中國非常規油氣沉積學新進展
——“非常規油氣沉積學”專輯前言

鄒才能，邱振

1.中國石油勘探開發研究院，北京 100083

2.國家能源頁巖氣研發（實驗）中心，河北廊坊 065007

3.國家能源致密油氣研發中心，北京 100083

4.中國石油非常規油氣重點實驗室，北京 100083

國際沉積學會（IAS）將沉積學（Sedimentology）定義為：它是研究沉積（物）巖的物理和化學特征及其形成過程（包括沉積物搬運、沉積過程、成巖作用等）的一門科學。沉積（物）巖形成過程可伴隨著油、氣、煤、鈾等能源礦產的沉積富集，而能源工業的巨大需求能夠促進沉積學的研究進程與學科創新發展。我國沉積學家王成善院士2020年提出“在油氣工業中，無論在勘探還是開發階段、無論是常規還是非常規油氣，都要重視沉積學的研究”。新世紀以來，隨著以頁巖油氣為代表的非常規油氣勘探開發的快速發展，世界油氣工業從常規油氣延伸至非常規油氣領域，逐步形成了非常規油氣地質學理論并得到創新發展。連續或準連續分布的非常規油氣資源甜點區（段）是非常規油氣地質學研究的核心，它們是不同于常規沉積的“非常規”沉積，其形成不僅需要大面積連續優質烴源巖（富有機質沉積），也需要與烴源巖密切匹配的大規模優質儲層。本文作者先后提出“非常規油氣甜點區（段）的形成是全球性或區域性多種地質事件沉積耦合的結果”[1]和“非常規油氣資源沉積富集與重大地質環境突變密切相關[2]，是全球性或區域性構造與海（湖）平面升降、火山活動、氣候突變、水體缺氧、生物滅絕與輻射、重力流等多種地質事件沉積耦合的結果”等認識。以此為基礎，提出了非常規油氣沉積學（Unconventional Petroleum Sedimentology）的概念[2]：它是研究與非常規油氣資源密切相關的沉積（物）巖及其沉積過程、沉積環境與沉積模式，以及非常規油氣甜點區（段）、富集規律、資源潛力等的學科。它強調以地質事件分析思維開展與非常規油氣資源密切相關的沉積（物）巖及其沉積過程等相關研究，查明非常規油氣資源的沉積富集規律，為非常規油氣勘探開發提供理論基礎與技術支撐。非常規油氣沉積學屬于沉積學、非常規油氣地質學、構造地質學等相互交叉的學科，是非常規油氣地質學理論體系的重要組成部分之一[2-3]。

1 中國非常規油氣勘探開發進展

以美國為代表的世界油氣工業正在從常規向非常規新跨越。2019年美國頁巖氣產量為7 140億方，致密油/頁巖油產量為3.8 億噸，致密氣產量為1 000億方，煤層氣產量為280億方。中國非常規油氣資源豐富且分布廣泛（圖1），以致密油氣、頁巖油氣、煤層氣及油頁巖油為代表。經過近20 年不斷探索，特別是在“十三五”期間，中國陸上非常規油氣勘探開發取得了“革命性”的突破，實現了從常規油氣向非常規油氣的工業化轉變。2019 年中國頁巖氣產量為154 億方，致密氣產量為410 億方，煤層氣產量為59億方，致密油/頁巖油產量為230萬噸，油頁巖油產量為150 萬噸。2019 年全國非常規油氣產量占油氣總產量的23%，其中非常規氣占天然氣總產量的35%，非常規石油占石油總產量的11%（圖2），標志著中國進入了非常規油氣革命發展的新階段。

我國致密氣主要分布在鄂爾多斯、四川、松遼、塔里木、渤海灣、吐哈和準噶爾等盆地，地質資源量為21.85 萬億方[5]，以鄂爾多斯盆地上古生界和四川盆地三疊系須家河組最為典型。自2000 年以來，致密氣在鄂爾多斯盆地上古生界勘探獲得重大突破，集中發現了蘇里格、大牛地等致密氣田，開啟了致密氣開發之路。截止2019 年底，全國致密氣累計探明儲量5.2萬億方，年產量也從2004年的約2億方快速增長到2019年的410億方（圖2）。

