2-中国页岩气资源及其勘探潜力分析

页岩气指储集在富含有机质的细粒碎屑岩中的 天然气, 一部分以游离态存在于孔隙和裂缝中, 一部 分吸附于有机质和粘土矿物内表面 , 可以是生物成 因、 热解成因或混合成因, 在一定地质条件下聚集成 藏并达到经济开采价值。全世界页岩气资源估计为 456 10 m , 页岩气资源主要分布在北美、 中亚、 中
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于中 等 好。 烃源 岩的 多 数 R o 值位 于 0. 5% ~ 1. 3% 之间 , 已处于低成熟 成熟阶段 , 只有少数 R o 值> 1. 3% ( 戴金星, 1994; 陈建渝等 , 2003) 。
沁水盆地古生代地层含有层数 3~ 10 层不等的 泥岩段 , 其中单层厚度 4~ 120 m 不等 , 很多泥页岩层 段发现气测显示异常, 说明该层段存在页岩气 ( 表 1) 。
第84 卷 第9 期 2 0 1 0 年 9 月
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ACT A GEOLOGICA SINICA
V ol. 84 N o. 9 Sept . 2 01 0
中国页岩气资源及其勘探潜力分析
刘洪林
1, 2)
, 王红岩 , 刘人和 , 赵群 , 林英姬
2)
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2)
1) 中国地质大学能源学院 , 北京, 100083; 2) 中国石油勘探开发研究院廊坊分院, 河北廊坊, 065007
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页岩气形成地质条件与成藏特点
页岩 多 富 含 有 机 质, 要 求 相 对 较 低 ( R o
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中国含油气盆地页岩分布
中国各主要盆地在勘探开发过程中陆续发现了
裂缝性页岩气藏, 部分地区还做了详细的研究工作,
注 : 本文为国家重大科技专项 大型油气田及煤层气开发 ( 编号 2008ZX05018) 资助成果。 收稿日期: 2009 04 22; 改回日期 : 2010 01 04; 责任编辑 : 周健。 作者简介 : 刘洪林 , 男 , 1973 年生。 1995 年毕业于中国矿业大学 , 主要从事非常规油气勘探开发方面的研究工作。通讯地址 : 065007, 河北 廊坊市万庄 44 号信箱新能源所 ; 电话 : 010- 69213733; Emai l: l iuhonglin 69@ pet rochin a. com . cn。
Gas show abnormal in Paleozoic strata in Qinshui Basin
顶面埋深 ( m) 539 619. 5 552 348. 5 350. 5 1236 1190 1281 164. 5 底面埋深 ( m) 619. 5 687 645 449 450. 5 1316. 7 1281 1358 218 地层厚度 ( m) 80. 5 67. 5 93 100. 5 100 80. 7 91 77 53. 5 气测异常的 页岩深度 ( m) 539~ 619. 5 619. 5~ 687 336. 5~ 348. 5 348. 5~ 360. 5 350. 5~ 450. 5 1255. 7~ 1286. 7 1241. 6~ 1242. 8 1334~ 1339 169~ 218 气测异常的 页岩厚度 ( m) 80. 5 67. 5 12 12 100 31 1. 2 5 50
