北美页岩气资源形成的地质条件

科技视界Science&TechnologyVision

Science&TechnologyVision科技视界目前袁随着勘探和开发等方面的技术进步袁人们越来越多的认识到非常规气的勘探价值袁全世界已进入常规油气与非常规油气并重发展的时代遥而页岩气作为一种非常规油气资源袁具有分布广泛尧资源量大尧生产寿命长尧产量稳定等特点袁使得页岩气在世界油气可采资源量中所占的比例越来越大袁日益引起各方专家学者的重视和研究遥从全球不可再生能源的现状分析表明袁页岩气将成为最具价值的非常规天然气资源之一遥页岩气具有如下特点院渊员冤自生自储遥页岩气是指发育于暗色泥页岩或炭质泥页岩中袁以吸附状态或游离状态为主要存在方式的天然气聚集遥页岩气具自生自储的特点遥与气藏不同袁页岩即可作为产出天然气的源岩袁也可作为储层或盖层来储存或保存天然气遥因此袁高TOC的页岩尧泥岩等常作为页岩气源岩及储层遥渊2冤潜力巨大遥2006年美国页岩气产量达205亿立方米袁页岩气已成为到致密砂岩气和煤层气之后的重要非常规油气遥21世纪初期袁在我们国家很多地方袁也发现很多与美国含气页岩特征相似的烃源岩条件袁具有分布厚度大袁有机质含量丰富且演化程度高尧生烃强度高等特点袁对页岩气成藏及页岩气的勘探开发具有良好的基础条件袁开拓我国页岩气勘探的新领域遥渊3冤资源丰富遥经估算袁我国页岩气可采资源量约为442伊1012m3遥页岩气在我国多个油气盆地均有发现袁在我国广泛分布的海相尧海陆交互相页岩及陆相地层均有分布遥我国的页岩在各个地质历史时期都有广泛发育袁既有古生界的海相页岩袁也有中尧新生界的陆相页岩袁在油气尧煤炭勘探中袁在油气盆地及盆地外的沉积地层中发现多处页岩气显示遥因此我国页岩气资源勘探开发前景很好袁具有加快勘探开发的巨大资源基础遥1国内外相关技术现状及发展趋势最早研究页岩气的国家是美国袁目前袁美国已发现丰富的页岩气资源袁拥有全世界最领先的勘探开发技术袁而且取得了丰富的成果袁并已全速进入到页岩气商业开发的快速发展阶段遥继美国之后开发页岩气资源的另一个重要国家是加拿大遥加拿大页岩气资源分布广尧层位多袁主要的页岩气分布集中在西部沉积盆地遥其西部地区大约有24.4伊1012m3的页岩气储量遥目前袁页岩气已成为加拿大重要的替代能源袁已开始了对页岩气的商业性开发袁但现还处于开发的初级阶段遥中国成为继美国和加拿大之后的袁正式开始页岩气勘探开发的国家遥我国页岩气资源丰富袁中国埋藏2000米以内的煤层气资源总量为36.81万亿立方米袁与陆上常规天然气相当袁仅次于俄罗斯尧加拿大袁位列世界第三位遥但是目前我国的页岩气才刚刚起步袁相关研究还相对较少尧开发技术也尚未成熟袁与美国相比袁页岩气仍属起步阶段遥1.1美国页岩气现状页岩气的研究始于美国遥1821年袁美国的第一口页岩气井钻遇泥盆系Dunkirk页岩[1-2]袁发现少量页岩气却没有受到重视袁但从此拉开了美国天然气工业发展的序幕遥直到20世纪20年代末期袁页岩气的勘探工作已小有成就遥从80年代开始袁美国全面开始对页岩气地质尧地化尧工程等方面的系统研究袁使得页岩气的研究和开发得到迅速扩展遥自20世纪90年代初以来袁随着大量页岩气产量的增加及科研成果的指导袁页岩气工业进入了快速的上升期遥2003年袁页岩气产量174亿万方袁天然气产量5437亿万方袁所占比例为3.2%遥近年来袁美国页岩气产量仍处于稳步上升阶段袁而页岩气在整个国家天然气产量中所占的比重也越来越高袁对美国经济建设及国家强大发挥着不同替代的重要作用遥目前袁美国在阿巴拉契亚盆地(AppalachianBasin)的Ohio页岩尧密歇根盆地(MichiganBasin)的Antrim页岩尧福特沃斯盆地(FortWorthBasin)的Barnett页岩尧伊利诺斯盆地(IllinoisBasin)的NewAlbany页岩和圣胡安盆地(SanJuanBasin)的Lewis页岩等页岩中袁已发现丰富的页岩气资