中美頁巖氣成藏條件、分布特征差異研究與啟示

李建忠，李登華，董大忠，王社教

(中國石油勘探開發研究院，北京 100083)

中美頁巖氣成藏條件、分布特征差異研究與啟示

李建忠，李登華，董大忠，王社教

(中國石油勘探開發研究院，北京 100083)

美國頁巖氣大多為海相熱成因型，產氣頁巖主要分布在前陸和克拉通盆地的泥盆—石炭系，埋藏深度一般為1500～3500 m。我國頁巖分為海相、海陸過渡相與煤系、湖相三類，其中海相頁巖主要發育在坳拉槽和克拉通盆地的下古生界，富有機質集中段分布穩定，熱成熟度偏高，有較高的含氣量，勘探前景最好;海陸過渡相與煤系頁巖主要發育在大型坳陷和前陸盆地，層系以石炭系—侏羅系為主，沒有明顯的富有機質集中段，含氣量差別較大，勘探潛力有待落實;湖相頁巖主要發育在中、新生代陸相盆地，富有機質集中段厚度大，成熟度較高的凹陷中心區可能具有一定資源前景。預測我國頁巖氣勘探將經歷較長的探索期，未來年產量可達500億～600億m3規模。

頁巖氣;成藏條件;分布特征;富有機質頁巖;中美對比;啟示

1 前言

美國是全球頁巖氣發現最早、開發最成功的國家。1821年，第一口商業性頁巖氣井完鉆，比第一口油井早38年［1］。但因產量低、效益差，頁巖氣開發進展緩慢，直到1999年美國頁巖氣產量才突破100億m3。21世紀以來，隨著水平井鉆探和分段壓裂技術日臻成熟，美國頁巖氣勘探開發取得突破性進展，產量進入快速增長期。2005年美國頁巖氣產量突破200億m3，2008年突破600億m3，2009年，在頁巖氣的助推下，美國超過俄羅斯成為世界第一大天然氣生產國。2010年頁巖氣產量達到1378億m3，約占美國天然氣總產量的23%。2012年初，AEO(Annual Energy Outlook of U.S.Energy Information Administration，美國能源信息署發布的年度能源展望)預測美國待發現的頁巖氣技術可采資源量為13.6萬億m3，判斷2021年美國將成為天然氣凈出口國［2］。

頁巖氣不僅改變了美國能源結構，對世界天然氣供應格局產生了重大影響，而且在全球掀起一場“頁巖氣革命”。德國、英國、法國、波蘭、中國、印度、澳大利亞和新西蘭等國都開始對本國頁巖氣資源進行前期研究與評價，其中印度、新西蘭等已經取得單井突破并進入試驗性開采階段。我國相關政府部門和企業一直高度重視頁巖氣的勘探開發，至2011年年底，已設立威遠等5個頁巖氣先導試驗區，完鉆頁巖氣井50余口，獲氣15口，其中9口井初期日產量超過1萬m3［3］。目前頁巖氣被批準列為單獨礦種，國土資源部已組織多輪區塊招標，在全國掀起了“頁巖氣熱”。

頁巖氣在美國實現了巨大成功，這種成功是否能在我國“復制”?筆者等對中、美頁巖氣成藏條件和分布特征進行詳細對比分析，以期得出一些重要啟示，對我國未來頁巖氣發展前景作出較為準確和客觀的判斷。

2 中美頁巖氣成藏條件對比

頁巖氣的成分以甲烷為主，含有少量輕烴氣體，存在吸附態、游離態和溶解態等多種賦存相態，其中以吸附態和游離態為主體。頁巖氣藏按其天然氣成因可分為三種類型:熱成因型、生物成因型和混合型［4］。目前這三種類型在美國都有發現，其中熱成因型頁巖氣無論是氣藏個數還是資源量都占絕對多數［5～7］(見表1)。我國已發現的頁巖氣藏均為熱成因型，成藏條件與美國有相似之處，但也存在明顯的差異。