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1. 0% ) 等。对于具有工业勘探价值的页岩气 , 则更 要求 埋藏 深 度小 于 4 km 、 吸附 气 含量 20% 等 ( Curt is, 1982; 张 金 川 等 , 2003, 2004; 李 新 景 等, 2007) 。目前 可采 的工 业性 页岩气 藏埋 深最 浅为 182 m 。页岩含气孔隙度一般 1% ~ 5% 。页岩气生 成因包括了生物气、 低熟 未熟气、 热解气、 裂解气、 高 过成熟气、 二次生气、 过渡带作用气( 生物再作 用气) 以及沥青生气等多种, 覆盖了生物化学、 热解 及裂解等几乎所有可能的有机生气作用模式。在赋 存相态特征上, 页岩中的天然气具有几乎所有可能 的存在方式 , 主体上包括了游离态、 吸附态、 溶解态 以及其他可能相态 ( Cur tis, 1982) 。页 岩气成藏具 有递变过渡的特点 , 一般页岩气藏具有高异常压力。 页岩所生成的天然气就近聚集, 其成藏机理复杂 , 吸 附、 溶解、 活塞式推进、 置换式运移均有不同程度发 生 , 页岩内聚集的天然气仅发生了初次运移及有限 的二次运移。因此, 页岩气在成藏及分布上具有运 移距离短、 多种封闭机理、 聚集成藏隐蔽、 地层饱含 气等地质特殊性, 自生自储、 吸附作用机理及由此所 产生的大规模聚集是页岩气的重要地质特点 ( 张金 川等, 2003, 2004) 。
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T OC 高, 具备页岩气成藏的地质条件, 开发潜力巨 大, 而国内的页岩气基本上还未进行系统研究。页岩 气储量大、 生产周期长, 美国已发现埋深最浅的工业 性页岩气只有 182 m, 平均深度也只有 1200 m, 通常 介于 450~ 2300 m 之间( Curt is, 1982 ) , 与其他非常规 类型气藏相比 , 高丰度富集区的页岩气勘探成本并不 贵。过去曾经在四川盆地、 准噶尔盆地等一些地区页 岩层段获得工业气流( 李新景等, 2007) 。所以开展具 有中国地质特点的页岩气资源潜力研究分析, 对于促 进页岩气的勘探与开发具有重要的现实意义。
质页岩为主要烃源层 , 以上震旦统灯影组、 下寒武统 石龙洞组为主要储层 , 中上寒武统、 下奥陶统为次要 储层 , 以下寒武统和志留系两套厚层泥页岩为区域 性盖层。该组合可进一步划分为 2 套次级的正常式 生储盖组合。上组合以下志留统黑色泥质页岩和下 二叠统灰黑色含硅质灰岩为主要烃源层, 以中 上 石炭统灰岩、 白云岩形成的古岩溶风化壳、 下二叠统 和下三叠统嘉陵江组为储层, 以下三叠统薄板状泥 灰岩和膏云岩为上、 下组合的区域性盖层。上组合 可进一步划分为 3 套次级生储盖组合。下扬子区海 相沉积对 应于早 古生代 的 一台 两盆 阶 段 ( Z2 O3 ) 、 晚古生代 早中生代的陆表海阶 段 ( S 1 T 2 ) 和印支 燕山海相盆地解体阶段( T 3 K 1 ) 3 个构造 演化阶段形成了 3 套海相烃源岩。 构造演化经历了加里东 早印支期旋回 ( Z2 T 2 ) 海相被动大陆边缘和克拉通盆地、 晚印支 早燕 山旋回 ( T 3 J2 ) 同造山期前陆盆地、 中燕山期 ( J3 E) 伸展 K2 ) 强烈挤压、 晚燕山 早喜马拉雅期 ( K3
国、 拉美、 中 东、 北非 和前 苏 联, 其 中北 美 最多 , 为 108. 7 10 m 。美国已经在密西根、 印第安纳等多 个盆地实现页岩气商业开采, 页岩气产量已超过 400 10 m , 占全美天然气产量的 8% 左右。我国各地 质历史时期海相、 陆相页岩分布广泛, 元古宇和古生 界页岩分布面积达 100 10 km 以上, 演化程度高,
和晚喜马拉雅期( N Q) 差异升降 5 大阶段。 2. 2 东部聚气区陆相盆地页岩地层发育 渤海湾盆地、 松辽盆地中、 新生界泥页岩基本是 各凹陷的优质烃源岩 , 有机质丰富, 类型好, 已进入 成熟阶段 , 且厚度大、 分布稳定的特点, 而且地层压 力系数普遍较高 , 其高值区与厚层泥、 页岩稳定分布 范围比较吻合, 钻井过程中多发生油或气侵、 井涌和 井喷, 也证明泥页岩储集层处于超压状态。页岩普 遍富含钙质, 仍具有脆性以及改造产生裂缝的内在 条件。如东濮凹陷主力烃源岩沙河街组湖相泥岩厚 度高达 900 m, 最大埋深约 9000 m 。沙三段下亚段 盐岩覆盖中央隆起带北部和东西两洼陷的大部分地
第9期
刘 洪林等 : 中国页岩气资源及其勘探潜力分析
