0前言
鄂尔多斯盆地地跨陕甘宁蒙晋五省区，是我国陆
上第二大沉积盆地，总面积37×104km 2。盆地内延长组长7油层组广泛发育有暗色泥页岩，厚度较大，有机质丰富且成熟度高，为该盆地中生界地层的主要烃源岩层，具备形成页岩气藏的前提条件。据调查，在如此广阔的盆地内至今尚未进行过细致具体的页岩气研究工作和得到较为详实的认识成果。对该盆地中生界地层进行的页岩气成藏条件研究，将有助于为常规油气资源找到接替能源，新增天然气地质储量，促进国内非常规油气资源的勘探开发。
1
地质背景
1.1
沉积背景
鄂尔多斯盆地进入中生界延长组长7沉积期时
进入湖相发育的鼎盛时期，湖盆宽阔，广泛接受沉积。
岩石化学组成、微量元素丰度和相关参数的测定，都反映出长7优质烃源岩经历了湖盆快速扩张、稳定沉降和缓慢回升三个阶段［1］。较低的总稀土含量反映了长7泥页岩中有机质的快速堆积、陆源细碎屑补给慢；较低的Sr/Ba 比值和B 含量反映湖盆含盐度不高；高V/（V+Ni ）和U/Th 比值指示了缺氧的沉积环境［1］。湖盆的快速扩张、持续稳定的深水沉积、含盐度低且缺氧的沉积环境为长7优质油源岩大规模的发育提供了良好的地质条件。湖盆中心范围内是长7优质烃源岩发育最好的地区［2］，见图1。
1.2构造背景
对盆地进行的演化模拟及长7烃源岩热演化的
研究显示［3］，长7烃源岩进入生烃期之后，盆地经历了侏罗纪末的沉积（距今164~149Ma ）与抬升剥蚀（距今
149.5~145Ma ）、下白垩统沉积（145~100Ma ）、早白垩
纪末开始的抬升剥蚀（100~8Ma ）及第四系沉积（8Ma
摘要：
为了寻找常规油气的接替能源，增加鄂尔多斯盆地油气资源的地质储量，促进国内非常规油气资源的勘探开发，根据国内外现有的页岩气勘探开发理论和实践，对中生界延长组长7段泥页岩层的沉积环境、经历的构造运动、分布范围、厚度、埋深、有机质的类型和丰度、成熟度及生烃强度等各项成藏地质、地化要素进行了分析。研究认为鄂尔多斯盆地中生界延长组长7段泥页岩层具备良好的页岩气成藏地质条件，盆地南部吴起—永宁—下寺湾—直罗—线地区是中生界地层页岩气勘探开发的有利区块。
关键词：
鄂尔多斯盆地；页岩气；地质背景；成藏控制因素；有利区域预测
文献标识码：A
文章编号：1006-5539（2011）06-0049-06
鄂尔多斯盆地中生界页岩气成藏地质条件
雷宇1王凤琴1刘红军1马华2张成乘1
1.西安石油大学油气资源学院，陕西西安710065
2.延长石油青平川油田地质监督，陕西延安716000
收稿日期：
2011-08-02
基金项目：
西安石油大学研究生创新基金资助项目作者简介：
雷宇（1986-），男，广西柳州人，硕士研究生，主要研究非常规天然气勘探及油气田开发地质。
油气田开发
第29卷第6期
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天然气与石油NATURAL GAS AND OIL
2011年12
月
图3
鄂尔多斯盆地长7
高阻泥岩厚度图
图1
鄂尔多斯盆地延长组长7沉积相图
至今）等五个调整阶段。长7烃源层于中、晚侏罗纪在构造热事件的影响下开始生烃，到白垩纪末期达到生烃高峰，之后热演化程度变化不大。盆地西边局部地区受喜马拉雅期构造运动而再次埋深增厚，经历第三次生烃。构造运动一方面使得烃源岩埋深增加，加之构造热事件的影响而达到生烃门限；另一方面抬升剥蚀使上覆岩层有所减薄，如在盆地北部和东北部地区遭受过大量剥蚀从而影响到泥页岩层，其它地区保存较好。从总体上看，鄂尔多斯盆地经历的构造运动对页岩气藏的形成与保存提供了可能。
2
成藏控制因素
2.1
泥页岩厚度与展布特征
长7页岩岩心外观呈黑色、质纯且脆硬、手感较
轻、水平层理发育、常见介形虫及鱼鳞化石，含动、植物化石丰富，露头风化后呈纸片状，含有星点状黄铁矿，见图2。纵向上可见到泥包砂等深水沉积构造，显现出深湖—半深湖相沉积特征明显。
长7泥页岩分布范围广阔，面积超过10×104km 2，厚30～120m ，其分布变化趋势呈现出西深东浅、南厚北薄的特征。如：定边地区泥页岩层埋深多在2200～
2600m ，泥页岩层厚40～60m ；永宁、下寺湾等区块埋
深多在1300～1700m ，厚30～60m ；甘谷驿、南泥湾等区块的页岩埋深在700～1100m ，厚30～40m 。盆地沉积中心范围内，泥、岩层都能达到当前勘探开发的厚
度下限标准（国内外现将该标准下限值定为9m ［4］）。长
7下伏长8湖相泥质粉砂岩层，上覆长6三角洲相泥岩、
粉砂岩、砂岩层；绝大多数区域内，长7泥页岩层都有粉砂岩或砂岩夹层，将泥页岩分为上下两层，且上层薄（5～
30m ）、下层厚（30～50m ）［5］，见图3~4。格夹层的出现反
映了湖盆的轻微震荡和古气候环境的变化。
2.2
有机质类型和丰度
有机碳的类型与丰度不仅影响着页岩的颜色、密
度、抗风化能力、放射性和硫含量，还在一定程度上影
响裂缝的发育程度，更重要的是控制着泥页岩的生烃量、气体赋存方式及成分。页岩气藏的有机碳丰度与含量气（包括总气体含量和吸附气含量）
有很好的正相关
图2某井长7页岩岩心照片
50
图4延长组某井长7段单井柱状图
性。具有工业价值的页岩气藏，其有机碳平均含量应大于1%，随技术进步下限值可能会降至0.3%［4］。
发育于陆相深水湖盆淡水—微咸水还原环境的长7泥页岩层，有机质丰富，以Ⅰ1-Ⅱ2型为主，偏向于腐泥—混合型，具有生油潜力大的特征。陇东地区平均有机碳含量为2.72%，氯仿沥青“A”含量在0.3302%，烃含量在2061.1×10-6；陕北地区平均有机碳含量为3.04%，氯仿沥青“A”含量在0.4158%，烃含量在2692.3×10-6［6］。TOC平均为13.75%，残余有机碳含量一般为6%~14%，最高可达30%以上［1］。丰富的有机质不仅为油气大量生成提供了良好的物质基础，也为页岩气的吸附富集成藏提供了大量优质的载体。长7泥页岩层的有机质与其吸附气体量之间也具有正相关性的特征［7］，见图5。
2.3孔隙度和渗透率
孔隙度和渗透率是判断页岩气藏优劣的重要参数之一，较低的孔、渗值将会影响其商业产值。有研究表明，长7段优质烃源岩在大量生、排烃阶段之前就已发生过强烈的压实作用，现今泥页岩层实测孔隙度一般小于1%，多为0.5%～0.8%［8］。页岩基质的渗透率一般小于0.1×10-3μm2，平均吼道半径不到0.005μm。统计长7段常规砂岩油藏的平均渗透率仅为0.15×10-3μm2［9］，据此可推测泥页岩具更低的渗透率值。
国外已有的页岩气勘探开发研究表明，泥页岩层内的孔隙度与渗透率之间往往也呈现出正相关的线性关系，见图6。较低的孔隙度一方面会造成渗透率降低，不利于对页岩气藏的开发，需要通过大量的人工压裂加以改善；另一面不利于为游离气提供大量的存储空间，需要有厚而广泛发育的泥页岩层或更好的吸附条件来加以补偿。
2.4矿物组成
岩石薄片、岩样的光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）的观察和X衍射分析显示，长7优质烃源岩（油页岩）具有富有机质纹层、富莓状黄铁矿（图7［1］）、富胶磷矿（图8，红色部分）、高二价硫、Fe（平均含量为6.66%，58个样品）、P2O5（平均含量为0.55%）和相对较低的Al2O3（平均含量为13.31%）、SiO2（平均含量为49.29%）、CaO（平均含量为1.6%）及MgO（平均含量为1.21%）的特征［1］。微量元素表现为Mo、Cu、U呈显
图5延长组泥页岩野外露头样品有机质含量
与页岩气吸附量关系
图6美国沃斯堡盆地Barnett页岩基质孔隙度
—
渗透率关系图
图7延长组长7烃源岩SEM图像
油气田开发
第29卷第6期
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天然气与石油
NATURAL GAS AND OIL
2011年12月
著正异常，V、Pb呈正异常，其他微量元素为正常和亏损，总稀土含量较低。矿物组成研究表明长7泥页岩层陆源碎屑和粘土矿物的相对含量较低［1］，且油源岩在大量生、排烃之前蒙脱石就已大量脱水并向伊-蒙混层转化［8］。
长7泥页岩层蒙脱石等膨胀性粘土矿物含量较少对页岩气藏的形成和开发都较为有利；但硅质矿物质含量少对天然裂缝的形成和人工压裂都造成了不利影响，需要有更高的生烃增压造缝和适宜的压裂技术来弥补。
2.5裂缝
天然裂缝对页岩气成藏其实是不利的，但微裂缝的发育则对页岩气藏至关重要。地层微裂缝的形成有利于改善页岩气藏的储积空间和提高其渗透率；人工压裂造缝就是为了有效地对页岩气藏进行开发，要针对页岩储层的特征优选压裂工艺［10］。而裂缝的发育，则受控于沉积构造、生排烃演化、岩石矿物组成等因素。页岩气储层的渗透率低，气流阻力比传统的天然气大得多，应尽可能地利用天然裂缝的导流能力［11］。从现场的钻井记录和岩心观察发现，在长7泥页岩层中有大量裂缝的发育，见图9。
2.6地层压力