表1 美國主要產氣頁巖基礎數據表Table 1 Basic data of major gas shale in America

2.1 生烴條件

頁巖氣的工業聚集需要豐富的氣源物質基礎，要求生烴條件要達到一定標準。美國頁巖氣勘探開發實踐表明，良好的頁巖氣成藏條件通常要求發育厚層成熟的富有機質黑色泥頁巖，即頁巖單層有效厚度大于 30 m，熱成熟度 Ro為1.1% ～2.0%，TOC含量大于2%。目前美國已發現的頁巖氣絕大多數為海相熱成因型，產氣頁巖的干酪根以I～II型為主，TOC含量一般大于 4%，Ro主體為1.1% ～2.0%，有效厚度一般大于50 m。

我國按沉積環境，將富有機質頁巖分為3大類:海相、海陸過渡相與煤系、湖相，其中海相頁巖的干酪根為I～II型，TOC含量一般可以達到頁巖氣形成的最低標準［8］。南方地區古生界頁巖的TOC含量平均為1.23% ～4.71%。統計發現，下寒武統筇竹寺組頁巖TOC含量大于2%的頁巖厚度平均可占頁巖總厚度的34%，面積約占頁巖總面積的71%;上奧陶統五峰—下志留統龍馬溪組高TOC頁巖的厚度占比為19%，面積占比為87%。塔里木盆地寒武—奧陶系頁巖 TOC含量平均為1.5% ～2.86%，高TOC頁巖厚度占比為10% ～20%，面積占比為25% ～40%。值得注意的是塔里木盆地東部除發育較好的富有機質頁巖外，還發育了一套厚度在100～200 m、TOC含量為1% ～10%的海相灰質頁巖或泥質灰巖，與海相頁巖互層或同期異相。我國海相頁巖熱成熟度普遍高于北美產氣頁巖，Ro一般大于2.0%，處于高—過成熟熱裂解成氣階段，其中南方地區海相頁巖熱成熟度更高，下寒武統筇竹寺組頁巖Ro為2.3% ～5.12%，上奧陶統五峰—下志留統龍馬溪組頁巖 Ro為2.4% ～4.3%。從熱成熟度來看，我國海相頁巖生氣潛力與美國存在明顯差距。

海陸過渡相與煤系頁巖中有機質以陸源高等植物為主，頁巖與煤系、砂巖互層，TOC含量一般大于1.0%，炭質頁巖TOC含量多數超過10.0%。由于海陸過渡相與煤系頁巖單層厚度小，常與砂巖、煤層互層或相變，因此頁巖中TOC含量大于2%的高TOC頁巖集中段不太發育。海陸過渡相與煤系頁巖有機質類型復雜，以混合型—腐殖型為主。熱成熟度 Ro為1.0% ～3.0%，處于成氣高峰期。華北地區石炭—二疊系頁巖TOC含量受沉積相影響大，TOC含量為0.5% ～36.79%，其中沼澤相炭質頁巖TOC含量高，為10% ～30%。Ro一般為1.0% ～2.5%，局部地區達3.0%。南方地區二疊系頁巖有機質含量與類型受沉積環境影響，TOC含量平均4.7%，多數達3% ～5%。有機質中高等植物、底棲藻類、海灣瀉湖或滯留盆地環境生物均有發育，有機質類型呈腐泥型、混合型和腐殖型多類型組合，熱成熟度Ro為1.2% ～3.2%。四川盆地、塔里木盆地及吐哈—準噶爾盆地的三疊—侏羅系頁巖TOC含量平均為1.5% ～3.3%，有機質類型為II～III型，熱成熟度Ro為0.7% ～2.2%，為成熟—高成熟演化階段。

