熊斌輝,米立軍,王存武

（1.中海油研究總院,北京100027;2.中海石油有限公司勘探部,北京 100027）

構(gòu)造生烴理論及其在頁巖氣上的應(yīng)用

熊斌輝1,米立軍2,王存武1

（1.中海油研究總院,北京100027;2.中海石油有限公司勘探部,北京 100027）

生烴是地層有機(jī)質(zhì)生成油氣的化學(xué)平衡。由于油氣的密度低于干酪根,它是典型的體積增大化學(xué)反應(yīng)。與實(shí)驗(yàn)室開放系統(tǒng)不同,地層有機(jī)質(zhì)生烴反應(yīng)能等于活化能加排烴能。成熟階段的地層比較致密,排烴能較大,與開放系統(tǒng)相比,形成了欠生烴。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成裂隙網(wǎng),大大降低地層排烴能,使欠生烴的有機(jī)質(zhì)短時(shí)間集中生烴,筆者稱之為構(gòu)造生烴。成熟地層通常較致密,排烴能較高,較多欠生烴有機(jī)質(zhì)成為頁巖氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。致密地層在過成熟條件下還有大量欠生烴有機(jī)質(zhì)。經(jīng)典生烴理論認(rèn)為 Ro大于2.0就基本不生烴,而許多 Ro達(dá)到3.0,個(gè)別甚至4.0的頁巖氣發(fā)現(xiàn),證明欠生烴的存在。分子越小,排烴能越低,相對(duì)致密地層生氣的反應(yīng)能通常最低,更多的有機(jī)質(zhì)形成了頁巖氣,頁巖氣資源潛力巨大。頁巖氣的開采速度比地層自然排烴速度高出多個(gè)數(shù)量級(jí),天然氣排出最快的,最有利于生成天然氣的化學(xué)平衡。勘探開發(fā)實(shí)踐表明頁巖含氣量與其TOC成正比,筆者認(rèn)為這正好預(yù)示著頁巖中存在游離氣、吸附氣和有機(jī)質(zhì)的化學(xué)平衡。游離氣壓降低,吸附氣就會(huì)解吸附;吸附氣解吸附,有機(jī)質(zhì)就會(huì)生烴。有些過成熟巖石存在未—低成熟度 Tmax值。這樣低的 Tmax值預(yù)示著,有機(jī)質(zhì)能夠在地層被壓裂后隨著排烴能的降低而滿足反應(yīng)條件,而成為潛在資源。頁巖氣的開采與普通氣層相比更復(fù)雜、更漫長、更巨大。

構(gòu)造生烴;頁巖氣;化學(xué)平衡;反應(yīng)能;活化能;排烴能;欠生烴

Abstract:Hydrocarbon generation is chemical balance and organic matter in rock generates oil or gas.Since the density of oil and gas is lower than kerogen,the reaction is a kind of classic chemical reaction with volume increase.Different from open system in laboratory,hydrocarbon generation reaction under earth equals activation energy plus draining hydrocarbon energy.The density of mature rock is quite dense and its draining hydrocarbon energy is quite high comparing with open system,it makes under generation.Structure movement forms fracture net,and draining hydrocarbon energy is decreasing greatly,which makes under generation organic matter generate a lot of oil and gas in short time and it is named as Tectonic Generation by the author.Mature rock is more compact and its draining hydrocarbon energy is higher generally.More under generation organic matter become material base of shale gas.Over mature compact rock contains plenty of organic matter.Classic generation theory insists that generation ends basically whileRois over 2.0.But plenty of shale gas found in formation withRo3.0,even withRo4.0,it proves the existing of under generation.The smaller the molecule is,the lower the draining hydrocarbon energy is.Much organic matters in the rock generate shale gas,so potential of shale gas is huge.Since the developing rate of shale gas is several orders of magnitude higher than draining hydrocarbon rate in nature,gas draining is fast andit benefits the chemical balance to generating gas.Exploration proves that shale gas quantity in direct proportion to TOC,which shows that free gas,absorbed gas and organic matters forms chemical balance in shale.While free gas pressure increases,absorbed gas desorbs,and organic matter generates gas.Some over mature rock have under-low matureTmax.The low matureTmaxshows that organic matters become potential resources after fracturing and draining hydrocarbon energy decreases to meet the reaction condition.Shale gas development is much more complex than ordinary gas.