一般情况下，随压力的增大，无论以何种赋存方式存在的气体，含量都呈增大趋势。但压力增大到一定程度以后，含气量增加缓慢，因为孔隙和矿物（有机质）表面是一定的，前者控制游离态气体含量，后者控制吸附态气体含量。地层过剩压力是用地层异常压力减去静水柱压力。从已有的研究发现长7段最大过剩压力为23.6MPa，最小是10.2MPa［9］。一定高的地层压力有利于吸附气的储存。
3地化指标
3.1温度
根据任战利（1996年）对鄂尔多斯盆地热演化史的研究，从古生代到中生代早期地温梯度都较低（2.2～
3.0℃·100m-1），中生代晚期地温梯度升高到3.3～
4.5℃·100m-1，新生代以来逐渐降低到2.8℃·100m-1。对最大古地温的计算得到侏罗统延安组的最大埋藏温度一般在60～94℃之间，三叠系延长组的最大埋藏温度在90～155℃之间，石炭、二叠系在152～230℃之间，奥陶系一般大于200℃。盆地各阶段的古地热场演化总体以庆阳隆起为中心（高地热场）向四周逐渐减少，具有较明显的继承性特点［7］。但在庆阳—甘泉一带地区存在着热异常突变［12］。古生代和中生代早期地温梯度低，气源岩热演化程度低，有利于有机质的保存［13］；中生代晚期较高的地温梯度使有机质成熟度达到生烃要求；盆地现今相对较低的地层温度则有利于页岩气藏吸附气量的保存。
3.2成熟度
有机质的成熟度直接控制着生烃模式和生烃量的大小。经陈瑞银等（2007年）对盆地进行的热演化模拟得出延长组长7泥页岩层在侏罗系延安组沉积后，热演化程度最高地区的Ro值不到0.5%，侏罗系末期由于热事件加热效应，
鄂托克前旗至铜川一带图8延长组长7
烃源岩的薄片照片图9某井长7
泥页岩岩心中的裂缝
图10延长组长7地层Ro平面分布图52
图11
鄂尔多斯盆地页岩气藏有利
区域预测范围
进入生烃阶段，Ro 达到0.5%～0.7%，全盆地在白垩系末期进入生烃门限，热演化程度高的地区的Ro 值达到0.1%［3］；周江羽（1998年）也得出中生代地层的
Ro 大部分在0.5%～1.1%之间，盆地各地区的平均热
演化速率大致相同，约为0.0032R °·Ma -1［14］；张文正等（2006年）研究发现长7段优质油源岩在盆地大部分地区均已达到成熟—高成熟早期演化阶段，Ro 值为0.9%～1.15%［8］。白垩系末之后由于盆地的抬升剥蚀，Ro 值降低，生烃停止。本文将采用任战利（2006年）所绘制的Ro 平面分布图作为分析依据［12］，见图10。
3.3生烃强度
张文正等（2006年）通过热模拟实验认为长7优
质油源岩在成熟演化阶段（温度低于320℃，Ro 值为
0.55%～1.30%）以产油为主，进入高演化阶段（温度高
于340℃），液态烃大量裂解成气态烃；产烃率高，液态烃产出高峰在280～320℃（Ro 为0.71%～1.30%），液态烃产率达357～417kg /t ，模拟温度为600℃时气态烃产率可达777m 3/t ；低温阶段生成的气态烃富含C 2+组分，C 2+/C 值大于1，与油田伴生气富含C 2+组分的特征一致［8］；CO 2的产出量相对较低，反映干酪根结构中贫含氧基团，与其强还原的沉积环境相吻合，见表1。
实验温度／℃Ｒｏ／（%）产气量／
ｍｌ热解气中组分体积含量／（%）气态烃产率／（ｍ３·ｔ－１）热解油产率／（ｋｇ·ｔ－１）残留烃产率／（ｋｇ·ｔ－１
）轻质烃／总
液态烃／（%）
Ｃ１Ｃ２＋ＣＯ２Ｎ２Ｈ２２６００．５５８１２１２．９２０１５．３０７４７．８８７３．４８０２０．４０６１５．７２８．９１９７．０７２８００．７１１３１０１８．４４７２２．４９６３３．９８８２．９８８２２．０５１３８．５９１６８．５２４３．１２０３００１．１４２２３６２４．７７８２８．４８２２８．２４２１．７０６１６．７９２９６．５２６９．２８８．２３１３２０１．３０３２９０３３．３９９３３．５３６１８．９６７１．９３２１２．１６６１６４．２３７７．１４０．１４３３４０１．６４４６８６３６．５８６３５．３５７１４．９５６１．６９２１１．４０９２４４．６２７１．５１４．２５５４００２．０１６３８７４０．８０９３６．７４８１３．８７５１．６１８６．９５０３４５．２１０７．９３．７６０４５０２．５４９１９７５１．６３４３５．４８７４．６４６１．３１０６．９２３５３６．１６３．７２．０５６
６００
５．４４
１０７９１
４７．７４５
０
１３．６９０
１４．３４８
２４．２１７
７７６．８
０
０
表1%长7段优质油源岩热模拟实验结果
注：a ）H 2以1：2折算成甲烷；b ）轻质烃指热解油中C 6~C 14组分，相当于沥青“A ”抽提过程损失的组分；c ）本文所有产烃率均为残余有机碳产烃率。
油气田开发
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OIL AND GAS FIELD DEVELOPMENT 参考长7段优质油源岩热模拟实验结果及结合实际地质条件分析认为，有机质通过生物化学、热催化及部分地区热裂解作用生成气态烃类。考虑到长7段Ro 值在生物气范围的时间短（晚侏罗系末至早白垩系早期）及Ro 能大于1.3%的区域范围相对较小，所以大部分气体可能还是以石油伴生气的方式形成，且生气量大。
4有利区域预测
通过上述对鄂尔多斯盆地中生界延长组长7泥页
岩层的沉积构造背景、各项成藏地质影响因素及各项页岩气成藏地化指标的分析，在各项因素叠合的基础上，可初步预测鄂尔多斯盆地中生界延长组页岩气藏有利的勘探开发区域，见图11（据喻建2010年，修改）。
5结论
a ）鄂尔多斯盆地经历的构造运动一方面影响着有
机质的成熟度，使其能达到生烃门限；另一方面盆地南部地区经历的后期抬升剥蚀相对较小，有利于页岩气藏的保存；盆地中生界延长组长7泥页岩层发育于
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天然气与石油
NATURAL GAS AND OIL
2011年12月
适宜的湖相深水还原环境。
b）长7泥页岩多为暗色、黑色，质纯且脆，含动植物化石丰富，水平层理发育；在沉积中心范围内页岩厚度较大，展布范围较广，呈现出“西深东浅、南厚北薄”的分布特征；有机质丰富，以Ⅰ1-Ⅱ2型为主，偏向于腐泥—混合型，生烃潜力巨大；页岩气藏孔隙度和渗透率都比较低，实测孔隙度多为0.5%～0.8%，渗透率将小于0.15×10-3μm2；岩石矿物组成含膨胀性粘土矿物蒙脱石较少，含硅质矿物也相对小；现场观察可见长7泥页岩层中裂缝较为发育。
c）温度演化过程对长7页岩气藏的形成较为有利，无论是前期对有机质的保存、中期对生烃的影响及后期对吸附气量的保存都较为适宜；受有机质类型和丰度及成熟度控制，长7泥页岩层生烃量巨大，热催化是天然气主要的生成方式，局部小范围内有热裂解生气，以吸附态及游离态方式存在。
d）通过对各项成藏因素的分析认为，鄂尔多斯盆地中生界延长组长7泥页岩层具备较好的页岩气成藏地质条件，且盆地南部的吴起—永宁—下寺湾一线地区是页岩气勘探开发的有利区域。
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SELECTED ABSTRACTS
NATURAL GAS AND OIL（BIMONTHLY）
Vol.29No.6Dec.2011
with shallow coal seams，there are such special engineering mechanics features in deep coal seams as high subter－ranean stress，high subterranean temperature and high karsts water pressure.Thus，fracturing stimulation of deep buried CBM will face some difficulties，such as difficult borehole wall stabilization，poor manmade fracture exten－sion regularity，difficult propping agent transportation，difficult coal seam permeability protection，complex CBM adsorption and analytical regularity.In order to enhance hydraulic fracturing treatment capacity of deep buried CBM，it is suggested that ultra low dense propping agent，multifunctional fracturing fluid and supporting technolo－gies for increasing reservoir stimulation volume shall be developed according to shallow buried CBM stimulation techniques obtained already.