湖相頁巖形成時間晚，巖石類型主要為厚層狀黑色頁巖，干酪根以I～II型為主。熱演化程度低，主體處于生油階段，盆地中心或埋深較大地區進入成氣階段。如松遼盆地上白堊統青山口組一段，有機質類型主要為I～II型，熱成熟度Ro為0.4% ～1.3%，Ro大于1.0%的區域分布在古龍、三肇、長嶺等凹陷，成氣頁巖厚50～60 m，面積約3000 km2。鄂爾多斯盆地上三疊統長7段頁巖TOC含量平均為8.3%;長9段頁巖 TOC含量平均為3.14%。兩套頁巖熱成熟度 Ro為0.73% ～1.16%，在吳旗—慶陽—富縣一帶Ro大于1.0%，進入生氣窗，成氣頁巖厚60～90 m，面積約3800 km2。

2.2 儲集條件

頁巖氣為自生自儲的非常規天然氣，儲層的物性、含氣性、單層有效厚度和脆性礦物含量對頁巖氣富集及后期開發至關重要。根據美國勘探開發實踐，商業性開發的頁巖氣儲層孔隙度一般大于4%，含氣量一般大于2 m3/t，單層有效厚度大于15 m，石英、長石、碳酸鹽巖等脆性礦物含量在40%以上。如現代頁巖氣工業的鼻祖——Fort Worth盆地的Barnett頁巖，孔隙度為4% ～5%，含氣量4.2～9.9 m3/t，單層有效厚度一般大于30 m，脆性礦物含量大于40%。目前產氣量最高的East Texas盆地的Haynesville頁巖，孔隙度一般為8% ～9%，含氣量為 2.8～9.3 m3/t，單層有效厚度一般大于60 m，脆性礦物含量大于30%。

我國海相頁巖也具有相似特點，孔隙度、含氣量、脆性礦物含量較高，單層有效厚度大。儲集空間以納米級孔隙為主，含氣量為1～3 m3/t，脆性礦物含量一般都在40%以上，單層富有機質黑色頁巖厚度一般大于30 m。上揚子地區下古生界頁巖孔隙直徑5～750 nm，集中分布在20～80 nm，孔喉半徑10～30 nm，平均為 20 nm。頁巖孔隙度 2% ～12%，平均4.0%左右，滲透率25 nD ～1.73 mD，一般小于100 nD。威遠、長寧等海相頁巖氣先導試驗區鉆井巖芯含氣量實際測定表明，下寒武統筇竹寺組頁巖含氣量平均為2.1 m3/t，上奧陶統五峰—下志留統龍馬溪組頁巖含氣量平均為2.4 m3/t，基本處于或略超過美國有利頁巖氣區含氣量下限［9］。我國海相頁巖脆性礦物含量豐富，一般都在40%以上。脆性礦物組成中，石英含量為24.3% ～52%、長石含量為4.3% ～32.3%、方解石含量為8.5%～16.9%，總脆性礦物含量為 53.3% ～78.2%。粘土礦物含量低，小于40%，一般為25.6% ～39.5%。粘土礦物以伊利石為主，含少量綠泥石和高嶺石，不含蒙脫石，或僅在個別樣品中偶有出現，含量甚微。這表明高—過成熟海相頁巖中粘土礦物已大部分轉化為穩定礦物，不具水敏性，有利于大型清水壓裂。下寒武統筇竹寺組和下志留統龍馬溪組富有機質頁巖均集中在地層中下部，單層有效厚度一般超過30 m，最厚可達70 m以上。

