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3本文受到国家自然科学基金项目(编号:40672087、40472073)及“全国油气资源战略选区调查与评价”国家专项的资助。
作者简介:张金川,1964年生,本刊第六届编委会委员,教授,博士生导师;现主要从事非常规天然气地质、油气成藏机理与分布规律、油气资源评价及盆地流体分析等研究工作。
地址:(100083)北京市海淀区学院路29号。
电话:(010)82322735。
E 2mail :zhangjc @我国页岩气富集类型及资源特点3张金川 姜生玲 唐玄 张培先 唐颖 荆铁亚教育部“海相储层演化与油气富集机理”重点实验室・中国地质大学(北京) 张金川等.我国页岩气富集类型及资源特点.天然气工业,2009,29(12):1092114. 摘 要 根据页岩气聚集的机理条件和中、美页岩气地质条件的相似性对比结果认为:中国页岩气富集地质条件优越,具有与美国大致相同的页岩气资源前景及开发潜力。
中国含气页岩具有高有机质丰度、高有机质热演化程度及高后期改造程度等“三高”特点,页岩气具有海陆相共存、沉积分区控制以及分布多样复杂等特点。
以间接型和直接型页岩气划分方法为基础并结合中国区域地质特点,将中国的页岩气富集模式划分为南方型、北方型及西北型等3种,分别具有以下特点:①以扬子地台为核心的南方型页岩气聚集条件有利并以改造较为严重的海相古生界海相页岩聚气为主,具有单层厚度大、发育层位多、分布面积广、热演化程度高、后期改造强等特点;②以华北地台为主体的北方型页岩气具有古—中—新生界页岩发育齐全、沉积迁移特征明显、薄互层变化频率高、沉积相带分隔明显等特点;③以塔里木地台为基础的西北型页岩气储层以中—古生界为主,沉积类型多、有机碳丰度高、有机质热演化程度相对较低。
结论认为:中国页岩气可采资源量约为26×1012m 3,大致与美国的28×1012m 3相当。
关键词 中国 页岩气 资源评价 分区特点 富集模式 开发潜力 华北地台 扬子地台 塔里木地台 DOI :10.3787/j.issn.100020976.2009.12.033 作为源岩排烃残余的主要产物,页岩气的存在具有广泛意义。
页岩气实验测试技术一、页岩气富集机理及实验测试特殊性页岩气是指主体上以吸附和游离状态赋存于泥、页岩（部分粉砂岩）地层中的天然气聚集。
张金川、金之钧等在研究吐哈盆地天然气问题时注意到了页岩气，随后对页岩气特点和聚集机理进行了探讨，并对页岩气进行了界定，认为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，在页岩气藏中，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就近聚集的结果，表现为典型的“原地”成藏模式；张金川等（2006）进一步明确了页岩气具有煤层气和根源气在聚集意义上的双重特征，吸附机理的存在提高了页岩气资源量并延伸了勘探领域，页岩气可能是中国南方地区油气进一步勘探的重要突破口；薛会等（2006）从天然气成因机理和成藏机理两个方面对天然气类型进行划分，对页岩气进行研究；孙超等（2007）通过页岩气藏和深盆气藏的对比研究，认为页岩气藏的形成需要大面积、厚层页岩，裂缝是其重要储集空间，排烃方式以扩散作用为主，短距离运移，在低孔低渗储层形成的隐蔽圈闭中聚集，气藏中常具异常地层压力。
1、页岩气富集机理页岩气是一种重要的非常规天然气类型，与常规天然气相比，其生成、运移、赋存、聚集、保存等过程及成藏机理既有许多相似之处，又有一些不同点，页岩气成藏的生烃条件及过程与常规天然气藏相同，泥页岩的有机质丰度、有机质类型和热演化特征决定了其生烃能力和时间；在烃类气体的运移方面，页岩气成藏体现出无运移或短距离运移的特征，泥页岩中的裂缝和微孔隙成了主要运移通道，而常规天然气成藏除了烃类气体在泥页岩中的初次运移以外，还需在储集层中通过断裂、孔隙等输导系统进行二次运移；在赋存方式上，二者差别较大，首先，储集层和储集空间不同（常规天然气储集于碎屑岩或碳酸盐岩的孔隙、裂缝、溶孔、溶洞中，页岩气储集于泥页岩粘土矿物和有机质表面、微孔隙中）。
