北美地区典型页岩气盆地成藏条件解剖

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）

看，下Huron段所有的有机质基本上都是热成熟的。有机质类型以Ⅱ型干酪根为主，利于生成液态和气态烃(Curtis和Faure，1997，1999)。总有机碳等值线所圈定的大部分产气区包括西弗吉尼亚、东肯塔基和南俄亥俄(GRI，2000)。在西弗吉尼亚的Calhoun郡，下Huron段的下伏页岩地层产气，其放射性测井曲线读数最大，这与其下伏泥页岩层段有机碳含量较高（达2％）相一致。由图4可见，黑色页岩所占比例、总有机碳含量和产气率均向西增加，在靠近西弗吉尼亚边界附近Kentucky郡的Big Sandy气田处达到最大值。该气田自1921年开始生产页岩气以来一直是阿巴拉契亚盆地产量最高的页岩气田。

图3 中上泥盆统放射性黑色页岩的总有效厚度图(据deWitt等。1993)

图4 Ohio页岩Huron段下部的总有机碳分布(据Curtis和Faure1997年资料修改)

俄亥俄页岩有机质以开阔海相成因及Tasmanites来源为主。即干酪根类型以Ⅱ型和Ⅰ型为主。古海藻Tasmanites是黑色页岩的重要的来源,其极度繁盛而且多期出现,排除了水柱透光带中的其它类型的生物群。Curtis和Faure(1997，1999)认为，在塔康、阿卡德和阿勒格尼造山运动中，Rome地堑的边界断裂发生活化，在晚泥盆世浅内陆海的洋底形成了许多地貌凹陷，与这些地貌凹陷相关的断陷次盆地对Ohio页岩下Huron 段和West Falls群的Rhinestreet页岩段中藻类有机质的保存有明显的控制作用(图4)。这些断陷次盆地可能由于其水循环条件差而限制了氧的补给。有机质的保存条件也因为盆地上方水体中Tasmanites等藻类的周期性繁殖而变好。这些藻类的繁殖由于消耗分子氧使有机质大量富集，从而保存了藻类物质。Algeo(2008)提出Appalachian盆地中部泥盆系一密西西比系页岩是前陆盆地局限深水沉积产物。泥盆系Ohio页岩沉积期，构造运动导致相对海平面下降，局限程度增强，晚泥盆纪一早石炭纪之交最大，使Appalachian海处于耗氧状态，而且稳定的分层水体确保生物有机质得以保存，TOC较高，形成New York 几百米厚黑色页岩，Kentucky东北部减薄为50～90m。

Zeilinki和McIver（1982）运用TAI值描绘了阿巴拉契亚盆地上泥盆统的热成熟度范围，指出盆地西部的岩石对于原油的生成是未成熟的,因此生成的数量比较有限。大多数地区的黑色页岩层序是过成熟的,因而基本上没有生成液态烃类的可能。盆地的中间部位既有高质量的源岩又有适当的热成熟度,因而具有页岩气商业性开采潜力。总的来看，该页岩系统的Ro值介于0.4～1.3%（表1）。

表1 阿巴拉契亚盆地俄亥俄页岩地质、地球化学和储量参数表

③页岩岩石矿物学及储层特征

Ohio页岩矿物组成中，碳酸盐岩含量较低，小于25％；石英、长石和黄铁矿含量20～80％，粘土含量在20～80％之间，与Barnett页岩相比，Ohio页岩粘土矿物含量较高，而石英、长石及黄铁矿含量较低（图5）。

图5 页岩储层岩石矿物组成三角图（李新景等，2009）

Big Sandy气田以Ohio组Huron段为主力产层，高产井多沿北东方向分布，与高角度多组裂缝发育紧密相关，裂缝不发育地区往往低产。裂缝网络的形成主要受地质时期地壳应力作用强度和方向影响，尤其是Rome断槽形成中伴生的断裂作用。

West Virginia州Jackson县Cottageville气田研究揭示埋深1127.8m的Ohio组页岩Huron段，虽然裂缝局部充填白云石，但残余孔洞常具有连通性，渗透率较高。因此众多研究认为，这一地区页岩气产量主要控制因素是有机质含量、热成熟度、天然裂缝展布以及黑色页岩与灰色页岩空间分布关系。

（4）页岩气的生产情况

根据Hunter等(1953)的早期研究，3400口井中只有6％的井未采用增产措施完井。这些井可能发育天然裂缝网络，其平均无阻日产量为1,055×103ft3。其余94％的井完井后无可观产量，平均日产量仅61×103 ft3。这些井后来用早期的油田射孔技术进行了增产处理，气井采取增产措施后，其平均日产量约285×103立方英尺，比采取增产措施前提高了4倍多，认为射孔提高了裂缝孔隙度和渗透率，因而能产出有商业价值的天然气。目前，气井通常用液态氮泡沫和砂支撑剂进行压裂(Milici，1993)。

Big Sandy气田是阿巴拉契盆地页岩气历史累计产量最高地区。绝大多数来自上泥盆系页岩气，现今储层还包括中泥盆统Marcellus页岩，上泥盆统Rhinestreet页岩、Cleveland页岩以及密西西比系Sunbury含气页岩，埋藏深度510～1800m，测井孔隙度1.5~11%，平均4.4%。1996年该区估算原始地质储量5660×108m3，可采储量962×108m3，剩余可采储量255×108m3，估计单井极限可采

储量14×104～2260×104m，平均250×104m3。

1994年以前，美国页岩气主要产自Ohio页岩，直到密歇根盆地钻探工作的迅速发展使Antrim 页岩的气产量位居全美之首时为止。

2、福特沃斯盆地巴尼特页岩系统

（1）概况

福特沃斯（Fort Worth）盆地是得克萨斯中北部地区的一个南北向延伸的浅的地堑，面积大约为15000mi2（38100km2）。该盆地密西西比系巴尼特（Barnett）页岩为一个页岩气系统，由层状硅质泥岩、层状泥质灰泥岩以及骨架泥质泥粒灰岩混合组成。早在20世纪50年代，美国Fort Worth盆地密西西比系Barnett页岩就见到良好气显示；1981年，Mitchell 能源公司大胆地对Barnett页岩段进行了氮气泡沫压裂改造，从而发现了Barnett页岩气田。随着钻完井技术的不断改进，气田的面积不断扩大，产量飞速增长。2007年,Fort Worth 盆地近8500口Barnett页岩气生产井的年产量为305.6×108m3,自1982年投产以来累计产气1018.8×108m3。

（2）构造及沉积特征

福特沃斯盆地是晚古生代沃希托（Quachita）造山运动形成的几个弧后前陆盆地之一，沃希托造山运动是由泛古大陆变形引起的板块碰撞(北美板块和南美板块)形成逆冲断层的主要事件（Thompson et al，1988）。盆地东部边界为沃希托逆冲褶皱带，北部边界是基底边界断层控制的红河背斜（Red River Arch）和曼斯特背斜(Muenster Arch)，西部边界为本德背斜（Bend Arch）、东部陆棚等一系列坡度较缓的正向构造，南部边界为大草原隆起(Llano uplift)。

