能源成因分類及非常規能源發展研究

鄧旭++姚亞明

[摘 要] 近年來，非常規能源快速興起，形成了和常規能源、新能源三足鼎立的格局。為了使人們對上述這些能源特征、用途，以及它們之間相互關系有一個較為明確的認識，因此，有必要對能源重新定義和分類。本文通過當前能源結構、分布、使用情況，從成因角度將能源分為三種，即：來自地球本身、來自宇宙其他星球和來自二者的相互作用。同時，提出了非常規能源是今后一種新的能源類型，分析了全球和我國主要非常規能源種類、資源潛力、勘探開采現狀，以及面臨的地質理論和工程技術問題，既指出了它的特點，又指出了它與常規能源的密切關系。特別是，指出了我國發展非常規能源的必要性和意義。

[關鍵詞] 能源；成因分類；非常規能源；聯系與區別；資源潛力；開采特征

[中圖分類號] F426.21 [文獻標識碼] A [文章編號] 1671-0037（2017）10-28-5

Research on the Genetic Classification of Energy and Development of Non-conventional Energy

Deng Xu1 Yao Yaming2

（1.Overseas Investment and Financial Risk Research Center of Chinese Enterprises， Beijing 100871；

2.China-ZK International Resources Investment Corporation， Beijing 100006）

Abstract： In recent years， the rapid rise of non-conventional energy， results in the formation of tripartite confrontation patter with the new energy and conventional energy. In order to enable the people a more clear understanding on the characteristics and uses of above energy， and their relationship， it is necessary to redefine and reclassify the energy. In this paper， through the current energy structure， distribution， and usage， from the angle of genesis， the energy is divided into three types， namely：from the earth itself， from other planets in the universe and from their interactions. At the same time， the non-conventional energy is proposed to be a new type of energy in the future， global and China's major non-conventional energy types， resources potential， present situation of exploitation， and the facing geological theory and engineering technical problems are analyzed， its characteristics and its close relation with conventional energy are both pointed out. In particular， it points out the necessity and significance of the development of China's non-conventional energy.

Key words： energy； genetic classification； non-conventional energy； relation and difference； resource potential； characteristics of exploitation

能源是國民經濟的命脈，人們每天的生產、生活各項活動都離不開能源，尤其是在當今社會，能源的意義顯得更為重要，已經成為與空氣、水、糧食并列的四大資源要素?；赝麣v史，人類社會每一次大的進步，都與能源革命有不可分割的關系。薪柴能源，帶來了農耕文明；煤炭能源，開創了工業革命時代；石油能源，促進了現代社會文明；天然氣等清潔能源，則引領了當代綠色文明。當然，還有煤、油、氣時代的電力等清潔能源，都給我們生活帶來了較為深刻的變化?？梢哉f，我們生活的地球越來越離不開能源，當然，我們生活的地球也為我們提供有各式各樣的能源。

特別是近些年，非常規能源快速興起。煤層氣的地面成功開采，顛覆了以往僅在井下為煤礦安全而進行的抽放，并且未把其作為一種可以利用的能源而排放到大氣中的傳統概念。而頁巖氣的成功開采，則加速了人們對于非常規能源的認識，美國成功開采頁巖氣，則被稱作是頁巖氣革命。而據科學家研究發現，蘊藏在大洋底部和陸上永久凍土帶的天然氣水合物，則是最大一塊非常規能源，可以滿足人類上千年的需求[1-2]。說到這里，人們不僅要問，無論是煤炭、石油、天然氣，還是水電、核電，擬或是太陽能、風力發電，還有生物制油，這些都是能源，那么是如何劃分的，他們之間是什么關系？分別是哪些用途？非常規能源前景到底怎樣？endprint

1 能源成因分類

從形成本身來講主要有三種：一種是來自地球本身（如：來自于地球深部的無機成因的天然氣；地球本身產生的地熱；地球成礦作用形成的鈾礦，是核能發電的原料，地球表面的地形起伏，為水力發電創造了條件）。一種是來自宇宙其他星球（如太陽能、潮汐能等）。還有一種是其他星球與地球共同作用的結果（如化石能源，包括煤炭、石油、天然氣，是生物遺體埋藏后經歷物理、化學作用形成；生物能源，如沼氣、生物制油等，則是生物直接轉化而來）。因為生物生長是離不開太陽的。目前，通常將能源分為三個大類：即常規能源、非常規能源和新能源[3-4，12]。具體分類如下：