Key words:tectonic generation;shale gas;chemical balance;reaction energy;activation energy;draining hydrocarbon energy;under generation

頁巖氣即賦存在可生烴的富含有機(jī)質(zhì)巖石（烴源巖）中的天然氣。目前美國頁巖氣的勘探開發(fā)一枝獨(dú)秀,2010年產(chǎn)量已近1 000×108m3。由于美國含油氣盆地屬于北美地臺(tái),北美地臺(tái)的烴源巖主要是頁巖,美國人將產(chǎn)自頁巖的天然氣起了個(gè)簡單、直觀的名字:頁巖氣。頁巖氣的開采歷史具有發(fā)現(xiàn)早、發(fā)展慢、突然爆發(fā)的特點(diǎn)。

發(fā)現(xiàn)早:美國的第一口商業(yè)頁巖氣井位于紐約州阿帕拉契亞盆地的泥盆系,發(fā)現(xiàn)于1821年[1],比北美的第一口油井要早38年。與呈區(qū)域性、大面積、連續(xù)分布的富含有機(jī)質(zhì)的頁巖相比,油氣田不過是其中（包括外緣）的一系列大大小小的星散點(diǎn)。鉆遇富含有機(jī)質(zhì)的頁巖比發(fā)現(xiàn)油氣田容易的多。所以在勘探開發(fā)油氣田的過程中始終伴隨有頁巖及頁巖氣的發(fā)現(xiàn),并且頁巖氣通常要早于油氣田的發(fā)現(xiàn)。

發(fā)展慢:雖然發(fā)現(xiàn)早,且鉆遇富含有機(jī)質(zhì)的頁巖非常容易。但頁巖致密、低滲,頁巖氣通常產(chǎn)量很低,只有鉆遇裂隙帶時(shí)才能夠高產(chǎn)。而要鉆遇高產(chǎn)的頁巖氣比發(fā)現(xiàn)油氣田難得多。21世紀(jì)以前基本靠運(yùn)氣,所以進(jìn)展緩慢,直到1976年美國能源部才在美國東部啟動(dòng)了頁巖氣項(xiàng)目[1]。在20世紀(jì)80年代,水平井技術(shù)運(yùn)用于頁巖氣開發(fā)。1982年在 Fort Worth盆地發(fā)現(xiàn)Barnett頁巖（易形成裂隙的特殊頁巖）氣田。21世紀(jì)頁巖氣開發(fā)技術(shù)逐漸成熟,2003年第一口頁巖氣鉆完井技術(shù)在Barnett頁巖氣田誕生。

突然爆發(fā):2006年該技術(shù)在全美推廣,很快形成燎原之勢(shì),頁巖氣的年產(chǎn)量幾乎連年翻番。2010年年產(chǎn)量已近1 000×108m3。

常規(guī)油氣藏中油氣的生成、運(yùn)移、聚集、保存是在不同時(shí)間不同地質(zhì)體內(nèi)進(jìn)行的,生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、保等石油地質(zhì)條件經(jīng)常是時(shí)空分離的。與常規(guī)油氣藏不同,頁巖氣就是存在于烴源巖中的天然氣[1-3],集生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、保于一身。常規(guī)油氣藏儲(chǔ)層孔隙相對(duì)較大,主要為孔隙中游離油氣,而頁巖孔隙更小,除了游離氣外還有吸附氣[1-3]。

所有有關(guān)頁巖氣的文獻(xiàn)都認(rèn)可這樣一個(gè)事實(shí):頁巖含氣量與其 TOC成正比[1-7]（圖 1）,TOC是生烴指標(biāo),說明生烴控制了頁巖含氣量。經(jīng)典的生烴理論認(rèn)為烴源巖成熟度 Ro在1.0～2.0為經(jīng)濟(jì)生氣窗,Ro<1.0則成熟度不夠（碳酸巖烴源巖除外）,烴源巖生氣量不足,Ro>2.0時(shí)有機(jī)質(zhì)已經(jīng)生氣,再生烴的潛力非常小。但是隨著勘探深入,發(fā)現(xiàn)商業(yè)性開采的頁巖氣的烴源巖成熟度 Ro值一般為0.6～3.5,即使成熟度 Ro達(dá)到4.9的頁巖還有頁巖氣（美國新田公司）,頁巖氣商業(yè)開采窗遠(yuǎn)大于經(jīng)典理論生氣窗?？碧綄?shí)踐證明經(jīng)典的生烴理論存在某種缺陷,不能照搬經(jīng)典生烴理論來指導(dǎo)頁巖氣勘探和評(píng)價(jià)頁巖氣潛力。

