高時(shí)，它們都可以生成大量天然氣。三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征有機(jī)質(zhì)豐度是指巖石當(dāng)中有機(jī)質(zhì)的相對含量，用以評價(jià)巖石的生烴潛力，主要指標(biāo)包括有機(jī)碳含量（TOC）、氯仿瀝青“A”和總烴以及巖石熱解生烴潛量等。含氣頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度不但決定頁巖氣的生成量，而且影響頁巖氣的賦存和富集，進(jìn)而影響頁巖氣的資源豐度。美國大規(guī)模商業(yè)開發(fā)的五大含氣頁巖系統(tǒng)有機(jī)碳含量0.5%~25％，其中目前頁巖氣單井產(chǎn)量和年產(chǎn)量較高的Barnett頁巖系統(tǒng)有機(jī)碳2.0%~7.0％。頁巖氣有利發(fā)育區(qū)的有機(jī)碳含量大于1.0％，最好大于2.0。烴源巖條件2.有機(jī)質(zhì)豐度TOC(%)三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征烴源巖條件2.有機(jī)質(zhì)豐度60m40m95m川中高科1井、川北南江剖面、方深1井下寒武統(tǒng)筇竹寺組黑色頁巖TOC含量。四川南江沙灘剖面（據(jù)梁狄剛，2008）高科1井方深1井三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征30m115m33m93m川東北鎮(zhèn)巴觀音剖面川東石柱漆遼剖面黔西北習(xí)水良村淺5井川南丁山1井剖面位置地層TOC%范圍/平均川東石柱漆遼龍馬溪組1-7/2.5川東北鎮(zhèn)巴龍馬溪組0.2-2.7/1.2丁山1井龍馬溪組0.2-4/1.2習(xí)水龍馬溪組2-8/2.1四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組典型地化剖面（據(jù)梁狄剛等，2008）志留統(tǒng)龍馬溪組TOC含量0.07%~8.32%，平均1.20%。優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育于龍馬溪組底部，向上隨著含砂質(zhì)的增加，TOC含量迅速減小烴源巖條件2.有機(jī)質(zhì)豐度三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征泥頁巖的地球化學(xué)特征2.有機(jī)質(zhì)豐度中國重點(diǎn)盆地重點(diǎn)層系暗色泥頁巖有機(jī)碳含量從有機(jī)質(zhì)豐度來看，不同盆地、不同地質(zhì)時(shí)代泥頁巖差異較大，有機(jī)碳含量0.6%~11.8%，最小值為柴達(dá)木盆地古近系泥頁巖，最大為塔里木盆地三疊系—侏羅系泥頁巖。

三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征泥頁巖的地球化學(xué)特征2.有機(jī)質(zhì)豐度吐哈盆地酒泉盆地西部中小盆地三塘湖盆地TOC(%)塔里木盆地準(zhǔn)噶爾盆地柴達(dá)木盆地我國西北區(qū)盆地各層段泥頁巖有機(jī)碳含量柱狀圖三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征烴源巖條件2.有機(jī)質(zhì)豐度有機(jī)碳含量是頁巖氣聚集成藏最重要的控制因素之一，有機(jī)碳含量和氣體含量（包括總氣體含量和吸附氣含量）有很好的正相關(guān)關(guān)系。美國主力產(chǎn)氣頁巖有機(jī)質(zhì)豐度均較高。其中產(chǎn)生物氣頁巖TOC平均為6%。三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征3.有機(jī)質(zhì)熱演化程度有機(jī)質(zhì)熱演化程度即沉積有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的程度，是烴源巖評價(jià)的重要指標(biāo)，常用參數(shù)包括鏡質(zhì)體反射率（Ro）、最高熱解峰溫（Tmax）、粘土礦物混層比、孢粉顏色等。烴源巖條件CORRELATIONOFVARIOUSMATURATIONINDICESANDZONESOFPETROLEUMGENERATIONANDDESTRUCTIONWET-GASFLOORPEAKOILGENERATIONDRY-GASPRESERVATIONLIMITZONESOFPETROLEUMGENERATIONANDDESTRUCTIONORGANICMATTERTYPE

