侯讀杰，包書景，毛小平，陳新軍，馬 寧，張小濤，楊光慶，孫 超

（1．中國地質(zhì)大學（北京）能源學院，北京 100083；2．中國地質(zhì)大學（北京）海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京 100083；3．中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

頁巖氣資源潛力評價的幾個關(guān)鍵問題討論

侯讀杰1，2，包書景3，毛小平1，2，陳新軍3，馬 寧1，張小濤1，楊光慶1，孫 超1

（1．中國地質(zhì)大學（北京）能源學院，北京 100083；2．中國地質(zhì)大學（北京）海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京 100083；3．中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

綜合國內(nèi)外的頁巖氣研究現(xiàn)狀，認為頁巖氣是未來重要的補充能源，但其發(fā)展尚需要大量的工作；中國學者對頁巖氣的概念和資源評價方法的認識逐漸趨向于統(tǒng)一，關(guān)注的泥頁巖評價指標主要是總有機碳、成熟度、連續(xù)厚度和泥頁巖中脆性礦物含量。在對頁巖氣的定義進行限定的基礎(chǔ)上，提出了含氣泥頁巖層段和泥頁巖含氣系統(tǒng)的概念，應用這種概念更有利于頁巖氣的資源評價和開發(fā)。除了常規(guī)的泥頁巖評價指標外，應對泥頁巖層段和系統(tǒng)中頂、底板的研究給予高度重視；提出了頂、底板主要特征，特別是不滲透巖層能封堵泥頁巖中形成的天然氣。在頁巖氣資源量計算中，應考慮到烴源巖縱橫向上的非均質(zhì)性，應用權(quán)重系數(shù)考慮不同厚度烴源巖的有機質(zhì)豐度參數(shù)；同時，提出了一種新的泥頁巖含氣系統(tǒng)縱向單元精細劃分方法。由于國內(nèi)對頁巖氣中吸附氣和游離氣的測試方法尚不統(tǒng)一，對同一樣品測試結(jié)果相差較大，缺乏相應的分析測試標準，因此提出了按照泥頁巖總有機碳含量及氫指數(shù)確定含氣量的方法；該方法盡管結(jié)果不一定很精確，但對于目前測試數(shù)據(jù)誤差較大或缺乏的情況，能提供重要參考。頁巖氣資源評價總體上應兼顧評價方法的科學性、合理性、可靠性和可操作性；依據(jù)勘探程度選擇評價方法，分類評價與分級評價相統(tǒng)一。最后，建議采用鏡質(zhì)體反射率與總有機碳的乘積和開采系數(shù)的關(guān)系圖，來預測開采系數(shù)。

頁巖氣；資源評價；泥頁巖；含氣系統(tǒng)；層段；總有機碳；鏡質(zhì)體反射率；開采系數(shù)

0 引 言

頁巖氣是一類重要的非常規(guī)天然氣資源。近些年來，隨著中國對頁巖氣研究的高度重視以及幾大國有石油公司的大力支持，大大促進了頁巖氣的成因、形成條件和資源潛力等方面的研究，有關(guān)頁巖氣的報道和文獻資料數(shù)量急劇攀升［1－4］。其中，影響力較大的專著有《北美地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)新進展》、《中國頁巖氣地質(zhì)研究進展》、《非常規(guī)天然氣地質(zhì)》和《非常規(guī)油氣勘探與開發(fā)》。《北美地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)新進展》翻譯了國外發(fā)表的重要頁巖氣論文［5］；《中國頁巖氣地質(zhì)研究進展》對頁巖氣的地質(zhì)特征和資源分布進行分析與梳理，對中國四川盆地和威遠地質(zhì)頁巖氣勘探實踐進行了初步分析［6］；《非常規(guī)天然氣地質(zhì)》主要對非常規(guī)天然氣包括連續(xù)性氣藏、煤層氣、頁巖氣、天然氣水合物等領(lǐng)域進行了綜合分析［7］；《非常規(guī)油氣勘探與開發(fā)》對國外資料總結(jié)最全面，特別是對致密砂巖氣、煤層氣、頁巖氣等進行了系統(tǒng)深入的總結(jié)［8］。