圖1 頁巖氣含量與頁巖TOC直方圖（據(jù)Bowker K A,2007）Fig.1 Shale gas content and shale TOC histogram

與北美地臺(tái)類似,中國的地臺(tái)如揚(yáng)子地臺(tái)也沉積大面積大套海相頁巖。但是揚(yáng)子地臺(tái)不如北美地臺(tái)穩(wěn)定,烴源巖成熟過高,頁巖的 Ro>2.0是普遍現(xiàn)象。其中下?lián)P子目前還沒有油氣田發(fā)現(xiàn),如何評(píng)價(jià)這樣的盆地?提出新的頁巖氣地質(zhì)理論,并指導(dǎo)頁巖氣勘探顯得刻不容緩。

1 構(gòu)造生烴理論

生烴是烴源巖的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。這類化學(xué)反應(yīng)生成了流體有機(jī)質(zhì)[式（1）],即生油氣地質(zhì)研究所稱的烴類。它不同于普通有機(jī)化學(xué)所稱的烴類,它是能夠在地層中運(yùn)移的有效烴,而不是封閉在烴源巖中的固態(tài)烴。只有流體有機(jī)質(zhì)才能運(yùn)移成藏,由此筆者將烴源巖生成流體有機(jī)質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)定義為生烴。

由于油氣的密度大大低于烴源巖的干酪根,它是典型的體積增大化學(xué)反應(yīng)。開放系統(tǒng)下平衡向右傾,化學(xué)反應(yīng)成立。

化學(xué)反應(yīng)式（1）顯示生烴和排烴不是兩個(gè)過程,是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)過程。普通化學(xué)是流體化學(xué),是開發(fā)系統(tǒng),反應(yīng)能等于活化能。生烴反應(yīng)在致密的巖石中進(jìn)行,化學(xué)反應(yīng)屬于封閉系統(tǒng),反應(yīng)能等于活化能加排烴能?；罨芫褪鞘够瘜W(xué)鍵斷裂所需的有機(jī)物分子動(dòng)能,溫度升高有機(jī)物分子動(dòng)能也升高,所以活化能實(shí)際是溫度指標(biāo)。排烴能是指烴類從烴源巖中排出所需要的能量,所以排烴能是烴源巖致密程度的指標(biāo)。只有溫度等綜合條件升到高于反應(yīng)能時(shí),生烴反應(yīng)成立,低于反應(yīng)能反應(yīng)不成立。

在致密巖石中的化學(xué)反應(yīng)屬于封閉系統(tǒng),這個(gè)封閉系統(tǒng)是絕對(duì)的,又是相對(duì)的。其絕對(duì)性是針對(duì)每一種生烴反應(yīng)而言,排烴需要能量,分子動(dòng)能低于生烴反應(yīng)能,生烴反應(yīng)不成立。等溫度升高,或者排烴能降低以后,分子動(dòng)能高于生烴反應(yīng)能,生烴反應(yīng)才能進(jìn)行。巖石中的相同有機(jī)質(zhì)的生烴反應(yīng)相對(duì)開放系統(tǒng)需要更高的溫度。其相對(duì)性是針對(duì)烴源巖而言。巖石中的有機(jī)質(zhì)分子組成和結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜,不是單一分子,導(dǎo)致烴源巖在整個(gè)熱成熟過程中,都有烴類生成,是相對(duì)連續(xù)的生烴過程。如圖2所示封閉系統(tǒng)不是終止生烴反應(yīng),而是不同程度地推延了各種有機(jī)質(zhì)的生烴過程,降低了生烴強(qiáng)度,但它還是相對(duì)連續(xù)的生烴過程。