1.1 按照形態

按照形態可分為固態：煤炭、瀝青、油頁巖、鈾礦；液態：石油、頁巖油、地熱、水力；氣態：天然氣、煤層氣、頁巖氣、天然氣水合物、地幔氣、沼氣。

1.2 按照形成作用

按照形成作用分為物理：太陽能、風力、水電、核電、煤電；化學：氫能；生物：沼氣、淺層生物氣、生物制油；綜合：煤炭、石油、天然氣常規能源，煤層氣、頁巖氣、天然氣水合物等非常規能源。

1.3 按照能源開采方式、應用順序

按照能源開采方式、應用順序分為常規能源：煤炭、石油、天然氣、水力；非常規能源：煤層氣、頁巖氣、油頁巖、天然氣水合物、致密油氣、瀝青、油砂；新能源：太陽能、風能、潮汐能、生物制油、核能、地熱能。

1.4 按能源的來源方式

按能源的來源方式分為直接來源：一次能源；間接來源：二次能源。一次能源即天然能源，指在自然界現成存在的能源，如煤炭、石油、天然氣、水能等。二次能源指由一次能源加工轉換而成的能源產品，如電力、煤氣、蒸汽及各種石油制品等。

1.5 按照在地球上的位置

按照在地球上的位置分為地球表面：風能、太陽能、潮汐能、水力發電，生物制油，沼氣等；地球內部：石油、天然氣、煤炭、鈾礦、熱能、油砂、油頁巖、可燃冰等。

1.6 按能源性質

按能源性質分為有燃料型能源（石油、天然氣、煤炭、泥炭、木材）和非燃料型能源（地熱能、海洋能、水能、風能）。

1.7 按能源消耗后是否造成環境污染

按能源消耗后是否造成環境污染分為污染型能源和清潔型能源，污染型能源包括石油、煤炭等，清潔型能源包括太陽能、風能、水電以及核能等。

1.8 按照能源可否反復獲取

按照能源可否反復獲取分為再生能源和非再生能源，人們對一次能源又進一步加以分類。凡是可以不斷得到補充或能在較短周期內再產生的能源稱為再生能源，反之稱為非再生能源。

2 非常規能源資源

據有關部門調查研究統計，目前全球非常規石油資源規模達4 495×108t，與常規石油資源基本相當；全球非常規天然氣資源規模達3 922×1012m3，是常規天然氣資源的8倍。非常規油氣資源在全球能源結構中的地位越來越重要，是未來油氣勘探的戰略性領域，亟須開展非常規油氣地質的深入研究[5-8]。

煤層氣、頁巖氣、油砂、油頁巖、致密油氣等，之所以稱作非常規能源，是相對于常規能源——煤、油、氣來說的。顯然，他們之間有許多共性，即都屬于化石能源，均形成于含（煤）油氣盆地之中。其生成、分布不僅與盆地發育、演化有關，而且與常規能源的形成、聚集密切相連、不可分開。可以說大多數非常規能源屬于油氣同一種能源的不同時期、不同階段的產物。與常規能源相比，非常規能源優勢是類型更多、分布更廣、資源量更大。

2.1 資源類型與潛力

世界非常規油氣資源豐富，潛力巨大。最新研究結果顯示，全球煤層氣資源量為256.3×1012m3，約為常規天然氣資源量的50%；全球頁巖氣資源量為456.2×1012m3；全球致密氣資源量為209.72×1012m3。