页岩气藏分布地质规律与特征聂海宽;张金川【摘要】对不同类型盆地内页岩气藏的页岩特征、深度、压力、天然气成因、裂缝、含气饱和度及气藏模式等气藏特征进行分析,对我国相似构造演化、相似类型盆地页岩气成藏条件进行类比研究.研究结果表明:江南-雪峰隆起北缘、鄂西及塔里木南缘等早古生代前陆盆地,准噶尔盆地周缘、"钦防海槽"和"十万大山"等晚古生代前陆盆地,扬子板块南北两条前陆盆地带等中生代前陆盆地以及塔里木、四川和鄂尔多斯等克拉通盆地都具备页岩气藏发育的地质条件.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(041)002【总页数】9页(P700-708)【关键词】页岩气;前陆盆地;克拉通盆地【作者】聂海宽;张金川【作者单位】中国地质大学(北京)教育部海相储层演化与油气富集机理重点实验室,北京,100083;中国地质大学(北京)教育部海相储层演化与油气富集机理重点实验室,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TE122.3;P618.13页岩气是一种新型的非常规天然气，不同学者对其概念、成藏机理及成藏条件等进行了研究[1-8]。
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。
在页岩气藏中，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。
页岩气为天然气生成之后在源岩层内就近聚集的结果，表现为典型的“原地”成藏模式[4-7]。
本文旨在对产页岩气盆地发育的区域构造背景和分布大地构造位置进行研究，进而得出页岩气藏分布地质规律与特征。
本文作者在分析美国页岩气盆地分布规律的基础上，对其分布的大地构造位置及盆地类型进行分类，认为产页岩气盆地主要位于阿巴拉契亚早古生代逆冲褶皱带、马拉松—沃希托晚古生代逆冲褶皱带和科迪勒拉中生代逆冲褶皱带前缘的前陆盆地及其相邻地台之上的克拉通盆地，在此基础上分析了不同盆地类型中页岩气藏的特征及气藏模式，并对我国主要前陆盆地和克拉通盆地的页岩气藏发育情况进行研究。
页岩气概述页岩气，是从页岩层中开采出来的天然气，是一种重要的非常规天然气资源。
页岩气常分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中，分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。
2012年3月中国公布发现可采资源潜力为25.1万亿立方米页岩气可供中国使用近200年。
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。
页岩气的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、分布广的页岩烃源岩地层中。
页岩气很早就已经被人们所认知，但采集比传统天然气困难，随着资源能源日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，人们逐渐意识到页岩气的重要性。
取得工业开发成功的仅为北美洲(以美国为主)。
它起始于阿巴拉契亚盆地的泥盆系页岩,为暗褐色和黑色,富有机质,可大量生气。
储集空间以裂缝为主并可以吸附气和水溶气形式赋存,为低(负)压、低饱和度(30%左右),因而为低产。
但在裂缝发育带可获较高产量,井下爆炸和压裂等改造措施效果也好。
20世纪90年代中期已扩大到密歇根和伊利诺伊盆地,产层扩大到下石炭统页岩,产量达84亿立方米。
其资源量可达数万亿立方米.页岩气发育具有广泛的地质意义，存在于几乎所有的盆地中，只是由于埋藏深度、含气饱和度等差别较大分别具有不同的工业价值。