這里特別需要強(qiáng)調(diào)的是生烴與排烴是平衡的辯證的關(guān)系,特別需要注意避免簡單理解而出現(xiàn)的正反兩方面的偏差。一方面不能因?yàn)闊N源巖連續(xù)生烴就否認(rèn)烴源巖生烴反應(yīng)的封閉性。烴源巖是在連續(xù)生烴,而且伴隨生烴烴源巖中的封閉的巖性油氣藏常常存在異常高壓。異常高壓是一個(gè)平衡,是流體供給與逸散的平衡。沉積巖的壓實(shí)通常為一個(gè)拋物線,淺層壓實(shí)量大,沉積巖流體排出的更多、更快。但沉積巖成巖程度低,排替壓力小;同時(shí)地層載荷小,斷層斷面正壓力小,大量的流體供給很快逸散,并不能形成異常高壓。中、深層沉積巖成巖程度高,排替壓力大;同時(shí)地層載荷大,斷層斷面正壓力大,流體供給雖然減少了,但難以逸散,從而聚集形成異常高壓。烴源巖層中存在異常高壓恰恰證明,烴源巖存在較大的排烴能。根據(jù)化學(xué)平衡原理超壓預(yù)示生烴反應(yīng)已經(jīng)推延了,生烴強(qiáng)度降低了,只是沒有與開放系統(tǒng)做參照系,我們不知道罷了。據(jù)此筆者認(rèn)為壓力系數(shù)從1.2至1.5地層段是半封閉系統(tǒng)變?yōu)榉忾]系統(tǒng)的地層段,而該段大致對(duì)應(yīng)烴源巖由低成熟變?yōu)槌墒斓难莼A段。

不同烴源巖、烴源巖的不同演化階段排烴能有差異。相同條件下,烴源巖排烴能高,能夠生烴的化合物少;烴源巖排烴能低,能夠生烴的化合物多。二者生烴量在同樣的成熟點(diǎn)存在一個(gè)剪刀差。烴源巖是致密巖石,通常有較高的排替壓力,存在較高的排烴能,所以其相對(duì)開放系統(tǒng)生烴總量有明顯的下降（圖2）,筆者將這種生烴總量降低現(xiàn)象稱之為欠生烴。

經(jīng)典的生烴理論將生烴與排烴分離成兩個(gè)互不相干的過程。沒有排烴能概念,生烴不隨排烴條件的變化而變化。與地下生烴條件不同,目前所有地化分析都不存在排烴能。例如熱解就是典型的開放系統(tǒng),樣品是巖石粉末樣,熱解生成的烴類又迅速排出反應(yīng)系統(tǒng)。因?yàn)榇嬖谂艧N能,所以地下同樣的生烴反應(yīng)要比實(shí)驗(yàn)室溫度更高。排烴能的高低影響反應(yīng)溫度的高低,使得二者生烴量在同樣的溫度下形成一個(gè)剪刀差。高排烴能相對(duì)低排烴能形成欠生烴（圖2）。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致地層斷裂和破裂,裂隙的發(fā)育降低了排烴能,使得欠生烴有機(jī)質(zhì)短時(shí)間滿足生烴條件,形成集中生烴——構(gòu)造生烴[8]。

圖2 蓬萊19-3油田構(gòu)造生烴模式Fig.2 Hydrocarbon generation model of PL19-3 Oilfield

南黃海盆地CZ35-2-1井二疊系龍?zhí)督MRo約3.0,Tmax只有380℃且不隨深度變化。TOC范圍0.75%～5.43%,平均1.704%;S1+S2范圍 0.89～7.79 mg/g,平均 3.093 mg/g;瀝青“A”平均 0.3%;熱解氫指數(shù)范圍 70.53～411.18,平均148.25（2009,熊斌輝）。數(shù)據(jù)證明過成熟烴源巖不僅可以殘余相當(dāng)多欠生烴有機(jī)質(zhì),而且 Tmax證明欠生烴有機(jī)質(zhì)不同于普通有機(jī)質(zhì),如果排烴能為零,是可以在比較低的溫度下構(gòu)造生烴的。