盆地的轴大致与组成盆地北部—东北部边界的Muenster穹隆平行，然后向南弯曲与Quachita构造带前缘平行（图6）。在宾夕法尼亚早期和中期， Quachita 褶皱带向东隆升造成构造脊线及由此形成的盆地边界反向地向西和西北方向偏移（Tai，1979）。红河和曼斯特背斜以断层为边界的基底的抬升形成了盆地的北部边界。这些构造特征是北西走向的Amarillo-Wichita隆起的延伸部分，是Quachita挤压过程中基底断层伴随Oklahoma（俄克拉荷马）造山运动而重新复活造成的（Walper，1977，1982）。

福特沃斯盆地发育的地层主要有寒武系、奥陶系、密西西比系、宾夕法尼亚系、二叠系和白垩系。下古生界上部为一区域性角度不整合，盆地内缺失志留系和泥盆系。上密西西比统和下宾夕法尼亚统表现为连续沉积，但在某些地区可能为平行不整合(如在曼斯特隆起附近)。古生界根据构造演化历史可大致分为3段：①寒武系—上奥陶统，为被动大陆边缘的地台沉积，包括Riley-Wilberns组、Ellenburger组、Viola组和Simpson组；②中上密西西比统，为沿俄克拉荷马坳

拉槽构造运动产生沉降过程的早期沉积，包括Chappel组、Barnett页岩组和Marble Falls组下段；③宾夕法尼亚系，代表了与沃希托逆冲褶皱带前缘推进有关的主要沉降过程和盆地充填，主要是陆源碎屑沉积，包括Marble Falls组上段和Atoka组等。

图6 福特沃斯盆地构造图及Barnett页岩气主要产气区分布图在盆地的东北部，Barnett 页岩被Forest burg 灰岩分隔为上、下两部分（图7）。Barnett页岩顶面构造为一单斜，气藏不受构造控制，面积约15500 km2，埋深大于1850 m ，可采资源量2.66×1012 m3 (USGS，2008) 。气田可分为两个区: ①核心区，Barnett页岩下部发育有Viola灰岩，页岩厚度大于107 m；②外围区，缺失Viola 灰岩，Barnett页岩直接与饱含水的下奥陶统Ellenburger 组灰岩接触，页岩厚度大于30m。

（3）页岩气成烃条件分析

①页岩分布特征

Barnett含气页岩由石灰质页岩、黏土页岩、石英质页岩和含白云石页岩组成，底部常常包含一层薄薄(<3 m)的富含磷酸盐物质的区带,主要是磷灰石，向盆地的北部，富含有机质的黑色页岩相变为富含碳酸盐相，碳酸盐物质可能是由一系列洪流导致的碎屑流沉积。Barnett页岩的厚度和岩性在盆地范围内是变化的,

东北部最厚(图8-A)，并包含了一层向南和向西迅速变薄的灰岩。Barnett页岩层

的北部被红河穹隆和门斯特穹隆所限，南部和东南部被沃希托逆冲褶皱带所限。在盆地北部，Barnett页岩平均厚91m，在门斯特隆起附近盆地最深处页岩的厚度超过305 m。在Newark East气田的北部和东北部，Barnett页岩的碳酸盐含量大量增加，主要是因为波浪和水流把盆地西部Capple礁的碳酸盐碎屑运移到此处，使Barnett页岩下段的细粒钙质物质相当丰富。Barnett页岩向西、向南迅速变薄，在大草原隆起区域其厚度只有几米到十几米，如在Lampasas县和San Saba 县境内沿大草原隆起出露的地层厚9~15 m，并且富含油气。Barnett页岩在下列地区是缺失的：a北部和北东部红河隆起和门斯特隆起被剥蚀区域；b南部沿大草原隆起区域；c西部剥蚀区域。

图7 福特沃斯盆地奥陶系至宾夕法尼亚系主要地层

A地层剖面示意图 B 主要地层单元的电缆测井图

②页岩地球化学特征

Barnett页岩可分为5种岩性：黑色页岩、粒状灰岩、钙质黑色页岩、白云质黑色页岩、含磷质黑色页岩。有机质丰度随岩性的不同发生变化，在富含黏土的层段有机质丰度最高，而且成熟的地下标本和不成熟的露头标本有很大差别。对不同深度钻井岩屑的分析结果表明，其有机碳质量分数在1%~5%之间，平均为2.5%~3.5%，岩心分析数据通常比钻井岩屑分析的高，为4%~5%（Bowke等，2003；Jarvie等，2007）。Jarvie等（2003）和Pollastro等（2004）测得San Saba 县和Lampasas县Barnett页岩露头样品的有机碳含量高达12%。虽然Barnett页

岩的有机碳含量变化较大，但总体来说其有机碳含量很高，平均大于2%，表明高有机质丰度Barnett页岩气藏被成功勘探开发的重要因素。Barnett组富有机质黑色页岩主要由含钙硅质页岩和含黏土灰质泥岩构成，夹薄层生物骨架残骸，具有低于风暴浪基面和低氧带(OMZ)的缺氧一厌氧特征，与开放海沟通有限。沉积物主要为半远洋软泥和生物骨架残骸，沉积营力基本上通过浊流、泥石流、密度流等悬浮机制完成，属于静水深斜坡一盆地相(Robert等，2007)。

图8 福特沃斯盆地Barnett页岩厚度图 (A)和成熟度等值线图 (B) (据聂海宽等，2009) Barnett页岩有机质以易于生油的Ⅱ型干酪根为主。在镜质反射率Ro小于1.1%时，以生油为主、生气为辅。干气区主要分布在盆地东北部和冲断带前缘，这些地区埋藏较深,成熟度较高，Ro超过1.1%~1.4%，处在生气窗内，如Wise 县生产的伴生湿气的Ro为1.1%，干气的Ro在1.4%以上；油区主要分布在盆地北部和西部成熟度较低的区域，Ro为0.6%~0.7%；在气区和油区之间是过渡带，既产油又产湿气，Ro在0.6%~1.1%之间（图8－B）。天然气技术研究所GTI公布Barnett页岩气藏产气区页岩的Ro为1.0%~1.3%，实际上产气区的Ro西部为1.3%，东部2.1%，平均为1.7%。

从烃源岩的埋藏史及热演化图上来看，福特沃斯盆地Barnett页岩经历了宾夕法尼亚纪－二叠纪快速沉降和埋深时期、晚二叠世—中晚白垩世恒温阶段（只是在中白垩世才被加快埋深的短暂时期打断）、晚白垩世—古近纪的抬升剥蚀三个阶段。Barnett页岩从晚宾西法尼亚世开始生烃,在二叠纪、三叠纪和侏罗纪达到生烃高峰，并一直延续到白垩纪末（图9）。