世界頁巖油資源量可達4 110×108t，比傳統石油資源量（2 710×108t）多50%以上；世界油砂可采資源量約為

6 510×108bbl（1bbl=0.158 987m3），占世界石油可采總量（20 370×108bbl）的32%。

研究結果表明，全球陸地天然氣水合物總資源量為2.83×1015m3，海洋為8.5×1016m3。

從世界范圍來講，非常規油氣資源是極其豐富的，是常規油氣的最佳補充能源[6-10]。

中國非常規油氣資源豐富，類型多、分布廣。2006年全國油頁巖資源評價結果表明：全國煤層氣總資源量為36.8×1012m3，居世界第三位；頁巖氣的遠景資源量可達100×1012m3，我國致密砂巖氣資源量約為12×1012m3；我國頁巖油地質資源量為476.44×108t，居世界第二位。頁巖油探明儲量為20×108t，我國油砂資源量為59.7×108t。

從我國國情出發，積極發展非常規油氣資源的勘探開發，可以彌補油氣資源供應的不足[1-3，4-6]。

2.2 非常規油氣研究進展

2.2.1 國外研究。對非常規油氣地質的研究，可以追溯到20世紀30年代，雖然當時認為其沒有勘探價值，但已預測到非常規油氣藏的存在。由于資源品位低、儲層差、成藏機理復雜、勘探開發難度大，非常規油氣資源一直沒有得到勘探界的重視。直到20世紀90年代，隨著油氣勘探方向的轉變和技術進步，非常規油氣資源逐漸成為儲量增長的主體之一，石油地質學家們才將注意力轉移到非常規油氣地質的研究上。經過近20年的努力，非常規油氣地質學得到了較大的發展，涵蓋非常規油氣資源的內涵、種類、地質特征、資源評價方法和開發技術等多個方面[9-12]。

2.2.2 國內研究。隨著國內油氣資源結構的轉變，非常規油氣資源逐漸成為油氣勘探的新領域，由此引起了國內學者對非常規油氣地質研究的重視。鄒才能等（2010）進一步強調了非常規石油地質研究的重要性，強調對非常規資源、非常規儲集層、非常規成藏、非常規油氣開發技術等的研究、評價與開發等[6-8]。endprint

2.2.3 本文研究。對于常規油氣來說，油氣生、儲、蓋、圈、運、保油氣成藏六大要素，發生在盆地內的大系統內；而頁巖氣則發生在六大要素之一的——生的小系統內，即頁巖氣的生成、運移、儲集等均發生在生油巖——頁巖之中，確切說是在頁巖層系之內[10-13]。

2.2.3.1 非常規油氣是常規油氣的繼承與發展。常規油氣：六大要素——生、儲、蓋、圈、運、保，加上調整、破壞。只關心油氣藏——常規油氣（一次形成的、調整后形成的），這在當時沒有什么不對，限于當時的理論、方法、技術等條件，也只有這樣。

非常規油氣包括煤層氣、頁巖氣、頁巖油、致密氣、致密油、深盆氣、天然氣水合物、油砂、油頁巖、重油瀝青等。

現在，非常規油氣非常炙熱，這很好，但是不能夠作為排斥、忽視常規油氣的理由。為什么叫非常規油氣，就是相對于常規油氣。正確的態度應是對常規油氣的繼承和發展，而絕不是對立。

2.2.3.2 非常規油氣是常規油氣外延、內涵的延伸和擴展。如果把常規油氣放在突出、拐點的位置，實際上也應該如此。那么向前延伸，就是致密油、致密氣、深盆氣、天然氣水合物，再往前延伸就是頁巖氣、煤層氣、頁巖油；往后延伸就是油藏破壞的（或加深演化的產物）油砂、瀝青、重油、油頁巖等。

生油、生氣物質沒有變，只是時空關系的改變，從時間上來說開始得更早、結束得更晚；從空間上來說，無論縱向、還是橫向，空間范圍更大。

2.2.3.3 油氣運移在非常規、常規油氣中聯系、割裂的角色。按照常規油氣理論，包括蒂索生油理論，將油氣運移劃分為初次運移和二次運移。

本研究把在烴源巖內部的運移叫作前初次運移，這個階段形成煤層氣、頁巖氣、頁巖油。把從烴源巖才出來不久的運移叫作后初次運移或前二次運移，這個階段形成致密油、致密氣、深盆氣、天然氣水合物等。把油氣藏破壞的運移叫作后二次運移，這個階段形成油頁巖、油砂、瀝青等。