海陸過渡相與煤系頁巖孔隙度偏低，單層有效厚度薄且橫向變化快，含氣量兩極分化，脆性礦物含量較高，但粘土礦物中水敏礦物含量較高。該類頁巖儲集空間以原生孔縫為主，局部發育有機質納米孔，孔隙度偏低，平均為1.2%。含氣量呈現兩級分化，低壓異常區一般小于1 m3/t，如鄂爾多斯盆地的石炭—二疊系頁巖含氣量為0.05～0.73 m3/t;高壓異常區接近3 m3/t，與優質海相產氣頁巖含氣量相當，如川西坳陷須家河組頁巖含氣量為2.57～2.99 m3/t。該類頁巖沒有明顯的富有機質頁巖集中段，單層有效頁巖厚度一般為5～15 m，且橫向上缺乏連續性。礦物組成與海相頁巖差別不大，脆性礦物含量一般大于35%，如四川盆地上三疊統須家河組頁巖石英含量33.2% ～52.9%，長石含量3.0% ～20.0%;鄂爾多斯盆地石炭—二疊系頁巖石英含量32%～54%。粘土礦物雖以伊利石為主，但伊蒙混層和高嶺石等水敏礦物含量偏高，如四川盆地上三疊統頁巖粘土礦物中伊利石含量49.4% ～78.0%，伊蒙混層 12.7% ～22.0%，高嶺石含量 11.0% ～38.0%，綠泥石 11.0% ～56.0%。由此產生的影響是海陸過渡相與煤系頁巖儲集空間不太發育，物性條件較差。

湖相頁巖孔隙度偏低，主體處于生油窗內，單層有效厚度大、橫向較連續，脆性礦物含量較高，但粘土礦物中水敏礦物含量較高。湖相頁巖儲集空間以原生孔縫為主，少見有機質納米孔。由于我國湖相頁巖主要發育在中、新生代盆地，熱演化程度偏低，Ro主體小于1.1%，以生油為主，但在凹陷中心區已進入生氣階段，具有一定的頁巖氣勘探潛力。如渤海灣盆地古近系發育多套富有機質頁巖，巖性以鈣質頁巖、厚層黑色頁巖為主，廣泛分布于各斷陷中，面積約1.8萬 ～2.3萬 km2，厚10～600 m。有機質為湖相富藻類生物，有機質類型為I～II1型，熱演化程度大部分處于液態烴范圍，在埋深大于4000 m區域進入生氣范圍。沙一段Ro為0.7% ～1.8%，沙三段 Ro為 0.4% ～2.0%，沙四段 Ro為0.6% ～3.0%。頁巖發育粘土礦物間孔、無機礦物粒間孔、生物骨架孔、碳酸鹽巖與黃鐵礦晶間孔、頁巖干縮縫等，孔隙直徑44～250 nm，平均76 nm，孔隙度 0.5% ～ 9.8%，平均 5.6%;滲透率0.06～1.6 mD。由于陸相湖盆砂質碎屑供給豐富，石英等脆性礦物含量較高，一般大于40%，但粘土礦物含量一般大于30%，且伊蒙混層等水敏礦物含量偏高。如四川盆地下侏羅統頁巖中石英等脆性礦物含量平均49.6%，粘土礦物含量平均48.7%。粘土礦物主要為伊利石(23% ～54%)、綠泥石(0% ～36%)、伊蒙混層(10% ～66%)，伊蒙混層中混層比低(2.5% ～16%)。

2.3 保存條件

頁巖超低的孔隙度和滲透率使其本身就可以作為蓋層，因此頁巖氣對于蓋層的要求不像常規氣藏那么苛刻，不需要特定的圈閉條件就可以成藏。當然，如果存在良好的封蓋層條件，頁巖氣可以得到更加有效的保存。如美國Fort Worth盆地Barnett頁巖，頂底均發育致密灰巖，頁巖內部還發育一套Forestburg組灰巖［4］，使得Barnett頁巖成為目前全球累計產氣量最高的頁巖。