圖1 中國主要非常規油氣資源分布圖（修改自文獻[2-4]）Fig.1 Distribution of unconventional petroleum resources on land in China (modified from reference [2-4])

我國致密油和頁巖油主要分布在鄂爾多斯、松遼、準噶爾、渤海灣等盆地，致密油地質資源量為125 億噸[5-6]，以鄂爾多斯盆地三疊系延長組、松遼盆地白堊系、準噶爾盆地二疊系為代表。2010 年我國學者在引入并發展“連續型油氣聚集”理念的基礎上，在國內首次提出致密油概念，明確了致密油是非常規石油的熱點與重點領域。2014年在鄂爾多斯盆地發現了我國第一個億噸級致密油田——新安邊油田，開辟了中國非常規石油勘探新領域。相繼在鄂爾多斯、松遼等盆地設立了6 個開發示范區，穩步推進中國石油致密油開發示范區建設，實現工業化生產。截至2019 年底，致密油年產量達230 萬噸（圖3）。我國中低成熟頁巖油可采資源量約500億噸，中高成熟度頁巖油地質資源量約100億噸，其工業化進程是能否最終實現頁巖油氣革命的關鍵[7]。在鄂爾多斯盆地三疊系長7段、松遼盆地白堊系青山口組等多口井已獲得工業油流。2020年松遼盆地古龍凹陷古頁油平1 井壓后日產油38.1 方，日產氣1.3 萬方[8]，證實了我國陸相頁巖油具備良好勘探開發潛力。

我國頁巖氣主要分布在四川、鄂爾多斯等盆地，其地質資源量約80 萬億方，以四川盆地奧陶系—志留系五峰組—龍馬溪組、寒武系筇竹寺組及鄂爾多斯盆地二疊系山西組等為代表。2008 年鉆探國內第1口頁巖氣地質資料井——長芯1井，開啟了頁巖氣評價的序幕；2009 年鉆探國內第一個頁巖氣評價井，設立了首個頁巖氣礦權，開啟了頁巖氣探索評價。2012 年國家能源局批復了4 個頁巖氣示范區，從而拉開了我國頁巖氣工業化開采試驗。截止2019年，全國頁巖氣探明儲量1.8萬億方。年產量從2013年的約2億方快速增長至2019年的154億方，實現了工業化跨越（圖2）。

我國煤層氣主要分布在鄂爾多斯、沁水、四川等盆地，埋深2 000 m以淺煤層氣地質資源量約30萬億方[9]。1996 年中聯煤層氣有限公司的成立標志著我國煤層氣走向了產業化階段，此后逐漸建成鄂爾多斯盆地東緣、沁水兩大產業基地，并在遼寧阜新、四川盆地南部等地區實現小規模開發。截止2019 年，全國煤層氣累計探明儲量6 586億方，年產量從2013年的約0.2億方快速增長至2019年的59億方（圖2）。

中國油頁巖油資源豐富，主要分布在松遼盆地、準噶爾盆地和鄂爾多斯盆地，資源量約5 352.87 億噸，以松遼盆地上白堊統青山口組和嫩江組和準噶爾盆地中二疊統蘆草溝組以及鄂爾多斯盆地中上三疊統延長組為代表[4]。2000年以來，我國油頁巖油產量總體進入了快速增長階段，從年產量約10 萬噸快速增長至2019 年的150 萬噸（圖3），且從2005 年以來一直位居世界第一。

2020 年我國非常規油氣產量接近7 000 萬噸油當量，其中致密油和頁巖油年產量超300 萬噸，頁巖氣年產量突破200 億方，致密氣年產量超450 億方。可以說，非常規油是產量穩定的“砝碼”，預計2030年將占原油總產量的20%；非常規氣是產量增長的“主力”，2030 年有望超天然氣總產量的50%，故非常規油氣成為“穩油增氣”的戰略性資源。