LIPID(OIL)MIXEDHUMIC(GAS)OILWETGASDRYGASPEAKWET-GASGEN.PEAKDRY-GASGEN.OILFLOORCBITUMINOUSPEATLIGNITEANTHRACITEBACOALRANK0.20.40.50.60.30.80.91.00.71.201.352.03.05.04.0VITRINITEREVLECTANCE(Ro)%PYROLYSISS2

Tmax

(oC)410450435470500550600650700WEIGHT%CARBONINKEROGEN65707580859095THERMALALTERATIONINDEX(TAI)1324----++++0RoTmax三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征3.有機(jī)質(zhì)熱演化程度烴源巖條件美國大規(guī)模商業(yè)開發(fā)的五大含氣頁巖系統(tǒng)Ro=0.4%~2.2％（目前勘探開發(fā)的Haynesville頁巖、Fayetteville頁巖、Marcellus頁巖Ro=0.6%~4.9％），其中目前頁巖氣單井產(chǎn)量和年產(chǎn)量較高的Barnett頁巖系統(tǒng)Ro=1.1%~2.2％。

FortWorth盆地Barnett頁巖有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）在5500英尺以淺變化較小，5500英尺以深增加較快。熱成熟度也是頁巖氣成藏的一個(gè)重要控制因素，一般頁巖氣的生成貫穿于整個(gè)有機(jī)質(zhì)生烴的過程，Ro一般為0.4%~2%，生烴范圍廣。三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征3.有機(jī)質(zhì)熱演化程度重點(diǎn)盆地重點(diǎn)層系暗色泥頁巖成熟度分布圖烴源巖條件由于泥頁巖的有機(jī)質(zhì)熱演化程度受到埋深的影響，總體上，自古生界到中生界，再到新生界，有機(jī)質(zhì)的熱演化程度逐漸降低，自高過成熟至未熟、低熟都有分布，鏡質(zhì)體反射率（Ro）最大3.5%，最小0.4%。

三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征3.有機(jī)質(zhì)熱演化程度烴源巖條件我國西北區(qū)上石炭統(tǒng)泥頁巖鏡質(zhì)體反射率平面分布圖N2.0三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征3.有機(jī)質(zhì)熱演化程度烴源巖條件我國西北區(qū)二疊系泥頁巖鏡質(zhì)體反射率平面分布圖N2.0三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征3.有機(jī)質(zhì)熱演化程度烴源巖條件我國西北區(qū)中、下侏羅統(tǒng)泥頁巖鏡質(zhì)體反射率平面分布圖N2.0三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征3.有機(jī)質(zhì)熱演化程度事實(shí)上，頁巖氣的成因類型與其有機(jī)質(zhì)熱演化程度密切相關(guān)，低演化程度時(shí)頁巖氣藏主要是生物成因，而隨著泥頁巖Ro的增大，逐漸轉(zhuǎn)化為熱成因型氣藏。對于熱成因型氣藏，隨著頁巖Ro的增高，含氣量將會(huì)逐漸增大。主要有兩個(gè)原因：一是有機(jī)質(zhì)生成烴后，體積縮小會(huì)產(chǎn)生超微孔隙，有利于頁巖氣的富集；二是Ro>1.1%后，頁巖油開始裂解生氣。烴源巖條件泌頁HF1井頁巖有機(jī)質(zhì)孔隙Shawn,Zhang,2011,SCA三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征3.有機(jī)質(zhì)熱演化程度FortWorth盆地Barnett頁巖油氣產(chǎn)量與有機(jī)質(zhì)熱演化程度之間的關(guān)系（2900口井，IHSEnergy，2003）烴源巖條件三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征烴源巖條件4.綜合評價(jià)Ⅰ型與Ⅱ型干酪根主要以生油為主，Ⅲ型干酪根主要以生氣為主，在熱演化程度較高時(shí)，它們都可以生成大量天然氣，因此，頁巖氣可以在不同有機(jī)質(zhì)類型的源巖中產(chǎn)出，有機(jī)質(zhì)的總量和成熟度才是決定源巖產(chǎn)氣能力的重要因素。一般說來，Ro＝0.6%~1.6％烴源巖達(dá)到成熟或高成熟，處于烴類大規(guī)模生成窗，有利于油氣的勘探。頁巖氣是連續(xù)生成的生物氣、熱成因氣?？梢园秧搸r氣認(rèn)為是烴源巖中未排出的殘留氣，換句話說，生氣量較小、能夠滿足泥頁巖的賦存儲(chǔ)集就可以形成頁巖氣藏，因此，熱演化程度范圍可以適當(dāng)放寬。三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征有機(jī)質(zhì)豐度影響了頁巖的生氣量與含氣量。北美地區(qū)商業(yè)價(jià)值頁巖氣藏TOC>2%。干酪根類型決定了生油、生氣能力。I、II型干酪根易生油，III型干酪根易生氣。熱成熟度Ro反映有機(jī)質(zhì)是否已經(jīng)成熟，雖然在不同階段生成的天然氣皆可形成頁巖氣藏，但是成熟度越高其產(chǎn)氣量越大。北美較好的頁巖氣儲(chǔ)層的Ro>1.1%。烴源巖條件4.綜合評價(jià)北美主要頁巖氣源巖地球化學(xué)參數(shù)表

