中国页岩气勘探领域和发展方向

我国油气对外依存度较高,勘探开发页岩气是缓解能源和环境压力的重要途径。尽管我国页岩气在短时间内已经取得了一系列重大进展,但目前仍然处于勘探发展方向选择的"十字路口"。为此,系统梳理了我国页岩气地质条件的特殊性,结合页岩气成藏机理研究成果,指出了我国不同领域的页岩气勘探方向。研究结果表明:(1)中国页岩气勘探可分海相、陆相及海陆过渡相3大基本领域,华北、扬子及塔里木3大板块页岩气地质特点各异,构造沉积演化、页岩生气成藏、后期改造破坏等多因素相互作用,形成了中国页岩气地质分布的复杂性及勘探领域的多样性;(2)海相页岩有机孔缝发育,奥陶系五峰组—志留系龙马溪组页岩仍将是未来一段时间内页岩气勘探的主体,扬子地区的寒武系牛蹄塘组和震旦系陡山沱组、滇黔桂地区的泥盆系罗富组和石炭系旧司组、华北地区的蓟县系洪水庄组和中元古界下马岭组等可以作为页岩气勘探战略突破的对象;(3)大中型陆相盆地的构造深部位和斜坡部位、中小型盆地的沉降—沉积中心是陆相页岩气勘探的两大主要方向,页岩层理缝和粒间孔发育,多类型有机质与热演化程度的匹配常使得页岩油、页岩气共生,将成为陆相页岩气进一步探索的重要领域;(4)海陆过渡相页岩主要形成于晚石炭世—二叠纪,页岩与砂岩、泥岩、煤层及碳酸盐岩地层之间的旋回组合特点明显,页岩中成岩裂缝发育,较好的构造保存条件与成岩保存条件是该类型页岩气富集的两大要素,潮坪—潟湖沉积体系和三角洲沉积体系、大中型叠合盆地和中小型残留盆地,以及盖层发育且构造保存条件好的深层是海陆过渡相页岩气勘探的有利方向。     

燕山地区中元古界页岩气成藏地质条件

燕山地区发育中元古界洪水庄组和下马岭组2套富有机质泥页岩，勘探程度低，页岩气资源的勘探潜力不明。对河北怀来、宽城和北京十三陵等地区开展野外地质调查，并对冀元1井、冀浅1井和京101井的中元古界黑色页岩开展岩心观察和实验分析，研究了洪水庄组和下马岭组黑色页岩的沉积相分布、有机质丰度、有机质类型、热成熟度、孔渗性和岩石矿物特征等页岩气成藏地质条件。研究表明，燕山地区洪水庄组和下马岭组的页岩厚度大、有机质含量高、热演化程度适中、生烃时间晚、受晚期构造活动破坏作用小，具备良好的页岩气成藏地质条件；河北承德-宽城一带稳定构造带为勘查洪水庄组页岩气的有利区；河北涿州-北京房山-门头沟-昌平一带和河北兰旗营子一带稳定的构造带为勘查下马岭组页岩气的有利区。     

湘西北地区新元古界陡山沱组页岩气成藏条件

湘西北地区广泛发育新元古界震旦系陡山沱组暗色泥页岩,已有钻井中气显示活跃,揭示出该地区较好的页岩气勘探潜力。在观察野外地质露头的基础上,通过地球化学分析、扫描电镜、X射线衍射、低温氮气吸附、等温吸附等分析测试,对陡山沱组泥页岩的发育及分布规律、有机地球化学特征、储层特征及吸附性能等页岩气成藏条件进行了综合研究,并优选了有利区带。结果表明:湘西北地区陡山沱组暗色泥页岩分布变化大,仅在大庸向斜地区沉积厚度较大,为20~50 m,有机碳质量分数为0.5%~3.0%,有机质类型以Ⅰ型为主,有机质成熟度为3.0%~4.0%,达到过成熟演化阶段,具备较为有利的生气条件;泥页岩储层矿物成分以脆性矿物为主,质量分数为21%~78.7%,发育多种类型孔隙空间,比表面积和孔体积均较高,多个泥页岩样品等温吸附实验统计显示,甲烷最大吸附质量体积为0.80~1.77 m3/t,泥页岩储层具有较好的储集条件及吸附性能。湘西北大庸向斜地区构造条件相对稳定,保存条件较好,具有有利的页岩气成藏条件,可作为陡山沱组页岩气勘探的有利区带。     