頁巖中的天然裂縫有利于頁巖氣的運聚，但如果裂縫過于發育，獨立封閉體系容易遭受破壞，頁巖氣很容易通過裂縫散失，因此構造運動頻繁、斷裂過于發育的地區，頁巖氣反而難以成藏。北美地臺整體相對穩定，構造運動比較簡單，因此美國的產氣頁巖保存條件一般較好。中國大陸處于太平洋、印度和西伯利亞等板塊交匯處，動力學體系復雜，地質構造具多塊體拼合、多期次、多旋回的復雜構造特征，形成了多類型、結構復雜、多期疊合、多期構造變動的沉積盆地。雖然我國發育三大類、多套富有機質頁巖，但整體保存條件比美國差，尤其是海相頁巖，后期改造強烈，頁巖氣藏很容易遭受破壞。如處于四川盆地南部穩定區的寧203井，下志留統龍馬溪組實測含氣量為3.5 ～6.5 m3/t，壓力系數2.03;而處于四川盆地之外改造區的昭101井，下寒武統牛蹄塘組實測含氣量為0.33 m3/t，且90%為氮氣，說明遭受了破壞。

地層壓力是反映頁巖氣藏保存條件好壞的關鍵指標。美國熱成因型的頁巖氣，大多表現為超壓異常(見表1)。我國的海相頁巖在廣大的南方地區大多呈現低壓異常，僅在四川盆地等構造相對穩定的地區氣藏壓力系數較高，如四川盆地南部的長寧地區，下志留統龍馬溪組頁巖氣藏壓力系數普遍大于2.0，頁巖含氣量和單井產量較高。海陸過渡相與煤系頁巖低壓與高壓異常并存，含氣性差別很大。如鄂爾多斯盆地東部石炭—二疊系頁巖地層普遍為低壓異常，含氣量均小于1 m3/t，甚至低于0.05 m3/t;而四川盆地川西坳陷上三疊統須家河組頁巖地層壓力系數可達1.8以上，須一、三段頁巖實測含氣量接近3 m3/t。湖相頁巖大多表現為常壓—高壓，保存條件較好，在部分地區已獲得工業氣流。如川西坳陷元壩9井在下侏羅統自流井組東岳廟段頁巖初期日產氣超過1萬m3，元壩21井在下侏羅統自流井組大安寨段常規射孔測試日產氣50.7萬m3，元壩102—側1井、元壩11井、元壩101井和元壩5—側1井在大安寨段均獲頁巖氣流［3］;鄂爾多斯盆地東部的柳評177井和新57井在上三疊統延長組7段頁巖壓裂獲氣［10］。

我國頁巖氣成藏條件可概括為:a.頁巖發育具廣泛性，不同時代、不同地區都發育規模不等的富有機質頁巖;b.頁巖展布具非均衡性，海相頁巖厚度大、分布穩定，海陸過渡相與煤系頁巖厚度小、橫向變化快，湖相頁巖盆地凹陷中心區厚度大、分布較穩定;c.頁巖成氣潛力具多樣性，有機質含量總體豐富，高有機碳含量(TOC＞2%)頁巖發育程度和集中程度不一;頁巖有機質類型存在腐泥型、腐殖型和混合型等多種類型;頁巖形成時代、賦存地質背景不同，熱成熟度變化范圍大;d.頁巖儲層具差異性，不同頁巖巖性組合、含氣量、礦物組成與含量、納米孔隙發育程度等存在明顯差異。

3 中美頁巖氣分布特征分析

美國產氣頁巖絕大多數為海相，呈“U”型分布在Appalachian早古生代逆沖褶皺帶、Ouchita晚古生代逆沖褶皺帶和Laramide中生代逆沖褶皺帶前緣的前陸盆地及其相鄰地臺之上的克拉通盆地中［11］，時代以晚古生代泥盆紀、石炭紀為主，其次為中生代侏羅紀、白堊紀(見表1)，橫向上大面積厚層連續展布，頁巖氣勘探開發主體深度為1500～3500 m。