KEYWORDS：Deep buried coalbed methane；Ultra-low-density propping agent；Multifunctional fracturing fluid：Reservoir stimulation volume
Geological Conditions for Shale Gas Accumulation in Ordos Basin Mesozoic
Lei Yu，Wang Fengqin，Liu Hongjun，Zhang Chengcheng（Xi'an Petroleum University Oil and Gas Resources Insti－tute，Xi’an，Shaanxi，710065，China）
Ma Hua（Yanchang Oil Company Qingpingchuan Oilfiled Geological Supervision，Xi’an，Shaanxi，716000，China）NGO，2011，29（6）：49-54
ABSTRACT：In order to look for alternative energy instead of conventional oil and natural gas，increase geological reserve of oil and gas resources in Ordos Basin and promote domestic unconventional oil and gas resources explo－ration and development，based on theories and practices in current domestic and foreign shale gas exploration and development，analyzed are various reservoiring geological and geochemical elements such as Mesozoic Yanchang Formation Long Seven layer’s sedimentary and tectonic movement conditions，distribution range，thickness，burial depth，type，abundance and maturation of organic matter and hydrocarbon-generating intensity.It can be concluded from the analysis that the sedimentary environment is fit for hydrocarbon source rocks，tectonic movement is also good for shale gas reservoir formation and shale layer has wide range，thickness strata distribution and moderate burial depth，organic matter is abundant and its maturity is high and its hydrocarbon-generating intensity is high. The study results suggest that geological conditions of Ordos Basin’s Mesozoic Long Seven layer’s shale formation are favorable.In the south of the basin，Wuqi-Yongning-Xiasiwan-Zhiluo is an area for especially favorable shale gas exploration and development.
KEYWORDS：Ordos Basin；Shale gas；Geologic background；Accumulation control factor；Favorable region pre－diction
Fractal Sphere Seepage Flow Oil-gas Reservoir Model and its Solution
Sheng Cuicui，Li Shunchu，Xu Dongxu（Institute of Applied Mathematics，Xihua University，Chengdu，Sichuan，610039，China）NGO，2011，29（6）：55-58
ABSTRACT：Established and discussed is the mathematical model for unstable seepage flow for fractal oil and gas reservoir with spherical flow and variable flow rate production and the skin effect.Obtained are the expressions of Laplace space reservoir pressure and bottom hole pressure in three kinds of outer boundary（infinite boundary，con－stant pressure and closed boundary）conditions by using Laplace transformation，properties of Bessel function and the model of Mathematical Physics Equation and analyzed are influences of fractal dimension，fractal index and skin effect on space reservoir pressure and bottom hole pressure，which are very important for studies on well test analy－sis of fractal oil and gas reservoir with spherical flow and its seepage flow rules.
KEYWORDS：Fractal oil and gas reservoir；Spherical flow；Skin effect；Laplace transformation
Analysis on Unsteady Seepage in Non-porous and Multi-fracture Gas Reservoir
Jiang Yong，Wang Xinhai（Yangtze University，Jingzhou，Hubei，434023，China）
Yuan Henglong（Liaohe Oilfield Borehole Operation Company，Panjin，Liaoning，124107，China）
Liu Huanhuan（Shengli Oilfield Huanghe Drilling Company3，Dongying，Shandong，257091，China）NGO，2011，29（6）：59-60
ABSTRACT：It is found in logging researches on more and more sandstone oil reservoir or gas reservoir that forma－tion fractures are well developed and up to more than ten fractures each meter develop in some wells of northern
