中國頁巖氣富集特點＊

袁正明，黃宇琪，甘祖歡，李才平，段再容，謝衛中

中國頁巖氣富集特點＊

袁正明，黃宇琪，甘祖歡，李才平，段再容，謝衛中

（六盤水師范學院礦業與土木工程學院，貴州 六盤水 553000）

中國頁巖氣資源潛力大，推動頁巖氣勘探開發，將優化中國能源消費結構，緩解對外需求，進一步提升中國能源戰略地位。截至目前，中國頁巖氣資源勘探開發已經取得巨大成果，頁巖氣產量位居世界第三。通過資料調研整理和相關文獻查閱系統梳理了中國頁巖氣富集過程、富集條件和儲量分布，總結了中國頁巖氣富集特點。

頁巖氣；富集特點；富集條件；儲量分布

國際能源信息署EIA（2015）的統計結果顯示，中國頁巖氣技術可采資源量為31.57萬億m3，居世界第一。在中央及政府的大力支持下，不斷加對大頁巖氣的勘探與開發，于2017年中國實現頁巖氣年產量90億m3，僅次于美國和加拿大，居世界第三。2017年，國家能源局發布的《頁巖氣發展規劃》指出，至2020年，中國力爭實現國內頁巖氣產量300億m3，至2030年，力爭國內頁巖氣產量達到1 000 億m3，約達到國內天然氣總產量的20%。

1 頁巖氣富集過程

1.1 早期

早期，由干酪根等機質經生物作用產生少量天然氣，其中一部分天然氣以游離形式存在于孔隙和裂隙中，另一部分天然氣通過物理吸附作用和化學吸附作用吸附在黏土顆粒表面以及有機質表面，當以吸附和游離形式存在的天然氣在頁巖中達到飽和狀態，繼而就會進行逃離，在一定情況下形成水溶氣藏，并為之提供可觀的氣源，但由于這一過程發生在頁巖內部，所以含氣量十分有限。

1.2 中期

中期主要是經化學作用形成的大量的天然氣，由于有機質的密度大，而生成的天然氣密度小，在較封閉空間內，由于物理因素，使得空間內壓力升高，原有的地層壓力異常升高，頁巖內部產生裂隙，由于游離形式的天然氣存在其中，或許能構成可直接開采的工業性頁巖氣藏。

1.3 后期

由于生物作用和化學作用的不斷進行，產生越來越多的天然氣，頁巖內部游離形式的天然氣已經達到相對飽和狀態，從而進行逃離，而由于頁巖儲層孔隙度較低（通常小于5%），孔隙半徑也小（以微孔隙為主），使得這個階段的天然氣具有活塞式排水運移的特點[1]。

2 中國頁巖氣富集條件

2.1 潛質層系分布

中國潛質頁巖發育于多個層系，主要為新近系、古近系、白堊系、侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系-奧陶系、寒武系、震旦系以及前震旦系。中國海相含氣頁巖層系主要分布在中下揚子區，以四川盆地及周緣地區為主的南方地區和以塔里木盆地為主的中西部地區，在層系上主要為寒武系、奧陶系以及志留系；海陸過渡相頁巖主要分布在準格爾盆地、鄂爾多斯盆地、塔里木盆地等中西部沉積盆地，在層系上主要是石炭系和二疊系[2]；陸相頁巖主要分布于鄂爾多斯盆地、渤海灣盆地、松遼盆地、四川盆地等，在層系上主要為三疊系和侏羅系[3]。