（據(jù)Hill，Nelson，2000；Curtis，2002；BP公司交流，2009；ZhangSH，2010；MurrayRoth，2011）

中國廣泛分布頁巖，含氣頁巖具有“三高”特點(diǎn)：高有機(jī)質(zhì)豐度、高有機(jī)質(zhì)熱演化程度及高后期改造程度。中美兩國的頁巖氣發(fā)育條件具有相似性，主要表現(xiàn)在兩方面：相似的盆地類型及大地構(gòu)造位置、相似的頁巖沉積環(huán)境。中美典型聚氣頁巖的生氣條件對比表（據(jù)聶海寬等，2010）

三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征烴源巖條件4.綜合評價(jià)三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征1.儲(chǔ)集性能GRI(美國天然氣研究所)巖心分析法對威遠(yuǎn)地區(qū)九老洞組頁巖評價(jià)結(jié)果常規(guī)砂巖700

m孔隙系統(tǒng)礦物骨架含氣頁巖100

m孔隙中的自由氣孔隙中的自由氣和干酪根吸附氣干酪根巖樣號原有條件下干燥和DEANSTARK提取條件下體積密度（g/cm3）基質(zhì)滲透率（×10-8mD）含氣孔隙度（%）含氣飽和度（%）顆粒密度（g/cm3）孔隙度（%）含油飽和度（%）含水飽和度（%）12.646.91.7168.62.492.49031.422.665.471.2452.12.7162.38047.932.681.280.8649.82.7181.73050.242.651.481.59672.7072.38033儲(chǔ)層條件儲(chǔ)集性能是指巖石的孔隙發(fā)育程度及滲透性能，即巖石能夠儲(chǔ)集和運(yùn)輸油氣的能力。通常用孔隙度和滲透率表征。三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征1.儲(chǔ)集性能儲(chǔ)層條件UtahColorado頁巖孔隙度與滲透率孔隙度是確定游離氣含量和評價(jià)頁巖滲透性的主要參數(shù)。作為儲(chǔ)層，含氣頁巖顯示出低的孔隙度（<10%）、低滲透率，滲透率多在0.0002~0.0363mD之間，一般小于0.01mD。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有平均50%左右的頁巖氣存儲(chǔ)在頁巖基質(zhì)孔隙中。頁巖儲(chǔ)集層為特低孔滲儲(chǔ)集層，以發(fā)育多類型微米甚至納米級孔隙為特征，包括顆粒間微孔、黏土片間微孔、顆粒溶孔、溶蝕雜基內(nèi)孔、粒內(nèi)溶蝕孔及有機(jī)質(zhì)孔等?？紫洞笮∫话阈∮?μm，有機(jī)質(zhì)孔喉一般100~200nm，比表面積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，豐富的內(nèi)表面積可以通過吸附方式儲(chǔ)存大量氣體。三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征1.儲(chǔ)集性能由于分子引力作用，常溫常壓下吸附氣體的厚度不超過2~3個(gè)分子層。（底圖據(jù)PhilipH.Nelson，2009）頁巖孔喉直徑范圍吸附氣？游離氣儲(chǔ)層條件三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征1.儲(chǔ)集性能儲(chǔ)層條件Permeability(mD)0.0010.010.11.010.0ExtremelyTightVeryTightTightLowModerateHighConventionalTightTighterthanTightUSDOEStudyGraniteMontneyBarnettSidewalkCement0%porosityLimestoneGeneraloilfieldrocks0.0001GoodShale頁巖最突出的特點(diǎn)是孔隙度和滲透率極低，典型的氣頁巖的基質(zhì)滲透率處于微達(dá)西—納達(dá)西范圍。三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征1.儲(chǔ)集性能儲(chǔ)層條件三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征1.儲(chǔ)集性能儲(chǔ)層條件三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征渝東南地區(qū)下寒武統(tǒng)黑色頁巖孔隙度黔北地區(qū)下志留統(tǒng)黑色頁巖孔隙度長寧雙河剖面五峰-龍馬溪組黑色頁巖孔隙度我國南方古生界泥頁巖孔隙度一般0.7%~9.2%，平均值4.9%。

