1、1页岩气成藏与高分辨率层序地层学摘要:页岩气是指主体位于暗色泥页岩中，以吸附和游离状态为主要存在方式的生物成因、热成因或者生物-热成因的天然气聚集。任何油气藏的形成必须具备三个关键因素，即油气来源、油气储集空间和对油气的保存，其中良好的生烃条件是页岩气成藏的物质基础，多年的勘探实践表明，只有那些暗色泥页岩厚度大，有机碳含量高、有机质成熟度高的区域才有可能形成页岩气成藏。而这些生烃指标与沉积环境有着密切的关系。近几年来兴起的高分辨率层序地层学将基准面的升降引入到沉积盆地的分析中，把沉积地层看成是各级基准面升降旋回的产物，为分析沉积环境及其演化提供了重要的研究思路。本文将运用高分辨率层序地层学的思
2、路来分析页岩气成藏的条件。 关键字：页岩气成藏，高分辨率层序地层学 Shale Gas Accumulation and High-resolution Sequence Stratigraphy XU Fenglin1, LI Shoujun1, CHEN Ru1, DUAN Jianwei1, HUANG Pengpeng1 （1. Shandong University of Scinece and Technology, Shandong Qingdao 266590,China） Abstract：Shale gas is the main adsorbed and free sta
3、te in the dark shale, the existence of biogenic, thermogenic or 2biological - thermogenic gas accumulation. The gas source is shale gas reservoir based on many years of exploration and practice, the thickness of the dark shale, organic carbon content, organic maturity indicators as good hydrocarbon
4、generation, dark mud shale thickness, organic carbon content high, and high maturity of organic matter is a necessary condition for shale gas reservoir. Hydrocarbon indicators of depositional environment is closely related to the water quiet anoxic environment be conducive to the accumulation and pr
5、eservation of raw hydrocarbon material. In recent years the rise of high-resolution sequence stratigraphy science base level rise and fall is introduced into the analysis of sedimentary basins, sedimentary strata as a product of cycles of datum movements at all levels, provide an important analysis
6、of the sedimentary environment and environmental evolution research ideas. This article will use the idea of high resolution sequence stratigraphy to analyze shale gas reservoir conditions. Key words: Shale Gas Accumulation， High-resolution Sequence Stratigraphy 中图分类号： P536 文献标识码： A 文章编号： 1、前言 3随着世界
7、各国对煤、常规油气资源的不断消耗，页岩气、煤层气、致密砂岩气等非常规油气资源逐渐进入人们的视野，而页岩气是最现实的最重要的接替能源之一。美国页岩气产业发展迅速，预计到 2015 年，美国页岩气产量将达到 2600 亿-2800 亿立方米，将占天然气总产量的1/3。Fort Worth 盆地密西西比系 Barnett 页岩气长的成功开采掀起了全球开采页岩气的热潮。 2012 年 3 月 1 日，国土资源部发布的首次系统调查评价页岩气资源的报告显示，我国陆域页岩气地质资源潜力为 134.42 万亿立方米，可采资源潜力为 25.08 万亿立方米（不含青藏地区） 。这表明，这个数字和美国页岩气可采资源