源袁已进入页岩气勘探开发的快速发展阶段了遥2007年美国的页岩气生产井有42000口袁页岩气年产量450伊108m3袁占美国年天然气产量的9%曰2009年产量将近876伊108m3袁超过我国常规天然气的年产量袁页岩气快速勘探开发使美国天然气储量增加了40%曰到2014年袁美国页岩气产量达到了1000伊108m3袁占美国年天然气总产量的23%遥1.2加拿大页岩气的现状除美国以外袁加拿大是另一个对页岩气进行经济开采开发的国家遥页岩气早已成为加拿大重要的替代能源遥加拿大页岩气资源分布广尧层位多袁主要的页岩气项目集中在西部沉积盆地遥根据预测袁加拿大页岩气资源量超过28.3伊1012m3袁而西部地区大约有24.4伊1012m3的页岩气储量袁其不列颠哥伦比亚地区的泥盆系尧三叠系尧侏罗系和白垩系的页岩气资源量约7.6伊1012m3遥西部的沉积盆地大部分由优质的页岩组成袁据阿尔伯特地质调查局研究表明袁该地区存在多个有利的页岩气储层遥2008年袁加拿大天然气产量已占据北美天然气市场将近50%的份额袁其中页岩气的商业开采起到了重要的作用遥在加拿大西部地区沉积盆地中三叠系Montney页岩尧泥盆系Muskwa页岩和Colorad页岩段页岩气潜力巨大袁据统计其页岩气储量达到15.8伊1012m3耀24.6伊1012m3袁其中Montney页岩和Muskwa页岩为加拿大页岩气的主要产层遥加拿大非常规天然气协会认为西部Colorad页岩段尧古生界及侏罗系页岩以及东南部的泥盆系页岩均具有开发的潜力遥截至2006年袁油气委员会已核准的泥盆系和白垩系页岩气试验区块共计25个遥据美国油气杂志报道袁在北美洲的不列颠哥伦比亚北部发现了一套泥盆纪的页岩气藏遥在卡尔加里的东北部HornRiver盆地分布的Muskwa页岩袁其厚度为520m袁孔隙度为3.5%袁渗透率20伊10-3滋m2袁生气强度为1.9伊1010m3/km2遥估计含气总量约有2.9伊1013m3袁为Barnett页岩的2倍遥虽然在埋深上袁Muskwa页岩和Barnett页岩有相当的水平袁在源岩厚度以及渗透性上袁Muskwa比后者更厚更好遥加拿大页岩气开发技术上仍处于初级阶段袁只有有限的资源被开发利用袁大规模的商业性开采由于条件限制还未进行遥2006年页岩气开发在加拿大发生了巨大变化遥目前袁有关方面投入大量资金袁应用先进技术来勘探不列颠哥伦比亚尧萨斯喀彻温省尧安大略等地区页岩气资源袁其中Montney深盆地gnHornRiver盆地成为最有价值盆地遥1.3中国是继美国和加拿大之后袁正式开始页岩气资源勘探开发的国家遥在我国袁页岩气资源十分丰富袁各地质时期页岩分布较广泛袁勘探开发潜力较大[3]遥据初步统计总资源量可达100伊1012m3袁相当于常规天然气量的两倍袁经济价值巨大袁与美国的页岩气资源量大体相当遥根据总结美国页岩气成藏机理条件以及国内外地质条件的相似性对比袁结果表明袁我国具有与美国一样可观的页岩气资源前景与开发潜力遥其中袁四川盆地具有与美国东部典型盆地相似的构造演化和地质条件袁均为古生代沉积的海相盆地袁页岩气勘探前景良好遥到目前为止袁虽然很多学者对中国页岩气的勘探开发技术进行研究[4-5]袁但对中国的页岩气资源进行整体系统的调查评价还没有专业机构统一实行遥张金川等通过各种方法估算袁认为中国的页岩气总量约为30伊1012m3遥而国外专家估算袁中国的页岩气地质资源量将达到100伊1012m3遥中国的页岩地层在各地质历史时期十分发育袁既有有机质丰度很好的南方海相页岩地层袁也有含碳量高的北方湖相页岩地层遥因此袁中页岩气的开发现状及特征分析杨卓伟渊长江大学袁湖北武汉430100冤揖摘要铱页岩气作为一种非常规油气资源袁具有分布广泛尧资源量大尧生产寿命长尧产量稳定等特点袁作为新兴能源有广阔的开发利用前景.本文说明目前开发页岩气的技术可行性袁并介绍目前国内外的研究成果袁为今后页岩气的勘探开发提供参考指示遥揖关键词铱页岩气曰特点曰勘探开发