渝東南：孔隙度一般0.7%~3.8%，平均值3.2%；川南：孔隙度3.6%~9.2%，平均值6.4%；黔北：孔隙度一般1.5%~6.0%，平均值3.8%。儲(chǔ)層條件1.儲(chǔ)集性能三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征儲(chǔ)層條件1.儲(chǔ)集性能我國西北區(qū)盆地泥頁巖孔-滲關(guān)系圖我國西北區(qū)不同層位泥頁巖孔-滲關(guān)系圖我國西北區(qū)各盆地中，三塘湖盆地二疊系、酒泉盆地白堊系總體有較高的滲透率和較寬的孔隙度變化范圍，并且正的相關(guān)性較好。其他盆地的其他層位滲透率普遍較低，主要都低于0.1mD，孔隙度有較大的變化范圍。三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征2.礦物組成儲(chǔ)層條件頁巖礦物組成主要包括石英、長石、方解石等碎屑礦物，黃鐵礦等自生礦物，伊利石、蒙脫石、高嶺石等黏土礦物，以及有機(jī)質(zhì)。硅質(zhì)、鈣質(zhì)礦物成分越高，脆性大，頁巖儲(chǔ)層加砂壓裂時(shí)，越容易被壓開，易于儲(chǔ)層改造，造縫能力強(qiáng)。北美地區(qū)頁巖開發(fā)要求脆性礦物含量大于40%。美國典型頁巖氣盆地頁巖礦物組成三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征儲(chǔ)層條件2.礦物組成含氣泥頁巖并不僅僅是單純的頁巖，它也包括細(xì)粒的粉砂巖、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及灰?guī)r、白云巖等。頁巖作為巖層，為不同顆粒大小和不同含量礦物的混合（Cardott，2006）。三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征Barnett頁巖地層不同深度巖心樣品礦物含量變化（LeeUtley，2005）儲(chǔ)層條件2.礦物組成Barnett頁巖的礦物學(xué)三元圖解三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征我國南方古生界筇竹寺組頁巖礦物組成我國南方古生界龍馬溪組頁巖礦物組成儲(chǔ)層條件2.礦物組成三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征脆性礦物以石英為主，粘土礦物以伊利石和伊蒙混層為主。儲(chǔ)層條件2.礦物組成三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征儲(chǔ)層條件2.礦物組成我國西北區(qū)盆地泥頁巖礦物組成我國西北區(qū)不同層位泥頁巖礦物組成我國西北區(qū)盆地頁巖粘土礦物組成我國西北區(qū)不同層位頁巖粘土礦物組成三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征儲(chǔ)層條件3.裂縫發(fā)育特征泥頁巖裂縫類型及成因（曾聯(lián)波等，1999；姬美蘭等，2002；張金功等，2002；黃龍威，2005；姜照勇等，2006；寧方興，2008；向立宏，2008；趙振寧等，2008；GhoshK.等，2009；丁文龍等，2003，2011）