油氣田的形成是生、儲(chǔ)、蓋、圈、運(yùn)、保等因素綜合作用的結(jié)果,是油氣充注與散失的平衡。常規(guī)情況下烴源巖欠生烴,油氣充注強(qiáng)度相對(duì)低,其它地質(zhì)條件要求高。形成大油氣田需要比較長時(shí)間的充注和好的保存條件。但構(gòu)造生烴則不然,不一定要長時(shí)間的充注和好的保存條件,例如蓬萊19-3構(gòu)造。

郯廬斷裂貫穿渤海灣,它分南、中、北三段,南段位于萊州灣、中段位于渤中,北段位于遼東灣,三段斷裂的活動(dòng)強(qiáng)度由南向北依次減弱。蓬萊19-3構(gòu)造位于郯廬斷裂南段的最北端、分隔渤中凹陷與黃河口凹陷的渤中低凸起上。郯廬斷裂的走滑派生的擠壓形成了蓬萊19-3背斜構(gòu)造。伴隨背斜的形成,背斜兩翼沉積厚于頂部,地震剖面顯示這種現(xiàn)象始于第四紀(jì)初,并且逐漸增強(qiáng)（圖3）,所以它是第四紀(jì)形成的圈閉。蓬萊19-3構(gòu)造明顯晚于周邊凹陷主生烴期,而且其上油氣散失非常嚴(yán)重,散失的油氣在構(gòu)造頂部形成模糊反射（圖3）,俗稱“氣云”。但郯廬斷裂強(qiáng)烈活動(dòng)形成了構(gòu)造生烴,從而造成短時(shí)間集中生烴（圖2）、并沿郯廬斷裂帶快速運(yùn)聚,動(dòng)平衡成藏[8],不僅彌補(bǔ)了其它條件的不足,而且形成了渤海灣盆地最大的油田——蓬萊19-3油田。構(gòu)造生烴是短期生烴高峰,過早形成的構(gòu)造隨著構(gòu)造生烴的結(jié)束,散失會(huì)大于充注,油氣田反而會(huì)減小,所以郯廬斷裂南段其它油氣田不如蓬萊19-3油田大,而郯廬斷裂中、北段,斷裂活動(dòng)弱,構(gòu)造生烴強(qiáng)度不足,即使其它條件更好也不如蓬萊19-3油田大。

圖3 蓬萊19-3油田頂部地震主測(cè)線Fig.3 Seismic interpretation profile in PL19-3 Oilfield

絕大多數(shù)情況都是封閉系統(tǒng)下生烴,開放系統(tǒng)的尋找不易,確認(rèn)更難?，F(xiàn)在有了蓬萊19-3油田這個(gè)開放系統(tǒng)生烴的樣本,以蓬萊19-3油田為參照系,就能夠很清楚地顯示出常規(guī)生烴與構(gòu)造生烴的差別。蓬萊19-3油田不是唯一的構(gòu)造生烴大油氣田,鶯歌海盆地東方1-1構(gòu)造也是第四紀(jì)形成的構(gòu)造,也晚于凹陷的主生烴期,也是鶯歌海盆地最大的氣田[8]。海域是新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中心,晚期沉降大于陸地,所以也理所當(dāng)然是構(gòu)造生烴油氣田分布中心。

2 構(gòu)造生烴理論在頁巖氣上的運(yùn)用

構(gòu)造生烴的精髓是生烴與排烴的平衡。生烴增加了頁巖中天然氣數(shù)量,增加了天然氣的壓力,增加了排烴速率。生烴、滯留的頁巖氣和排烴呈現(xiàn)協(xié)調(diào)的動(dòng)態(tài)平衡。第一個(gè)平衡是生烴與頁巖氣含量的平衡,第二個(gè)平衡是頁巖氣含量與排烴的平衡。兩個(gè)平衡同時(shí)存在,生烴強(qiáng)度越大,平衡點(diǎn)越高,滯留的天然氣越多,從而導(dǎo)致頁巖含氣量與TOC成正比。

烴源巖生烴伴隨超壓,超壓是烴源巖正在生烴的標(biāo)志。按照構(gòu)造生烴的化學(xué)平衡原理,超壓的富有機(jī)質(zhì)頁巖平衡點(diǎn)較高,有較高含量的頁巖氣。頁巖氣生產(chǎn)核心區(qū)均伴隨不同程度的超壓。由于極低滲壓力恢復(fù)慢,壓裂和長時(shí)間關(guān)井后測(cè)量才能得到比較準(zhǔn)確的地層壓力值。除非直接鉆在裂隙帶上,富有機(jī)質(zhì)頁巖壓裂前測(cè)得壓力值普遍偏小,部分井還低于靜水壓力。