2.2 礦物成分

頁巖礦物組分能夠反映沉積環境，并影響巖石的性質。對于海相頁巖層系，特別是深水環境下沉積的頁巖，其中的石英多為自生石英，與有機質豐度具有較好的正相關關系，硅質頁巖有機質豐度條件往往較好；對于海陸過渡相和陸相等距離物源較近的沉積環境，石英多為陸源石英，與有機質豐度往往呈負相關關系，而黏土礦物則顯示出與有機質豐度較好的正相關關系。同時，頁巖中各礦物組分對于天然氣的儲集能力也不同，石英、長石、碳酸鹽礦物等脆性顆粒中，裂縫易發生，對游離態的天然氣的聚集和運移具有重要意義，也有利于后期開發時人工裂縫網絡的形成；而黏土礦物、有機質顆粒等則為吸附態的天然氣提供了主要的賦存場所，有利于吸附氣的賦存。中國海相頁巖脆性礦物含量較高，平均含量多大于60%，頁巖層系脆性好，可壓裂性好，黏土礦物以伊利石為主，吸附能力一般；海陸過渡頁巖脆性礦物含量約為50%，脆性一般，可壓裂性一般，黏土礦物以伊利石蒙脫石混層為主，具有較好的吸附能力；陸相頁巖脆性礦物平均多小于45%，巖石塑性強，可壓裂性不佳，壓裂改造難度大，黏土礦物含量多能夠達到50%，以蒙脫石、高嶺石為主，具有很好的吸附能力[3-6]。

2.3 有機質特征

富有機質頁巖中存在的大量有機質，是頁巖氣生成的母質，其豐度、類型和成熟度對頁巖氣資源潛力起到控制性作用，較高的豐度、適當的類型和成熟度是頁巖氣生成的有利條件。中國海相頁巖有機質以Ⅰ和Ⅱ1型為主，值為1.0%～5.5%，o值為2.0%～5.0%；海陸過渡相頁巖有機質以Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅲ型為主，值為2.6%～5.4%，o值為1.1%～2.5%；陸相頁巖有機質以Ⅱ2型和Ⅲ型為主，值為0.5%～2.0%，o值為0.6%～1.55%[3]。

2.4 儲集性質特征

頁巖儲存空間主要有孔隙和裂隙，孔隙是頁巖氣的主要儲藏空間，對儲能起著很大作用，裂隙的發育程度決定著頁巖滲透率的大小，同時也是頁巖氣的通道，影響著頁巖的連通程度，決定著頁巖氣藏的品質和產能。孔隙度和滲透率是評價儲集物性最重要的參數，能夠直接反映頁巖儲集和允許氣體滲流的能力，比表面積則能夠表征頁巖吸附能力的大小。頁巖儲層普遍表現為低孔隙度、極低滲透率，孔隙度低于10%，一般只有4%～6%，滲透率一般低于0.1×10-3μm2。中國海相頁巖有機質孔和微裂縫發育，孔隙一般大于 100 nm，平均孔隙度為4.83%，滲透率一般介于0.01×10-3～6×10-3μm2之間，比表面積一般介于6.50～25.48 m2/g之間；海陸過渡相頁黏土礦物晶間孔及有機質孔發育，孔隙一般小于120 nm，平均孔隙度為3.02%，滲透率一般介于0.01× 10-3～1×10-3μm2之間，比表面積一般介于5.42～17.58 m2/g之間；陸相頁巖溶蝕孔和黏土礦物晶間孔發育，孔隙一般小于15 nm，孔隙度為0.4%～1.5%，滲透率介于0.012×10-3～0.653×10-3μm2之間，比表面一般積介于5.38～12.67 m2/g 之間[2-3，7]。

2.5 含氣性特征

含氣性特征實際就是通過實驗分析，測定頁巖中頁巖氣含氣量，來評估是否有工業價值，是指導頁巖氣勘探和評估資源可采性的重要參數之一。頁巖氣賦存形式為吸附氣、游離氣和溶解氣，前兩者為主要賦存方式，在實際開采過程中，溶解氣形式的頁巖氣開采難度遠遠大于吸附氣和游離氣，這三種賦存形式在自然因素的影響下能夠互相轉換并時刻進行著。中國海相頁巖含氣量較高，一般為1.0～8.0 m3/t，最大能夠達到10.0 m3/t以上；海陸過渡相頁巖含氣量適中，一般為0.5～4.0 m3/t，陸相頁巖含氣量偏低，一般為0.5～ 2.2 m3/t[8]。