2 中國非常規油氣沉積學研究進展

圖2 1996 年—2019 年中國常規—非常規天然氣產量分布圖Fig.2 Distribution of conventional and unconventional gas production between 1996 and 2019 on land in China

圖3 1996 年—2019 年中國常規—非常規石油產量分布圖（a）中國非常規石油產量分布；（b）中國常規與非常規石油產量分布Fig.3 Distribution of conventional and unconventional oil production between 1996 and 2019 on land in China

近十多年來，隨著頁巖油氣、致密油氣、煤層氣等非常規油氣工業的快速發展，我國非常規油氣沉積學研究已取得了諸多重要進展，并在我國非常規油氣勘探開發中發揮了重要作用[2]，主要包括細粒沉積巖分類、陸相深水砂質碎屑流等重力流沉積模式、海陸相富有機質頁巖沉積模式、細粒沉積巖微納米級孔喉表征、多地質事件沉積耦合形成非常規油氣甜點區（段）等。特別是近幾年來，我國非常規油氣工業進入快速發展的黃金時期，非常規油氣沉積學研究受到越來越多的關注和重視，取得了一些新進展。例如，有學者對與非常規油氣資源密切相關的泥頁巖、致密砂巖、致密碳酸鹽巖及混積巖（混合沉積）等的沉積特征、沉積過程及成巖作用等進行了系統總結；也有學者基于我國典型非常規油氣層系，針對有機質富集機理、優質儲層發育機制等非常規油氣沉積學所面臨科學問題與挑戰，開展了一些實例性分析與探討。因此，組織本專輯的初衷就是對這些新成果、新認識等進行及時性報道和較為系統的總結。

本專輯共收錄43 篇文章，較為系統全面地介紹了目前我國非常規油氣沉積學研究所取得的成果。它們涵蓋了鄂爾多斯、松遼、渤海灣、四川、準噶爾等主要含油氣盆地，涉及近50個不同類型盆地近30個海相、海陸過渡相和陸相沉積層系（段）。這些地層年代跨度大，包括了元古界震旦系（Z）、古生界寒武系（∈）、奧陶系（O）、志留系（S）、石炭系（C）和二疊系（P）、中生界三疊系（T）、侏羅系（J）和白堊系（K）以及新生界古近系（E），涉及致密油、致密氣、頁巖油、頁巖氣、油頁巖油、煤層氣等非常規油氣資源。

柳蓉，張坤，劉招君等（2021）通過對全國50個盆地、95 個含礦區油頁巖成因和分布規律的總結和歸納，明確了火山、熱液、大洋缺氧、氣候突變、海侵、重力流等事件與油頁巖沉積富集的關系，提出未來需要加強沉積學、地球化學、微生物學等多學科交叉，揭示非常規油氣資源沉積富集與重大地質環境突變的生態循環過程，進一步深入探討多種地質事件耦合作用對油頁巖成礦影響，以此豐富非常規油氣沉積學理論。

董大忠，張磊夫等（2021）系統總結海陸過渡相頁巖氣層系沉積研究現狀與新進展，并梳理鄂爾多斯、四川、渤海灣等盆地海陸過渡相頁巖氣勘探開發的新發現，指出了我國海陸過渡相頁巖氣具有良好勘探開發前景。我國海相頁巖氣基于“體積開發”新理論[10]，形成了“甜點區”綜合評價、井網井距優化設計、水平井鉆井和靶窗優選及軌跡設計、水平井段體積壓裂改造技術、生產制度設計與平臺式工廠化管理等頁巖氣“體積開發”核心技術，推動了四川盆地中淺層頁巖氣產量快速發展，實現了深層頁巖氣重大突破。這些成果也必將推動海陸過渡相頁巖氣獲得重大突破，對我國頁巖氣工業化發展具有重要理論指導意義。丁江輝，張金川等（2021）和盧樹藩，陳祎等（2021）分別對南方二疊系龍潭組和石炭系舊司組海陸過渡相富有機質頁巖開展了實例性研究。彭思鐘，劉德勛等（2021）對鄂爾多斯盆地東緣二疊系山西組頁巖沉積開展了實例性探討。