2.2.3.4 大系統概念及生油（氣）量地位的提高。在講到常規油氣時候，有一個含油氣系統，大家都非常熟悉。本研究將常規油氣、非常規油氣定義為一個系統，就按照前面說的，用油氣運移將他們聯系起來，姑且叫作能源系統。很顯然，能源系統范圍要比含油氣系統要大。在這個系統里，不按生、儲、蓋、圈、運、保等來劃分，就按頁巖氣、頁巖油，致密氣、致密油，常規油氣，油砂、瀝青等來劃分。這樣，就要考慮幾方面問題。

一是，烴源巖的地位更加提高，并且所生成的油氣，更加多地可以開采出來。

二是，一個盆地（坳陷、凹陷）生油氣量是一定的，必然是常規油氣量多的地方，非常規油氣量就可能相對減少。反之亦然。

三是，重新對所有含油氣盆地，甚至過去認為缺乏儲層、圈閉、蓋層、保存條件的盆地，要重新進行評價。資源量（常規油氣計算的盆地資源量）這個數值的作用必將降低，相應地生油（氣）量作用將提高[2，9-11]。

3 我國發展非常規能源契機

3.1 能源現狀

進入21世紀以來，我國對能源的需求呈大幅度、高速度增長趨勢。2000年，能源生產總量為135 048萬t標準煤；2003年，能源生產總量為171 906萬t標準煤；2007年，能源生產總量上漲為247 279萬t標準煤；到了2011年，能源生產總量更是達到31 7987萬t標準煤。2014年我國能源消費總量426 321萬t標準煤。相應地，能源進口量也是逐年增長。

2016年全國能源消費總量約為43.6億t標準煤，同比增長1.4%左右；非化石能源消費比重達到13.3%，同比提高1.3個百分點；能源生產總量約34.3億t標準煤，同比下降5.1%左右。全社會用電量約6萬億kw·h，增長5.0%左右。

與此同時，我國是一個富煤、貧油、少氣的國家，2016年能源構成中，構成比例是：原煤61.8%、原油19.0%、天然氣6.2%、水電8.6%、核電1.6%、再生能源2.8%，特別是清潔能源占比已增長到13%（但是離人們的期望仍有不小差距）。雖然，大力發展新型能源、可再生能源，但是仍然難以撼動傳統能源的地位。高達61.8%的原煤使用比例，對大氣環境污染和人們身體健康，存有不可低估的危害[11-13]。

3.2 非常規資源

非常規天然氣在中國天然氣資源構成中達84.6%。中國非常規天然氣資源量306.6萬億m3（其中，水合物131.8萬億），常規天然氣資源量56萬億m3，是非常規天然氣資源量的5倍多。非常規中，煤層氣36.8萬億，頁巖氣126萬億，致密砂巖氣12萬億，水合物131.8萬億[6-8，11-13]。

3.2.1 頁巖氣。中國主要發育海相、海陸過渡、陸相三套頁巖，即古生界海相頁巖、中新生界陸相頁巖、石炭-二疊系過渡相頁巖。具體為，海相分布在三大地區：南方古生界、華北地區古生界、塔里木盆地寒武-奧陶系，陸相分布在六大盆地：松遼盆地白堊系、渤海灣盆地古近系、鄂爾多斯盆地石炭-三疊系、準噶爾盆地石炭-侏羅系、吐哈盆地侏羅系、中國近海盆地古近系/中生界，都可以形成頁巖油、頁巖氣。

3.2.2 煤層氣。中國煤層氣資源主要分布在4大區域。根據最新評價結果，全國42個主要含氣盆地埋深2 000m以淺煤層氣地質資源量36.81萬億m3，可采資源量11萬億m3。中國煤層氣資源類型以低中階煤層氣為主（占77%），其中，低煤階43%，中煤階34%。中國煤層氣勘探開發程度非常低，尚未開發的剩余煤層氣資源潛力大。

3.2.3 天然氣水合物。中國天然氣水合物勘探近年來獲得重要進展，在我國深水海域及陸上均獲得天然氣水合物實物樣品。

2007年5月，在南海北部神狐深水區鉆獲天然氣水合物。初步預測南海北部深水區天然氣水合物遠景資源量達185億t油當量，南海南部及東海深水區780億t油當量。endprint