中国传统意义上的泥页岩裂隙气、泥页岩油气藏、泥岩裂缝油气藏、裂缝性油气藏等大致与此相当，但其中没有考虑吸附作用机理也不考虑其中天然气的原生属性，并在主体上理解为聚集于泥页岩裂缝中的游离相油气。
因此属于不完整意义上的页岩气。
因此，中国的泥页岩裂缝性油气藏概念与美国现今的页岩气内涵并不完全相同，分别在烃类的物质内容、储存相态、来源特点及成分组成等方面存在较大差异。
中国主要盆地和地区页岩气资源量约为15万亿－30万亿立方米，与美国28．3万亿立方米大致相当，经济价值巨大。
Journal of Oil and Gas Technology 石油天然气学报, 2020, 42(2), 138-142Published Online June 2020 in Hans. /journal/jogthttps:///10.12677/jogt.2020.422025Talking about the Development of Shale GasYang ZhouNo. 1 Gas Production Plant of Jianghan Oilfield Company, SINOPEC, ChongqingReceived: Mar. 23rd, 2020; accepted: Apr. 24th, 2020; published: Jun. 15th, 2020AbstractShale gas, as an unconventional natural gas resource with high efficiency, clean and great potential, has become a key energy source for development in China. However, shale gas development faces various challenges and lacks experience. Combining the development experience of a shale gas field in the Sichuan Basin, the article points out the main problems in the process of drilling, pro-duction, construction, production and transportation, and puts forward corresponding technical countermeasures, which has a certain reference for how to effectively develop shale gas.KeywordsShale Gas, Horizontal Well, Measurement Method, Discharge Method浅谈页岩气开发几点认识浅谈页岩气开发几点认识周 洋中石化江汉油田分公司采气一厂，重庆收稿日期：2020年3月23日；录用日期：2020年4月24日；发布日期：2020年6月15日摘要页岩气作为一种高效清洁、潜力巨大的非常规天然气资源，已成为我国重点开发的能源。
页岩气的成藏过程及特征页岩系统的地层组成：多为暗色泥页岩夹浅色泥质粉砂岩、粉砂质泥页岩的薄互层。
在页岩系统中，天然气的赋存状态多种多样。
除极少量的溶解状态天然气以外，大部分均以吸附状态赋存于岩石颗粒和有机质表面，或以游离状态赋存于孔隙和裂缝之中。
吸附状天然气与游离状天然气含量之间呈彼此消长关系，其中吸附状态天然气的含量变化于20 %～85 % 之间。
因此从赋存状态观察页岩气介于煤层吸附气（吸附气含量在85 % 以上）和常规圈闭气（吸附气含量通常忽略为零）之间（张金川等，2004）。