高遠，Alan R.Carroll 和王成善（2021）介紹了異整合面的涵義和基本識別特征，并以北美古近系陸相綠河組、中國奧陶系—志留系海相五峰組—龍馬溪組等頁巖層系為例，闡述了異整合面是古環境劇變事件在地層中的記錄，與全球性或區域性氣候環境變化密切相關，影響著有機質沉積富集。異整合面的識別是非常規油氣沉積學研究的重要內容之一，對于全球油氣資源勘探也具有重要指導意義。

趙建華和金之鈞（2021）系統闡述了國內泥（頁）巖成巖作用研究的四大進展，并展望了未來的發展趨勢。泥巖成巖作用不僅控制著油氣的生成和運移，也控制著頁巖油氣優質儲層的形成與分布，它是當今非常規油氣沉積學研究比較活躍的前沿領域之一。文中所探討的成巖作用對有機質孔發育、巖石力學性質等方面的影響，對于頁巖油氣勘探開發具有重要意義。谷淵濤，李曉霞等（2021）深入探討了我國典型海相、陸相、過渡相頁巖儲層有機質孔隙差異特征及影響因素。趙迪斐等（2021）和盧龍飛等（2021）分別從不同角度開展了南方五峰組—龍馬溪組相關實例性研究。張林浩，孫夢迪等（2021）利用小角中子散射表征了頁巖閉孔結構與演化，為評價頁巖儲層的儲集性和滲透性提供了新思路。

李一凡，魏小潔和樊太亮（2021）介紹了海相泥頁巖巖相分類、沉積過程解釋及層序地層劃分等方面的研究進展，并指出沉積特征的精細化描述與定量分析，并結合水槽模擬實驗，是今后海相泥頁巖沉積過程研究的主體發展方向。李志揚（2021）以晚白堊世北美西部內陸海道為例，得出的不同淺海環境中的泥巖相特征和沉積模式可有助于利用泥巖地層進行古地理、古氣候的重構，并能夠對預測不同陸棚淺海環境中沉積的泥巖作為有效烴源巖或有效儲層的潛力提供指導。歐成華等（2021）通過對我國南方頁巖氣建產區優質海相頁巖巖相類型精細刻畫，確定了產氣能力最優的巖相類型，該研究是非常規油氣沉積學研究的典型實例之一。

安全是人類的本能追求，也是國際關系的永恒主題。建立以合作共贏為紐帶、最大限度地匯聚各國最大利益公約數的新型安全伙伴關系，是參會代表的一個熱點話題。

楊田，操應長和田景春（2021）綜合國內、外重力流沉積相關研究成果，總結湖盆重力流沉積的相關認識，以明確湖盆重力流沉積研究中存在的不足，呼吁加快湖盆深水重力流沉積相關問題的深入研究，從成因上探討非常規油氣優質儲層發育機制，形成我國湖相特色的深水重力流研究學科。張倚安，李士祥，楊田等（2021）對鄂爾多斯盆地中上三疊統延長組開展了相關的實例性研究。余燁，尹太舉等（2021）和侯云超等（2021）分別對國外白堊系和中新統重力流沉積特征開展了實例性探討。

蒙啟安，趙波等（2021）以松遼盆地北部扶余油層致密油層為例，論述疊置型砂體致密油層沉積富集模式。王乾右，楊威等（2021）基于鄂爾多斯盆地延長組致密油儲層沉積微相特征，探討了不同微相的成巖響應及其控儲機理，是非常規油氣沉積學研究的典型實例之一。肖正錄，陳世加，路俊剛等（2021）探討了鄂爾多斯盆地隴東地區長8 致密油源儲間發育的泥質隔層對致密油聚集的不利條件。王昕堯，金振奎等（2021）深入分析了以四川盆地川東北侏羅系大安寨段為代表的陸相頁巖中方解石的成因及其對儲層的影響，提出方解石介殼有利于大安寨段內巖石層理縫和溶蝕縫的產生。厚剛福，宋兵等（2021）以川中地區侏羅系大安寨段為例，論述了源儲縱向及平面等配置特征并預測了致密油有利區。