為了大家更深刻理解,筆者編制了經(jīng)濟(jì)理論與生烴理論對(duì)照表（表1）。經(jīng)典生烴理論就相當(dāng)于計(jì)劃經(jīng)濟(jì)理論,而構(gòu)造生烴理論就相當(dāng)于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)理論。成本相當(dāng)于反應(yīng)能,生產(chǎn)成本相當(dāng)于活化能,銷售成本相當(dāng)于排烴能,庫存相當(dāng)于頁巖氣。一般講產(chǎn)能越高,庫存越大,現(xiàn)今生氣強(qiáng)度越高,頁巖氣含量越大。美國德克薩斯州 Fort Worth盆地頁巖氣就具有這個(gè)特點(diǎn)。

表1 經(jīng)濟(jì)理論與生烴理論對(duì)照Tab.1 Contrast of economy theory and generation theory

Fort Worth盆地富有機(jī)質(zhì)頁巖為早石炭系Barnett頁巖。Fort Worth盆地由西南向東北Barnett頁巖逐漸增厚（圖4）。受北東向逆斷層控制,Barnett頁巖由西北向東南,成熟度 Ro逐漸增大,由生油變?yōu)樯鷼?由頁巖油井變?yōu)轫搸r氣井（圖4）。頁巖氣生產(chǎn)區(qū)與生氣強(qiáng)度相對(duì)應(yīng),分核心區(qū)、外圍區(qū)和預(yù)測(cè)區(qū)3個(gè)等級(jí)（圖4）。生氣強(qiáng)度最大的核心區(qū)就是Newark East頁巖氣田。

由于烴源巖存在欠生烴,所以 Ro>2.0的烴源巖中還可以殘留相當(dāng)多的有機(jī)質(zhì),還可以形成足夠量的天然氣（圖5）。是否具有商業(yè)性不取決于 Ro,而取決于殘留欠生烴有機(jī)質(zhì)的數(shù)量。只要生氣的物質(zhì)還在,不論 Ro多少都是潛在的頁巖氣勘探對(duì)象。北美許多 Ro>2.0的頁巖已經(jīng)進(jìn)行商業(yè)性開采,證明商業(yè)生氣窗不能簡單用 Ro=2.0劃限。

與北美地臺(tái)類似,揚(yáng)子地臺(tái)也沉積了有機(jī)質(zhì)豐富的海相頁巖。揚(yáng)子地臺(tái)早寒武陸坡上升流發(fā)育,有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)率高,在陸坡發(fā)育了厚度大、TOC高的海相富有機(jī)質(zhì)頁巖[3,6]。早奧陶世水體封閉,有機(jī)質(zhì)保存條件好,下奧陶統(tǒng)頁巖次之。北美地臺(tái)是穩(wěn)定的地臺(tái),揚(yáng)子地臺(tái)是活動(dòng)的地臺(tái)。構(gòu)造活動(dòng)使烴源巖成熟度偏高,上揚(yáng)子地臺(tái)四川盆地的成熟度都普遍過高,Ro>2.0。按照經(jīng)典生烴理論就沒有價(jià)值,但按照構(gòu)造生烴理論,上揚(yáng)子地臺(tái)四川盆地古生界頁巖都還有一定量的可生烴有機(jī)質(zhì),證明它可以生烴;鉆井有超壓,證明它正在生烴;鉆井有較高的氣測(cè)異常,證明有頁巖氣的富集。基本滿足了勘探頁巖氣的烴源條件,可以勘探頁巖氣。

圖4 Fort Worth盆地Barnett頁巖等厚圖（據(jù)李登華,2009）Fig.4 Isopach map of Barnett shale in Fort Worth Basin

與上揚(yáng)子地臺(tái)不同,下?lián)P子地臺(tái)遭受的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)更多、更早。多期次的強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng),油氣藏已經(jīng)被破壞。從上世紀(jì)60年代開始,經(jīng)過了50年的勘探尚未發(fā)現(xiàn)油氣田（黃橋氣田主要是CO2氣田）。是不是下?lián)P子地臺(tái)就沒有勘探潛力了呢?按照經(jīng)典生烴理論肯定是,按照構(gòu)造生烴理論恐怕還沒有那么簡單。