思维导图：地质构造类型

【思维导图】

[考点精析]

1．常见地质构造的比较分析

地质构造

褶皱

断层

背斜 向斜

判

断

方

法 从岩层形态上判断 岩层一般向上拱起 岩层一般向下弯曲

岩层受力断裂并沿断裂面有明显的相对位移 从岩层的新老关系上判断 中心部分岩层较老，两翼岩层较新 中心部分岩层较新，两翼岩层较老

图示

构

造

地

貌 未侵蚀地貌 常形成山岭 常形成谷地或盆地 大断层常形成裂谷或陡崖，如东非大裂谷；断层一侧上升的岩块，常成为块状山或高地，如华山、庐山、泰山；另一侧相对下降的岩块，常形成谷地或低地，如渭河平侵蚀后地貌 背斜顶部受张力，常被侵蚀成谷地 向斜槽部受挤压，不易被侵蚀，常形成山岭

图示

原、汾河谷地；沿断层线常发育成沟谷，有时形成泉、湖泊

2．常见地质构造研究的实践意义

地质构造在工程选址、找水、找矿等方面具有重要的实践意义，可通过下图进行理解。

(1)利用地质构造找水——向斜槽部、断层处

向斜 岩层向槽部倾斜，利于地下水向槽部汇集，故向斜是良好的储水构造

断层 地下水出露成泉

(2)利用地质构造找矿——向斜槽部探矿、背斜处找油(煤、石油、天然气均在地质历史时期的沉积岩中形成)

煤矿 向斜部分的地下(背斜顶部易被侵蚀，背斜岩层中的矿石很可能被侵蚀掉)