图9 福特沃斯盆地Eastland县单井埋深史图（Montgomery等，2005）

③页岩的储层特征

已有的资料表明，有生产能力的、富含有机质的Barnett页岩的孔隙度为5%~6%，渗透率低于0.01×10-3μm2，平均吼道半径小于0.005μm，平均含水饱和度为25%，但随碳酸盐含量的增加而迅速升高。Barnett页岩含有天然裂缝，孔隙度和渗透率伴随有机质成熟而增大，并导致微裂缝的生成。页岩储层的孔隙度和渗透率极低，非均质性极强，页岩气藏中的游离气主要储集在页岩基质孔隙和裂缝等储层中。Barnett页岩气藏天然气的赋存方式主要包括游离态和吸附态两种，（Bowker等，2007）利用Newark East气田南部Johnson县Chevron地区Mildred Atlas 1井的岩心样品进行罐装解析气量的分析表明，在气田常规气藏条件下(20.70~27.58MPa)，Barnett页岩中吸附气的体积含量为2.97~3.26 m3/t，高于早期分析的数据。Humble Geochemical公司近期研究Sims 2井的资料后指出，计算的气体体积含量实际上超过Mildred Atlas 1井，而这两口井的总有机碳含量接近，分别为4. 79%和4.77%（Martineau等，2007）。在Denton县的Mitchell Energy KathyKeel 3井残余有机碳含量为5.2%，吸附气体积含量为3.40 m3/t，占天然气总体积含量(5.57 m3/t)的61%（Montgomery等，2005）。图10所示的甲烷等温吸附显示，在压力为3800psi下，吸附气的含量为60～125scf/t，占总气量的35～50%。吸附气和游离气的平均含量分别为85scf/t和105scf/t，分别占总气量的45%和55%。综合多口井的资料可以看出，Barnett页岩气藏中有40%~60%的天然气以吸附态赋存于页岩中，比早期研究的数据大很多，说明Barnett页岩比以前认为的有更大的资源储量潜力。

图10 Barnett页岩样品等温吸附曲线

④页岩的岩石矿物学特征

Barnett页岩在岩性上主要由硅质页岩、灰岩和少量的白云岩组成。总体上，该套地层二氧化硅含量相对富集（30-50%，体积百分含量），粘土矿物的含量相对较少（＜35%）(图11)。根据Bowker(2002)的研究，这些粘土主要为含微量蒙皂石的伊利石。粘土－粉砂结晶石英是Barnett岩层的主要矿物，局部常见碳酸盐岩和少量黄铁矿和磷灰石。Barnett地层的碳酸盐岩主要以化石层的形式存在。根据矿物、结构、生物和构造等，Barnett 页岩的岩相主要划分为3种:层状硅质泥岩、薄片状灰泥和含生物碎屑的泥粒灰岩。各岩相普遍富集黄铁矿和磷酸盐，常见碳酸盐岩团块。与石英和方解石相比，由于黏土矿物有较多的微孔隙和较大的表面积，因此对气体有较强的吸附能力，但是当水饱和的情况下，吸附能力要大大降低。石英含量的增加将提高岩石的脆性。

图11 Barnett地层的矿物组成三角图

（4）气藏特征及天然气成因

1981年，Mitchell能源开发公司（MEDC）开始从福特沃斯盆地密西西比系的Barnett页岩产商业性天然气。其主要产区是Newark East气田，但目前MEDC 和其他作业者在其它地区也发现了商业性页岩气产层（Hill和Nelson，2000；Williams，2002）。在Newark East气田Barnett页岩的埋藏深度为6500-8500英尺（1981-2591m），Barnett页岩的厚度为300-500英尺（92-152米），页岩有效厚度50-200英尺（15-61m）。在Newark East气田，具有轻微的超压（0.52psi/ft），在6500-8500英尺（1982-2592米）深度含气饱和度达75%。与其它的页岩产层相比，Barnett页岩有几个特点：（1）Barnett页岩气产自比较深的深度，因此具有比其它页岩气藏更高的压力；（2） Barnett页岩气完全是热成熟成因的，并且在盆地的大部分地区是与液态石油伴生的；（3）Barnett 页岩经历了复杂的多期的热历史；（4）天然裂缝并不发育，甚至在有些情况下，天然裂缝甚至会减低水井的性能。对Newark East气田Barnett页岩气的4个样品的测试分析显示（Ronald等，2007），天然气组分以甲烷为主，占到气体总体积的 77.82～90.90%，平均84.70%；重烃含量变化范围较宽，介于 3.11～19.07%，平均9.86％,干燥系数（C1/C1-5）0.80~0.97，揭示该气田的天然气不仅有湿气，而且有干气，这与该气田Barnett页岩成熟度具有较大的变化范围相一致；非烃气体含量较低，主要为氮气和二氧化碳，平均分别占到气体组成的2.75%和 1.65%。天然气的甲、乙烷碳同位素分别介于-47.59~ -41.13‰、-32.71~ -29.52‰，揭示该区的天然气为源自腐泥型母质的油型气，天然气组分偏干，但甲烷碳同位素明显偏轻，揭示该区天然气以热成因天然气为主，并有生物成因天然气的混入。

3、密执安盆地安特里姆页岩系统

（1）概况

密执安(Michigan)盆地位于美国中西部地区的密执安湖与休伦湖之间，陆上面积约9×104km2。盆地油气勘探始于2O世纪20年代，发现密西西比系和泥盆系背斜油气藏，70年代以志留系Niagaran宝塔礁为勘探目标，8O年代初期为深部奥陶系，中后期泥盆系Antrim页岩。即油气大部分产自古生界，主要包括密西西比系Stray砂岩，泥盆系Berea砂岩、泥盆系Traverse和Dundee石灰岩，志留系Satina和Niagara石灰岩以及奥陶系Trenton和BlackRiver石灰岩等，上泥盆统Antrim 裂缝性页岩也产天然气。目前，安特里姆页岩气的开发集中在盆地北部（图12）。Antrim 页岩的天然气生产至少在短期内已趋于稳定。盆地北部页岩产区生产井9382口，日产1042×104m3。1998年产量高峰过后，气田年递减率4～5％，单井，单井9％，据此估计2030年累计产量约1 246×108m3。虽

图13 密执安盆地综合地层层序 然Antrim 页岩气富集带规模有限，但埋藏较浅，钻井费用较低，且属于晚期成藏，现今仍处于持续充注阶段（Martini 等，1998），有利于实现经济可采，适于中小规模企业开发。

图12 密执安盆地位置图

（2）构造沉积特征

密执安(Michigan)盆地是一个近似环形

的内克拉通盆地。北侧和东南侧向盆地中心

陡倾，西侧和西南侧较缓，盆地中部平坦开

阔，内部以一系列密集分布的北西轴向的褶

皱为主，伴以走向相同为数不多的断裂构造。

该盆地与它临近的克拉通盆地的界线是一些

大的拱曲，盆地稍不对称地向北倾斜。盆内

主要构造为西北—东南向。

盆地主要的沉降期开始于早奥陶世,目

前盆地的构造方向是在密西西比纪晚期至宾

夕法尼亚纪形成。Quinland 等（1984）认为

可能是阿勒格尼—海西造山运动导致弯曲的

前陆沉降，形成了盆地目前的构造面貌。

地层剖面以古生代地层为主（图13），

寒武系以海相碎屑岩沉积为主，早奥陶世至

早泥盆世以碳酸盐岩沉积为主，其中，碳酸

盐岩段包括志留系和泥盆系厚层蒸发岩。石炭 系以碎屑岩沉积占统治地位。

在盆地中心部位还残留有小规模的侏罗系陆源碎屑

图14 Antrim 页岩自然伽马测井曲线 （据Matthews ，1993；Decker ，1992）

沉积。

Antrim 页岩属于广布于中—晚泥盆

世古北美大陆的富含有机质的页岩沉积

系统的一部分，Antrim 页岩及共生的泥盆

纪—密西西比纪岩层的厚度为900英尺

（274m ）。在现代构造盆地中心，安特里

姆页岩底部的埋深约2400英尺（732m ）

（Matthews ，1993）。

（3）页岩气成烃条件分析

①页岩分布特征

Antrim 页岩的已知最大厚度为650ft

（195m ），它与下伏的Traverse 群为过渡

关系，与上覆的和侧向相邻的密执安盆地

西部的Ellsworth 页岩、盆地中央Sunbury

页岩、盆地东部的Bedford 页岩、Berea 砂岩和Sunbury 层序形成指状交错。

Antrim 页岩的地层相对单一（图14），页岩分布于下段，由Lachine 、Paxton 和Norwood 三个页岩段组成。Lachine 和Norwood 页岩为黑色，是主要产层；Paxton 页岩为灰色，一般不作为产层。3个页岩段在整个盆地均有分布，且厚度变化不大。钻井通常在Antrim 页岩下部的Lachine 和Norwood 段完井，其累积厚度约160英尺（49m ）(图15)。Lachine 页岩顶部埋深150～1000m ，页岩厚22～27m ，平均24m ； Norwood 页岩厚4～9m ，平均6m 。 图15 下Antrim 页岩等厚图（据Matthews ，1993）（单位ft ）