中—上扬子地区震旦纪陡山沱组沉积期岩相古地理及勘探意义

近年来四川盆地及邻区震旦系灯影组天然气及陡山沱组页岩气勘探均取得重大突破,但对陡山沱组的沉积背景条件缺乏系统研究。利用大量露头资料,结合少量钻井、地震资料,分析了中—上扬子地区陡山沱组沉积期岩相古地理格局、沉积环境、沉积演化及烃源岩分布。研究表明:(1)中—上扬子地区陡山沱组沉积期沉积充填序列及地层分布受古隆起和边缘凹陷控制。古隆起区陡山沱组超覆沉积,厚度薄,发育滨岸相、混积陆棚相、非典型碳酸盐台地相;边缘凹陷地层齐全、厚度大,发育深水陆棚相和局限海盆相。(2)陡山沱组沉积序列总体表现为"海侵-高位-海退"的一个完整沉积旋回。陡山沱组一段为海侵初期的非典型碳酸盐缓坡沉积,陡山沱组二段为广泛海侵期的滨岸—混积陆棚沉积,陡山沱组三段为海侵高位阶段的非典型局限—开阔海台地沉积。(3)陡山沱组二段发育富有机质黑色页岩,分布稳定、厚度大,是重要的烃源岩发育层段和页岩气主力层段;陡山沱组三段以微生物碳酸盐岩为特征,有较好的储集条件,有利于天然气及磷等矿产资源成藏(矿)富集,为值得重视的新领域。秦岭海槽、鄂西海槽是天然气(包括页岩气)及磷矿、锰矿等矿产资源勘查的有利区。     

宜昌及周缘地区震旦系陡山沱组页岩气成藏地质条件

利用露头、地质浅钻等资料,对宜昌及周缘地区震旦系陡山沱组页岩气成藏地质条件进行研究,认为区内震旦纪陡山沱期广泛发育陆棚相沉积,暗色泥页岩发育,厚度一般在50~120m之间。与焦石坝地区龙马溪组泥页岩的各项指标比较,该区具有厚度较大、有机质丰度相对较低、热成熟度适中、脆性矿物含量高、粘土矿物含量低、低孔特低渗、保存条件较好等特征,具备页岩气形成的基本地质条件,是中扬子地区海相页岩气勘探的有利层系之一。综合国内外页岩气勘探选区评价经验分析,认为长阳至五峰一带是宜昌及周缘地区震旦系陡山沱组页岩气勘探最有利区带。     

中扬子地区牛蹄塘组页岩气成藏地质条件

近年来,我国南方海相页岩气勘探开发快速推进,上扬子威远、中扬子宜昌等地先后在牛蹄塘组(水井沱组)见良好气显示,中扬子地区下寒武统该套页岩较为发育,勘探前景广阔。结合中扬子重点钻井取心资料,采用X-衍射、氩离子抛光扫描电镜和比表面积等实验测试方法进行分析,研究中扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏地质条件。研究认为:牛蹄塘组主要为深水陆棚-盆地相沉积环境,富有机质页岩厚度50~200m,孔隙度2.0%~3.0%。在此基础上,对牛蹄塘组页岩含气性进行了研究。     

华北北部洪水庄组有机岩石学

华北北部蓟县系洪水庄组是我国华北地区中、新元古界有机质相对富集的地层,其有机碳含量高值可达13%～20%。其岩性旋回特征表明,洪水庄组页岩形成时期水体滞留,水平循环较弱;同时,有机碳、硫含量特征表明,洪水庄组为好的烃源岩,具有较大的生烃潜量。华北北部洪水庄组有机显微组分特征研究结果表明,由于中、新元古界生物类型单一,洪水庄组有机显微组分构成简单,以大量藻类体和腐泥质碎屑为主,藻类体数量上的爆发为富有机质沉积的形成奠定了物质基础;页岩中类镜质体的发现验证了类镜质组属菌藻类成因的观点,这对于寻找前泥盆纪海相地层有机质热演化参数具有重要意义。页岩裂隙中含大量油珠,表明洪水庄组菌藻类生源的有机质经历了有效的生、排烃过程。形成于14亿年前的洪水庄组应为迄今为止我国已知最古老的、并经历有效排烃的富有机质沉积。     