网络出版时间：2015-12-15 15:30:55 网络出版地址：https://www.doczj.com/doc/8c14801735.html,/kcms/detail/21.1357.TE.20151215.1530.004.html 鄂尔多斯盆地东缘太原组页岩气成藏特征 周 帅1，陈尚斌1，2，司庆红3，韩宇富1，张 超3 （1.中国矿业大学，江苏 徐州 221116；2.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室 中国矿业大学，江苏 徐州 221116；3.天津地质调查中心矿产资源调查院，天津 河东 300170） 摘要：以鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相太原组泥页岩为研究对象，通过野外调查和实验 测试，分析太原组泥页岩的空间展布、储层地球化学与物性特征以及页岩气成藏特征， 估算页岩气资源潜力。研究认为：鄂尔多斯盆地东缘太原组泥页岩沉积于三角洲平原和 潮坪—潟湖环境，沉积厚度为30～70m，自东向西变薄；泥页岩有机质为Ⅲ型干酪根，有 机碳含量为4.06%，成熟度为0.90%～2.40%，处于中等—过成熟阶段；储层孔隙以微孔 为主，脆性矿物含量超过45%，具较好的页岩气源岩和储层条件；页岩气藏主要为深埋热 作用与岩浆热作用叠加的热成因型气藏，形成于早白垩世的生烃高峰期。采用体积法估 算页岩气资源量约为1.9243×1012m3；初步优选出临县—兴县和石楼—隰县—大宁—蒲县 等2个勘探有利区，有利区页岩气资源潜力约为0.92×1012m3，该研究为鄂尔多斯盆地东 缘页岩气勘探开发提供了依据。 关键词：海陆过渡相页岩气；成藏特征；资源潜力；太原组；鄂尔多斯盆地东缘 中图分类号：TE122.2 文献标识码：A 0 引 言 中国富有机质泥页岩广泛发育，页岩气资源潜力巨大，页岩气储层按沉积条件可分为海相页岩、陆相页岩和海陆过渡相页岩3种类型[1-2]。中国页岩气可采资源总量约为 25.08×1012m3，其中海陆过渡相页岩气可采资源量达到8.97×1012m3，主要勘探区域为南华北 盆地、鄂尔多斯盆地和银额盆地。前期勘探和试井生产显示鄂尔多斯盆地临兴地区煤层气、 页岩气和致密砂岩气（海陆过渡相地层）勘探开发具有良好的前景，近期在鄂尔多斯盆地石 炭—二叠系见工业气流，鄂尔多斯北部地区鄂页1井经压裂改造后在太原组获得1.95×104m3/d 的稳定产量[3]。鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相太原组泥页岩分布范围大、厚度连续性好，具 备较好的页岩气成藏基础条件。分析其储层成藏特征，估算页岩气资源潜力，优选勘探有利 的“甜点区”，为研究区页岩气勘探开发提供依据。 1 地质背景 研究区鄂尔多斯盆地东缘位于山西省西部，西、北以黄河为界，东、南以离石—紫金山 ———————— 收稿日期：20150907；改回日期：20151123 基金项目：中国博士后科学基金第八批“储层微观非均质性对页岩气赋存机理的影响研究”（2015T80595）； 江苏省基础研究计划青年基金“成熟度对页岩气储层微观非均质性影响机理研究” （BK20130177）；中国博士后科学基金“储层微观孔隙非均质性对吸附态页岩气赋存的影响研究” （2014M551684） 作者简介：周帅（1994-），男，2014年毕业于中国矿业大学地质工程专业，现为该校矿产普查与勘探专业在读硕士研究生，主要从事页岩气地质研究。 通讯作者：陈尚斌（1983-），男，副教授，2006年毕业于中国矿业大学资源环境与城乡规划管理专业，2012年毕业于该校地质资源与地质工程专业，获博士学位，现主要从事页岩气地质研究。
页岩气及其成藏条件概述 2010年7月，在四川川南地区中国石油集团公司第一口页岩气井（威201井）顺利完成加砂压裂施工任务，标志着中国石油集团公司进入了页岩气的实战阶段。页岩气是一种非常规天然气资源，其储量巨大，有关统计表明全球页岩气资源量约为456.24×1012m3。较早对页岩气进行研究的是美国和加拿大，这些国家在勘探和开发中都取得了丰富的成果，形成了较为完备的页岩气系统理论，进入了快速的发展阶段；而我国对页岩气的勘探开发还在初级阶段，研究相对程度相对落后，但我国页岩气资源量也十分丰富（预测为30-100×1012m3）。据有关专家介绍，随着我国经济发展对油气资源的需求，页岩气将是我国今后油气资源勘探和开发的重点。 1 页岩气及其特点 1.1 页岩气储量 从世界范围来看泥、页岩约占全部沉积岩的60%， 表1 世界较大页岩气储量地区表(×1012m3) 其资源量巨大。全球页岩气资源量为456.24×1012m3，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、太平洋地区、拉美、前苏联等地区（表1） 在我国的松辽盆地白垩系、江汉盆地的第三系、渤海湾盆地、南华北、柴达木以及酒泉盆地均具有页岩气资源的分布。其中，四川盆地的古生代海相沉积环境形成的富有机碳页岩与美国东部的页岩气盆地发育相似。仅四川川南威远、泸州等地区的页岩气资源潜力（6.8-8.4×1012m3）,相当于整个四川盆地的常规天然气资源的总量。 1.2 页岩气及特点 页岩是由固结的粘土级的颗粒物质组成，具有薄页状或薄片层状的一种广泛分布的沉积岩。页岩致密且含有大量的有机质故成暗色（如黑色、灰黑色等）。在大多数的含油气盆地中，页岩既是生成油气的烃原岩也是封存油气的盖层。在某些盆地中，如果在纵向上沉积较厚（几十米-几百米），横向上分布广泛（几百-几万平方公里）的页岩同时作为了烃原岩和储集岩，且在其内聚集了大量的天然气，那就是页岩气。 所谓页岩气是指富含有机质、成熟的暗色泥页岩，因热作用和生物作用而形成了大量储集在页岩裂缝、孔隙中的且以吸附和游离赋存形式为主的天然气。与常规储层天然气相比，页岩气具有独特的特点（表2）。表2 常规储层天然气与页岩气对比表 成因类型热成因、生物成因及石油裂解气热成因、生物成因
页岩气特点及成藏机理 ---陈栋、王杰页岩气作为一种重要的非常规油气资源，随着能源资源的日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，其重要性已经日益突出。随着国家新一轮页岩气勘探开发部署的大规模展开，正确认识和掌握页岩气的成因、成藏条件等知识，对于今后从事页岩气现场录井的工作人员提高录井质量具有较好的指导意义。 1.概况 页岩气（shale gas）是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，与“煤层气”、“致密气”同属一类。其形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布较广的页岩烃源岩地层中。 2.特点 2.1 页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于暗色泥页岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态（大约50％）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间；以吸附状态（大约50％）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地
的有利目标。页岩气的资源量较大但单井产量较小，美国页岩气井的单井采气量为2800-28000m3/d。 2.5 在成藏机理上具有递变过渡的特点，盆地内构造较深部位是页岩气成藏的有利区，页岩气成藏和分布的最大范围与有效气源岩的面积相当。 2.6 原生页岩气藏以高异常压力为特征，当发生构造升降运动时，其异常压力相应升高或降低，因此页岩气藏的地层压力多变。 2.7 页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点—-大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。 3.成因 通过对页岩气组分特征、成熟度特征分析，页岩气是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合。生物成因气是有机物在低温下经厌氧微生物分解作用形成的天然气；热成因气是有机质在较高温度及持续加热期间经热降解和裂解作用形成的天然气。相对于热成因气，生物成因的页岩气分布极限，主要分布盆地边缘的泥页岩中，在美国研究比较深入的五个盆地的五套页岩中，密执安盆地和伊利诺斯盆地发现了生物成因的页岩气藏，并且是勘探目标中的主要构成(Schoell，1980；Malter 等，2000)。 3.1 生物成因