8、潜力的 24 万亿立方米数字大体相当，也与我国常规天然气资源潜力大致相当。实现页岩气产业化开发，有利于增加天然气供给，缓解我国天然气供需矛盾，改善能源结构，降低温室气体排放，提高我国天然气在国际市场上的影响力。近日发布的页岩气发展规划(2011-2015 年)提出，到 2015 年，我国将基本完成全国页岩气资源潜力调查与评价，建成一批页岩气勘探开发区，初步实现规模化生产，页岩气年产量达到 65 亿立方米。 由此可见中国页岩气资源潜力巨大，具有良好的勘探前景，同时政府扶持力度加大，中国的页岩气勘探与开发将带来巨大的经济效益和社会效益。页岩气（藏）资源潜力评价、形成条件、成藏机理等成为地质工作者重
9、要的研究方向，这项工作有利于页岩气的勘探开发，具有重要的现实意义。 2、页岩气成藏条件 4页岩气是指主体位于暗色泥页岩中，以吸附和游离状态为主要存在方式的生物成因、热成因或者生物-热成因的天然气聚集1-3,7。页岩气藏为自生、自储（或自盖）的连续型聚集的天然气藏，为天然气生成之后，在烃源岩层内的就近聚集成藏的结果，属于典型的非常规天然气。与常规储层气藏不同，页岩既是天然气生成的源岩，也是聚集和保存天然气的储层和盖层。由此可见，良好的生烃条件是页岩气成藏的物质基础，而有机碳含量、有机质类型、有机质成熟度、暗色泥页岩厚度可作为页岩气重要的生烃指标。 （1）有机碳含量 岩石中有足够数量的有机质是形成
10、油气的物质基础，是决定岩石生烃能力的主要因素，同时页岩对气吸附能力与页岩的总有机碳含量之间存在正相关关系2，适宜的成熟演化导致干酪根降解和原油裂解成大量天然气。成熟的、有机质丰度高的烃源岩具有较强的生烃潜力。沉积有机质丰度的高低主要受沉积环境影响。一方面影响沉积之初生物有机质的数量，另一方面影响有机物质的保存。斯伦贝谢公司根据北美页岩气含气盆地统计，提出了页岩气源岩的有机碳含量最低标准原则应超过2.0%（表 1） 。 表 1 页岩气源岩有机碳含量标准（据斯伦贝谢，2006） 5（2）干酪根类型 干酪根是沉积有机质的主体，约占总有机质的 80%90%，研究认为80%以上的油气是由干酪根转化而成的
11、。在不同沉积环境中，由不同来源的有机质形成的干酪跟，其性质和生油气潜能差别很大。其中，I 型干酪根（称为腐泥型）：以含脂类化合物为主，具有高氢低氧含量，生油潜能大；II 型干酪根：氢含量较高，但较 I 型干酪根略低，以生油为主；III 型干酪跟（称为腐殖型）：具低氢高氧含量，对生油不利，但可成为有利的生气来源。据北美页岩气含气盆地的页岩烃源岩统计，页岩气主要来源于 II 型和 III 型干酪根。 （3）有机质成熟度 以确定的页岩气气源成因有生物成因、热成因及混合成因三种类型。干酪根的成熟度不仅可以用来预测烃源岩中生烃的潜能，还可以作为页岩含气系统有机成因气研究的指标。沉积物在埋藏过程中，有机质
12、成熟度逐渐升高，并在温度、压力条件下转化成油气。北美页岩气开发成果业已显示，在热成因的页岩气中，页岩气成熟度 Ro 从 0.4%0.6%（低成熟）到 0.6%2.0%（成熟阶段）都有分布，部分埋深较大的页岩成熟度达到 2.0%3.0%甚至更高。可见，页岩气的生成贯穿于有机质向烃类演化的整个过程。但要形成商业价值的气藏，热成熟度要达到生气窗之内。 （4）暗色泥页岩厚度 厚度大且分布广泛的暗色泥页岩可以提供页岩气量上的优势，同时可以为页岩气藏的聚集成藏提供充足的储集空间，有利于气体的保存。要想形成“自生自储”式页岩气藏，烃源岩厚度必须超过有效排烃厚度。6不同地区烃源岩有效排烃厚度不同，根据美国页岩
13、气藏烃源岩厚度统计，富有机质页岩地层要超过 30m。 由于页岩气具有自生自储的成藏特点，所以气源条件良好的泥页岩段往往储集着丰富的页岩气资源，所以页岩气藏勘探的首要任务就是寻找发育广泛的富含有机质暗色泥岩段。而广泛分布的暗色泥页岩和沉积环境有着密切的关系。 3、高分辨率层序地层学 随着盆地油气勘探与开发向更复杂和更深入的方向发展，石油地质学家需要更精细和准确的技术，以提高层序地层分析的时间-地层分辨率和储层预测评价描述的准确性。T.A.Cross 等提出利用基准面旋回和可容纳空间与沉积物供给量比值（A/S 值）进行层序地层划分和描述的理论和技术方法，即高分辨率层序地层学。该学派认为，在基准面旋
14、回升降过程中，由可容纳空间和沉积物供给量比值的变化和相同相域（或沉积体系域）中发生的沉积物体积分配过程，可导致沉积物的保存程度、地层堆积方式、相序、相类型及岩石结构发生变化，这些变化是基准面旋回过程中所处位置和可容纳空间与沉积物供给量比值的函数，因而由基准面旋回所控制的等时地层单元在三维空间中的保存程度、堆积样式、沉积物类型和相序的演化不仅是有规律可循的，而且是可以预测的（邓宏文，1995）8。 运用高分辨率层序地层学的观点，可以将盆地的充填分成以下几个阶段： （1）盆地的初始沉降阶段，基准面上升幅度小且大于基准面下降的7幅度。新增可容纳空间或被缩减的原有可容纳空间小于沉积物补给通量（A/S1