②页岩地球化学特征

Antrim 页岩总有机碳含量为0.5～24%，平均8%。干酪根富氢而偏于生油。热成熟度指标Ro 值为0.4%～0.6%，由盆地四周向盆地中心逐渐增高，镜质组反射率等值线与埋深等值线变化趋势相同。

Antrim 页岩下部的Paxton 段为泥状灰岩（lime mudstone ）和灰色页岩互层（Martini 等，1998），总有机碳含量为0.3-8%。

③页岩的储层特征

Antrim 页岩的基质孔隙度为9%，

基质渗透率很低，大约为10-6～10-9

μ㎡，其渗透性主要由广泛发育的外

生构造裂缝系统提供，裂缝间距一般

为0.3～0.6m 。控制气产能的主要地

质因素为外生裂缝的密度及其走向

的分散性，裂缝条数越多，裂缝走向

越分散，气产量越高（图16）。

Antrim 页岩既是生气层，也是储气层，吸附作用是气在页岩中储集的主要机理。以吸附状态存在于该页岩基质中的气量占气地质储量的70%，其余30%以游离状态存在于基质孔隙和天然裂缝中。

Antrim 页岩的实测气量为0.5～4.6m 3/t 页岩，平均2.1 m 3/t 页岩. Antrim 页岩对气的吸附能力与页岩的总有机碳含量具有明显的正相关系（图17）。

④页岩的岩石矿物学特征

Antrim 页岩Lachine 和Norwood 段岩黑色页岩富含石英（20～41%微晶石英和风成粉砂），有大量的白云岩和石灰岩结核，以及碳酸盐岩、硫化物和硫酸盐胶结物。Antrim 页岩下部的Paxton 段为泥状灰岩和灰色页岩互层，硅酸盐占7-30%。在北部生产区，发现了两组主要的天然裂缝，一组为北西向，另一组为北东向，其倾角近于垂直或垂直。这些裂缝通常未被胶结或者仅有很薄的方解石包覆层。

图17 Antrim 页岩的等温吸附曲线（a ）和总有机碳含量与含气量关系图（b ） 图16 三口井的裂缝特征及其产量对比图

（4）气藏特征及天然气成因

下Antrim页岩中的大型构造相对简单（图18），页岩含油气系统属隐蔽型圈闭。页岩埋藏深度为600-2400ft,页岩有效厚度70~120ft，井底温度75°F，储层压力400psi，压力梯度0.35psi/ft，气井产量40~500×103ft3，天然气地质储量6~15×109ft3/mi2(Hill等，2000) 。

Antrim 页岩气似乎具有双重成因，即干酪根经热成熟作用而形成的热成因气和甲烷菌代谢活动形成的微生物成因气(即生物成因气)。根据Martini等(1998)对地层水化学、采出气和地质历史的综合研究结果，北部生产区的采出气应以微生物气为主；十分发育的裂缝网络不仅使Antrim 页岩内的天然气和原生水发生运移，而且使其中有上覆更新统冰碛物含水层中的含菌雨水侵入。甲烷和共生地层水的氘(重氢)同位素组成(δD)为天然气的细菌甲烷成因提供了强有力的证据。这与Antrim黑色页岩热成熟度Ro较低(0.4～0.6%)，未进入生油窗，埋深较浅（120～600m）、高角度裂缝发育相一致。Martini等(1998)认为裂缝发育和冰川作用之间存在动态关系，即多次冰席载荷形成的水力压头加速了先存天然裂缝的膨胀并使其中有雨水补给从而有利于甲烷成因气的生成。根据甲烷／乙烷+丙烷比值以及采出乙烷的碳同位素组成，Antrim 页岩中也有少量(<20％)的热成因气。热成因气组分在向盆方向，即向干酪根热成熟度增加的方向而不断增加。

图18 下Antrim页岩底部构造图（Crusis，2002）

4、伊利诺斯盆地新奥尔巴尼页岩系统

（1）概况

伊利诺斯(Illinois)盆地位于美国中东部地区，包括伊利诺斯州南部、印第安那州西南部以及肯塔基州的西部地区,面积约60000mi2(26.5万平方公里)。盆地东部和南部分别与Cincinnati隆起和Pascola隆起为界，西部和西北部分别以Ozark 穹隆和密西西比河隆起为界，东北部以Kankakee隆起为界（图19）。新奥尔巴尼（New Albany）富含有机质褐黑色、灰黑色页岩在盆地分布广泛，页岩气资源量在24352亿立方米(NPC, 1980)~45307亿立方米(NPC, 1992)，技术性可采资源量在538亿立方米(NPC, 1992)~5437亿立方米(USGS, 1995)变化。每口井的成本为$125,000~$150,000间变化，完井成本$25000。

图19 Illinois盆地地理位置图

该页岩层系天然气的生产始于1858年，钻探活动一直持续到上个世纪30年代。受高天然气价格的驱动，上个世纪90年代该区页岩气的勘探又活跃起来，并完钻了400多口生产井大多数井钻探在Harrison郡，一般钻探深度在500~1100ft，天然气产量分布在（20～450）×103ft3/d. 近年来，Daviess郡及其周围地区成为了新奥尔巴尼页岩勘探的热点。但是总体上而言，该区页岩气的勘探远远不如密执安(Michigan)盆地和阿巴拉契亚盆地活跃。

（2）构造沉积特征

伊利诺斯盆地是北美主要克拉通盆地之一，是在裂谷复合体上逐渐发展为克

拉通海湾的多期盆地，主要形成于古生代。以往获得的地质和地球物理资料表明，盆地始于前寒武纪末或早寒武世超大陆解体形成的夭折裂谷（Keller等，1983；Braile等，1986）。早寒武世—中寒武世为裂谷盆地阶段，随后构造背景在裂谷基础上变成宽阔的克拉通盆地。古生代期于时间，原伊利诺斯盆地经历了多阶段的沉降。盆地和下伏的裂谷复合体主要为大约100000平方英里（415000km2）的碳酸盐和硅质碎屑岩充填。板块构造沿北美东部和南部边缘相互作用，几度使裂谷活化，并且强烈地影响了盆地的沉降、沉积、地质构造的、地下流体运移以及现代地震活动。构造长轴方向为北偏西,向北隆起。盆地发育多个背斜褶皱,南翼发生断裂切割,断裂呈东西向分布。许多断裂切割到古生界地层深部。