鄂尔多斯盆地地质特征鄂尔多斯盆地，北起、大青山，南抵，西至贺兰山、六盘山，东达、太行山，总面积37万平方公里，是我国第二大。 鄂尔多斯盆地是上的名称，也称陕甘宁盆地，横跨陕、甘、宁、蒙、晋五省（区）。“”意为“宫殿部落群”和“水草肥美的地方”。权威的解释，“鄂尔多斯”是“官帐”的意思。由蒙语翰尔朵（官帐的意思）的复数演变而来。但也有人把成吉思汗死后，其使用过的物品被安放在八个白室中供奉，专门的护陵人繁衍并逐渐形成了一个新的蒙古部落鄂尔多斯部落。其后几百年间，鄂尔多斯部落的按时祭奠，一直没有离开此地。这样久而久之，这一地区就叫做鄂尔多斯了。历史上的鄂尔多斯地区包括今日伊克昭盟全境，还包括的河套及宁夏和的一部分地区。鄂尔多斯地区西、北、东三面环水，南与相接，形成一个巨大的套子，因此也被称为“河套”。从所跨地域 鄂尔多斯盆地，其地域跨蒙汉广大地域，而且绝大部分地域是汉族居住区，为什么把该“盆地”叫蒙语“鄂尔多斯”盆地，而不叫汉语名称。据传说1905年前后，英国人到此地域勘探，最早进入现在的，就是最先踏入的立足地，另外在西方人眼里，亚洲人都是属于序列。所以，自然而然地就把该盆地称之为鄂尔多斯盆地，但也无法考证。 “陕甘宁”盆地在长庆油田会战初期叫得比较响，但随着市场经济的缘故，人们都喜欢“新奇”，“陕甘宁”盆地叫的人越来越少了，加上赶时髦，伊克昭盟改为“鄂尔多斯”市，叫“陕甘宁”盆地的人就更少了。
“陕甘宁”也不确切，因为“盆地”跨陕、甘、宁、蒙、晋五省（区）地域。总之，这也不是个什么大问题，在和谐的今天，叫什么都无所谓。 从地质特性看，鄂尔多斯盆地是一个整体升降、坳陷迁移、构造简单的大型多旋回克拉通盆地，基底为太古界及下变质岩系，沉积盖层有长城系、蓟县系、震旦系、寒武系、、石炭系、、三叠系、、白垩系、第三系、第四系等，总厚5000—10000m。主要油气产层是三叠系、侏罗系和奥陶系上古升界和下。 从盆地构造特征看 鄂尔多斯盆地石油开发示意图 从盆地构造特征看，西降，东高西低，非常平缓，每公里坡降不足1°。从盆地油气聚集特征讲是半盆油，满盆气，北气、上油下气。具体讲，面积大、分布广、复合连片、多层系。纵向说含油层系有“四层楼”之说，因此，这个盆地有之誉。 鄂尔多斯盆地地形模型 鄂尔多斯盆地位于中国中西部地区，为中国第二大，其、、三种资源探明储量均居全国首位，石油资源居全国第四位。此外，还含有、、、水泥灰岩、、、、等其他矿产资源。 盆地具有地域面积大、广、能源矿种齐全、资源潜力大、储量规模大等特点。盆地内石油总约为86亿吨，主要分布于盆地南部10万平方公里的范围内，其中占总储量78.7%，占总储量19.2%，宁夏占总储量2.1%。天然气总资源量约11万亿立方米，储量超过千亿立方米的天然气大气田就有5个。埋深2000米以内的煤炭总资源量约为4万亿吨；埋深1500米
北美地区典型页岩气盆地成藏条件解剖 1、阿巴拉契亚盆地俄亥俄页岩系统 （1）概况 阿巴拉契亚盆地（Appalachian）位于美国的东部,面积280000平方公里，包括New York西部、Pennsylvania、West Virginia、Ohio、Kentucky和Tennessee 州等，是美国发现页岩气最早的地方。俄亥俄（Ohio）页岩发育在阿巴拉契压盆地西部,分布在肯塔州东北部和俄亥俄州，是该盆地的主要页岩区（图2）。该区古生代沉积岩是个巨大的楔形体，总体上是富含有机质页岩、碎屑岩和碳酸盐岩构成的旋回沉积体。 图1 美国含页岩气盆地分布图 1953年，Hunter和Young对Ohio页岩气3400口井统计，只有6%的井具有较高自然产能（平均无阻流量为2.98万m2/d），主要原因是这些井的页岩中天然裂缝网络比较。其余94%的井平均产量为1726m3/d，经爆破或压裂改造后产量达8063m3/d，提高产量4倍多。1988年前，美国页岩气主要来自Ohio页岩气系统。截止1999年末,该盆地钻了多达21000口页岩井。年产量将近34亿m3。天然气资源量58332—566337亿m3,技术性可采收资源量4106~7787亿m3。每口井的成本$200000-$300000，完井成本$25~$50。 （2）构造及沉积特征 阿巴拉契亚盆地东临Appalachian山脉，西濒中部平原，构造上属于北美地台和阿巴拉契亚褶皱带间的山前坳陷。伴随Laurentian古陆经历了由被动边缘型
向前陆盆地的演化过程。盆地以前寒武纪结晶岩为基底，古生代沉积岩呈巨大的楔形体(最大厚度12 000 m)埋藏于不对称的、向东变深的前陆盆地中。寒武系和志留一密西西比系为碎屑岩夹碳酸盐岩，奥陶系为碳酸盐岩夹页岩，宾夕法尼亚系为碎屑岩夹石灰岩及煤层。总体上由富有机质泥页岩(主要为碳质页岩)、粉砂质页岩、粉砂岩、砂岩和碳酸盐岩等形成3～4个沉积旋回构成，每个旋回底部通常为富有机质页岩，上部为碳酸盐岩。泥盆系黑色页岩处于第3个旋回之中，分布于泥盆纪Acadian 造山运动下形成的碎屑岩楔形体内（James,2000）。该页岩层可再分成由碳质页岩和较粗粒碎屑岩互层组成的五个次级旋迥(Ettensohn ，1985)。它们是在阿卡德造山运动的动力作用下和Catskill 三角洲的向西进积中沉积下来的。 （3）页岩气成烃条件分析 ①页岩分布特征 阿巴拉契亚盆地中南部最老的泥盆纪 页岩层系属于晚泥盆世。Antrim 页岩和New Albany 大致为Chattanooga 页岩和Ohio 页 岩的横向同位层系（Matthews,1993）。在俄 亥俄东边和南边,Huron 段分岔。有的地区已 经被插入的灰色页岩和粉砂岩分成两个层。 俄亥俄页岩系统，覆盖于Java 组之上 (图3)。由三个岩性段组成：下部 Huron 段 为放射性黑色页岩，中部Three Lick 层为 灰色与黑色互层的薄单元，上部Cleveland 段为放射性黑色页岩。俄亥俄页岩矿物组成 包括：石英、粘土、白云岩、重金属矿（黄 铁矿）、有机物。 图2是西弗吉尼亚中部和西部产气区泥 盆纪页岩层的地层剖面。中上泥盆统的分布 面积约128，000mi 2(331，520km 2)，它们沿 盆地边缘出露地表。页岩埋藏深度为610～ 1520m ，页岩厚度一般在100－400ft(30— 120m),泥盆系黑色页岩最大厚度在宾夕尼亚州的中北部(图3)(deWitt 等，1993)。 ②页岩地球化学特征 图4表示Ohio 页岩下Huron 段烃源岩有机碳等值线图。从镜质体反射率特征来图2 阿巴拉契亚盆地西部中泥盆统－下密西西比系剖面 （据Moody 等，1987）
鄂尔多斯盆地是一个含油气沉积盆地[24-27]。盆地北以阴山为界，向南经陕西， 至北秦岭；西与六盘山、贺兰山毗邻，向东延伸，至山西吕梁山[7]。盆地横跨内 蒙古、陕西、山西、甘肃、宁夏五省份，总面积约33×104km2。 2.1 大地构造背景及研究区范围 2.1.1 大地构造背景 从大地构造背景来看（图2-1），鄂尔多斯盆地地块北隔河套盆地与内蒙地轴 相望，南与秦岭褶皱带相接；西与北祁连褶皱带为界，至东部鄂尔多斯地块[28]。 图2-1 鄂尔多斯盆地及其邻区构造格局图（据陈刚，1994）构造区划：Ⅰ鄂尔多斯地块；Ⅰ1天环向斜，Ⅰ2东部斜坡，Ⅰ3东南部挠褶带；Ⅱ贺兰断褶带；Ⅲ华北地块南缘构造带：Ⅲ1六盘山-鄂尔多斯南缘过渡带，a 六盘山弧形逆冲构造带；b 南北向构造带；c 鄂尔多斯南缘冲断带；Ⅲ2 祁连—北秦岭带：a 北祁连构造带； b 中祁连构造带； c 南祁连构造带； d 北秦岭带；Ⅳ阿拉善地块（阿拉善隆起）；Ⅴ山西地块；Ⅵ伊盟隆起；Ⅶ内蒙加里东海西褶皱带；Ⅷ内蒙隆起。 主要断裂：①离石断裂；②桌子山东断裂；③贺兰山东麓断裂；④地块西南缘边界断裂:（4a）龙首山—查汉布鲁格断裂，（4b）金塔泉—马家滩断裂，（4c）惠安堡—沙井子断裂，（4d）草碧—老龙山—口镇圣人桥断裂；⑤青铜峡—固原断裂；⑥地块南缘过渡带与祁连—北秦岭构造带分界断裂:（6a）北祁连—海原断裂，（6b）宝鸡—洛南—栾川断裂；⑦（华北）地块南缘构造带与南秦岭构造带分界断裂：（7a）临夏—武山断裂，（7b）商县—丹凤断裂。 图例说明：1、祁连—北秦岭变质杂岩（Ar-Pt1），2、一级构造单元分界断裂，3、二、三级构造单元分界 2.1.2 研究范围