我國海相頁巖主要分布在坳拉槽和克拉通邊緣坳陷盆地中，時代以早古生代寒武紀和志留紀為主，區域上分布于華北、南方、塔里木和青藏4個地區，縱向上位于各層系的中下部。除四川盆地、塔里木盆地等構造穩定的地臺區保存較好外，其余多處于現今盆地范圍之外的褶皺造山帶，遭受過多期構造改造，地下構造變形強烈，地表多為山地。華北和塔里木地區埋深一般大于4500 m，青藏地區海拔高、氣候惡劣，南方大部地區保存條件較差，且地表多為山地和丘陵，綜合評價認為目前最現實的頁巖氣勘探領域是四川盆地及其周緣地區［12～16］。

海陸過渡相與煤系頁巖主要分布在前陸和克拉通坳陷盆地中，時代以晚古生代石炭—二疊紀為主，其次為中生代侏羅紀。區域上分布于華北、南方和西北3個地區，縱向上與砂巖及煤層互層，沒有明顯的集中段，且橫向變化快，無法形成大面積連續分布。除四川盆地、鄂爾多斯盆地等構造相對穩定區保存較好外，其余均處于現今盆地之外，并遭受過多期構造改造。初步研究認為，四川盆地川西坳陷的上三疊統須家河組頁巖氣潛力較大。

湖相頁巖主要分布在中新生代陸相盆地，其次為二疊系，區域上分布于東北、華北、南方和西北4個地區的各主要產油氣盆地，富有機質頁巖集中段縱向上厚度大，橫向上大面積連續分布。由于埋深適中，主體在2000～4000 m，地表條件良好，且地面管網較發達，如能解決水平井和分段壓裂等關鍵工程技術問題，在進入生氣階段的各盆地凹陷中心區應能實現規模開發。初步研究認為，松遼盆地中央凹陷區上白堊統青一段、渤海灣盆地凹陷中心區沙河街組、四川盆地川北地區中下侏羅統、鄂爾多斯盆地東部上三疊統長7、長9段等有一定的頁巖氣勘探前景。

與美國相比，我國陸上頁巖具有“一深二雜三多”的特點，主要表現在埋藏較深，埋深超過3500 m的頁巖占65%;地表條件與頁巖熱演化史復雜，南方和中西部地區以山地與丘陵為主，海相頁巖成熟度偏高，陸相頁巖成熟度偏低;頁巖類型、分布層位和構造運動多，發育海相、海陸過渡相與煤系、湖相3類頁巖，涵蓋上元古界—新生界十余套層系，歷經加里東、海西和喜馬拉雅期等多次構造運動(見表2)?？傮w而言，我國海相頁巖氣勘探前景最好，其中四川盆地及其周緣地區最為現實;海陸過渡相與煤系頁巖氣勘探潛力有待落實;湖相頁巖氣主要分布于凹陷中心區，具有一定的勘探潛力。

表2 中、美頁巖氣綜合條件對比表Table 2 Comparison on comprehensive conditions between China and U.S.

4 啟示

4.1 我國頁巖氣勘探前景展望

頁巖氣的成功開發，已使美國從過去的天然氣進口國基本上實現了自給自足，將來甚至有可能成為天然氣出口國。雖然中、美兩國的地質條件差異較大，但美國的成功經驗對我國頁巖氣的發展具有重要啟示。

4.1.1 頁巖氣規模開發要經歷較長時間的準備

美國的頁巖氣開發已有幾十年的歷史，前期并不是很成功，但在政府各種優惠政策的支持下，中小油氣公司一直堅持開展深入的研究和技術研發，最終在水平井技術和水力壓裂技術出現突破之后，實現了頁巖氣開發的突飛猛進。例如Barnett頁巖1981年開始探索，歷經了22年產量才達到100億 m3。整個開發過程分為5個階段:局部發現、整體評價、落實資源、確定核心區、拓展外圍區，開發區的面積也由最初的60 km2擴展到目前的1.07萬km2。說明頁巖氣的發展需要經過較長時間的技術探索和規模應用的準備。

