非常规油气能源主战场---揭秘页岩

2020.11.03 中国矿业报   

作者：中国地质调查局油气资源调查中心 李耀华

当前页岩勘探将对未来能源需求产生重大影响，随着能源密集型生活方式的兴起，油气开发已成为国家发展的重点。作为一种常规油气的接替能源，页岩油气在未来世界能源勘探开发的作用日益显著。当人们谈到炙手可热的‘页岩油’和‘页岩气’时，很多时候并不了解究竟这个‘页岩’究竟指的是什么，‘页岩’与‘页岩油气资源’究竟是怎样的关系。

第一，什么是页岩呢？页岩是由淤泥和粘土压实形成的细粒沉积岩。现在的粘土是由矿物长石分解形成的，石英、云母、黄铁矿和有机物也存在。世界范围内超过60%的沉积物由页岩组成。随着页岩中砂、粉砂和碳酸盐含量的增加，其厚度也随之增加。相反，当粘土和有机质含量增加时，页岩厚度减小。页岩的分层取决于沉积速率、组成、压实状态和粒度等诸多因素。同时，页岩是矿物碎屑不断沉积和有机降解的结果。页岩的形成需要优先发展厌氧条件和丰富的有机生产力。上覆压力加上持续的沉积作用是形成页岩有机生产力的必要条件，而这些有机生产力，是页岩油气资源的烃类物质供应提供物质基础。

页岩又有那些类型？根据沉积环境和原始物质来源，页岩可分为海相页岩、海陆过渡相和陆相页岩三类。通常，页岩沉积在浅湖、沼泽或海洋、小湖泊、沼泽和泻湖中。而所谓海相页岩，是在洋壳沉积环境和海洋盆地物源供应下形成的页岩；所谓陆相页岩，是在陆壳内部沉积环境和湖盆物源供应下形成的页岩。所谓海陆过渡相，是介于洋盆和湖盆之间的，在泻湖等半封闭性盆地物源供应下形成的。通常海相页岩性质脆性高，粘土含量低，非海相页岩中粘土含量较高。

另外，页岩还有一种简单的分类方式，根据他们的无机矿物和有机物质组成，页岩还可以分为富含碳酸盐的页岩、硅质页岩和碳质页岩三大类。这就涉及到页岩的物质成分，页岩是什么组成的？页岩通常由粘土、二氧化硅、碳酸盐和有机物质组成，其中干酪根、石英、粘土、碳酸盐和黄铁矿是主要成分，铀、铁、钒、镍和钼为次生成分。根据颜色，有黑色的页岩和浅色的页岩，浅色页岩有机质含量较低，暗色页岩有机质含量较高。根据页岩物质组成分类，第一大类是富含碳酸盐的页岩，含有大量的碳酸盐，如方解石或白云石；第二是硅质页岩：通常为深棕色或黑色页岩，主要成分为石英、长石或粘土等矿物；第三是碳质页岩：主要含有机物，颜色是深棕色或黑色，产状类似我们看到的煤，岩心中常见大量的植物类化石遗迹。

第二，对于页岩油气资源，页岩不仅作为生油岩，也作为油气资源的存储空间。那么其储层特征又是如何呢？相比传统经过油气运移时形成的油气藏，烃类物质是在地层中由一个富含有机物的烃源岩生排烃后，在一个高渗透的储集岩内聚集，在那里被一层不透水的岩石所包围形成油气圈闭。相比之下，页岩油气资源形成于有机质丰富的页岩内，由于页岩的低渗透性极大地抑制了烃类物质（油或者气）向更具渗透性的储层岩石运移，页岩既是生油岩，又是储油岩。由于自身致密性，如果没有水平钻井和水力压裂，页岩油气生产在经济上是不可行的，因为烃类物质不会从地层中流出。因此，从油气存储的角度，页岩与常规储层的不同之处在于：常规资源是通过运移后的不透水盖层圈闭形成的，而页岩资源是在页岩源岩内部形成的，页岩储层的最低渗透率约为0.0001 mD，孔隙度通常在10%以下。另外，无杂质掺杂的纯页岩层的单纯厚度不定，通常在1~5米范围，砂地比小于30%的纯页岩累积厚度甚至可达上百米。同时，页岩的特点是矿物含量与有机物质含量之比低。优势页岩的总有机含量通常在1%以上，这也为页岩提供了一种全新的油气分子的存储空间，即有机质孔。事实上对于海相页岩，比如北美的巴内特页岩和中国的龙马溪页岩，大多数页岩气资源都以游离和吸附的形式保存在连通性较好的有机质孔中。

美国利用页岩资源勘探已经超过沙特阿拉伯成为最大的石油生产国，而我国能够提供页岩油气资源的优质页岩都分布在什么地方呢？按照页岩的主流分类，海相页岩在中国沉积盆地中广泛发育，主要分布在华北、塔里木、鄂尔多斯和四川等盆地的中上元古界～古生界，中～新生界海相页岩仅在中国南方地区、西藏地区以及环太平洋域有部分分布；海陆交互相及陆相煤系炭质页岩在华北、华南地区和塔里木盆地广泛分布；陆相盆地发育多套富有机质页岩，分别为松辽盆地白垩系、准噶尔盆地及三塘湖盆地二叠系、鄂尔多斯盆地三叠系、四川盆地侏罗系及渤海湾、江汉等东部断陷盆地古近系5大页岩发育区。总体上，中国页岩类型多，分布时代广，分布范围大。我们都怀着极大的期望，将页岩中蕴含的烃类物质更大程度勘探开发，使其成为我国油气能源最实际的接替资源。

推荐阅读

{{panelTitle}}

  • 头像
    头像
    {{comment.username || '匿名'}}
    {{ new Date(comment.createTime.replace(/-/g, '/')).format('yyyy-MM-dd') }}
    • {{ childComment.username || '匿名' }}：
      • 查看更多
暂无评论，快来抢占沙发！