3 中國頁巖氣儲量分布

根據最新探測結果顯示，中國陸上頁巖氣可采資源量約為12.85×1012m3，其中中國海相頁巖可開采資源量約為8.82×1012m3，占比約69%，主要分布于四川盆地周邊，總面積為60×104～90×104km2；海陸過渡相頁巖可開采資源量約為2.37×1012m3，占比約18%，主要分布在華北及南方地區，總面積為15×104～20×104km2，；陸相頁巖可開采資源量約為1.66×1012m3，占比約為13%，主要分布在中西部沉積盆地，總面積為20×104～25×104km2。目前，中國海相頁巖勘探開發均已經取得重大突破，主要的頁巖氣的產區為四川盆地周邊的涪陵頁巖氣田、川南頁巖氣田、威（遠）榮頁巖氣田和長寧頁巖氣示范區等[6，9]。海陸過渡相和陸相頁巖均尚未取得大規模開發突破，但均具有重要的資源潛力。

4 結論

中國頁巖氣資源豐富，海相、海陸過渡相、陸相頁巖層系中均有資源發現，其中海相頁巖層系資源量最多，約占中國陸相頁巖氣總資源量的69%，海陸過渡相頁巖層系資源量約占總量的18%，陸相頁巖層系資源量約占總量的13%，預計在2030年頁巖氣產量預計達到1 000億m3。

中國海相頁巖孔隙度好，雖然比表面積大，但是賦存氣體依舊是游離態氣體比例大，吸附氣相對比例小，海相提供比表面積的微孔以有機質為主，比表面積與值基本成正比，海陸過渡相及陸相除有機質外，黏土礦物提供很大的比表面積，比表面積與黏土礦物含量有一定關系。

中國頁巖氣資源潛力大，海相頁巖成藏條件更好，含氣量高，值高，面積廣，厚度大，脆性好，可壓裂性好，相比較于海陸過渡相頁巖和陸相頁巖，海相頁巖開采技術更加成熟完善，是目前頁巖氣生產的主要來源。

［1］張金川，金之鈞，袁明生.頁巖氣成藏機理和分布［J］.天然氣工業，2004，24（7）：15-18.

［2］聶海寬，唐玄，邊瑞康.頁巖氣成藏控制因素及中國南方頁巖氣發育有利區預測［J］.石油學報，2009，30（4）：484-491.

［3］鄒才能，董大忠，王社教，等.中國頁巖氣形成機理、地質特征及資源潛力［J］.石油勘探與開發，2010，37（6）：641-653.

［4］陳尚斌，朱炎銘，王紅巖，等.四川盆地南緣下志留統龍馬溪組頁巖氣儲層礦物成分特征及意義［J］.石油學報，2011，32（5）：775-782.

［5］蒲泊伶，蔣有錄，王毅，等.四川盆地下志留統龍馬溪組頁巖氣成藏條件及有利地區分析［J］.石油學報，2010，31（2）：225-230.

［6］董大忠，王玉滿，李新景，等.中國頁巖氣勘探開發新突破及發展前景思考［J］.天然氣工業，2016，36（1）：19-32.

［7］聶海寬，張金川.頁巖氣儲層類型和特征研究——以四川盆地及其周緣下古生界為例［J］.石油實驗地質，2011，33（3）：219-225，232.

［8］胡明毅，邱小松，胡忠貴，等.頁巖氣儲層研究現狀及存在問題探討［J］.特種油氣藏，2015，22（2）：1-7，151.

［9］趙文智，賈愛林，位云生，等.中國頁巖氣勘探開發進展及發展展望［J］.中國石油勘探，2020，25（1）：31-44.

＊基金課題：國家級大學生創新創業訓練計劃項目“六盤水地區頁巖氣儲層孔隙結構研究”（編號：201910977006）；六盤水師范學院校級基金項目“六盤水師范學院科技創新團隊項目”（編號：LPSSYKJTD201902）；六盤水師范學院校級基金項目“地質工程校級重點學科”（編號：LPSSYZDXK201802）

2095－6835（2020）24－0080－02

P618.13

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.026

袁正明（1998—），男，四川廣元人，本科，現就讀于六盤水師范學院礦業與土木工程學院地質工程專業。

黃宇琪（1990—），女，江蘇常熟人，實驗師，碩士研究生，現就職于六盤水師范學院礦業與土木工程學院，從事非常規油氣研究工作。

〔編輯：王霞〕