页岩气成藏体现出了非常复杂的多机理递变特点，除天然气在孔隙水、干酪根有机质以及液态烃类中的溶解作用机理以外，天然气从生烃初期时的吸附聚集到大量生烃时期的活塞式运聚，再到生烃高峰的置换式运聚，体现出了页岩气自身所构成的完整性天然气成藏机理序列。
一、页岩气的成藏过程页岩气成藏作用过程的发生使页岩中的天然气赋存相态本身也构成了从典型吸附到常规游离之间的序列过渡，因而页岩气成藏机理研究具有自身的独特意义，它至少将煤层气(典型吸附气成藏过程) 、根缘气(活塞式气水排驱过程) 和常规气(典型的置换式运聚过程) 的运移、聚集和成藏过程联结在一起。
由于页岩气在主体上表现为吸附状态与游离状态天然气之间的递变过渡，体现为成藏过程中的无运移或极短距离的有限运移，因此页岩气藏具有典型煤层气、典型根缘气和典型常规圈闭气成藏的多重机理意义，在表现特征上具有典型的过渡意义。
页岩气的成藏过程可以划分为三个成藏阶段。
1．第一阶段（页岩气成藏阶段）该阶段是天然气在页岩中的生成、吸附与溶解逃离（图1－6 ①），具有与煤层气成藏大致相同的机理过程。
在天然气的最初生成阶段，主要由生物作用所产生的天然气首先满足岩石中有机质和粘土矿物颗粒表面吸附的需要，当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时，富裕出来的天然气则以游离相或溶解相进行运移逃散，条件适宜时可为水溶气藏的形成提供丰富气源。
*本文受到国家自然科学基金项目(编号:40672087、40472073)及/全国油气资源战略选区调查与评价0国家专项的资助。
作者简介:张金川,1964年生,本刊第六届编委会委员,教授,博士生导师;现主要从事非常规天然气地质、油气成藏机理与分布规律、油气资源评价及盆地流体分析等研究工作。
地址:(100083)北京市海淀区学院路29号。
电话:(010)82322735。
E -mail:zhangjc@我国页岩气富集类型及资源特点*张金川 姜生玲 唐玄 张培先 唐颖 荆铁亚教育部/海相储层演化与油气富集机理0重点实验室#中国地质大学(北京)张金川等.我国页岩气富集类型及资源特点.天然气工业,2009,29(12):109-114. 摘 要 根据页岩气聚集的机理条件和中、美页岩气地质条件的相似性对比结果认为:中国页岩气富集地质条件优越,具有与美国大致相同的页岩气资源前景及开发潜力。
中国含气页岩具有高有机质丰度、高有机质热演化程度及高后期改造程度等/三高0特点,页岩气具有海陆相共存、沉积分区控制以及分布多样复杂等特点。
以间接型和直接型页岩气划分方法为基础并结合中国区域地质特点,将中国的页岩气富集模式划分为南方型、北方型及西北型等3种,分别具有以下特点:¹以扬子地台为核心的南方型页岩气聚集条件有利并以改造较为严重的海相古生界海相页岩聚气为主,具有单层厚度大、发育层位多、分布面积广、热演化程度高、后期改造强等特点;º以华北地台为主体的北方型页岩气具有古)中)新生界页岩发育齐全、沉积迁移特征明显、薄互层变化频率高、沉积相带分隔明显等特点;»以塔里木地台为基础的西北型页岩气储层以中)古生界为主,沉积类型多、有机碳丰度高、有机质热演化程度相对较低。
结论认为:中国页岩气可采资源量约为26@1012m 3,大致与美国的28@1012m 3相当。
关键词 中国 页岩气 资源评价 分区特点 富集模式 开发潜力 华北地台 扬子地台 塔里木地台 DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2009.12.033作为源岩排烃残余的主要产物,页岩气的存在具有广泛意义。
页岩气是美国大规模经济性勘探开发的三大非常规天然气类型(根缘气、页岩气、煤层气)之一,近年来得到了空前的发展,其页岩气年产量相当于目前我国各类天然气年产量的总和。
作为非常规油气资源的一种[1],页岩气聚集机理特殊,富集条件多样,它使得一大批不曾具备常规油气成藏条件的泥页岩重新变得具有直接勘探意义。
高含有机碳泥页岩在中国广泛分布,页岩气也因此成为值得高度重视且具有广泛而重要勘探开发意义的非常规油气资源类型。