目前，中國學者對頁巖氣的研究主要集中在對頁巖氣的形成機理、賦存狀態(tài)、頁巖氣選區(qū)標準和資源評價方法等領(lǐng)域，通過對國外資料的吸收理解和對中國頁巖氣的研究，取得了一些新的進展，并達成了一些共識，主要集中在如下幾個方面。

（1）頁巖氣是未來重要的補充能源。能源與人類發(fā)展的歷史密切相關(guān)，并一直是制約國民經(jīng)濟發(fā)展的重要因素。柴薪為主的能源造就了古代光輝燦爛的農(nóng)業(yè)文明；以煤炭為主的固體化石燃料造就了氣勢恢弘的工業(yè)文明；而以油氣為主的能源支撐著當今世界經(jīng)濟的高速發(fā)展。未來的發(fā)展靠什么？頁巖氣正是21世紀一種新型非常規(guī)天然氣補充資源。從美國頁巖氣開發(fā)實踐來看，頁巖氣的形成和富集有著自身獨特的特點，往往分布在盆地內(nèi)厚度較大、分布廣的頁巖烴源巖地層中。與常規(guī)天然氣相比，頁巖氣開發(fā)具有開采壽命長和生產(chǎn)周期長的優(yōu)點，大部分產(chǎn)氣頁巖分布范圍廣、厚度大且普遍含氣，這使得頁巖氣井能夠長期以穩(wěn)定速率產(chǎn)氣。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對油氣資源的需求越來越高。因而加強非常規(guī)油氣資源地質(zhì)研究，加大勘探開發(fā)力度，實現(xiàn)中國非常規(guī)油氣資源的突破和發(fā)展，有效補充常規(guī)油氣資源的不足，并不斷滿足中國日益增長的能源需求，同時保證國家能源供給安全。

（2）對頁巖氣的概念和資源評價方法逐漸趨于統(tǒng)一。頁巖氣不單單來自頁巖，實際上也包括暗色的泥巖、頁巖以吸附和游離形式為主的天然氣聚集，甚至是泥頁巖中的夾層（如薄砂層），均應屬于頁巖氣的范疇。對頁巖氣資源評價應該以現(xiàn)有的技術(shù)和方法，或者是目前可預見的技術(shù)條件下評價最終可以探明和開采的油氣總量（包括已探明和尚未探明的）。在頁巖氣勘探過程中，指示關(guān)鍵地質(zhì)因素的油氣地質(zhì)、地球化學參數(shù)對于頁巖氣資源潛力評價是非常重要的，相關(guān)技術(shù)方法的有效性和數(shù)據(jù)的準確性更是正確評價勘探前景、規(guī)避開發(fā)風險的關(guān)鍵。這些參數(shù)具體可歸結(jié)為：表征氣源條件的有機地球化學參數(shù)，表征頁巖氣富集與保存條件的儲層性質(zhì)參數(shù)，直接反映頁巖氣儲量氣體含量的參數(shù)，表征頁巖氣開采條件與風險的礦物學參數(shù)和地質(zhì)復雜性參數(shù)。盲目地、不切實際地夸大頁巖氣資源量，誤導油氣勘探開發(fā)的決策也是不可取的。

（3）泥頁巖氣的地球化學評價對其選區(qū)和資源潛力評價至關(guān)重要。中國頁巖氣勘探總體上處于起步階段，美國頁巖氣勘探實踐表明，近年來商業(yè)性開發(fā)的頁巖層系鏡質(zhì)體反射率（Ro）為1．1%～3．0%，但對成熟度上限仍未有統(tǒng)一認識。此外，總有機碳（TOC值）、干酪根類型、吸附氣和游離氣含量、烴類成因與相態(tài)、熱埋藏史、成熟度、演化程度作為表征頁巖氣的重要地球化學指標而備受關(guān)注。其核心指標中，中國學者主要關(guān)注總有機碳、成熟度、連續(xù)厚度和泥頁巖中脆性礦物含量。Ro是反映成熟度的有效指標，連續(xù)厚度是其資源開發(fā)利用的基礎(chǔ)，礦物組成決定著頁巖氣藏的品質(zhì)，影響著氣體含量，同時也影響著其壓裂和頁巖氣的開發(fā)利用［9－10］。