伊利诺斯盆地沉积的古生界地层厚度约4800m，大都为海相浅水沉积。物源区在盆地西部、北部和东部的隆起上。古生界岩层主要由白云石组成，其次为灰岩、页岩、砂岩、砾岩、硬石膏和煤系（图20）。盆地南部在古生界之上不整合覆盖了更年轻的地层。在近地表处沉积了近30米冰碛层。对页岩气的勘探有影响。冰碛层之下为宾夕法尼亚系,页岩层下伏层为泥盆系灰岩。新奥尔巴尼大致为Chattanooga页岩和俄亥俄页岩的横向同位层系（Matthews,1993）

图20 伊利诺斯盆地地层柱状图

（3）页岩气成烃条件分析

①页岩分布特征

New Albany页岩分布于伊利诺斯盆地中伊利诺斯州的东南部、印第安南州的西南部及肯塔基州的西北部，属于上泥盆统－密西西比系，上下为Chouteau 灰岩和Lingle灰岩限制，厚度100～400ft（30～122m）,深度一般在600～4900ft(182～1494m) (Hassenmueller等,1994)。页岩最大厚度位于伊利诺斯州东南部的Hardin 郡及肯塔基州西部Crittenden郡，厚度大于460ft,这些地区位于南部沉积中心；另一个页岩厚度较大的区域位于爱荷华州东南部和伊利诺斯州中西部地区，位于这两个沉积中心之间的伊利诺斯中部地区，页岩厚度较薄，小于120ft，在伊利诺斯中东部从Champaign和Vermilion郡到 Coles和 Edgar 郡一带，页岩厚度小于80ft.

②页岩地球化学特征

New Albany页岩有机碳含量无论是纵向上还是横向上变化都较大，从0.1~20%不等。Stevenson等(1969)对伊利诺斯New Albany下部50ft的350个样品的测试分析结果表明，样品平均有机碳含量达到4％，且从盆地中部到盆地西部密西西比河边缘一带，有机碳含量从9％变化到小于1％。伊利诺斯该套页岩层系上部Saverton和Hannibal段页岩以及印第安南东南部Selmier段页岩有机碳含量相对较低，介于1~2％(Frost, 1980)。伊利诺斯Selmier段和Sweetland Creek 段页岩有机碳含量平均含量在2.5~ 6.5% (Frost, 1980)。Leininger(1981)曾报道过Indiana州Clark郡薄层富有机质页岩有机碳含量高到25％。Grassy Creek段页岩在伊利诺斯盆地西北部有机碳含量为2~5％，但在其它地区有机碳平均含量在5~9％。印第安纳州西南部10口钻井岩芯的分析显示，Clegg Creek段页岩有机碳含量在10.4~13.7%(Hasenmueller等, 1987).

Barrows等（1980）对New Albany页岩有机岩石学的研究表明，干酪根有机显微组分中90～95％为无定型有机质，镜质组、壳质组和惰质组仅占到5~10%. Chou等（1991）对159个样品的岩石裂解分析表明，New Albany以典型的混合型（Ⅱ型）母质为主（图21），不仅利于生油而且也有利于生气。油源对比研究表明，New Albany页岩也是伊利诺斯盆地宾夕发尼亚系、密西西比系、泥盆系和志留系储层原油的主要来源 (Chou等, 1991; Hatch等, 1991).

223口井New Albany页岩样品的平均R o 介于0.44~1.50%。热演化程度最高的地区为伊利诺斯东南Hardin郡Hicks穹隆，最低的地区为伊利诺斯中部Logan郡和Sangamon郡以及印第安纳州Harrison郡。R o小于0.5%的地区主要分布在盆地西部及北部的隐伏露头带。沿着Cottage Grove和Rough Creek断裂系统，可将盆地分为成熟度截然不同的两个区域，这两个地区具有不同的埋藏深度与R o关系，阴

影部分R o小于0.80％，代表了盆地北部3/4的地区，变化趋势线右边的数据代表了位于伊利诺斯盆地东南部萤石断裂复合体分布带附近的样品，反映了区域性热液作用引起的源岩热演化程度的异常变化（图22）。

图21 伊利诺斯盆地New Albany页岩范氏图解（据Chou等，1991)

图22 伊利诺斯盆地New Albany页岩平均随意镜质体反射率与埋藏深度的变化关系

③页岩的储层特征

New Albany页岩基质孔隙度和渗透率较低。肯塔基州Christian郡岩芯孔隙

页岩气及其成藏条件概述

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

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

北美典型页岩气藏岩石学特征_沉积环境和沉积模式及启示

第29卷 第6期2010年 11月 地质科技情报 Geolog ical Science and Technolog y Information Vol.29 No.6Nov. 2010 北美典型页岩气藏岩石学特征、沉积环境和 收稿日期:2010 04 27 编辑:杨 勇 基金项目:国家自然科学重点基金(石油化工联合基金)项目(40839910);中国石油化工股份有限公司科研项目(J 1407 09 KK 0157)作者简介:杨振恒(1979 ),男,工程师,主要从事石油地质综合研究工作。E mail:yan gzhen hen g2010@https://www.wendangku.net/doc/6a3057328.html, 沉积模式及启示 杨振恒,李志明,王果寿,腾格尔,申宝剑 (中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所,江苏无锡214151) 摘 要:北美典型页岩气藏赋存的泥页岩主要为细颗粒沉积,呈暗色或黑色薄层状或块状产出。页岩气储层无机矿物成分中硅 质含量较高,含有黄铁矿、磷酸盐矿物(磷灰石)、钙质和黏土矿物。具有相对高有机质质量分数,代表了富有机质的缺氧的沉积环境。不含或者含较少的陆源碎屑输入。有机质类型以 和!型干酪根较为常见。生物化石碎片在页岩层中比较常见,化石碎屑的类型多样化。重点剖析了福特沃斯盆地Barnett 页岩的沉积发育模式,福特沃斯盆地是一狭长的前陆盆地,主要沉积区离物源区较远,Barnett 页岩沉积于较深的静水缺氧环境,沉积速度缓慢(饥饿性沉积),最终形成富含有机质的Barnett 页岩。常见生物化石碎片,但缺少生物扰动遗迹,推测盆地中大部分的生物化石为外部输入的结果。上升流作用致使磷酸盐矿物(磷灰石)发育。北美典型页岩气藏的岩石学特征、沉积环境和福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积发育模式可以用来指导我国页岩气勘探,黔南坳陷下寒武统黑色高碳质页岩系、二叠系吴家坪组和四川广元 绵竹地区下寒武统泥页岩具有和北美典型页岩气藏可类比的岩石学特征、沉积环境和沉积模式,可作为页岩气勘探的优选区域。 关键词:页岩气;岩石学特征;有机碳含量;沉积环境;沉积模式 中图分类号:T E122.115 文献标志码:A 文章编号:1000 7849(2010)06 0059 07 近年来,页岩气在北美特别是美国得以成功地勘探和开发,引起了广泛的关注。国内外学者从页岩气系统出发,对页岩气成藏的有机碳质量分数、成熟度、裂缝系统、温度、压力、抬升与沉降史以及吸附 机理等进行了深入的研究[1 7] ,但是,对页岩气藏发育的泥页岩的岩石学特征、沉积环境和沉积模式研究还较少涉及。页岩气藏发育的泥页岩具有独特的岩石学特征,识别不同的岩石学特征是评价页岩气成藏条件、原地含气量和资源量的关键。在页岩气开发阶段,识别不同的岩相是实施开发方案的基础。在福特沃斯盆地,识别Barnett 页岩岩性是页岩气评价中关键的步骤[8]。笔者根据北美页岩气研究的最新成果,就页岩气藏发育的泥页岩的岩石学特征、沉积环境及福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积模式进行讨论。北美典型页岩气藏岩石学特征、沉积环境和福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积模式对我国页岩气研究和勘探同样具有指导意义。 1 典型页岩气藏岩石学特征 页岩气作为非常规天然气资源,其勘探、开发思 路和方式与常规油气资源有明显的不同之处。研究 表明,沉积物的岩石学特征是页岩气成藏的重要控 制因素[8 10] ,主要包括泥页岩的构造和粒度特征、有机碳质量分数、岩石矿物组成、生物化石特征等。1.1岩石构造和粒度特征 页岩气藏发育的泥页岩主要为暗色或黑色的细颗粒沉积层,呈薄层状或块状。德克萨斯州福特沃斯盆地Bar nett 页岩及其上下相邻地层由不同的岩相组成,Barnett 页岩及上下相邻地层可识别出3种 岩性[9] ,分别为薄层状硅质泥岩、薄层状含黏土的灰质泥岩(泥灰)和块状灰质泥粒灰岩。但是,主力产气层位上Barnett 页岩和下Barnett 页岩以层状硅质泥岩为主,主要由细微颗粒(黏土质至泥质大小)的物质组成(图1)。Barnett 页岩缺少粗粒的陆源碎屑物质,表明地质历史沉积时期这一地区离陆相物源区较远,属饥饿性沉积,最终形成了层状的Bar nett 页岩沉积充填样式。富页岩气前景的英属哥伦比亚西北部Baldo nnel 层Ducette 组地层被称之为暗色的以石英为主的细粒页岩,主要由多样的放射性的、碳质的含黏土的灰岩和细粒粉砂岩组成。1.2岩石矿物质量分数 页岩气储层无机矿物成分中硅质质量分数较高,另外还含有方解石和长石等矿物。所含硅质主