1 泥页岩发育和页岩气富集类型根据沉积环境条件和特点,含气页岩可分为海相和陆相两种端元类型:¹海相黑色页岩主要形成于沉积速率较快、地质条件较为封闭、有机质供给丰富的台地或陆棚环境中。
以扬子、华北、塔里木等板块为中心[2],中国古生代时期形成了分布广泛、厚度巨大且以腐泥型、混合型干酪根为主的黑色页岩层系[3-5]。
在扬子地区,从震旦纪到中三叠世连续发育了多次大规模的海相沉积,最大地层累计厚度超过10km ,分布面积超过200@104km 2[6],形成了以下寒武统、上奥陶统)下志留统、下二叠统、上二叠统等为代表的8套黑色页岩[7-8]。
º陆相暗色泥页岩主要形成于湖泊沉积环境中,主要表现为与海相页岩相似的水进体系域沉积背景。
虽然平面分布受限于分隔性较强的陆相环境,但泥页岩累计厚度大(50~2000m )、总有机碳含量高(局部平均值大于4%),总有机质成熟度变化大,是我国有待发现页岩气的又一重要领域。
在吐哈盆地,中、下侏罗统地层中的湖相泥页岩以腐殖型干酪根为主,砂泥岩互层变化频率较快,形成了八道湾、西山窑组等多套中生界泥页岩;在渤海湾盆地,有机质丰富的始新世湖相泥页岩与砂岩交替变化频率更快,泥页岩的薄互层状展布特点更具特色。
海、陆相两种典型类型的泥页岩发育及页岩气富集特点共同构建了中国页岩气的资源特点)))直接型(干酪根直接生成天然气)和间接型(原油裂解气)页岩气的同时存在(表1),海陆过渡相页岩则进一步丰富了中国的页岩气类型。
古生代结束以来,全球性的区域板块运动导致#109#第29卷第12期 天 然 气 工 业 新 能 源表1中国页岩气富集类型和特点比较表比较项目间接型直接型地质时代下古生界)上古生界中生界)新生界沉积环境海相(黑色页岩)陆相(暗色泥岩及页岩)伴生地层海相砂质岩、碳酸盐岩陆相砂质岩泥页岩产状书页状、板片状,风化特点明显:球状、鱼鳞状块状、纹层状,风化特征不甚明显:球状、不规则状泥页岩产出厚层状,相对独立发育薄层状,与砂质岩互层频繁有机质类型腐泥型、混合型为主腐殖型为主有机质热演化程度成熟)过成熟低熟)高成熟天然气成因热裂解、生物再作用(R o>1.2%)生物、热解(R o>0.4%)地层压力低压)常压常压)高压发育规模区域分布,局部被叠合于现今的盆地范围内局部发育,受现今盆地范围影响较大(中生界差异较大)主体分布区域南方、东北、西北、青藏华北、东北、西北伴生产物残余沥青原油、油页岩主要类型浅埋型、深埋型深埋型为主/甜点(游离气储集介质)0裂缝为主裂缝、孔隙及层间砂岩夹层埋藏深度及开发成本浅埋,开发成本低深埋,开发成本高亚洲大陆发生碰撞作用并经受了强烈的挤压作用[9-10],在各板块拼合并导致海水区域性退出的同时,使得古生界海相页岩地层经受了强烈改造、挤压变形或隆升剥蚀,在扬子地区普遍形成了大面积暴露及近地表埋藏的古生界页岩。
而在构造相对稳定的华北、塔里木等地台区,构造保存条件相对较好,目前仍有埋深不等的多套较大厚度的海相页岩地层分布。
不同有机质条件、埋藏深度和产烃能力的黑色页岩分别可能成为其他层位油气富集的烃源岩、可能具有原地/成藏0特点[11-12]页岩气的物质基础或者两种可能;进入中生代,陆相沉积逐渐成为主体,主要在中国北方地区形成了区域分布的三叠系(如鄂尔多斯盆地等,也包括川西[13-15])、侏罗系(如准噶尔[16]、吐哈等盆地)及白垩系(如松辽[17]、海拉尔等盆地)湖相暗色泥页岩。
虽然新生代的差异性构造运动导致了部分地层的裸露剥蚀,但目前仍有大规模的残留保存和区域分布,结果导致产生了不同地质时代、埋藏深度和热演化程度泥页岩的同时发育。
对于抬升幅度较大、保存条件较差的富含有机质泥页岩,虽然它们已不再适合作为常规天然气圈闭的源岩基础,但仍有可能是页岩气资源富集的潜在目标;与古生界和中生界泥页岩的多期作用特点不同,新生界泥页岩主要发育在保存条件较好的盆地区域内[18]。
由于其他层系天然气的聚集需要首先满足其自身对天然气聚集的需要,故常规油气地质分析中的气源岩(泥页岩)将有可能同时成为页岩气勘探的新对象。