15、A/S0-可容纳空间增加；H=0-可容纳空间不变；H1，图 1 C、D） ，已发育对称型的旋回结构为主，基准面上升期，沉积物粒度向上递减，下降期沉积物粒度向上递增。 （3）盆地的稳定沉降阶段，该阶段基准面升降幅度减少，累计可容纳空间达到最大，可容纳空间远大于沉积物补给通量（A/S1，图 1 E） ，沉积环境处于弱补偿至欠补偿状态，以形成向上变“深”的非对称旋回结构为主，形成的沉积物粒度极细且沉积速速缓慢，可形成典型的“密集段”沉积。 8（4）盆地的减速沉降阶段，该阶段基准面下降幅度逐渐增加且大于上升幅度，可容纳空间增大幅度减少，而沉积物补给通量有逐渐增大的趋势，开始阶段盆地处于高可容纳空间下（
16、A/S1，图 1 F） ，以形成向上变浅的非对称型旋回为主。随着沉积物补给通量的增加，可容纳空间的减少，盆地处于中、低可容纳空间条件下（A/S1A/S1，图 1 G） ，所注入的沉积物可以被可容纳空间接纳，以形成较完整对称型的旋回为主。 （5）盆地的沉降静止阶段，该阶段可容纳空间不再增加，甚至减少，而沉积物补给通量达到最大（A/S1，图 1 H） ，基准面上升期通常表现为无沉积水进冲刷作用，下降期沉积物逐渐增多至超出可容纳空间，晚时沉积界面被持续下降的基准面穿越并发生冲刷作用，因此以发育向上变浅的非对称基准面旋回为主。 4、页岩气成藏与高分辨率层序地层学 综上可以看出，在对研究区进行高分辨率层
17、序地层分析时，可以看出：在盆地的稳定沉降阶段，可容纳空间远大于沉积物补给通量，沉积环境处于弱补偿至欠补偿状态，沉积物补给量低且粒度极细，在较长周期旋回中，该阶段持续的时间比较长，在洪泛面附近可形成一定厚度的分布范围广泛的泥质沉积，此时如果古气候、古构造、古环境等适合生物大量繁殖，有机质生产率较高，就能够形成广泛分布的厚层富有机质的暗色泥页岩。该阶段水体整体呈现一种弱氧化-还原状态，有机质可以得到较好的保存，可以为页岩气的生烃演化提供良好的物质基础。 同时饥饿面在大套泥岩段中所代表的洪泛面具体产出位置识别标志9清晰，区域分布广泛稳定，通常将其作为与较长期旋回洪泛面相重合的、具特殊成因意义和重要等
18、时对比意义的标志。因而在进行页岩气勘探时，洪泛面附近的暗色泥页岩段是页岩气勘探实践的优先选择（图 2） 。 图 2 页岩气勘探有利区 美国福特沃斯盆地密西西比系（下石炭统）Barnett 页岩是储量很大的页岩气藏6，盆地北部的 New ark East 页岩气田的储量居全美第三，产量居全美气田第二，占全美页岩气藏产量的一半以上。福特沃斯盆地发育的地层有寒武系-上奥陶统，Riley-Wilberns 组、Ellenburger 组、Viola 组和 Simpson 组；中密西西比统，Chappel 组、Barnett 页岩组和Marble Falls 组下段；宾夕法尼亚系，包括 Marble F
19、alls 组上段和Atoka 组。其中，Barnett 组页岩沉积时期发生在俄克拉荷马坳拉槽构造运动产生沉降的早期，而 Barnett 组具有良好的生烃指标，页岩层厚度、有机质丰度、有机质成熟度等对于页岩气的生成非常有利。可见深水还原条件是页岩气能够形成的必要条件。 我国页岩气地质条件复杂，海相、海陆过渡相、陆相页岩均有发育4,5，盆地类型众多，具有多层系分布、多成因类型、复杂后期改造等特点，这一特点决定了中国页岩气资源丰富，同时也决定了中国页岩气成藏机理和富集规律具有诸多特殊性。研究和探索适合我国地质条件的页岩气勘探开发模式成为地质工作者共同面临的问题。 5、结论 1、页岩气的成藏需要良好的
20、气源条件，而暗色泥页岩厚度、有机碳10含量、有机质成熟度可作为页岩气重要的生烃指标。 2、运用高分辨率层序地层学的观点，可以将盆地的充填看成由以下几个阶段组成：初始沉降阶段、快速沉降阶段、稳定沉降阶段、减速沉降阶段、沉降静止阶段。 3、有利于页岩气成藏的阶段是盆地稳定沉降阶段，该阶段可容纳空间远大于沉积物补给通量，沉积环境处于弱补偿至欠补偿状态，此时沉积物补给量低且粒度极细。水体整体呈现一种弱氧化-还原状态，有机质可以得到较好的保存，可以为页岩气的生烃演化提供良好的物质基础。 参考文献： 1李登华, 李建忠 , 王社教, 等. 页岩气藏形成条件分析J. 天然气工业, 2009, 29(5),2
21、2-26 2张金川, 金之钧, 袁明生. 页岩气成藏机理和分布J. 天然气工业,2004,24(7),15-18 3刘成林, 葛岩，范柏江，等。页岩气成藏模式研究J. 油气地质与采收率，2010,17(5),1-6 4徐建永, 武爱俊. 页岩气发展现状及勘探前景J. 特种油气藏, 2010,17(5),1-7 5杨振恒, 腾格尔, 李志明. 页岩气勘探选区模型以中上扬子下寒武统海相地层页岩气勘探评价为例J. 天然气地球科学, 2011,22(1), 8-14 6聂海宽, 张金川, 张培先, 等. 福特沃斯盆地 Barnett 页岩气藏特征及启示J. 地质科技情报, 2009, 28(2), 87-93