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证明致密页岩可以成为产层。已发现与海相地层相 关的大中型气田 , 主要分布在四川、 鄂尔多斯、 塔里 木三大盆地。中国目前页岩气的风险勘探试验区、 资源评价工作尚处于酝酿阶段。 2. 1 南方聚气区中下扬子中 古生界海相页岩地 层发育 扬子地台属于特提斯区的东部, 中下扬子区在 中 古生界稳定型海相被动大陆边缘和克拉通盆地 发育阶段 , 形成了巨厚 的中 古生界沉 积, 岩性 稳 定, 发育了多套有机质丰富的烃源岩, 形成了多套生 储盖组合。中扬子区形成了两套与盆地旋回相对应 的生 储盖组合, 即上震旦统 志留 系组合 ( 称下组 合) 和志留系 中三叠统组合 ( 称上组合 ) 。下组合 下寒武统和下志留统黑色泥 以上震旦统陡山沱组
内容提要 : 我国众多含油气盆地同样具备页岩气形成 的基本地质条件。本文通过分析 我国含油 气盆地页岩 分 布 , 依据中国页岩气发育区的 地质特 征 , 利用 类比法 初步 估算中 国主 要盆地 和地 区的 页岩 气资 源量 约为 21. 5 1012 ~ 45 10 12 m 3 , 中值为 30. 7 10 12 m 3 。主要分布在南方聚气区、 华北聚气区 , 古生界页岩 气资源量大约是中 生 界页岩气资源量的 2 倍 , 四川盆地东部和南部下寒武统和 下志留统页岩是目前勘探的主要层系。 关键词 : 页岩气 ; 资源 ; 勘探潜力
表 1 沁水盆地古生代地层气测显示异常统 计表 Table 1
井号 Q4 井 C1 井 L1 井 Q2 井 Q1 井 Y2 井 地层 石炭系上统 二叠系上统 二叠系下统 石炭系上统 石炭系上统 石炭系上统 石炭系中统 层位 山西组 太原组 上石盒子组 下石盒子组 山西组 山西组 山西组 太原组 本溪组
区 ( 张金功等, 2002; 张金川等 , 2004) 。凹陷北部的 中央隆起区、 西部斜坡带、 西部洼陷带和东部洼陷带 的压力系数分别达到 1. 2~ 1. 5、 1. 0~ 1. 1 、 1. 3~ 1. 6、 1. 4~ 2. 0。在前梨园洼陷等地区, 这套岩层先 后进入生成液态烃阶段、 凝析气阶段、 干气的过成熟 阶段, 具备形成自生自储式油气藏条件, 可能发育页 岩气藏。 2. 3 西部聚气区海相与陆相页岩地层同样发育 准噶尔盆地发育有石炭系 ( C) 、 下二叠统 ( P 2 ) 、 上三叠统 ( T 3 ) 、 中下侏罗统 ( J1- 2 ) 、 下白垩统( K1 ) 及 古近系 ( E) 7 套烃源岩。目前所发现的油气主要来 自于二叠系, 其次为中下侏罗统。石炭系广泛发育 的暗色泥岩厚度在 50 m 以上 , 有机碳含量一般介 于 2% ~ 18% ; 八道湾组暗色泥页岩厚度一般 50~ 80 m, 盆地中北部达到 1000 m 以上 , 西山窑组暗色 泥页岩最大厚度大于 100 m , 成熟度处 于 0. 6% ~ 2. 0% 之间, 利于页岩气藏的形成 ( 慕小水等, 2003) 。 在吐哈盆地 , 吐鲁番坳陷水西沟群地层广泛发 育了暗色泥岩和碳质泥页岩 , 碳质泥岩累积平均厚 度在 30 m 以上 , 有机碳含量一般介于 6% ~ 30% ; 暗色泥页岩厚度更大 , 如八道湾组暗色泥页岩厚度 一般大于 100 m, 盆地中北部达到 200 m 以上 , 西山 窑组暗色泥页岩最大厚度大于 600 m , 有机质的成 熟度目前大都处于 0. 4% ~ 1. 5% 之间 , 非常有利于 页岩气藏的形成和发育。 2. 4 华北聚气区上古生界页岩地层发育 上古生界烃源岩主要发育在本溪组、 太原组和 山西组, 个别地区下石盒子组也有发育。烃源岩岩 石类型为暗色泥岩、 碳质泥岩和煤, 其中煤层和暗色 泥岩为主要烃源岩。煤系烃源岩分布在下石炭统的 太原组和下二叠统的山西组地层中。前者以滨海沼 泽相煤系沉积为主, 后者则以三角洲平原及河流相 煤系沉积为主。 在平面上, 黄骅坳陷和冀中 冀南地区的烃源 岩呈现出南、 北部厚、 中间薄的分布趋势 , 整个华北 地区也是如此。煤层南、 北一般厚 20~ 30 m, 中部 一般厚 5~ 15 m; 暗色泥岩北部的黄骅坳陷最厚超 过 300 m, 南部最大厚度超过 400 m, 而中部一般为 100 ~ 150 m 。 上 古 生 界 干 酪 根 碳 同 位 素 值 ( - 23. 5 ~ - 25. 6 )、 氯仿沥青 A 的族组成及 岩石热解分析数据均表明烃源岩的有机质类型多数 为腐殖型( ) , 少部分为混合型 ( ) ; 烃源岩的有机 碳多数 > 1. 5% , 同时结合各层位的氯仿沥青 A 认 为太原组为好的烃源岩 , 本溪组和山西组烃源岩属