（4）國內(nèi)外建立了初步的頁巖氣含氣量測定和評價方法。頁巖氣主要包括游離氣和吸附氣，對游離氣含量，可通過巖芯確定含水飽和度，如果含油，確定含油飽和度，進而確定游離氣含氣飽和度；建立巖－電關(guān)系，通過飽和度測井確定游離氣含量。對吸附氣，通過巖芯（包括二次取芯）、井壁取芯或巖屑解吸，確定吸附氣含量。其中取芯的解吸氣量較高，井壁巖芯次之，巖屑解析量較少。在解吸過程中，要考慮損失的氣量。吸附量一般考慮用等溫吸附模擬法，該方法是通過頁巖樣品的等溫吸附試驗來模擬樣品的吸附特點及吸附量，通常采用Langmuir模型來描述其吸附特征。根據(jù)該試驗得到的等溫吸附曲線可以獲得不同樣品在不同壓力（深度）下的最大吸附含氣量，也可通過試驗確定該頁巖樣品的Langmuir方程計算參數(shù)。

盡管頁巖氣在勘探開發(fā)方面得到了各方面的重視，取得了很多成果認識；然而，目前中國在相關(guān)方面的基礎(chǔ)研究相當薄弱，在頁巖氣的研究中還存在如下問題。

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累相當貧乏，急需建立中國的頁巖氣地質(zhì)、地球化學基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺。中國缺乏系統(tǒng)的頁巖氣數(shù)據(jù)資料庫，適時建立頁巖氣勘探與開發(fā)數(shù)據(jù)庫，對中國下一步頁巖氣勘探開發(fā)具有重要的指導意義。中國雖然對不同地區(qū)泥頁巖的地質(zhì)－地球化學特征進行了分析，但對其研究尚不夠細致深入，同時也缺乏頁巖氣的統(tǒng)一評價指標，目前也尚無完整的頁巖氣分析測試實驗室。

（2）中國目前對頁巖氣中的吸附氣和游離氣測試方法不統(tǒng)一，對同一樣品測試結(jié)果相差較大，缺乏相應的分析測試標準。試驗測試技術(shù)能力亟待提高，急需提高實驗室間測試數(shù)據(jù)的可對比性，尤其是含氣量測試數(shù)據(jù)的質(zhì)量；中國在頁巖氣研究中，地質(zhì)研究人員相對較多，缺乏相關(guān)的試驗測試人員開展頁巖氣勘探與開發(fā)測試技術(shù)的研究工作，急需有相應的項目人員支撐進行研究和攻關(guān)。依托實驗室的運行，建立適合中國地質(zhì)條件和賦存規(guī)律的針對性頁巖氣試驗技術(shù)體系，規(guī)范試驗技術(shù)流程、條件和試驗結(jié)果的質(zhì)量控制標準，研發(fā)頁巖氣吸附氣測定的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備。

（3）中國的頁巖氣勘探是否只能局限于海相地層？中國不僅海相頁巖分布廣泛，陸相也很發(fā)育，并且存在海陸過渡相頁巖。雖然頁巖具有良好的頁巖氣形成和富集的地質(zhì)條件，但頁巖氣開發(fā)還處于前期的探索和準備階段，商業(yè)化開發(fā)尚處于起步階段。目前，對陸相頁巖氣的開發(fā)利用存在很多爭議。海相、海陸過渡相以及陸相不同沉積相帶類型多樣，成層性差，縱橫向變化大，泥頁巖的非均質(zhì)性強，這影響著頁巖氣的評價與利用。同時，不同地區(qū)頁巖氣資源影響因素多，使得結(jié)合巖－電關(guān)系和頁巖氣含量的分類方法難以統(tǒng)一，如何對泥頁巖的非均質(zhì)性進行分析，并進行泥頁巖體的準確刻畫和描述，尚需要進一步開展工作。