页岩气成藏地质条件及中国上扬子区页岩气潜力

通过对北美页岩气藏地质特征进行调研,总结出页岩气藏的分布特征和形成地质条件,并对中国上扬子区海相页岩气资源潜力进行分析。热成因页岩气藏主要位于造山带边缘前陆盆地的前渊和前缘斜坡部位,生物成因页岩气藏主要位于克拉通盆地,二者在资源分布和成藏地质条件等方面均存在差异。页岩气藏形成的地质条件及评价要素包括页岩厚度、埋藏深度、有机碳及吸附气含量、有机质类型及成熟度、脆性矿物含量、地层压力与温度、储层物性、天然裂缝发育程度及含气量等。中国上扬子区古生界下寒武统筇竹寺组和下志留统龙马溪组的海相黑色页岩具有较好的页岩气潜力,是中国海相页岩气勘探最为有利的目标之一。     

胶莱盆地水南组页岩气成藏条件与勘探方向

胶莱盆地是中国东部典型的中生代断陷盆地,陆相湖盆背景下沉积的水南组发育较厚的富有机质泥页岩,是页岩气成藏的有利区,分析其成藏条件对于明确该区页岩气下一步勘探方向具有重要意义。鉴于此,文中依据页岩气成藏的重要参数,以野外调查资料为基础,结合室内多种测试手段,从沉积环境、泥页岩分布、有机质丰度及类型、有机质成熟度、孔裂隙特征、矿物组分以及含气性等7个方面与鄂尔多斯盆地延长组7段泥页岩进行页岩气成藏地质条件对比,并采用综合信息叠加法进行勘探目标区预测。结果表明,研究区莱阳凹陷西南部、夏格庄洼陷中部和诸城凹陷北部具备页岩气富集成藏的条件,可作为下一步页岩气有利勘探目标。     

鄂西宜昌地区秭地1井陡山沱组古沉积环境演化特征

陡山沱组为鄂西地区重要的页岩气勘探目的层之一,针对该地层古环境研究较为薄弱的现状,通过采集岩心样品进行TOC、主量元素和微量元素测试,分析了鄂西宜昌地区陡山沱组古环境演化规律,明确了陡山沱组页岩气富集有利层段。研究表明：陡一段和陡三段为贫有机质地层,陡二段和陡四段为富有机质地层,其中,陡二段显著富集Ca、Mg、P、Ba、Sr、Zn、U、Mo、Cu,陡四段显著富集Ca、Si、P、Mo、U、Ba、V。陡一段和陡三段气候干燥,盐度较高,主要为氧化环境,古生产力较低;陡二段为温湿与干热气候交替,盐度较高,氧化与贫氧频繁交替;陡四段为温湿气候,盐度较低,为缺氧环境。陡山沱组古水动力较弱,沉积于强滞留盆地,陡二段和陡四段古生产力较高。有利区块位于宜昌市以西的深水台间盆地,陡二段中部为页岩气富集有利层段,其中,TOC>2.00%的富有机质地层厚度超过20 m,沉积于贫氧—缺氧环境,古生产力相对最高,为陡山沱组页岩气勘探地质“甜点”。研究成果可为鄂西地区陡山沱组页岩气勘探提供地球化学依据。     

贵州页岩气源岩特征及页岩气勘探远景分析

贵州在地质历史时期长期处于海洋沉积环境,特别是缺氧沉积环境发育,形成多层位黑色泥页岩。根据黑色泥页岩分布范围及厚度,主要划分出震旦系陡山沱组、下寒武统牛蹄塘组、奥陶系五峰组、下志留统龙马溪组、中泥盆统罐子窑组-火烘组、下石炭统大塘组、二叠系栖霞组-龙潭组。页岩气烃源岩具有层位多\,厚度大\,有机质含量高,成熟度高等特点。同时,根据页岩气烃源岩分布、厚度、有机质含量、成熟度等综合分析,划分出有利的页岩气成藏区,即武陵褶皱、黔中-黔北、南盘江紫云-册亨页岩气有利发育区,并认为南盘江坳陷的册亨-望谟一带是最有利的页岩气勘探远景区。     