鄂尔多斯盆地石油勘探地质理论与实践 鄂尔多斯盆地的石油储量较为丰富，分析鄂尔多斯盆地的石油勘探理论，并就相关理论的实践过程进行深入细致的分析，能够很大程度上提升鄂尔多斯盆地的石油勘探质量，对提升当地经济发展十分重要。 标签：鄂尔多斯盆地；石油勘探；实践 前言：石油勘探理论的正确实践是提升鄂尔多斯盆地石油勘探质量的重要举措，本文深入的分析了石油勘探过程中的理论应用情况，并就石油勘探理论的具体实践方法进行了深入细致的分析。 一、鄂尔多斯盆地石油勘探概况 当前，鄂尔多斯盆地的石油储备和开采量位居我国前列，从鄂尔多斯盆地的能源开采历史来看，鄂尔多斯盆地属于新生代盆地，并在地缘上位于我国华北地区。另外，鄂尔多斯盆地具有较为明显的大陆性特征，能够按照叠合生长的方式完成石油能源的开采[1]。另外，鄂尔多斯盆地在石油开采领域具有地理上的突出优势，能够在多种石油勘探技术的核心部位进行能源的有效开发，使能源的开采过程可以更好的进行负面因素的有效减少，使能源能够长时间保持均衡的运行状态。在鄂尔多斯实施石油資源的开采，可以通过内部构造的优势进行石油开发稳定性的提高，鄂尔多斯的能源开采过程可以很大程度上依赖缓冲带的状态进行石油开采技术的分析，并通过技术应用环节的多个单元，对石油气产生的主要空间实施分析，使石油资源可以在开采的过程中更好的进行沉降技术的应用，并提升盆地底部的适应程度。 二、鄂尔多斯盆地石油勘探理论的实践 （一）根据曲流河三角洲理论进行石油勘探 首先，要结合鄂尔多斯盆地的地势平缓特点，对盆地石油开采技术的具体框架实施分析，使现有的石油开采技术可以结合盆地的构造情况实施研究[2]。另外，要按照盆地地势倾斜的特点，对原有的石油勘探理论实施分析，以便石油的开采环节能够更大程度上适应物质资源的现实。另外，要结合当地的石油开采环境的湿度情况，对石油开采期限是否可以进行延长进行研究，使石油的开采环节能够更大程度上适应河流的发育特点，促进盆地当中沉降性资源的完善。要根据复合型三角洲的运行需要[3]。 （二）根据辫状河理论进行石油勘探 首先，要按照辫状河的石油开采效率，对固定时间内的石油资源开采量进行研究，使石油资源可以更好的同西南区域的地理构造情况取得一致。另外，要按照现阶段的盆地构造特点，对后续环节中的辫状河逆转性因素实施有效的分析，
鄂尔多斯盆地地质特征 鄂尔多斯盆地，北起阴山、大青山，南抵岭，西至贺兰山、六盘山，东达吕梁山、太行山，总面积37万平方公里，是我国第二大沉积盆地。 鄂尔多斯盆地是地质学上的名称，也称陕甘宁盆地，行政区域横跨陕、甘、宁、蒙、晋五省（区）。“鄂尔多斯”意为“宫殿部落群”和“水草肥美的地方”。权威的解释，“鄂尔多斯”是蒙语“官帐”的意思。由蒙语翰尔朵（官帐的意思）的复数演变而来。但也有人把成吉思汗死后，其使用过的物品被安放在八个白室中供奉，专门的护陵人繁衍并逐渐形成了一个新的蒙古部落鄂尔多斯部落。其后几百年间，鄂尔多斯部落的蒙古人按时祭奠成吉思汗陵，一直没有离开此地。这样久而久之，这一地区就叫做鄂尔多斯了。历史上的鄂尔多斯地区包括今日伊克昭盟全境，还包括巴彦淖尔盟的河套及和陕北的一部分地区。鄂尔多斯地区西、北、东三面环水，南与古长城相接，形成一个巨大的套子，因此也被称为“河套”。 从所跨地域 鄂尔多斯盆地，其地域跨蒙汉广域，而且绝大部分地域是汉族居住区，为什么把该“盆地”叫蒙语“鄂尔多斯”盆地，而不叫汉语名称。
据传说1905年前后，英国人到此地域勘探石油，最早进入现在的伊克昭盟，鄂尔多斯大草原就是最先踏入的立足地，另外在西方人眼里，亚洲人都是属于蒙古人种序列。所以，自然而然地就把该盆地称之为鄂尔多斯盆地，但也无法考证。 “陕甘宁”盆地在长庆油田会战初期叫得比较响，但随着市场经济的缘故，人们都喜欢“新奇”，“陕甘宁”盆地叫的人越来越少了，加上赶时髦，伊克昭盟改为“鄂尔多斯”市，叫“陕甘宁”盆地的人就更少了。“陕甘宁”也不确切，因为“盆地”跨陕、甘、宁、蒙、晋五省（区）地域。总之，这也不是个什么大问题，在中国民族和谐的今天，叫什么都无所谓。 从地质特性看，鄂尔多斯盆地是一个整体升降、坳陷迁移、构造简单的大型多旋回克拉通盆地，基底为太古界及下元古界变质岩系，沉积盖层有长城系、蓟县系、震旦系、寒武系、奥系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、第三系、第四系等，总厚5000—10000m。主要油气产层是三叠系、侏罗系和奥系上古升界和下古生界。 从盆地构造特征看 鄂尔多斯盆地石油开发示意图 从盆地构造特征看，西降东升，东高西低，非常平缓，每公里坡降
页岩气及其成藏机理 页岩气及其成藏机理 摘要：本文介绍了页岩气的特征、形成条件和富集机理等，认为不同阶段、不同成因类型的天然气都可能会在泥页岩中滞留形成页岩气；页岩气生气量的主要因素是有机质的成熟度、干酪根的类型和有机碳含量；吸附态的赋存状态是页岩气聚集的重要特征。我国页岩地质结构特殊复杂，需要根据我国具体的地质环境进行分析以便更加合理的进行开采。 关键词：页岩气富集资源 天然气作为一种高效、优质的清洁能源和化工原料，已成为实现低碳消费的最佳选择。全球非常规天然气资源量非常巨大，是常规油气资源的1.65倍。其中页岩气占非常规天然气量的49%约456 1012m3，巨大的储量和其优质、高效、清洁的特点，使得页岩气这一非常规油气资源成为世界能源研究的热点之一。我国页岩气可采储量丰富，约31 1012m3，与美国页岩气技术可采储量相当。通过对页岩气资源的勘探和试采开发，发现其储集机理、生产机制与常规气藏有较大的差别。 一、页岩气及其特征 页岩是一种具有纹层与页理构造由粒径小于0.004mm的细粒碎屑、黏土矿物、有机质等组成。黑色页岩及含有机质高的碳质页岩是形成页岩气的主要岩石类型。页岩气是从黑色页岩或者碳质泥岩地层中开采出来的天然气。页岩气藏的形成是天然气在烃原岩中大规模滞留的结果，由于特殊的储集条件，天然气以多种相态存在，除了少数溶解状态的天然气以外，大部分在有机质和黏土颗粒表面上吸附存在和在天然裂缝和孔隙中以游离方式存在。吸附状态的天然气的赋存与有机质含量有关，从美国的开发情况来看，吸附气在85～20%之间，范围很宽，对应的游离气在15～80%，其中部分页岩气含少量溶解气。 页岩气主体上是以吸附态和游离态同时赋存与泥页岩地层且以 自生自储为成藏特征的天然气聚集。复杂的生成机理、聚集机理、赋
鄂尔多斯盆地的沉积演化 盆地沉积演化阶段： 第一阶段：上三叠系延安组。潮湿型淡水湖泊三角洲沉积阶段 晚三叠世的印之运动，盆地开始发育，基地稳定下沉，接受了800-1400m的 内陆湖泊三角洲沉积，形成了盆地中主要的生油岩和储集层。 第二阶段：下侏罗系富县组、延安组。湿暖型湖沼河流相煤系地层沉积阶段延安统沉积后，三叠纪末期的晚印之运动使盆地整体抬升，延长组顶遭受 不同程度的风化剥蚀形成了高差达300m的高地和沟谷交织的波状丘陵地形。细 划出了一幅沟谷纵横，丘陵起伏，阶地层叠的古地貌景观。三叠系延长组与上覆 侏罗系富县组地层之间存在一个不稳定的平行不整合面。 因盆地的西南部抬升幅度较其他地区大，使陇东地区延长统遭受了强烈的 风化剥蚀。所以陇东的测井剖面上普遍缺失长１、长２地层，个别井长３甚至长 ４＋５顶都不复存在。 到侏罗纪延长统顶侵蚀完成，盆地再度整体下沉，在此基础上开始了早侏罗世湿暖型湖沼河流相煤系地层沉积。 在延长统顶部的风化剥蚀面上，侏罗纪早期富县、延10期厚0—250米的河流相粗碎屑砂、砾岩，以填平补齐的方式沉积，地层超覆于古残丘周围。延10期末，侵蚀面基本填平，盆地逐渐准平原化，气候转向温暖潮湿，从而雨量充沛，植被茂盛，出现了广阔的湖沼环境，沉积了延9～延4+5厚度250～300ｍ的煤系地层。经差异压实作用形成了与延长顶古残丘，古潜山基本一致具继承性的披盖差异压实构造，成为中生界的主要储集层及次要生油层。 第三阶段：中侏罗系直罗组、安定组，干旱型河流浅湖地层沉积阶段 延安期末的燕山运动第一幕，盆地又一度上升造成侵蚀，使盆地中部的大部分地区缺失了延１～延３地层，延安组（延４＋５）与上覆的直罗层之间存在一平行不整合面。 中侏罗世盆地第三次下沉，沉积了干旱（氧化）气候条件下的直罗组大套红色河流相砂岩，进而又沉积了上部安定组浅湖相杂色泥灰岩，之后盆地又再度