油、气 背斜岩层向上拱起，油、气质量轻，分布于背斜顶部，背斜是良好的储油、储气构造

3．利用地质构造确定工程建设——避开断层带、背斜建隧道

避开断层 易产生地震、滑坡、渗漏等不良后果，造成建筑物坍塌

隧道避开向斜 向斜是雨水汇集区，隧道可能会变为水道

隧道选在背斜 背斜的岩层呈天然拱形，结构稳定

【典题精研】 岩层埋藏深度表示岩层距离地面的垂直距离，可以用来帮助恢复岩层的形态。读某地地形剖面及同一岩层埋藏深度示意图，据此完成下面小题。

1．下列叙述正确的是（ ）

A．地势高处为背斜，地势低处为向斜 B．①地和①地是同一种构造地貌

・５Ｏ・　山东化工　ＳＨＡＮＤＯＮＧ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵｓ豫Ｙ　２０１３年第４２卷　页岩气及中国页岩气发展趋势　董云鹏　，麻啸楠２　（１．西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安７１００６５；　２．长庆油田超低渗透第四项目部，甘肃庆阳７４５０００）　摘要：页岩气是一种潜在资源量巨大的非常规天然气资源，主要特点是范围广、气层厚、含气量大，页岩气井可长期地以稳定产气。　近些年来，严峻的能源紧张形势和能源价格的快速增长，使页岩气资源在全世界受到了广泛的重视。纵观世界各地区页岩气勘探　开发现状，跟踪了中国页岩气研究进展，提出了中国页岩气发展趋势，以早日实现页岩气在中国商业性开发，促进经济快速发展。　关键词：页岩气；勘探开发；世界；中国　中圈分类号：ＴＥ一９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１３）０４－００５０—０４　．　２０世纪８０年代至今，美国页岩气工业得到了　飞速发展，并实现页岩气的大规模商业开采，２００９　年美国的页岩气产量达到８．７８×１０加ｍ　…。我国目　前也逐渐开始重视页岩气的基础性研究，但是目前　较多集中于评估阶段，随后的勘探和开发工作有待　于正式开展，当前的研究成果展示出我国页岩气也　具有相当大的资源潜力。　１简介　１．Ｉ页岩气　Ｃｕ￣ｉｓＬ２　最先定义了现代页岩气的概念，主要为　千酪根和页岩颗粒表面的吸附气，也可以是储存在　天然裂隙和粒间孔隙中的游离气，或是干酪根和沥　青中的溶解气，其中吸附气含量可占页岩气总含量　的２０％～８５％。国内学者张金川等　】将页岩气　概括为：主体上以吸附和游离状态赋存于泥页岩地　层中的天然气聚集，具有自生自储、吸附成藏、隐蔽　聚集等特点，表现为典型的”原地”成藏模式。邹才　能等则认为页岩气是指从富有机质黑色页岩中开采　的天然气，或自生自储、在页岩纳米级孔隙中连续聚　集的天然气　Ｊ。　１．２世界页岩气勘探开发现状　目前，世界上页岩气勘探开发时间最长程度最　高研究工作开展最多的国家为美国，其次为加拿大，　北美地区为世界上页岩气勘探与开发最发达地区。　澳洲、东亚以及拉丁美洲部分地区已经逐渐开始了　页岩气试验性勘探开发工作，而其他地区页岩气的　勘探开发和研究普遍还处于刚起步阶段，目前只有　一些国际石油公司对相关地区进行了初步评估（见　图１）。　１．２．１美国页岩气勘探开发现状美国页岩气勘探　开发相对较早，页岩气已成为成功勘探开发的３大　类非常规天然气之一。其第一口页岩气井位于纽约　Ｆｒｅｄｏｎｉａ地区，钻遇泥盆纪Ｄｕｎｋｉｒｋ页岩，于１９２１年　完钻，用于周围居民照明等做商业性生产　】。到１９　世纪８０年代尽管其页岩具有相当大的产能规模，而　常规天然气发展非常活跃，美国页岩气不再受重　视　Ｊ。直到２Ｏ世纪７０年代末，伴随国际市场原油　价格增高以及美国对非常规燃料税收实施优惠政　策，页岩气研究再度颇受关注，当时主要针对ＦｏＸ　Ｗｏａｈ盆地Ｂａｒｎｅｔｔ页岩有比较深人的勘探研究和　开发探索，并取得了一定效果。自２０００年起，页岩　气勘探开发进入飞速发展阶段，其中加密井网部署　的广泛应用，提高了页岩气的采收率，使其成为美国　重要具有经济价值的勘探开采项目［７］。美国从　２０００年至２００９年，页岩气年产量从１．２２×１０ｍ　ｍ　【　发展到８．７８×１０ｍｍ３【¨，并预计预计到２０１４　年日产量将达到１．８４　Ｘ　１０。～２．７５×１０。ｍ　，已经超　过我国常规天然气的产量［１　引。美国页岩气商业　性生产其中主要集中在５个盆地的页岩层（见表　１）。　收稿日期：２０１３—０３—２１　作者简介：董云鹏（１９８６一），江苏东台人，硕士，从事非常规油气地质油气成藏地质研究。

页岩气简介

一、 什么是页岩气

1. 定义

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。随着能源需求的不断加大，页岩气在美国、加拿大等地已是重要的替代能源。2011年底，国务院正式批准页岩气为我国第172个独立矿种，这意味着页岩气的勘查和开发上升为国家战略。

这里有两个概念：页岩气——是地质学分类；非常规天然气——却是一个石油工程分类。

2. 页岩气的产生与储存状态

地质历史上形成的富含有机质的泥页岩层系（可包括煤层），在实践中当不强调地质术语的准确性时可统而简之地称为暗色页岩。其中特别富含可生油有机质且后期尚未经历深埋条件下的高温压者，因其中有机质在人工加热分馏可产出各类油品（如汽、柴油等），特称油（母）页岩。而大部分这类页岩在后期经历深埋、有机质在热演化过程中产生大量气态和液态烃类。其中气态的天然气液态的石油可从生烃层系中运移出去赋存于有孔隙的储层中。他们在孔渗条件好的储层中高度富集便形成常规油气，因致密而孔隙度渗透性差，并使其油气难采出的就是非常规的致密（储层）油气。己大量进入储层的油在近地表情况下受地下水氧化和生物降解就形成了非常规的重（稠）油和（沥青质）油砂、甚至更难利用的固体沥青矿。而在生烃层中不可避免仍有大量气态和液态烃以吸附状态和游离状态而残留，留在煤层中的为煤层气、留在页岩（类）中者则为页岩油、气。

页岩气的赋存状态以吸附和游离为主，也有少量溶解态（图1）。裂缝和孔隙是页岩气主要的储集空间。但页岩本身物性很差，孔隙度和渗透率都很低。因而局部的高孔渗区和裂缝发育区就有可能成为页岩气的“甜点”。

页岩孔隙可以分为原生孔和次生孔隙两种类型。通常原生孔隙比较常见，但大多由于压实作用而变得十分微小。地层水和有机酸等与页岩中不稳定矿物反应形成的次生孔隙也对页岩气的赋存具有重要意义。

构造裂缝和成岩裂缝是页岩裂缝的两种基本类型。构造裂缝相对于成岩裂缝具有长度更长、开角更大等特点，因而是更有利的页岩气储集空间。通常构造裂缝被方解石等矿物充填，也有未被充填的，它们都是页岩气“甜点”的有利发育区。