（4）對頁巖氣的選區(qū)和資源評價尚缺乏科學合理的方法，而且各地區(qū)的資料完善程度不一，不同專家學者估算的資源量差異很大，同時也面臨著資源潛力評價方法的矛盾。不同地區(qū)前期開展的工作和評價方法各異，資源量相差很大，急需從可操作性、評價方法的科學性與合理性、評價參數(shù)的準確性等方面，建立統(tǒng)一的頁巖氣資源評價方法，研究頁巖氣資源的分布特征，客觀評價中國的頁巖氣資源潛力。

（5）中國可采頁巖氣資源前景到底如何？頁巖氣勘探開發(fā)作為中國能源戰(zhàn)略的新領(lǐng)域，尚屬起步階段，資源量大小是很多決策者關(guān)心的問題。根據(jù)頁巖氣成藏機理和中美頁巖氣地質(zhì)條件相似性的對比，中國頁巖氣成藏地質(zhì)條件優(yōu)越，許多盆地均具備成藏條件，頁巖氣資源潛力十分巨大。但目前可采資源量到底如何？何時才能實現(xiàn)頁巖氣的真正突破？中國頁巖氣可采資源量有多大？回答這些問題需要系統(tǒng)地開展方法技術(shù)攻關(guān)。只有在頁巖氣成礦理論和找礦方法技術(shù)上取得突破，同時實現(xiàn)成本控制，才能形成頁巖氣發(fā)現(xiàn)與利用上的突破。

因此，有必要探討頁巖氣資源評價技術(shù)和方法的關(guān)鍵參數(shù)及存在問題，進行客觀準確的頁巖氣資源評價工作，提供參考性強的頁巖氣資源評價數(shù)據(jù)。筆者擬重點討論頁巖氣選取評價和資源量評價的一些關(guān)鍵問題，為頁巖氣資源量評價提供參考。

1 頁巖氣資源評價的關(guān)鍵問題思考

頁巖氣的資源評價有很多爭議，例如頁巖氣的定義、頁巖氣資源量的計算、頁巖油氣資源評價中有效頁巖厚度取值、泥頁巖油氣與致密砂巖呈過渡關(guān)系及其界限等問題均存在著爭議。

1．1 頁巖氣及泥頁巖含氣系統(tǒng)的概念與定義

頁巖氣（shale gas）是指頁巖中有機質(zhì)生成氣后，未排出源巖層系，滯留在源巖層系中呈連續(xù)狀分布的氣藏。它是存在于富有機質(zhì)泥頁巖層段中具有商業(yè)性產(chǎn)出的天然氣。因而該定義具有以下含義。

（1）頁巖氣的賦存地層并不局限于嚴格意義上的泥頁巖層段，它可以保存在泥頁巖中，同時也有一部分可能賦存在這一地層單元薄層狀的粉砂巖甚至砂巖和碳酸鹽巖層中。圖1［11］展示了頁巖氣和致密砂巖氣的差異。應該注意的是，該層段的主體為泥頁巖地層，粉砂巖、砂巖和碳酸鹽巖層占的比例小于50%，否則，如果粉砂巖、砂巖為主體，就應該屬于致密砂巖氣（tight sandstone gas）的范疇?；诖耍袑W者為了減少爭議，直接應用致密氣（tight sas）的概念，而不對巖性進行強調(diào)。

圖1 頁巖氣與致密砂巖氣的差異Fig．1 Difference Between Shale Gas and Tight Sandstone Gas

（2）頁巖氣主要是指富有機質(zhì)泥頁巖層段中具有商業(yè)性產(chǎn)出的天然氣。假如沒有商業(yè)性的產(chǎn)出，也不應該是目前重點關(guān)注的對象。而對頁巖氣的地質(zhì)資源量，也應該是指在目前可預見的技術(shù)條件下最終可以探明的頁巖氣資源總量（包括已探明和尚未探明的）。如果在相當長的一段時間內(nèi)，不可能探明和開發(fā)的，應該不屬于頁巖氣資源潛力評價的范圍。

（3）目前，國外已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的頁巖氣源巖范圍很廣泛，包括熱裂解成因的熱解氣和生物氣。應該注意的是，熱解氣源巖應該是頁巖氣研究和發(fā)現(xiàn)的主體。對個別特殊條件下形成的生物氣，不應該是重點關(guān)注的對象，也不是放松頁巖氣成熟門限的理由。