圖5 過成熟烴源巖構(gòu)造生烴模式Fig.5 Over mature hydrocarbon tectonic generation model

有機(jī)質(zhì)的欠生烴過程非常復(fù)雜。高成熟而又欠生烴程度比較高的烴源巖,不僅殘留有機(jī)質(zhì)比較多,而且有機(jī)質(zhì)形成聚合密度更大,但 Tmax很低的有機(jī)質(zhì)。既然 Tmax很低就說明活化能低。按照經(jīng)典生烴理論隨著成熟度升高,殘余的有機(jī)質(zhì)活化能是越來越高的。按照構(gòu)造生烴理論,反應(yīng)能等于活化能+排烴能,由于排烴能高,活化能較低的有機(jī)質(zhì)并不滿足生烴條件,所以能夠殘余相當(dāng)多的低活化能有機(jī)質(zhì)。

頁巖被壓裂的情況下,雖然溫度不高,地溫梯度已經(jīng)降下來了,按照經(jīng)典生烴理論不能生烴了,但按照構(gòu)造生烴理論還有一定的生烴能力。還可以形成生烴、頁巖氣和排烴的平衡。是否有商業(yè)價(jià)值還需要進(jìn)一步探索,特別是下寒武的富有機(jī)質(zhì)海相頁巖,厚度比較大、分布比較廣、TOC比較高。關(guān)鍵是要看是否有一定量的殘余有機(jī)質(zhì),有沒有超壓和氣測(cè)異常。如果鉆井證實(shí)有超壓和氣測(cè)異常,勘探前景就比較樂觀了。

在常規(guī)情況下,Ro<1.0烴源巖以生油為主,也生很小比例的天然氣。但頁巖氣開采的排烴速率比正常生烴高很多。構(gòu)造生烴是自然界最快速的生烴方式之一,蓬萊19-3油田的充注歷史也要百萬年。而頁巖氣開采最多也就百年。小分子,排烴能更小,排出更快,反應(yīng)平衡首先打破,生氣的比例隨之增加,從而導(dǎo)致 Ro<1.0情況下也有一定的頁巖氣量。特定條件下也具有商業(yè)價(jià)值（比如,井淺作業(yè)成本低,管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施齊全）。

綜上所述,有機(jī)質(zhì)生烴過程不是唯一的,途徑不同,結(jié)果也不同。頁巖氣不能簡單用經(jīng)典生烴理論的生氣窗來限定,按照構(gòu)造生烴理論,頁巖氣的勘探領(lǐng)域要廣闊的多。

3 結(jié)束語

頁巖氣即賦存在可生烴的富有機(jī)質(zhì)巖石中的天然氣。頁巖氣含量與生烴、排烴強(qiáng)度相平衡。哪里有烴源巖,哪里就有頁巖氣;生氣強(qiáng)度越大,頁巖氣含量越大。頁巖氣不僅僅局限于地臺(tái)海相沉積層,陸相沉積、斷陷盆地只要存在烴源巖,都存在頁巖氣,凹陷的生氣中心,就是頁巖氣核心區(qū)。

構(gòu)造生烴理論才剛剛開始,難免不夠完善。希望能夠拋磚引玉,啟發(fā)大家解放思想,勇于實(shí)踐,創(chuàng)造出屬于中國的頁巖氣理論、技術(shù)、工藝和設(shè)備,開創(chuàng)中國頁巖氣美好明天。

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Tectonic generation theory and its use in shale gas

Xiong Binhui1,Mi Lijun2,Wang Cunwu1

（1.CNOOC Research Institute,Beijing100027;2.CNOOC Exploration Department,Beijing100027）

TE122.3

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2010.04.001

1008-2336（2010）04-0001-07

2010-07-16;改回日期:2010-08-11

熊斌輝,男,1963年生,高級(jí)工程師,1984年畢業(yè)于南京大學(xué),1987年獲南京大學(xué)碩士學(xué)位,長期從事石油天然氣勘探研究工作。E-mail:xiongbh@cnooc.com.cn。