天然气分布规律及页岩气藏特征

天然气分布规律 辽河盆地的天然气在纵向上和横向上分布都很广泛。在横向上，由于气体形成的途径多于油的形成途径，气体的分布区域远远大于油层的分布；在纵向上，自目前勘探的最深部位到浅层均有气体存在，含气层系多，自下而上发育了太古界、中生界和新生界。特别是第三系自沙四段到明化镇组各层段均有气藏存在，沉积环境和演化史的特征，造成天然气原始组分富烃，贫H：S，少CO：和N2。 辽河断陷广泛发育多期张性断裂，把二级构造带切割成复杂的断块油气田。受构造、断裂活动影响，造成多次油气聚集、重新分配而形成多套含油气层系。 通过天然气的地球化学研究，结合盆地地质背景，天然气有如下分布规律：1．自生自储的天然气垂向分布 以自生自储为主的天然气层，自下而上分布有侏罗系的煤型气、正常凝析油伴生气、正常原油伴生气、生物一热催化过渡带气和生物成因气等。其特征主要是613C，依次变轻。侏罗系煤型气主要分布在深大断裂边缘，仅处于侏罗系发育的地区，如东部凹陷三界泡地区。正常凝析油伴生气主要发育在有机质埋深达到高成熟阶段的地区，主要为各个凹陷的沉降中心部位，如整个盆地的南部地区及东部凹陷北部地区。正常原油伴生气在整个盆地均有分布，主要是与原油伴生的气顶气和溶解气。生物一热催化过渡带气主要发育在有机母质埋深浅于3000m 的未成熟和低成熟阶段，并有良好的盖层发育的地区，部分地区的局部构造亦可形成小型气藏，在盆地的大部分地区均有分布，主要在东部和大民电凹陷的有利地区。生物成因气理论上在整个盆地浅层都存在。因此，只要有良好的储盖组合，在整个盆地中都可望发现生物成因气藏。 总体来看，三个凹陷中，大民屯凹陷以成熟阶段的石油伴生气和生物一热催化过渡带气为主．有少量生物成因气。东部凹陷在不同的构造部位分布不同类型的气体，中生界发育并位于深大断裂边缘的地区，有煤型气和深源气的存在。南、北凹陷深部位置，主要是高成熟和成熟的热催化一热裂解气。而凹陷中部广泛发育生物一热催化过渡带气。在构造高部位有利地区，发育有较可观的生物成因气。西部凹陷主要发育热催化一热裂解气，特别是凹陷南部沉降中心处，热裂解形成的正常凝析油伴生气更为广泛。在有机母质埋深浅的部位发育生物一热催化过渡带气。当然，如果存在有利的储盖组合，生物成因气的存在勿需置疑。 2．断裂构造导致天然气广泛运移 广泛发育的断裂构造，使大多数天然气发生不同程度的运移，造成天然气更加广泛、更加复杂的分布格局。断裂构造或不整合面为气体运移通道，形成新生古储的古潜山油气藏。天然气的垂向和侧向运移，造成了大面积浅层气藏的形成。这部分气体的气源岩母质类型、演化程度，特别是天然气同位素组成特征均与原生气藏一致。最明显的差别是甲烷含量相对高，重烃含量低，愈向浅层，甲烷含量愈高，反映运移的地质特点是由斜坡低部位向高部位甲烷含量升高，由低台阶向高台阶甲烷含量亦升高，如兴隆台气田不同台阶的天然气组分由下到上变干。曙光一高升油气藏也有类似分布。在大民屯凹陷东部浅层及东、西部凹陷的大部分地区浅层干气也是运移形成 3．天然气藏类型分布 构造运动造成了多套油气层和多种类型的储集层，形成了多样的天然气藏类型，根据控制油气的主要因素，可以划分出四大类油气藏：(1)构造油气藏，包括背