4.1.2 自身必須掌握核心技術

美國依靠持續的技術突破實現了頁巖氣的商業化，并開始向外輸出技術，明顯具有用技術控制資源的用意。我國在煤層氣領域起步較早，但受制于開發體制不順暢和對外技術依賴，發展的速度遠遠落后于美國。因此頁巖氣應在抓住機會引進國外先進技術的同時，立足于自主創新，加大科研攻關力度，形成適合我國地質條件的頁巖氣勘探開發技術，并實現頁巖氣重大裝備自主生產制造。

4.1.3 需要政府給予政策支持

政府可資助前期技術開發和勘探研究，同時在發展初期提供必要的優惠政策支持。這樣可以使頁巖氣的開發活動有利可圖，對吸引更多資本進入有決定性作用。當頁巖氣進入商業化階段后，政府再逐漸減少或取消特殊優惠，既可減輕政府負擔，又可刺激技術創新。用資源稅、增值稅、所得稅等稅收減免而不是直接補貼的方式更有利于鼓勵開發商進行設備投資和降低成本。

4.1.4 嚴格的環境監管是持續發展的保障

開發主體多、開發速度快，并非必然帶來開采混亂，關鍵是要在大規模開采之前就制定并執行嚴格的監管制度。環境問題應作為頁巖氣的監管重點，借鑒了解美國在頁巖氣環境監管方面的最新動態，并結合我國特點，及時制定有關法規和管理辦法，確保監管先行到位，開發可控。

4.2 對我國頁巖氣產量發展規模的預測

與北美相比，我國頁巖氣勘探起步較晚。與全球其他地區相比，我國頁巖氣勘探相對領先，是北美以外率先開展工業化先導試驗和獲得頁巖氣流的國家。實際上，我國油氣勘探對于頁巖氣并不陌生。1994—1998年間我國針對頁巖裂縫油氣藏做過大量工作，此后一些學者在個別地區涉及過頁巖氣的研究。迄今，我國頁巖氣勘探經歷了裂縫性頁巖油氣藏勘探、基礎地質條件研究與技術儲備，正處于工業化生產先導試驗階段。

我國近年的頁巖氣熱潮始于2005年。2005年以來，中國石油天然氣集團公司、中國石油化工集團公司、國土資源部油氣研究中心、中國地質大學等單位相繼借鑒北美成功經驗，以老井復查、區域地質調查為基礎，開展了中國陸上頁巖氣形成地質條件和資源潛力評價，在頁巖氣遠景區進行地質淺井、參數井和地震勘探，獲取頁巖氣評價關鍵參數，評價優選有利頁巖氣區帶，鉆探頁巖氣評價井，實現了我國頁巖氣勘探初步突破，證實了我國富有機質頁巖具有較好的頁巖氣勘探前景。

頁巖氣資源的勘探開發前景日益凸顯，已引起各方的廣泛關注。有效利用頁巖氣資源可以在很大程度上緩解我國能源緊張的狀況，為天然氣工業的快速發展提供重要接替資源。據EIA(U.S.Energy Information Administration，美國能源信息署)等機構預測，未來全球頁巖氣產量將有較快增長，其中美國頁巖氣產量將在2035年占其天然氣總產量的45%以上［2］。通過對比分析我國已開展頁巖氣先導試驗的四川盆地南部地區(蜀南)與作為美國現代頁巖氣工業搖籃的Fort Worth盆地Barnett頁巖(見表3)，認為頁巖氣從發現到規模開發需要經歷較長時間的基礎理論研究和技術準備。

表3 蜀南下古生界頁巖與Barnett頁巖基礎數據對比表Table 3 Comparison on basic data between the Lower Paleozoic shale in the southern of Sichuan basin and Barnett shale