朱世發等（2021）基于與蘇里格致密氣大氣田相似油氣地質條件的鄂爾多斯盆地西部地區二疊系，探討了淺水三角洲沉積體系與儲層巖石學特征，強調壓實作用是該套儲層致密化的主因。劉明潔等（2021）和孫海濤等（2021）從不同角度對四川盆地不同地區三疊系須家河組致密砂巖儲層開展相關研究，前者較為系統地探討了成巖作用對致密砂巖儲層品質的影響，后者則明確了致密儲層成因。

胡濤，龐雄奇，姜福杰等（2021）探討了我國中、新生代陸相斷陷咸化湖盆頁巖油層系有機質差異富集因素，提出高的古生產力、適當的古鹽度和適當的沉積速率背景有利于有機質沉積富集。何佳偉，劉建清等（2021）、黃梓桑，王興志等（2021）和何慶，董田等（2021）分別從元素地球化學的研究角度對南方五峰組—龍馬溪組和牛蹄塘組開展了有機質富集因素或機理的探討，這些研究對我國南方海相頁巖氣勘探開發均具有重要意義。昝靈等（2021）則探討了形成于不同沉積環境的烴源巖生成原油的差異性。袁懿琳，荊振華等（2021）探討了鄂爾多斯盆地延長組長7段烴源巖有機地球化學特征，為該盆地延長組頁巖油含油性及資源潛力評價提供重要依據。

李泉泉，鮑志東等（2021）較為詳細地介紹了混合沉積非均質性、沉積環境類型、沉積過程等，并探討了混合沉積作用的主控因素及存在的一些科學問題。混合沉積（物）巖是非常規油氣沉積學研究的重要研究對象之一，未來應加強混合沉積動力學分析、深水混積細粒層序理論研究等，重建其沉積過程以明確沉積體系展布，可預測非常規油氣優質儲層分布。

施振生和邱振（2021）系統梳理了細粒沉積物質來源、沉降方式等，總結了海相細粒沉積發育5 大類層理，并探討了不同層理類型頁巖儲層品質的差異。華柑霖，吳松濤等（2021）以四川盆地龍馬溪組頁巖為例，對頁巖紋層結構進行分類，并評價了不同紋層結構儲集性能的差異。這些成果對海相頁巖油氣勘探開發具有重要意義。

劉世奇等（2021）系統介紹了煤層孔隙與裂隙相關研究進展，包括研究方法、類型劃分方案、發育特征等，探討了它們的影響因素并分析了發展趨勢。黃華州，桑樹勛等（2021）從煤層群煤系多套含氣系統研究角度，提出湖進體系域下三角洲前緣沉積環境形成的含氣單元資源豐度較大，開發效果好。王琳琳等（2021）探討了煤等溫吸附/解吸特征及機理，為“沉積有機質結構演化與其物性耦合關系”研究提供了一種新思路。

龔承林等（2021）通過梳理外陸架—深水盆地沉積物搬運分散系統（深水源—匯系統）對從構造尺度到人類尺度氣候變化的沉積過程響應，提出了兩種（遲滯和瞬態）深水源—匯系統的沉積過程響應與反饋機制。揭示深水源—匯體系的沉積特征（如巖性、厚度和規模等）對氣候環境變化的沉積響應是非常規油氣沉積學的重要研究內容之一，可從成因上探討優質粗粒和細粒儲層的發育機制，建立相應的儲層發育模式，可為非常規油氣甜點區（段）與資源分布預測提供重要依據。