北美地区典型页岩气盆地成藏条件解剖要点

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）

页岩气及其成藏机理

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

四 中国页岩气选取及标准

中国页岩气前景评价 1.中国页岩气成藏条件分析及勘探方向 页岩气的勘探开发始于美国，自从1821年在美国纽约Chautauqua县的第一口工业性天然气钻井在泥盆系Dunkil’k页岩(8m深度时产出裂缝气)中发现页岩气，至今已经有180多年历史，尤其是20世纪80年代以来，由于认识到了页岩气吸附机理，美国页岩气的勘探开发得到了快速发展。2006年美国拥有超过39500口页岩气井，页岩气产量达到了7245×108ft3 (204×108m3)，占美国总天然气产量的8％，页岩气总资源量估计在500～600×1012ft3范围内，是已投入工业性开发的三大非常规天然气类型(即致密砂岩气或称根缘气、煤层气、页岩气)之一，成为重要的天然气替代能源。近年来，加拿大、澳大利亚、俄罗斯等国也相继开展了页岩气的勘探和研究工作，但目前，除了美国以外还没有见到有关页岩气商业化开采的报道(T．Ahlbrandt，2001)，其原因要么是对页岩气的资源潜力和经济价值的认识不足，要么是页岩气井的产量和回收期未达到商业化标准，而不是缺乏潜在的产气泥页岩系统。随着世界能源消费量的猛增和供需矛盾的日益突出，非常规天然气资源引起了普遍重视，不少国家将页岩气、煤层气、油砂、油页岩等非常规油气资源的勘探开发提上了重要议事日程，将其列为2l世纪重要的补充能源，加大了勘探开发和综合利用力度。 自20世纪60年代以来，在中国东部的油气勘探中，陆续发现了一些泥页岩裂缝型油气藏(如四川盆地下古生界、沁水盆地上古生界泥页岩在钻井过程中气测异常强烈，甚至发生井喷)，只是作为常规油气勘探中的一些局部发现，并未引起足够的重视，研究不够深入，没有认识页岩气的吸附机理，页岩气的勘探开发没有实现突破。近年来，中国一些学者受美国页岩气成功开发的启示，加强了页岩气的形成条件和成藏机理研究，但是针对页岩气的勘探工作还未展开。目前，中国石油、中国石化针对页岩气相继开展了一些区域性、局部性的基础研究工作，取得了一些的研究成果，初步展示了中国页岩气勘探巨大的资源潜力。页岩气是目前经济技术条件下，天然气工业化勘探的重要领域和目标，页岩气勘探一旦突破并形成产能，将对缓解中国油气资源接替的压力具有重大而深远的意义。 一、页岩气藏特征及成藏机理 页岩气，以及煤层气、致密砂岩气、溶解气、天然气水合物通称为非常规天然气资源，与常规天然气相比，页岩气在成藏条件及成藏机理等方面既有相似之处，又有不同点。John B．unis认为页岩气系统基本上是生物成因、热成因或者二者混合成因的连续型天然气聚集，页岩气可以是储存在泥页岩天然裂隙和粒间孔隙内的游离气，也可以是干酪根和页岩黏土颗粒表面的吸附气或是干酪根和沥青中的溶解气。中国学者张金川等(2004)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，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。从某种意义来说，页岩气藏的形成是天然气在烃源岩中大规模滞留的结果。我们通过对国内外关于页岩气形成及聚集方式描述的分析，从成因、赋存机理两方面说明页岩气的概念、含义。页岩气是由泥页岩(作为烃源岩)连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合，在页岩系统(作为储集岩)中以吸附、游离或溶解方式赋存的天然气。页岩系统包括：页岩及页岩中呈夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，甚至砂岩。 页岩气藏的特征体现在生成、运移、赋存、聚集、保存等方面：(1)早期成藏。页岩气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，但是页岩气边形成边赋存聚集，不需要构造背景，为隐蔽圈闭气藏； (2)自生自储，泥页岩既是气源岩层，又是储气层，页岩气以多种方式赋存，使得泥页岩具有普遍的含气性；(3)页岩气运移距离较短，具有“原地”成藏特征；(4)对盖层条件要求没有

页岩气成藏地质条件分析

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

陆相页岩气选区标准

ICS DB 陕西省地方标准 DB XX/ XXXXX—XXXX 陆相页岩气选区标准 Geological regional selection standard of continental shale gas （征求意见稿） XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

目次 前言 (Ⅱ) 1 范围...................................................... 错误！未定义书签。2规范性引用文件............................................. 错误！未定义书签。 3 总则...................................................... 错误！未定义书签。 4 术语和定义................................................ 错误！未定义书签。 5 地质选区参数确定.......................................... 错误！未定义书签。 6 页岩气选区程序及标准...................................... 错误！未定义书签。 7 选区结果提交 (4)

前言 本标准按照GB/T 1.1-2009 标准化工作导则给出的规则编写。本标准由陕西延长石油（集团）有限责任公司提出。 本标准由陕西省能源局归口。 本标准起草单位：陕西延长石油（集团）有限责任公司。 本标准主要起草人：王香增、张丽霞、姜呈馥、孙建博、郭超。本标准首次发布。

泥页岩储层特征及油气藏描述

泥页岩储层特征及油气藏描述 1、页岩气地质理论 页岩气藏因其自身的有效基质孔隙度很低，主要由大范围发育的区域性裂缝或热裂解生气阶段异常高压在沿应力集中面、岩性接触过渡面、脆性薄弱面产生的裂缝提供成藏所需的储集孔隙度和渗透率，孔隙度最高仅为4%-5%，渗透率小于1x10-3μm2。 页岩在地层组成上多为暗色泥岩与浅色粉砂岩的薄互层。在页岩中，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、裂缝中。吸附状态天然气的赋存与有机质含量关系密切，其中吸附状态天然气的含量为20%-85%，其成藏体现出非常复杂的多机理递变特点，表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、典型常规圈闭气成藏的多重机理。 页岩气藏的形成是天然气在烃源岩中大规模滞留的结果，是“自生自储”式气藏，运移距离极短，现今保存状态基本上可以反映烃类运移时的状态，即天然气主要以游离相、吸附相和溶解相存在。在生物化学生气阶段，天然气首先吸附在有机质和岩石颗粒表面，饱和后则富余的天然气以游离相或溶解相进行运移，当达到热裂解生气阶段，由于压力升高，若页岩内部产生裂缝，则天然气以游离相为主向其中运移聚集，受周围致密页岩烃源岩层遮挡、圈闭，易形成工业性页岩气藏。由于扩散作用对气态烃的运移起到相当大的作用，天然气继续大量生成，将因生烃膨胀作用使富余的天然气向外扩散运移，此时无论是页岩地层本身还是薄互层分布的砂岩储层，均表现为普遍的饱含气性。 在陆相盆地中，湖沼相和三角洲相沉积产物一般是页岩气成藏的最好条件，但通常位于或接近盆地的沉降-沉积中心，导致页岩气的有利分布区集中于盆地中心处。从天然气的生成角度分析，生物气的产生需要厌氧环境，而热成因气的产生也需要较高的温度条件，因此靠近盆地中心方向是页岩气成藏的有利区域。 2、页岩气的主要特征 2.1页岩气的成因特征 页岩气的成因类型有生物成因型、热解成因型和热裂解成因3类型及其混合类型。对生物成因气而言，其源岩的热演化程度低，R o一般不到0.7%，所生成