上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气成藏条件

基于上扬子地区下寒武统牛蹄塘组黑色页岩的野外露头、钻井、岩心等资料,通过显微薄片、扫描电镜及X-衍射、压汞分析、等温吸附等多项实验测试分析,以牛蹄塘组黑色页岩的地层、岩石学、地球化学、地球物理和页岩含气性等为重点,对上扬子地区下寒武统牛蹄塘组页岩气形成的成藏条件与特征进行了初步探索。研究表明上扬子地区下寒武统牛蹄塘组以浅水-深水陆棚沉积环境控制富有机质页岩的发育,沉积厚度一般在50~300 m;有机碳含量在1.5%以上,有机质成熟度达到高-过成熟阶段;富有机质页岩脆性矿物丰富、粘土矿物演化程度高,以伊利石稳定矿物为主,不含蒙脱石;多种孔隙类型及裂缝发育,可为页岩气的赋存提供良好储集空间;富有机质页岩含气量达到了页岩气商业开发下限2.0 m³/t。综合各种成藏条件,认为资阳-自贡一带、黔北和渝东南-湘鄂西地区为页岩气有利勘探区带。     

中扬子地区泥页岩发育特征与页岩气形成条件分析

中扬子地区在震旦系和古生界发育多套海相暗色页岩,在上三叠统—下侏罗统发育了1套高炭泥质煤系地层,在江汉盆地发育2套古近系陆相暗色泥岩。这些泥页岩厚度大、有机碳含量高、成熟度适宜,与美国产页岩气盆地具有很好的对比性。在前人对中扬子地区的研究基础上,结合页岩气的最新研究成果,探讨中扬子地区泥页岩的发育特征和页岩气形成条件。通过分析,认为中扬子地区具备形成页岩气藏的良好地质条件,尤其是鄂西渝东、湘鄂西区、江汉盆地南部和鄂东南具备优先勘探的条件。     

南华北盆地页岩气地震勘探技术

南华北盆地二叠系发育一套海陆交互相的沉积地层,暗色泥页岩分布广泛,具备页岩气成藏条件。通过收集整理南华北盆地前人地质、地球物理化学勘查、钻探及测井成果,并进行二维地震勘探资料的采集、处理和解释,能够查明南华北盆地石炭-二叠系煤系地层的赋存状态,能够对含气泥页岩层段进行预测,最大限度地发挥地震勘探技术在南华北盆地页岩气勘探中的作用,初步总结出了适合南华北盆地页岩气地震勘探的技术流程。     

太康隆起上古生界海陆交互相页岩气地质条件分析

上古生界太原组和山西组海陆交互相泥页岩是南华北盆地的主要烃源岩层系之一,以往的研究工作主要集中于坳陷区,针对隆起区页岩气成藏方面的研究相对较少。为解决海陆交互相地层砂泥岩（含页岩）互层频繁、垂向上非均质性强、页岩气地质条件复杂等因素导致储层改造层位优选困难的现状,通过对太康隆起西部海陆交互相页岩气参数井--尉参1井分析测试结果的解剖,结合邻井钻探成果,对太原组和山西组泥页岩的展布特征、地球化学特征及储层特征等开展研究,明确上古生界页岩气成藏要素。结果表明：太康隆起地区上古生界海陆交互相泥页岩发育,山西组和太原组泥页岩累计厚度为88m,山西组连续厚层泥页岩厚度可达38m,各层泥地比超过50%,有机碳含量高,含气性较好,具备一定的页岩气形成有利地质条件;泥页岩孔隙以纳米级无机孔隙为主,粒间孔、粒内孔均有发育,受沉积环境转变和有机质类型的影响,有机质孔隙发育较差;三叠系残余厚度是影响上古生界页岩气成藏的重要因素,太康隆起西部保存条件较好。详细阐明了上古生界海陆交互相页岩气地质条件,明确隆起西部是下一步勘探的有利地区,对该区后续页岩气储层研究及层位优选有重要意义。     