中国与美国在页岩气富集条件上具有许多相似之处,美国页岩气大规模的成功开发为中国的页岩气勘探研究提供了参考模式。
在美国,围绕加拿大地盾南缘形成了广泛的古生界海相沉积,后期的改造和演化形成了现今呈弧形展布的一系列盆地;在中国,塔里木、华北和扬子地台及其周缘广泛发育了不同地质时代的多套黑色页岩,其页岩气形成条件完全可与北美相媲美(表2)。
以美国东部与中国南方为例,两者分别在页岩发育时代、地层沉积格局、有机质热演化程度、后期构造演化、破坏程度与保存条件、页岩含气性以及页岩气聚集模式等方面具有可比之处。
从两者系统对比的结果可以看出,中国页岩气形成的地质条件优越。
2中国页岩气资源特点2.1中国页岩气富集模式依据页岩发育地质基础、区域构造特点、页岩气富集背景以及地表开发条件,可将中国的页岩气分布有利区域划分为南方、北方、西北和青藏4个大区[12],其中每个大区又可进一步细分(图1)。
由于各区页岩气地质条件和特点差异明显,据此又可划分为不同的页岩气富集模式)))南方型、北方型和西北型。
2.1.1南方型该类型主要分布在扬子地台及其周缘,南方地区是一个中心抬升并向四周倾没的古隆起区(江南隆起),除隆起中心发育一系列北东东)南西西走向的元古界、周缘地区发育一条相对完整连续的中生界环边以外,大部分地区均发育古生界地层。
进一步,该区又可划分为古生界发育齐全的扬子地块(Ñ1)和上古生界与花岗岩不规则分布的东南地块(Ñ2)两大部分。
东南地块上古生界厚度较薄、有机#110#新能源天然气工业2009年12月表2中、美典型聚气页岩的生气条件对比表国家盆地页岩层段地层T OC(%)R o(%)页岩厚度(m)天然气成因美国圣胡安阿巴拉契亚密执安伊利诺伊富特沃斯L ewisO hioA ntr imN ew A lbanyBarnett上白垩统石炭系泥盆系泥盆系泥盆系0.5~2.50.5~23.00.3~24.01.0~25.01.0~4.51.6~1.90.4~1.30.4~1.60.4~1.31.0~1.4152~57991~6104931~12261~91热、裂解热解生物、热解生物、热解热解中国柴达木渤海湾松辽松辽羌塘盆地吐哈准噶尔四川鄂尔多斯南方(扬子)鄂尔多斯南方(扬子)南方(扬子)七个泉组沙三段青一段沙河子组夏里组水西沟群西山窑组须家河组延长组龙潭组山西组龙马溪组筇竹寺组第四系古近系白垩系白垩系中侏罗统中、下侏罗统中侏罗统上三叠统三叠系上二叠统石炭-二叠系下志留统下寒武统0.3~0.60.3~33.02.20.7~1.50.3~6.21.3~20.00.2~6.41.0~4.50.6~5.80.4~22.02.0~3.00.5~3.01.0~4.00.2~0.50.3~1.00.7~3.31.5~3.91.40.4~1.10.6~2.51.0~2.20.7~1.10.8~3.0>1.32.0~3.03.0~6.00~800230~1800>100100~350400~60050~600350~400150~100050~12020~200060~20030~10020~700生物生物、热解热、裂解裂解裂解、生物再作用生物、热解热、裂解热、裂解热解裂解、生物再作用热解热解、生物再作用热解、生物再作用图1中国页岩气富集分区图(据张金川等,2008年,有修改)质条件较差且花岗岩大规模发育其中,上古生界主要发育在地块的西北部分,黑色页岩分布范围、有机质丰度和热演化程度均相对较小。
扬子地块包含了四川盆地、长江流域及其周缘地区(平面上形成/厂0字形格局),发育了自震旦纪以来的多套海相古生代地层,黑色页岩具有分布面积广、地层厚度大、构造变动强、埋深变化大等特点,与美国东部地区页岩气地质条件非常相似。
该区复杂的地质背景形成了特色明显的页岩气富集类型(南方型模式),即在可作为潜在页岩气勘探目标层的8套页岩中,尤其以-C1、S1、P1和P2为佳,普遍具有总有机碳含量高[19-20]、热演化程度高和构造复杂程度高等典型的南方区域特征。