裂縫分類方法種類繁多，各有不同。主要從裂縫成因、產(chǎn)狀、幾何形態(tài)、破裂性質(zhì)等方面進(jìn)行分類，其中以成因?yàn)榛A(chǔ)的分類方案最可行。對于低孔、低滲的“泥頁巖儲(chǔ)層”裂縫的分類，依據(jù)其成因可劃分為構(gòu)造裂縫和非構(gòu)造裂縫2種大的成因類型和12個(gè)亞類，不同類型裂縫的特征及形成機(jī)理均不相同。三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征Barnett頁巖的裂縫很發(fā)育，寬度小于0.05mm。美國商業(yè)開采的頁巖氣藏要么天然裂縫發(fā)育、要么需要壓裂，因此裂縫的發(fā)育程度應(yīng)是頁巖氣藏產(chǎn)能的主控因素之一。裂縫既是頁巖氣短距離運(yùn)移的通道，又是頁巖氣成藏的儲(chǔ)集空間。儲(chǔ)層條件3.裂縫發(fā)育特征三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征頁巖中極低的基巖滲透率，開啟的、相互垂直的或多套天然裂縫能增加頁巖氣儲(chǔ)層的產(chǎn)量。那些低泊松比、高彈性模量、富含有機(jī)質(zhì)的脆性頁巖才是頁巖氣資源的首要勘探目標(biāo)。儲(chǔ)層條件3.裂縫發(fā)育特征Utica褐色頁巖中的天然裂縫（David，2004）Michigan盆地Antrim頁巖裂縫特征及其產(chǎn)量對比圖（Decker等，1992）渝頁1井巖心裂縫組系非常復(fù)雜，可出現(xiàn)多種切割關(guān)系三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征儲(chǔ)層條件4.孔隙結(jié)構(gòu)粒間孔晶間孔溶蝕孔有機(jī)質(zhì)孔隙（Loucksetal,2010）粒間孔：主要發(fā)育于礦物顆粒之間；晶間孔：發(fā)育于晶體之間的孔隙；

