探讨页岩气成藏的地质条件

　1国内外研究现状
　　页岩气勘探生产和开发研究最早开始于美国，1821年第一口页岩气井钻于纽约Chautauga县泥盆系Dunkirk页岩，虽然只有8.2m深，但也产出了能够用于照明的天然气[1]。目前，美国已经拥有超过39500口页岩气井，到2005年年底页岩气总产量大约是6 000×108ft。／年，占美国总天然气产量的8%，而美国页岩气总资源量估计在(500～600)×1012ft3范围内。
　　全球有许多盆地都具有生产页岩气的潜力，但除了美国以外还没有见到有关页岩气商业化开采的报道，目前人们对于页岩气勘探开发理论的了解仅限于美国几大页岩气井的成功开采经验。但随着世界能源消费量的猛增和供需矛盾的日益突出，页岩气潜在的巨大资源已引起了许多国家地质学者的普遍重视。
　　我国在许多地区有巨厚的泥页岩沉积并有良好的生油条件，是具有形成页岩气藏的条件的，因此在泥页岩中寻找油气资源应引起足够的重视。本文主要以美国页岩气的勘探开发资料为依据，探讨了页岩气成藏的基本地质条件。
　　2页岩气的成藏特征
　　2.1盖层。页岩超低的孔渗性使得页岩气对于盖层的要求不像常规气藏那么苛刻，由于页岩的颗粒比较致密，它本身就可以作为页岩气的盖层。在盆地发育过程中，页岩盖层的质量极不稳定。页岩在中一高成熟阶段显示为渗漏的，并且有石油和热成因气生成，排驱到周围地层中遇到其它合适的盖层重新聚集。所以，页岩气的盖层多变，既包含页岩本身(阿巴拉契亚盆地和福特沃斯盆地)，也包括页岩周围的细粒致密岩层。
　　2.2页岩气的储集特征
　　与常规气藏的成藏规律不同，页岩既可以是源岩也可以是储层，甚至可以充当圈闭和盖层。烃类气体在页岩层中生成后，会在页岩自身储集成藏，属于“连续型”聚集，“连续型”聚集这个概念是由美国地质调查所在1995年美国全国油气资源评价中提出。
　　2.2.1页岩气的储集方式。气体在页岩储层中主要以两种主要的方式储集：在天然裂缝及有效的大孔隙中以游离状态存在；在有机质或矿物固体颗粒表面以吸附状态存在[4]。页岩吸附能力的多少通常与页岩的许多特征有关，如总有机碳含量、干酪根成熟度、储层温度、压力、页岩原始含水量和天然气组分。
　　2.2.2孔隙度与渗透率。作为储层，含气页岩大多显示出低的孔隙度(小于10%)。页岩中一般具有双重孔隙性质(原生孔隙和次生孔隙同时存在)。气藏中的原生孔隙系统由十分微细的孔隙组成，在原生孔隙中存在大量的内表面积。内表面积拥有许多潜在的吸附地方，它可储存大量气体。Antrim页岩中大约70%～75%的产出气是来自页岩内的有机质和粘土析出的，其余则来自页岩内的裂缝。
　　页岩可以有很大的孔隙度，并在这些孔隙里储存大量的油气。即便在老的页岩中，例如阿巴拉契亚盆地的Ohio页岩和密歇根盆地的Antrim页岩，孔隙度平均在5%～6%，可达到15%，游离气可以充满孔隙中的50%。页岩具有极低的渗透率，其渗透率甚至比含气致密砂岩还要低很多。而在圣胡安盆地的Lewis页岩中，虽然基岩的孔隙度和渗透率只有1.72 %和1*10-7vm2，但页岩中的一些天然裂缝及粉砂岩和砂岩的互层会提高渗透率，在开采过程当中，人们通过人工压裂来提高页岩的渗透性能而得到工业气流。
　　2.2.3异常压力。页岩气藏中通常具有异常压力，热成因的页岩气藏一般以高压为主要特征，而生物成因的页岩气藏则一般为低压为主要特征。
　　2.3影响页岩气聚集的地质因素
　　2.3.1总有机碳含量。有机质含量是生烃强度的主要影响因素，它决定着生烃的多少。页岩中的有机物质不仅是作为气体的母源，也可以像是海绵一样将气体吸附在其表面。页岩对气的吸附能力与页岩的总有机碳含量之间存在线性关系。在相同压力下，总有机碳含量较高的页岩比其含量较低的页岩的甲烷吸附量明显要高。
　　2.3.2成熟度。含气页岩的热成熟度越高表明页岩生气量越大，页岩中赋存的气体也越多。研究发现，低成熟Barnett页岩的地方，产气速率就比较低，这可能是由于生成的天然气的量少以及残留的液态烃堵塞喉道造成的。在许多Barnett页岩高成熟的井当中，产气速率比较高，这是因为干酪根和石油裂解产生的气量迅速增加。干酪根的热成熟度也影响页岩中能够被吸附在有机物质表面的天然气量。此外，随着演化程度的增高，由于烃类气体生成引起的地层压力增大也可以提高页岩对气体的吸附性能，在压力升高到一定程度时，在地层中产生的微裂缝也是页岩气赋存的良好储集空间。因此，热成熟度是评价可能的高产页岩气的关键地球化学参数。
　　2.3.3干酪根类型。众所周知，I型与Ⅱ型干酪根主要以生油为主，Ⅲ型干酪根主要以生气为主。由于不同干酪根的化学组成和结构特征不同，因而不同阶段产气率会有较大变化。
　　2.3.4地层压力。地层压力的大小也影响页岩层中吸附气量的大小。在Barnett页岩岩心甲烷等温吸附关系曲线中发现，吸附气量与地层压力成正比关系，页岩中地层压力越大，其吸附能力越强。
　　2.3.5厚度及埋深。一般页岩气的工业聚集需要足够的厚度及埋深，沉积厚度是保证足够的有机质及充足的储集空间的前提条件。厚度越大，也越能增强页岩的封盖能力，有利于气体的保存。一般地，页岩的厚度在91.5～183.0m。研究表明，泥盆纪页岩及更老的岩石在抬升到现在的海拔之前经历过很深的埋藏。这个构造历史创造了有机质大量生成的环境和能够储集经济可采的油气的圈闭机理。
　　3结论与认识
　　实现我国非常规油气资源对常规能源的替代还需要开展大量的工作。对页岩气资源的勘探开发工作要抱有一种正确认识，不断改善措施，采取坚持不懈的工作态度，不能见低产就放弃，相信只要坚持就能有改变。
　　参考文献：
　　［1］ 张金川，徐波，聂海宽，等.中国天然气勘探的两个重要领域 [J].天然气工业，2007，27(1)：1～6.
　　［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.
　　作者简介：
　　马福文，黑龙江省同江市人，长江大学地球物理与石油资源学院，从事石油资源理论研究。