周川閩等（2021）從顆粒特性、侵蝕和沉積作用機制及底形特征、輸運機制與沉積模式，以及有機質富集和保存機制等四個方面對細粒沉積物理模擬進行綜述，并在此基礎上結合現代青海湖研究提出一種新的富有機質細粒沉積富集假說，即富有機質細粒沉積物的形成可能主要受絮凝作用、洪水重力流、低含氧環境（浪基面之下）和高沉積速率共同控制，這一認識進一步豐富了非常規油氣沉積學。盧斌，邱振等（2021）綜述了泥頁巖沉積物理模擬取得一些重要進展，如泥頁巖中砂質紋層、絮狀波紋、透鏡狀紋層等形成過程，部分泥頁巖可能沉積在相對淺水以及水動力條件相對較高的環境中，而不是傳統所認為的相對深水、低能的環境中。這些研究均提出，未來沉積物理模擬實驗結合數值模擬技術能夠推動非常規油氣沉積學創新發展，可“正演”泥頁巖層系中優質儲層發育過程，精細刻畫優質儲層分布，助力非常規油氣資源高效勘探開發。

3 研究展望

非常規油氣“甜點區（段）”形成是不同于常規沉積的“非常規”沉積。在我國近20年非常規油氣勘探開發實踐與研究過程中，逐步形成了“甜點區、甜點段”關鍵評價指標（表1），有效推動了非常規油氣資源勘探評價與開發目標優選。同時，圍繞非常規油氣“甜點區（段）”也開展了諸多沉積學研究，探討了它們形成過程與優質儲層發育特征。未來非常規油氣沉積學需以非常規油氣工業開發的“甜點箱體”和“甜點群”為重點研究方向。非常規油氣“甜點箱體”是由同一地層（層段）內縱向分布的“甜點段”與平面分布的“甜點區”組成一個相對獨立的油氣富集“地質體”，相當于開發基本單元“油氣層組”；在同一油氣層系內，多個非常規油氣“甜點箱體”可形成“甜點群”，相當于開發“油氣層”；一個或多個“甜點群”達到一定規模可形成非常規油氣田。非常規油氣沉積層系中常發育多類型“甜點箱體”與“甜點群”，不同“甜點群”具有不同沉積過程等特征。例如，鄂爾多斯盆地三疊系延長組發育長6 段“甜點群”（長63“甜點箱體”）、長7 段致密油“甜點群”和長7 段頁巖油“甜點群”（長73、長72和長71“甜點箱體”），形成了10億噸級大油田，但其致密油主要發育在砂質碎屑流等重力流沉積體系之中，而頁巖油主要富集在富有機質黑色頁巖層段；四川盆地奧陶系—志留系頁巖氣發育龍馬溪組“甜點群”（龍一11、龍一12等“甜點箱體”）和五峰組“甜點群”（五一段等“甜點箱體”），形成了萬億方頁巖氣大氣田，但它們之間也存在著差異頁巖氣富集與沉積特征。因此，未來非常規油氣沉積學研究需針對具有非常規油氣工業開發的“甜點箱體”與“甜點群”，系統開展與它們相關的沉積（物）巖及其沉積過程、沉積模式等研究，查明非常規油氣資源沉積富集規律，以期指導非常規油氣資源高效勘探開發。

表1 非常規油氣“甜點區、甜點段”關鍵評價指標表Table 1 Key Parameters of Unconventional Petroleum "Sweet-spot area" and "Sweet-spot interval" Evaluation

4 結束語

本專輯所收錄的43篇文章從不同研究角度闡述了非常規油氣沉積學研究進展，為我國非常規油氣資源勘探開發提供了重要理論基礎與技術支撐。鑒于期刊版面限制，且為更好報道和傳播非常規油氣沉積學最新的研究進展，本專輯在2021 年第1 期首發16篇文章，其他27篇將在2021年第2～6期以非常規油氣沉積學專欄形式刊發。我國從事非常規油氣相關的沉積學專家、學者及科研院所研究生等逐漸掀起了非常規油氣沉積學研究熱潮，碩果累累，本專輯僅是拋磚引玉，初步報道中國非常規油氣沉積學新進展，難免掛一漏萬。