粒內(nèi)孔：顆粒內(nèi)部發(fā)育的孔隙?？紫督Y(jié)構(gòu)是指巖石當(dāng)中孔隙和吼道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通的關(guān)系。非常規(guī)孔隙類型分布三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征石英粒內(nèi)孔，呈方形或條形，高46井，長6，1742.5m長石粒內(nèi)孔，呈圓形或三角形，高46井，長6，1742.5m儲(chǔ)層條件4.孔隙結(jié)構(gòu)方解石粒內(nèi)溶蝕孔，蜂窩狀或片狀，平長1井，大安寨組，3186.8m石英粒內(nèi)孔，三角形，西56井，涼高山組，1722.3m三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征儲(chǔ)層條件4.孔隙結(jié)構(gòu)e,f-威201井筇竹寺組砂質(zhì)頁巖黃鐵礦晶間散布的有機(jī)質(zhì)內(nèi)納米級孔隙；g,h-威201井筇竹寺組砂質(zhì)頁巖粒間有機(jī)質(zhì)微米、納米級孔隙。a-四川盆地長芯1井龍馬溪組黑色頁巖有機(jī)質(zhì)內(nèi)近圓形微孔隙；b-四川盆地長芯1井龍馬溪組黑色頁巖伊利石、黃鐵礦間散布的有機(jī)質(zhì)內(nèi)納米級孔隙；c,d-四川盆地威201井龍馬溪組黑色頁巖分散狀、紋層狀有機(jī)質(zhì)內(nèi)納米級孔隙。三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征儲(chǔ)層條件4.孔隙結(jié)構(gòu)根據(jù)孔徑大小，泥頁巖孔隙可劃分為：大孔：大于50nm；介孔：2~50nm；微孔：小于2nm。松遼盆地泥頁巖孔容分布圖微孔介孔大孔三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征5.孔隙度與含氣性孔隙度與頁巖的氣體總含量之間呈正相關(guān)關(guān)系；隨孔隙度的增加，含氣量中游離氣量的比例增加。儲(chǔ)層條件總氣體含量與巖石孔隙的關(guān)系（Chalmers，2008）孔隙度對游離氣含量的影響頁巖名稱AntrimOhioNewAlbanyBarnettLewis分布地區(qū)密歇根州Otsego郡肯塔基州Pike郡印第安納州Harrison郡德克薩斯州Wise郡新墨西哥州SanJuan和RioArriba郡所在盆地密歇根阿巴拉契亞伊利諾斯福特沃斯圣胡安盆地類型內(nèi)克拉通盆地山前坳陷復(fù)合盆地前陸盆地陸緣坳陷層位泥盆系泥盆系泥盆系石炭系白堊系巖性薄層狀粉砂質(zhì)黃鐵礦和富有機(jī)質(zhì)頁巖碳質(zhì)頁巖和較粗粒碎屑巖互層褐色頁巖、灰色頁巖含硅頁巖、石灰?guī)r和少量白云巖富含石英的泥巖埋藏深度（m）183~732610~1524183~14941981~2591914~1829頁巖儲(chǔ)層厚度（m）21~379~3015~3015~6161~91總有機(jī)碳含量（%）0.3~24.00~4.71.0~254.50.45~2.5熱成熟度Ro（%）0.4~0.60.4~1.30.4~1.01.0~1.31.60~1.88氣體成因類型熱解氣、生物氣熱解氣生物氣熱解氣熱解氣干酪根類型Ⅰ型Ⅱ型、Ⅰ型Ⅰ型Ⅱ型Ⅰ型總孔隙度（%）94.710.0~14.04.0~5.03.0~5.5含氣孔隙度（%）4252.51.0~3.5吸附氣含量（%）705040~602060~85儲(chǔ)層壓力（psi）4005000~2000300~6003000~40001000~1500壓力梯度（psi/ft）0.350.15~0.400.430.43~0.440.20~0.25綜合評價(jià)1.美國頁巖氣地質(zhì)特征美國五大含氣頁巖地質(zhì)特征從美國已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)開發(fā)的含氣頁巖來看，富氣的泥頁巖通常發(fā)育于盆地中心區(qū)、斜坡區(qū)，TOC一般＞2%，最好在2.5~3.0%以上；Ro一般在1.1%以上，美國主要頁巖氣層Ro為1.1%~3.5%；厚度一般在15m以上，TOC低的頁巖厚度一般在30m以上；脆性礦物、微裂縫發(fā)育，其中石英、方解石、長石等礦物含量大于30%~40%。三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征中國陸上廣泛發(fā)育海相、海陸過渡相、陸相三大套富有機(jī)質(zhì)黑色泥頁巖，均具備形成頁巖氣的基本地質(zhì)條件。它們有共性，也有特殊性，勘探開發(fā)實(shí)踐與研究中一定要注意區(qū)別對待。盆地內(nèi)古生界頁巖以海相沉積為主，區(qū)域穩(wěn)定分布，厚度大，有機(jī)質(zhì)豐富，演化程度高，已見大量氣顯示，是頁巖氣勘探開發(fā)的現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域。盆地名稱地層年代厚度（m）TOC(%)RO(%)柴達(dá)木第四系0～8000.3～0.60.2～0.5渤海灣古近系230～18000.3～33.00.3～1.0松遼白堊系>1002.20.7～3.3松遼白堊系100～3500.7～1.51.5～3.9羌塘盆地中侏羅統(tǒng)400～6000.3～6.21.4吐哈中、下侏羅統(tǒng)50～6001.3～20.00.4～1.1準(zhǔn)葛爾中侏羅統(tǒng)350～4000.2～6.40.6～2.5四川上三疊統(tǒng)150～10001.0～4.51.0～2.2鄂爾多斯三疊統(tǒng)50～1200.6～5.80.7～1.1南方（揚(yáng)子）上二疊統(tǒng)20～20000.4～220.8～3.0鄂爾多斯石炭—二疊統(tǒng)60～2002.0～3.0>1.3南方（揚(yáng)子）下志留統(tǒng)30～1000.5～3.02.0～3.0南方（揚(yáng)子）下寒武統(tǒng)20～7001.0～4.03.0～6.0綜合評價(jià)2.中國頁巖氣地質(zhì)特征中國主要盆地發(fā)育的泥頁巖地質(zhì)特征三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征①早期成藏，天然氣邊生成邊賦存聚集，為隱蔽圈閉氣藏；②自生自儲(chǔ)，泥頁巖既是氣源巖層，又是儲(chǔ)氣層，頁巖氣以多種方式賦存，使得泥頁巖具有普遍的含氣性；③頁巖氣運(yùn)移距離較短，具“原地”成藏特征；④對蓋層條件要求沒有常規(guī)天然氣高，有十分理想的區(qū)域性蓋層；⑤賦存方式及賦存空間多樣：吸附（有機(jī)質(zhì)、粘土顆粒表面微孔隙）、游離（天然裂縫和孔隙）或溶解方式均可（在干酪根和瀝青質(zhì)中）；頁巖氣藏下降曲線，產(chǎn)氣量先上升，很快達(dá)到高峰后緩慢下降常規(guī)氣藏下降曲線綜合評價(jià)⑥氣水關(guān)系復(fù)雜；⑦儲(chǔ)層孔隙度低（多小于5％）、孔隙半徑?。ㄒ晕⒖紫稙橹鳎芽p發(fā)育程度既控制游離狀頁巖氣的含量，又影響頁巖氣的運(yùn)移、聚集和單井產(chǎn)量；⑧存在生物成因、熱成因和混合成因三種成因，以熱成因?yàn)橹?；⑨大面積連續(xù)成藏（Barnett頁巖面積15500km2）；⑩在開發(fā)過程中，頁巖氣井表現(xiàn)出日產(chǎn)量較低，生產(chǎn)年限較長的特點(diǎn)。（包書景等，2008；鄒才能等，2010）提綱一、頁巖氣的概念及發(fā)展歷史