页岩气成藏机理及气藏特征

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）。

页岩气藏中孔裂隙特征及其作用

页岩气藏中孔裂隙特征及其作用 韩建斌 (大庆石油学院地球科学学院,黑龙江大庆　163318) 摘　要:笔者通过总结国内外泥页岩类气藏发现:在主力产层均发育裂缝。由于此类岩层孔隙度渗透率极低,且空隙曲折度高,裂缝的存在不但可以做为储存空间,而且还能改善孔渗特性,同时更能连接孔隙以及层面微裂隙,极大地缩短气体扩散渗流的通道,对气体的产出有重要意义。 关键词:页岩气;裂缝;赋存机理;产出模式 中图分类号:T E321 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2011)02—0147—02 1　空隙特征及其关系 页岩是一类特殊的储层,它和普通的储层差别较大,一般属超低孔、低渗类型。泥页岩类基质孔隙极不发育,多为微毛细管孔隙,孔隙度变化范围一般1%～5%,渗透率一般小于0.001×10-3 m2。因此,有裂缝发育在储层是泥质岩类气藏成藏的关键因素,且裂缝在泥页岩储集层中各向异性很强。 泥页岩裂缝主要分为构造裂缝、成岩裂缝、异常超压裂缝、垂向载荷裂缝、垂向差异载荷裂缝、变质收缩裂缝等六种。其中泥页岩裂缝气藏烃源岩的裂缝主要有构造裂缝、超压裂缝及成岩收缩裂缝。这种裂缝多形成于有机质演化过程中,并随压力变化间歇开启和闭合。这些裂缝的产状一般主要有5种,即纵向裂缝、层间裂缝、鸡笼状裂缝、剪切缝、微裂缝。 通过对美国正在进行商业性采气的页岩层气总结分析发现:Barnett组(For tWo rth盆地)、Ohio 组(Appalachian盆地)、Ant rim组(M ichigan盆地)、页岩层段的裂缝发育。其中在Ohio页岩的3400口井中,只有6%的井发育天然裂缝网络,未采用增产措施完井,可以得到可观的产量。同时在Ant rim组生产区以外的页岩中,尽管也钻到了富含天然气的有机质页岩,但其天然裂缝不发育,因而渗透率很低,未得到可观产量。密集、连通、天然的裂缝也影响着Barnett层段井的生产能力。国内的松辽盆地古龙凹陷、辽河坳陷、济阳坳陷沾化凹陷、临清坳陷东濮凹陷、柴达木盆地茫崖坳陷及西部凹陷等相继发现和开采的裂缝性泥岩页岩气藏。 国内外泥页岩气裂缝发育情况统计 柴达木盆地 茫崖凹陷 松辽盆地古龙 凹陷青山口组 济阳坳陷渤南 洼陷/沾化凹陷 /四扣洼陷 东濮凹陷 文留地区 阿拉巴契亚 盆地泥盆系 布朗页岩裂缝宽度 (mm) 0.5～100.05～0.10.1-0.30.01-0.04<1 裂缝一般发育厚层泥岩里面,同时具有非均质性,通过对前人研究成果总结发现,裂缝的一般宽度为0.01～0.5m m,上述空隙的关系中,裂缝不但起着储存空间的作用,更重要的是还起着连接若干空隙和微裂缝的作用,裂缝将单独发育的孔隙和裂缝连接成一个更大规模的空隙-裂缝体系,并成为该系统的主干通道。 2　赋存机理 通过查询国内外资料,结合页岩气成藏机理的认识,可以将页岩气概括为:主体上以吸附和游离状态(即吸附于干酪根和黏土矿物表面或游离于微孔隙和裂缝中)赋存于泥页岩地层中的天然气聚集,其中吸附作用是页岩气的重要机理之一,尤其是吸附状态天然气的含量直接决定着页岩气藏的品质。统计美国五大页岩气产层发现,吸附含气量是主要存在形式。 美国页岩气五大盆地资料统计 特征参数阿巴拉契亚盆地密执安盆地伊利诺斯盆地福特沃斯盆地圣胡安盆地层位Ohio Antrim New Albany Ba rne tt L ew is Ro,%0.4-1.30.4-1.60.4-1.30.1-1.3 1.6-1.88有效厚度,英尺30-10070-12050-10050-200200-300 总有机碳,%0- 4.70.3-241-25 4.50.45- 2.5 吸附含气量,%507040-6040-6060-85 3　产出模式 天然气往往以逐步释放的形式产出,首先排出 147 　2011年第2期 内蒙古石油化工 收稿日期:2010-12-10

页岩气成藏特点及勘探选区条件

页岩气成藏特点及勘探选区条件 范柏江1，2，师良3，庞雄奇 1，2（1．中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京102249；2．中国石油大学（北京）盆地与油藏研究中心， 北京102249；3．中国石油大学（北京）机械与储运工程学院，北京102249） 摘要：中国页岩气勘探尚属于早期阶段，对页岩气成藏的认识还不够深入，页岩气的资源评价亦处于薄弱环节。通过北美与四川盆地页岩气的对比可知，与常规天然气相比，页岩气的成藏条件只需要物源条件、储集条件、初次运移条件及保存条件，没有二次运移和圈闭条件的要求。页岩气具有3个典型的成藏特征，即独特的成因特征、气源生产力特征和赋存特征。基于页岩气成藏条件和成藏特征的分析，综合考虑地质状况、经济效益和环境影响等多方面的因素，建立了页岩气勘探开发的选区指标，以此为页岩气资源评价服务。 关键词：页岩气成藏条件成藏特征选区条件资源评价 中图分类号：TE112．1文献标识码：A 文章编号：1009－9603（2011）06－0009－05随着常规油气勘探难度的增大，非常规油气勘 探逐渐被重视，2000年以来，页岩气的勘探更是开 始引起广泛关注。中国页岩气资源丰富，以四川盆 地为例，威远和泸州地区的页岩气资源达6．8? 1012 8．4?1012m 3，相当于四川盆地常规天然气资 源的总量［1］， 2009年成功开钻中国第1口页岩气井— ——威201井。前人对页岩气成藏的地质条件、页岩气的成藏机理进行了诸多探索，但对页岩气成藏条件和成藏特征尚未进行分类总结。由于对页岩气成藏机理认识不足，导致对页岩气资源评价存在困难［2－3］。就页岩气资源评价而言，成因法计算过于粗略，统计法要求勘探程度高，因而均不适用，而类比法由于尚未建立评价参数标准，其应用受到了限制。笔者基于北美5大页岩气盆地和中国四川盆地的实例研究，进行页岩气成藏条件及成藏特征的剖析，最终建立页岩气选区的评价标准，以期为页岩气的资源评价服务。1页岩气成藏条件与常规天然气相比较而言，页岩气的成藏条件有其自身特点，页岩气成藏需要充足的气源、裂缝适度发育的规模页岩等，但却不需要特定的圈闭条件。1．1物质来源页岩气的物源主要是富沥青质或富有机质的暗 色泥页岩，亦即高炭泥页岩。高炭泥页岩为页岩气的工业聚集提供了充足的气源物质基础。从北美阿巴拉契亚、密执安、伊利诺斯、福特沃斯、圣胡安盆地和中国四川盆地页岩气气源的统计情况来看，能提供页岩气的高炭泥页岩的粘土矿物含量为30% 55%，有机质含量为2% 35%，有机碳含量（TOC ）为0．4% 25%，粉砂质含量一般小于25%，母质类型包括Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，但以Ⅰ型和Ⅱ型为主（表 1）。高炭泥页岩生成的所有气体如生物气、低熟— 未熟气、热解气、裂解气、沥青气等都可以成为页岩 气的气源。 1．2储集条件 页岩气的储层即页岩本身。地质条件下，绝大 部分页岩的孔隙度小于15%，含气的有效孔隙度一 般仅为1% 5%，单一的页岩孔隙不足以为商业聚 集的页岩气提供足够的储集空间，但通过页岩发育 规模和页岩裂缝的弥补作用，页岩能为页岩气提供 充足的储集空间。北美产气页岩的厚度规模一般在 30m 以上，而四川盆地威远地区下寒武统产气页岩 厚度最小规模大约只有20m （表1）。目前已发现 的具有工业价值的页岩气藏均发育裂缝，而构造转 换带、地应力集中带及褶皱—断裂带往往都是裂缝 发育的地区，这些地区的页岩一般都发育裂缝，因 此，盆地边缘斜坡、构造背斜缓翼的轴部、盆地中心 （受上覆载荷力诱导）等区域的页岩均是页岩气藏收稿日期：2011－09－19。 作者简介：范柏江，男，在读博士研究生，从事含油气盆地分析工作。联系电话：（010）58910086， E－mail ：632258611@qq．com 。基金项目：国土资源公益性行业科研专项 “东北地区油页岩科学研究基地研究”（201111012）。第18卷第6期 油气地质与采收率Vol．18，No．62011年11月Petroleum Geology and Recovery Efficiency Nov．2011