页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集为典型的“原地”成藏模式，页岩气大部分吸附在有机质和粘土矿物表面，与煤层气相似，另一部分以游离状态储集在基质孔隙和裂缝孔隙中，与常规储层相似。页岩气藏按其天然气成因可分为两种主要类型：热成因型和生物成因型，此外还有上述两种类型的混合成因型。北美地区是全球唯一实现页岩气商业开发的地区。目前北美地区已发现页岩气盆地近３０个，发现Ｂａｒｎｅｔｔ等６套高产页岩。２００８年，北美地区的页岩气产量约占北美地区天然气总产量的１３％。至２００８年底，美国页岩气井超过４．２万口；页岩气年产量６００亿方以上，约占美国当年天然气总产量的１０％。目前，美国已发现页岩气可采储量约７．４７万亿方。ＦｏｒｔＷｏｒｔｈ盆地密西西比系Ｂａｒｎｅｔｔ页岩气藏的成功开采掀起了全球开采页岩气的热潮。美国涉足页岩气的油气公司已从２００５年２３家增至２００８年６０多家；欧洲石油公司纷纷介入美国的页岩气勘探开发。页岩气作为一种非常规油气藏在国内也逐步受到关注。页岩气藏形成的主体是富有机质页岩，它主要形成于盆地相、大陆斜坡、台地凹陷等水体相对稳定的海洋环境和深湖相、较深湖相以及部分浅湖相带的陆相湖盆沉积体系，如ＦｏｒｔＷｏｒｔｈ盆地Ｂａｒｎｅｔｔ组沉积于深水（１２０￣２１５ｍ）前陆盆地，具有低于风暴浪基面和低氧带（ＯＭＺ）的缺氧厌氧特征，沉积营力基本上通过浊流、泥石流、密度流等悬浮机制完成，属于静水深斜坡盆地相。生物成因气的富集环境不同于热成因型页岩气。富含有机质的浅海地带，寒冷气候下盐度较低、水深较大的极地海域，以及大陆干旱－半干旱的咸水湖泊都是生物成因气形成的有利沉积环境；而缺氧和少硫酸盐是生物气大量生成的生化环境。在陆相环境中，由于淡水湖相盐度低，缺乏硫酸盐类矿物，甲烷在靠近地表不深的地带即可形成。但由于埋得太浅，大部分散失或被氧化，不易形成气藏。只有在半咸水湖和咸水湖，特别是碱性咸水湖中，可以抑制甲烷菌过早地大量繁殖，同时也有利于有机质的保存。埋藏到一定深度后，有机质分解，使ＰＨ值降低到６．５￣７．５范围时，产甲烷的细菌才能大量繁殖。这时形成的甲烷就比较容易保存，并能在一个条件下聚集成气藏。（１）热成熟度（Ｒｏ）。美国五大页岩气系统的页岩气的类型较多，既有生物气、未熟－低熟气、热解气，又有原油、沥青裂解气据（Ｃｕｒｔｉｓ，２００２），这些类型的天然气形成的成熟度范围较宽，可以从０．４００％变化到２．０％，页岩气的生成贯穿于有机质生烃的整个过程。不同类型的有机质在不同演化阶段生气量不同，页岩中只要有烃类气体生成（Ｒ＞０．４％），就有可能在页岩中聚集起来形成气藏。 生物成因气一般形成于成熟度较差的岩层中。密执安盆地Ａｎｔｒｉｍ生物成因型页岩的Ｒ仅为０．４％￣０．６％，未进入生气窗，页岩Ｒｏ越高，ＴＯＣ越低，越不利于生物气的形成。而福特沃斯盆地Ｂａｒｎｅｔｔ页岩热成因型气藏的页岩处于成熟度大于１．１％的气窗内，Ｒｏ值越高越有利于天然气的生成。所以热成熟度不是判断页岩生烃能力的唯一标准。 （２）有机碳含量（ＴＯＣ）。有机碳含量是评价页岩气藏的一个重要指标，多数盆地研究发现页岩中有机碳的含量与页岩产气率之间有良好的线性关系，原因有两方面：①是因为有机碳是页岩生气的 物质基础，决定页岩的生烃能力，②是因为它决定了页岩的吸附气大小，并且是页岩孔隙空间增加的重要因素之一，决定页岩新增游离气的能力。如Ａｎｔｒｉｍ黑色页岩页岩气以吸附气为主（７０％以上），含气量１．４１５￣２．８３ｍ／ｔ，高低与有机碳含量呈现良好的正相关性。Ｒｏｓｓ等的实验结果表明，有机碳与甲烷吸附能力具有一定关系，但相关系数较低（Ｒ２＝０．３９）。他认为在这个地区有机碳与吸附气量关系还可能受其他多种因素的影响，如粘土成分及含量、有机质热成熟度等。（１）矿物成分。页岩中的矿物成分主要是粘土矿物、陆源碎屑（石英、长石等）以及其他矿物（碳酸盐岩、黄铁矿和硫酸盐等），由于矿物结构、力学性质的不同，所以矿物的相对含量会直接影响页岩的岩石力学性质、物性、对气体的吸附能力以及页岩气的产能。粘土矿物为层状硅酸盐，由于Ｓｉ－Ｏ四面体排列方式，决定了它电荷丰富、表面积大，因此对天然气有较强的吸附能力，并且不同的粘土矿物对天然气的吸附能力也不同，蒙皂石吸附能力最强，高岭石、绿泥石次之，伊利石最弱。石英则增强了岩石的脆性，增强了岩石的造缝能力，也是水力压裂成功的保证。Ｎｅｌｓｏｎ认为除石英之外，长石和白云石也是黑色页岩段中的易脆组分。但石英和碳酸盐矿物含量的增加，将降低页岩的孔隙，使游离气的储集空间减少，特别是方解石的胶结作用，将进一步减少孔隙，因此在判断矿物成分对页岩气藏的影响时，应综合考虑各种成分对储层的影响。 （２）储集空间。页岩气除吸附气吸附在有机质和粘土矿物表面外，游离气则主要储集在页岩基质孔隙和裂缝等空间中。虽然页岩为超致密储层，孔隙度和渗透率极低，但是在孔隙度相对较高的区带，页岩气资源潜力仍然很大，经济可采性高，特别是吸附气含量非常低的情况下。页岩中孔隙包括原生孔隙和次生孔隙。原生孔隙系统由微孔隙组成，内表面积较大。在微孔隙中拥有许多潜在的吸附地方，可储存大量气体。裂缝则沟通页岩中的孔隙，页岩层中游离态天然气体积的增加和吸附态天然气的解析，增强岩层渗透能力，扩大泄油面积，提高采收率。一般来说，裂缝较发育的气藏，其品质也较好。美国东部地区产气量高的井，都处在裂缝发育带内，而裂缝不发育地区的井，则产量低或不产气，说明天然气生产与裂缝密切相关。实际上，裂缝一方面可以为页岩中天然气的运移提供通道和储集空间，增加储层的渗透性；另一方面裂缝也可以导致天然气的散失和水窜。 （３）储集物性。页岩的物性对产量有重要影响。在常规储层研究中，孔隙度和渗透率是储层特征研究中最重要的两个参数，这对于页岩气藏同样适用。据美国含气页岩统计，页岩岩心孔隙度小于４％￣６．５％（测井孔隙度４％￣１２％），平均５．２％；渗透率一般为 （０．００１￣２）×１０μｍ，平均４０．９×１０μｍ。页岩中也可以有很大的孔隙度，并且有大量的油气储存在这些孔隙中，如阿巴拉契亚盆地的Ｏｈｉｏ页岩和密歇根盆地的Ａｎｔｒｉｍ页岩，孔隙度平均为５％￣６％，局部可高达１５％，游离气可以充满孔隙中的５０％。页岩的基质渗透率很低，但在裂缝发育带，渗透率大幅度增加，如在断裂带或裂缝发育带，页岩储层的孔隙度可达１１％，渗透率达２×１０μｍ。页岩气藏是自生自储型气藏，从某种意义来说，页气藏的形成是天然气在源岩中大规模滞留的结果，烃源岩中天然气向常规储层初次运移的通道为裂缝、断层等，所以连通烃源岩和常规［１］［２］［３］ ［４］［５］ ［６］［７］３－３２ －６２－３２１ 沉积环境 ２ 生烃条件 ３ 储集条件 ４ 保存条件 ｏｏ岩（转１２９页） 页岩气成藏地质条件分析 黄菲 王保全 ① ② （中法渤海地质服务有限公司 ②中海石油＜中国＞有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院） ①摘要关键词页岩气藏为自生自储型气藏，它的生烃条件、储集条件、保存条件相互影响，息息相关，热成熟度和有机碳含量控制页岩的生气能力，而有机碳含量还影响页岩的储集性，是增加页岩孔隙空间的重要因素；页岩气藏储层致密，孔隙度和渗透率极低，裂缝的存在会提高储层的渗透率，矿物成分影响其储集性能，其中粘土矿物有利于增加微孔隙，并且增加岩石对天然气的吸附能力，而石英和白云石脆性较大，则有利于增加储层中的裂缝，并且对水力压裂造缝有利；页岩气藏对保存条件的要求较低。 页岩气有机碳含量热成熟度储集条件保存条件
试述鄂尔多斯盆地油气地质与勘探对策 鄂尔多斯盆地横跨宁陕蒙甘等多个省区，是国内第二大沉积盆地，对其进行油气地质勘探和开发，能够有效缓解当前油气能源供应不足的问题。本文首先对鄂尔多斯盆地的油气形成和分布特点进行介绍，在此基础上，探讨鄂尔多斯盆地油气地质勘探策略，包括根据资源分布特点进行勘探、加强科研和选区评价、引进新技术提高勘探效率等。 标签：鄂尔多斯盆地；油气勘探；地质勘探 鄂尔多斯盆地拥有丰富的天然气资源和石油资源，在漫长的地质发展过程中，形成大量煤、碳酸盐岩和其他矿物资源，对鄂尔多斯盆地油气资源的勘探和开发受到国内的高度重视。地质学家通过对鄂尔多斯盆地进行长时间的勘探，对其地层构造和资源分布特点已经有所了解，现代勘探技术的快速发展为推进鄂尔多斯盆地油气地质勘探工作提供了有力支持。有必要在总结已有成果的基础上，明确现阶段勘探工作的要点。 1 鄂尔多斯盆地油气形成及分布特点 1.1 油气形成分析 鄂尔多斯盆地位于华北和西北两地的纽带部位，总面积约为37万平方公里，占总国土面积的4%左右，已查明的煤炭资源占全国总储量39%左右，能源资源占全国总储量35%以上，出调量超过50%，是我国最重要的能源供应基地之一。关于鄂尔多斯盆地油气形成的研究主要包括：①沉积控制成藏，从岩层和地理形态特征出发，分析油气层与岩层沉积作用的关系，在其形成过程中，也会受到地理位置、生物、氣候等方面的影响；②运动动力成藏，从油气移动和汇聚角度出发，研究在其运动过程中的物化变化条件，具体包含初次运动和再次运动两个阶段，经过再次运动后，油气储藏趋于稳定[1]。 1.2 油气分布特点 从已有勘探和研究成果来看，鄂尔多斯盆地油气分布主要具备以下几方面特点：①地质因素变化复杂，由于鄂尔多斯盆地位于华北和西北地质构造的纽带位置上，既拥有较为稳定的碳酸盐岩结构，又存在盆地自身演化结构，由此导致其油气有不同的形成方式，储藏和分布状态已较为复杂。在进行油气开采前，必须运用科学方法对其分布情况和形成机理等进行研究，为油气开采提供理论支持； ②油层物性较差，虽然鄂尔多斯盆地的油气总储存量高，但储层岩主要为砂岩，且含有大量的石英和碎屑。储层岩大部分为黏土框和碳酸盐岩组成的胶结物，岩石渗透率、孔隙度较差，具有较强的非匀质性特点[2]。 2 鄂尔多斯盆地油气地质勘探策略