二、頁巖氣的成因及賦存狀態(tài)三、頁巖氣成藏地質(zhì)特征四、頁巖氣的成藏機(jī)理

五、我國頁巖氣資源潛力六、結(jié)論及認(rèn)識自上世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)外諸多學(xué)者在對頁巖氣的生成、儲(chǔ)集等特征進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，對頁巖氣的成藏條件進(jìn)行了研究：學(xué)者時(shí)間對成藏條件的認(rèn)識RognerH.H.1997有機(jī)碳含量高、熱成熟度達(dá)到生氣階段以上、有效厚度大、脆性礦物含量豐富Bowker2003、2007TOC>2%；熱成因氣Ro為1.1%～3%或生物成因氣Ro為0.4%~0.8%；厚度大于30m且分布廣泛；埋深小于3000m；SiO2含量大于30%張金川等2003單層厚度大(≥10m)；泥質(zhì)含量高(純泥巖厚度比值≥10%)；有機(jī)質(zhì)豐度高(TOC≥0.3%)；成熟度下限低(Ro≥0.4%)；孔隙度低(小于12%)蒲泊玲等2008干酪根的類型并不影響源巖層的產(chǎn)氣數(shù)量，有機(jī)質(zhì)含量與熱成熟度才是影響源巖產(chǎn)氣能力的主要變量李登華等2009頁巖厚度下限為15m，T0C≥2.0%，Ro介于1.1%～3.0%，石英含量≥30%李新景等2009埋深適中；厚度大于30m；TOC>2%；Ro介于1.1%～2.5%；含氣量較高（3～10m3/t）；黏土含量中等（小于40%）；脆性較高；圍巖條件有利于水力壓裂控制四、頁巖氣的成藏機(jī)理成藏機(jī)理生物成因氣Ro<0.4%吸附機(jī)理頁巖氣賦存機(jī)理就近吸附聚集醋酸鹽發(fā)酵作用：CH3COOH→CH4+CO2

孔隙和裂隙

頁巖氣生成機(jī)理頁巖氣成藏機(jī)理熱成因氣0.4%<Ro<1.88%CO2還原作用：CO