我國具有后發優勢，在借鑒國外先進經驗的基礎上，可以適當縮短探索周期。綜合對比核心區比例、含氣性、埋深、資源和地面等條件，預測蜀南地區最有可能在未來5～10年實現工業性突破，具備形成200億m3左右頁巖氣產量規模的資源條件。按照美國頁巖氣前20年(1980—2000年)平均年新增產量5億m3，后10年(2001—2010年)平均年新增產量90億m3的綜合發展趨勢，如果中國頁巖氣產量穩產20年，采用Pad井場，每個井場鉆6口水平井，可控制面積3 km2，在不同單井產量規模下，核心區面積估算為:單井初始產量10萬m3/d，最小頁巖氣核心區面積0.77萬km2;單井初始產量8萬m3/d，最小頁巖氣核心區面積0.96萬km2;單井初始產量6萬m3/d，最小頁巖氣核心區面積1.28萬km2;單井初始產量 5萬 m3/d，最小頁巖氣核心區面積1.53萬km2。本次評價我國頁巖氣有利區面積25萬～30萬 km2，理論上可以滿足頁巖氣年產 500億～600億m3規模的需要，但發展節奏將不可能太快，預計2020年后可進入快速發展階段。

5 結語

1)美國頁巖氣大多為海相熱成因型，產氣頁巖平面上呈“U”型大面積連續分布在3條古生代—中生代逆沖褶皺帶前緣及周邊的前陸和克拉通盆地中，剖面上主要分布在上古生界泥盆—石炭系，其次為中生界侏羅—白堊系地層，勘探開發主體深度為1500～3500m。

2)我國頁巖總體呈現為“一深二雜三多”的特點，具體表現為埋藏較深，地表條件與頁巖熱演化史復雜，頁巖類型、分布層位和構造運動多。

3)我國海相頁巖勘探前景最好，其中四川盆地及其周緣地區最為現實;海陸過渡相與煤系頁巖難以形成規模區塊，勘探潛力有待落實;湖相頁巖在主要含油氣盆地凹陷中心區已進入生氣階段，可望實現規模開發。

4)美國頁巖氣的勘探開發經驗表明，頁巖氣從發現到規模開發需要較長的理論創新、技術準備和工業化推廣時期，我國在突破理論和技術瓶頸后，未來頁巖氣年產量可達500億～600億m3。

致謝 在研究過程中，得到翟光明、胡見義、童曉光、賈承造、袁士義、馬永生、胡文瑞、孫龍德、高瑞琪、柳廣弟等院士、專家的熱情指導，特致以真誠的感謝。

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Comparison and enlightenment on formation condition and distribution characteristics of shale gas between China and U.S.

Li Jianzhong，Li Denghua，Dong Dazhong，Wang Shejiao

(Research Institute of Petroleum Exploration＆ Development，Petrochina，Beijing 100083，China)

Shale gas in America mostly comes from thermogenic marine shales，and gas shales mainly dis-tribute in Devonian and Carboniferous of Foreland and Craton basins，while the buried depth is 1500～3500 m.Shales in China include 3 types:marine，transitional and lacustrine.Marine shales basically distribute in the lower Paleozoic of Aulacogen and Craton basins;organic-rich concentrated parts are steady-going，and thermal maturity phase and gas content are high，so the explorational prospect is the best.Transitional shales mostly distribute in Carboniferous-Jurassic of Foreland and Craton basins;there is no obvious organic-rich concentrated part，and gas content changes greatly，so the explorational potential needs to be proved.Lacustrine shales typically distribute in Mesozoic and Cenozoic of rift and Craton basins;organic-rich concentrated parts are thick and stable，and explorational potential is probably great in center of depression which reaches generating gas stage.It is forecast that shale gas exploration will take a long time and output will be 50 billion ～60 billion m3in the future.

shale gas;formation condition;distribution characteristics;organic-rich shale;comparison between China and U.S.;enlightenment

TE132.2

A

1009－1742(2012)06－0056－08

2012－04－06

中國工程院重大咨詢研究項目“我國非常規天然氣開發利用戰略研究”(2011－ZD－19－2)

李建忠(1968—)，男，河南輝縣市人，教授級高級工程師，主要從事油氣資源評價和規劃部署研究;E－mail:lijizh@petrochina.com.cn