鄂尔多斯盆地地层组基本特征 第四系：第四系自下向上包括更新统和全新统。晚第三纪末，受喜山运动的影响，鄂尔多斯盆地曾一度抬升，大约以北纬38°为界，北部为一套河湖相沉积，南部为黄土沉积，黄土分布广，厚度大，构成塬、梁、峁的物质主体，与下伏新近系呈不整合接触。第四纪主要是人类的出现并有多期冰期，可见人类化石、旧石器与大量相伴生的哺乳动物化石和鸟类化石。 新近系：曾称新第三系、上第三系，自下而上包括中新统和上新统。中国新近系仍以陆相为主，仅在大陆边缘，如台湾、西藏等地有海相沉积。 古近系：曾称老第三系，自下而上包括古新统、始新统和渐新统，主要分布在河套、银川、六盘山等盆地。鄂尔多斯盆地早第三纪古新世，盆地继承了晚白垩世的挤压应力状态，断裂活动性强，沉积速度快，多发育冲积扇、水下扇等各种扇体。地层厚度厚50～300米左右，岩性主要为红色泥岩、砂质泥岩夹泥灰岩。 白垩系：主要出露下白垩统，又称志丹群，分六个组，从上往下为泾川组、罗汉洞组、环河组、华池组、洛河组及宜君组。 泾川组：命名地点在甘肃省泾川县。地层厚100-400米，岩性主要为暗紫、浅棕红、浅灰、浅灰绿色等杂色砂质泥岩、泥页岩、灰质泥岩与泥质粉砂岩互层，夹浅灰、浅紫红色灰
岩和浅灰色、浅黄色砂岩，与下伏罗汉洞组呈整合接触。 罗汉洞组：命名地点在甘肃省泾川县罗汉洞。主要为河流相的砂泥岩沉积。地层厚度100～260米，上部为发育巨大斜层理的红色细至粗粒长石砂岩，含细砾和泥砾；中部以紫红色为主的泥岩及泥质粉砂岩，夹发育斜层理的细粒长石砂岩为主；下部岩性以紫红色为主的泥岩底部为发育巨大斜层理的黄色中至粗粒长石砂岩为主，与下伏环河组呈整合接触。 环河组：命名地点在甘肃省环县环江。地层厚240米左右，岩性为黄绿色砂质泥岩与灰白色、暗棕黄色砂岩、粉砂岩互层，与下伏华池组呈整合接触。 华池组：命名地点在甘肃省华池县。地层厚290米左右，岩性以灰紫、浅棕色砂岩夹灰紫、灰绿色泥岩为主，含中华弓鳍鱼、狼鳍鱼、原始星介、女星介等化石，与下伏洛河组呈整合接触。 洛河组：旧称“洛河砂岩”，命名地点在陕西省志丹县北洛河。地层厚度250～400米，从西南往东北变厚，在黄陵沮水以南与宜君组为连续沉积；在沮水以北，宜君组缺失，假整合于侏罗系之上。岩性以河流相的紫红、桔红、灰紫色块状、发育巨型斜层理的粗一中粒长石砂岩为主，局部发育夹较多的砾岩、砾状砂岩。含介形类、狼鳍鱼、达尔文虫等化石。 宜君组：主要分布在黄陵沮水、宜君、旬邑、彬县一带，
鄂尔多斯盆地概况 鄂尔多斯盆地的广义地理界线：北起阴山，南到秦岭，东自吕梁山，西至贺兰山，六盘山一线。 盆地含油气地层主要为侏罗系的延安组合三叠系富含延长植物群的一套地层。 盆地内出露的地层包括：太古界至奥陶系，石炭系至白垩系，第三系和第四系，以陆相中生代地层和第四系黄土最为发育且广泛分布，缺失志留系和泥盆系。 鄂尔多斯盆地发育于鄂尔多斯地台之上，属于地台型沉积构造盆地。 鄂尔多斯地台原是华北隆台的一部分，早古生代由于地幔上拱，拉开了秦岭祁连海槽，使中国古陆解体，分裂成塔里木隆台及扬子地台。华北隆台在中生界侏罗纪末是一个统一的整体，至白垩纪山西地区隆起，随使华北地台与鄂尔多斯地台分离，形成独立的盆地。 鄂尔多斯盆地具有太古界和早元古界变质结晶基底、其上覆以中上元古界、古生界、中生界沉积盖层。 下图为盆地基岩顶面起伏图
鄂尔多斯盆地在多旋回地质历史发展中,在古老的太古宙—古元古代基底岩系之上,自中、 新元古代以来在 5 个不同的地质历史阶段 ,相继发育和形成了 5 种不同类型的原型盆地 ,即中、新元古代张裂型裂陷槽盆地 ,早古生代复合型克拉通坳陷盆地 ,晚古生代—中三叠世联合型克拉通坳陷盆地 ,晚三叠世—白垩纪扭动型大型内陆坳陷盆地及新生代扭 张型周缘断陷盆地。
其中，中、新元古代的原型盆地 ,控制其生成发展的构造体制应是固结稳定古陆块及边缘受上地幔浅层热对流系控制的大规模张裂体系。早古生代 ,原型盆地形成南北两隆(庆阳古隆起、乌兰格尔古隆起) ,东西两凹 ( 米脂凹陷、盐池凹陷) 和中部一鞍 (靖边鞍部隆起) 的古构造格局 ,这是在中、新元古代近南北向的中央构造平台及东西两侧裂陷槽的古构造基础上 ,早古生代克拉通北缘内蒙洋壳、南缘秦岭洋壳扩张-俯冲联合作用形成的东西向构造与之横跨形成的典型复合构造形式。对于这种横跨的复合现象 ,李四光教授曾明确指出 : 只有当横跨褶皱的强度达到势均力敌的时候 ,它们之间的相互关系才显示两组褶皱相交的特征。这种特征是 :一组背斜群沿着它们伸展的方向 ,以同一步调 ,有节奏地一起一伏 ,其俯伏的一线与横跨其上的向斜轴相当 ,齐头昂起的一线与横跨其上的背斜轴相当 ,这样 , 横跨的背斜群就以排成穹隆的形式出现。在这里 ,形成了一组隆起呈东西走向 ,另一组呈南北走向。由此可见 ,早古生代的构造运动是前期古构造运动与后期构造运动共同作用的结果 ,显示继承性和新生性的平衡相持特点。晚古生代—中三叠世 ,初期继承早古生代的构造格局 ( 即南北两隆 ,东西两凹 ,中间一鞍) ,致使中石炭世东西两个分割的凹陷在晚石炭世海侵时首先沿中间鞍部沟通。在该阶段 ,由于受到南北边缘动力学机制共同作用的控制 ,与早古生代的拉张 - 俯冲作用不同 ,主要表现为进一步俯冲 ,并相继表现为弧 - 陆、陆 - 陆碰撞和碰撞造山 ,联合形成南北向收缩挤压作用 ,使克拉通内部强化了东西走向的次级隆起 ( 北部乌兰格尔隆起带、南部麟游隆起带) 、凹陷 (中部盐池—米脂凹陷带) 及定边—吴堡一带区域性东西向构造带的形成和发展。由此说明 ,晚古生代—中三叠世的构造面貌是新生性构造活动改造和克服前期构造变动影响(继承性) 的结果。晚三叠世—白垩纪 ,经历了印支、燕山两期大的构造运动 ,其中印支运动在盆地地史发展中是一次重要转折 ,它实现了盆地由海向陆的转变 ,使盆地自晚三叠世以来进入了大型内陆坳陷的发展史 ,主要表现为大范围差异升降 ,坳陷主体呈北西—北西西方向展布于盆地南缘,它是特提斯洋壳向北俯冲 ,处于欧亚古陆块内部的鄂尔多斯盆地西缘、南缘产生向盆内的挤压和顺时针扭动作用的结果。燕山运动则使盆地古构造格局发生了重大变革 ,原来近东西向的构造形态为此期近南北向隆起、沉降带所叠加。早白垩世 ,形成了西部天池—环县一带南北向凹陷带 ,其东部盆地内展现一幅平缓西倾的大斜坡。此期 ,盆地周缘产生了强烈的折皱、冲断、逆冲推覆构造 ,表明燕山期构造活动达到高峰。盆地中侏罗世—早白垩世的构造演化特点 , 与中国东部发生的强烈岩浆活动和构造变动、构造线方向转为北东—北北东方向有很好的一致性 ,它反映了库拉—太平洋洋壳和欧亚陆块的相互作用, 导致了近南北向左旋剪切运动。新生代以来 ,与中生代盆地整体沉降相反 ,转变为整体隆升 ,
页岩气成藏机理及气藏特征 页岩气是泛指赋存于富含有机质的暗色页岩或高碳泥页岩中，主要以吸附或游离状态存在的非常规天然气资源。在埋藏温度升高或有细菌侵入时，暗色泥页岩中的有机质，甚至包括已生成的液态烃，裂解或降解成气态烃，游离于基质孔隙和裂缝中，或吸附于有机质和矿物表面，在一定地质条件下就近聚集，形成页岩气藏。 从全球范围来看，页岩气拥有巨大的资源量。据统计，全世界的页岩气资源量约为456.24×1012m3，相当于致密砂岩气和煤层气资源量的总和，具有很大的开发潜力，是一种非常重要的非常规资源[1-6]。页岩气资源量占3种非常规天然气（煤层气、致密砂岩气、页岩气）总资源量的50%左右，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、拉丁美洲、前苏联等地区，与常规天然气相当。页岩气的资源潜力甚至还可能明显大于常规天然气。 1.1 页岩气成藏机理 1.1.1 成藏气源 页岩气藏的生烃、排烃、运移、聚集和保存全部在烃源岩内部完成，页岩既是烃源岩、储层，也是盖层。研究表明，烃源岩中生成的烃类能否排出，关键在于生烃量必须大于岩石和有机体对烃类的吸附量，同时必须克服页岩微孔隙强大的毛细管吸附等因素。因此，烃源岩所生成的烃类只有部分被排出，仍有大量烃类滞留于烃源岩中。 北美地区目前发现的页岩气藏存在3种气源，即生物成因、热成因以及两者的混合成因。其中以热成因为主，生物成因及混合成因仅存在于美国东部的个别盆地中，如Michigan盆地Antrim生物成因页岩气藏及Illinois盆地New Albany混合成因页岩气藏[21]。 1.1.2 成藏特点 页岩气藏中气体的赋存形式多种多样，其中绝大部分是以吸附气的形式赋存于页岩内有机质和黏土颗粒的表面，这与煤层气相似。游离气则聚集在页岩基质孔隙或裂缝中，这与常规气藏中的天然气相似。因此，页岩气的形成机理兼具煤层吸附气和常规天然气两者特征，为不间断充注、连续聚集成藏（图1-1）。