2009年9月，在青海祁連山南緣永久凍土帶木里煤礦區成功鉆獲天然氣水合物實物樣品。粗略估算，我國凍土區天然氣水合物遠景資源量至少有350億t油當量。

3.2.4 致密砂巖氣。我國致密氣分布廣泛、資源潛力巨大。四川、鄂爾多斯、松遼、渤海灣、塔里木、柴達木及準噶爾等10余個盆地都具有形成致密砂巖氣藏的有利地質條件。早在1997年Rogner對中國的致密氣資源進行了評估，約為11～14×1 012m3（400～500萬億立方英尺。

全國第二輪天然氣資源評價結果顯示，我國陸上天然氣資源為30.23×1012m3。

3.3 大力發展清潔能源

一方面，大量使用天然氣，給人們生活帶來了極大的方便。2016年，天然氣消費區域擴展至我國大陸所有省、區、市，近3億人享受到了清潔高效能源帶來的便利?！笆濉笔侨鏄嫿ìF代能源產業體系的關鍵時期，也是天然氣產業發展邁上新臺階的重要時期?！笆濉逼陂g，我國將形成“西氣東輸、北氣南下、海氣登陸、就近外供”的供應格局。預計2020年我國天然氣消費量應達10%比例，為3 500億m3左右，用氣普及率將進一步提高，供應能力將超過4 200億m3（包括煤層氣、頁巖氣及煤制天然氣等非常規天然氣和進口天然氣）。

另一方面，雖然我國天然氣產量逐年增長，但是消費量增長更快。

2016年，天然氣產量1 371億m3，同比增長1.5%；天然氣進口量721億m3，同比增長17.4%；天然氣消費量2 058億m3，同比增長6.6%。

從上面可以看出，2016年我國天然氣消費量為2 058億m3，按照現在以常規天然氣為主且不到10%的增長速度計算，到2020年，常規天然氣產量最多只可達到2 000億m3，那么缺口就有1 500億m3。這些缺口，就需要它們——煤層氣、頁巖氣及煤制天然氣等非常規天然氣和進口天然氣等來補充。然而，進口天然氣本身量已經較大，同時還受多種因素制約，與石油一樣，也有一個安全風險線；煤制天然氣成本高，生產過程消耗大量水資源并產生大量二氧化碳和廢水，不符合低碳經濟的方向，可作為技術儲備[1-4]。

3.4 存在主要問題

是不是有這么多的資源量，馬上就可以變為產量呢？也不盡然。首先需要說明的是，之所以稱作非常規能源，是相對于常規能源來說的，與之相比其優勢是類型多、分布廣、資源大；但是劣勢也非常明顯，就是豐度低、物性差、成本高。其次是美國之所以能夠取得開發利用的快速成功，一是得益于先進有效的技術，比如：長距離水平段鉆井、大型水力分段壓裂等技術，二是得益于政府的大力扶持政策，例如：國家立法和稅收給予了非常規天然氣發展很大的支持。而尤其是后者，在非常規能源開發利用中起到更為重要的作用。

實際上，發展非常規能源需要同時具備三個條件：一是較好的資源基礎，二是先進適用的開采技術，三是政府有力的政策支持。

4 結論與認識

4.1 從以上分類可以看出：一是世界能源種類豐富多彩，分布廣泛；二是真正環保、經濟、高效的能源又比較稀缺；三是各國能源分布還十分不均衡。相信，隨著科學技術的不斷進步，新的能源的不斷出現，對能源的分類必將更加科學、合理。

4.2 中國非常規油氣資源豐富，煤層氣、油砂、油頁巖、致密砂巖氣和頁巖氣是目前最為現實的非常規油氣資源。

4.3 在開展非常規能源工作的同時，不能忘記常規能源，特別是與常規能源的聯系。

4.4 由于受下列因素的影響：非常規油氣地質條件具有復雜性和特殊性；部分開發技術適用性差、不成熟；低滲透儲層單井產量低，缺乏有效增產技術；綜合利用效率低，環境污染嚴重等。因此要在我國實現非常能源對常規能源的替代還需要開展大量的研究工作。

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