中扬子地区陡山沱组页岩储层中黄铁矿特征及其油气意义

黄铁矿是富有机质沉积的特征矿物,是恢复沉积环境的重要指标,也可以指示页岩的含油气性。基于氩离子抛光-扫描电镜（Ar-SEM）技术获得陡山沱组页岩高分辨率扫描电镜图像,利用 ImageJ 软件统计和分析草莓状黄铁矿粒径大小,探讨黄铁矿含量和吸附气含量之间的关系。 结果表明：①陡山沱组页岩中草莓状黄铁矿粒径小,代表其经历了较长时间的静水缺氧沉积环境,对有机质的富集和保存均有利,为页岩气的形成提供了良好的沉积条件;②陡山沱组页岩储层中黄铁矿含量与吸附气含量呈正相关关系,根据黄铁矿的含量可以预测页岩吸附气;③铁含量越高越有利于有机质富集,而有机质含量的高低直接影响着页岩气的生成能力和赋存能力,根据平面上黄铁矿的富集程度可以预测页岩含气区。     

冀北宽城地区中上元古界、寒武系有机质热演化特征及油源探讨

华北燕辽沉降带中上元古界和寒武系较为发育,地层总厚近万米,其中油苗也较为普遍.本文对冀北宽城地区所出露的地层剖面,在大量的样品实验测试基础上,对中上元古界和寒武系的生油条件、地化特征及其油源作了初步探讨,认为Zjt、Zcg、Zjh、ZqX的深灰色灰岩和页岩为较好油气源岩,区内油气显示主要来自铁岭组灰岩和洪水庄组页岩;中上元古界中部的蓟县系有机质热演化较低,仍处于生油阶段,而其上覆的青白口系、寒武系和下伏的长城系有机质热演化较高,巳进入过熟阶段早期.      

冀北宽城地区中上元古界、寒武系有机质热演化特征及油源探讨

华北燕辽沉降带中上元古界和寒武系较为发育,地层总厚近万米,其中油苗也较为普遍。本文对冀北宽城地区所出露的地层剖面,在大量的样品实验测试基础上,对中上元古界和寒武系的生油条件、地化特征及其油源作了初步探讨,认为Zjt、Zcg、Zjh、ZqX的深灰色灰岩和页岩为较好油气源岩,区内油气显示主要来自铁岭组灰岩和洪水庄组页岩;中上元古界中部的蓟县系有机质热演化较低,仍处于生油阶段,而其上覆的青白口系、寒武系和下伏的长城系有机质热演化较高,巳进入过熟阶段早期.     

达坂城次凹二叠系页岩气地质特征与勘探潜力

柴窝堡凹陷达坂城次凹上二叠统芦草沟组泥页岩在前期勘探中已证实具备页岩气成藏条件,但勘探潜力仍不明确。基于野外剖面露头样本分析测试数据,结合区域地震、钻井及测井资料,对芦草沟组泥页岩发育情况、地球化学特征、储集条件和页岩气成藏模式进行分析。结果表明：受沉积环境的影响,达坂城次凹芦草沟组页岩分布和发育情况具有较为明显的南北部不同的特征。次凹南部地区为滨浅湖相-三角洲相沉积环境,泥页岩厚度薄,有机质丰度低,以Ⅲ型干酪根为主,不具备页岩气成藏的地质条件;次凹北部发育深湖相富有机质泥页岩,厚度较大,有机质类型以Ⅰ、Ⅱ₁、Ⅱ₂型为主,有机质丰度高,微裂隙发育,脆性矿物与黏土矿物组合优越,具备页岩气勘探潜力,但成熟度偏低,风险较大。通过区域页岩气成藏模式分析可知,达坂城次凹北部区域斜坡带断裂构造较少的部位是页岩气勘探的有利区带。     

中扬子区上震旦统一志留系页岩气勘探远景

利用野外露头、有机地球化学及钻井资料,分析中扬子区寒武-志留系页岩气资源勘探远景.研究表明,中扬子区上震旦统一志留系页岩主要以上震旦统陡山沱组、下寒武统水井沱组(或牛蹄塘组)及志留系为主.上述3套泥质岩及页岩有机质含量丰富、有机质类型好、热演化程度高,多数已达到成熟一过成熟阶段,是有效页岩气气源岩.中扬子区自加里东以来经历多期构造运动,构造隆升和挤压作用改善了页岩储集性能,提高了页岩气聚集量.湘鄂西区上震旦统和下寒武统泥页岩可作为有利页岩气勘探选区,而鄂西渝东区钻井揭示志留系见工业性气流,表明该区志留系页岩气潜力较大.