1．2 頁巖氣資源潛力評價對象

根據(jù)定義，頁巖氣并非單指泥頁巖中的頁巖氣，也包含其夾層中的天然氣，因而頁巖氣的資源評價對象應該是含氣的泥頁巖層段。頁巖氣評價對象具體是：對整個含氣層段進行評價；以泥頁巖為主體的層段產(chǎn)出的氣才可稱為頁巖氣；在該層段內(nèi)如果存在砂巖、碳酸鹽巖，它們賦存天然氣，也同樣應該是評價的對象。評價對象的關(guān)鍵不是以巖性進行劃分，而應該以是否具有可商業(yè)開發(fā)的頁巖氣為主要標準。

什么樣的泥頁巖可能含有可供商業(yè)開發(fā)的天然氣，如何確定頁巖氣選區(qū)和評價對象，對此國內(nèi)外石油公司和研究者對泥頁巖的評價和選區(qū)的認識還有一定差異。表1列出了普遍應用的標準。這些標準主要集中在源巖的總有機碳、成熟度、厚度、脆性礦物含量（質(zhì)量分數(shù)，后文同）及含氣量等參數(shù)。不同公司或研究者提出不同的標準，主要是基于泥頁巖中不同的有機質(zhì)類型，其生氣門限和生氣高峰不同，因而其成熟度門限不完全相同。同時，不同成熟度條件下，源巖的總有機碳不完全相同，因而不同演化階段的總有機碳也沒有可比性。因此，不同成熟度條件下，總有機碳的標準也不完全相同。在中國海相和陸相烴源巖，也不可能提出統(tǒng)一的泥頁巖總有機碳標準，但根據(jù)含氣量則有可能劃分統(tǒng)一的標準?？紤]到中國目前取樣條件的限制，建議按照含氣量分別為1、2 m3·t－1進行統(tǒng)一劃分。

1．3 頁巖氣資源評價中有效頁巖厚度取值問題

如果按照體積法進行資源量計算，則頁巖氣的地質(zhì)資源量為

式中：QT為頁巖氣的地質(zhì)資源量；Q1為吸附氣資源量；Q2為游離氣資源量；Q3為溶解氣資源量。

表1 含氣的泥頁巖評價標準Tab．1 Gas－bearing Shale Evaluation Criteria

在較高成熟度源巖中，由于頁巖所含的溶解氣量極少，故頁巖氣的地質(zhì)資源量可近似分解為吸附氣資源量與游離氣資源量之和

式中：S為泥頁巖有效面積；h為泥頁巖有效厚度；ρ為泥頁巖密度；G為含氣量；Z為天然氣壓縮因子。

根據(jù)式（2），泥頁巖有效厚度是頁巖氣評價中非常重要的參數(shù)，直接影響頁巖氣資源量的準確性。在進行頁巖氣資源評價時，中國主要有3種評價方法。

（1）按照層段進行評價，對該層段內(nèi)所有泥巖進行厚度累加，計算出頁巖氣的地質(zhì)資源量。一般情況下，計算得到的頁巖氣地質(zhì)資源量巨大。

（2）按照頁巖氣資源評價定義，對連續(xù)厚度大于30 m的泥頁巖進行厚度統(tǒng)計，繪制出泥頁巖平面的有效厚度，計算頁巖氣的地質(zhì)資源量。應用該方法計算得出的資源量評價數(shù)據(jù)較為適中，但可能對本區(qū)泥頁巖天然氣資源評價不夠準確。

（3）按照含氣泥頁巖層段進行有效厚度劃分，僅對富含頁巖氣且頁巖連續(xù)厚度大于30 m的泥頁巖層段進行分析和評價。這種分析評價方法針對性強，頁巖氣資源評價結(jié)構(gòu)相對較為可靠，對頁巖氣的開發(fā)也具有指導意義，但其評價結(jié)果的可靠性主要依賴于研究區(qū)重要的含氣泥頁巖層段劃分的準確性，如果沒有準確識別，則計算的頁巖氣地質(zhì)資源量可能相對較為保守。

綜上所述，筆者建議采用第3種方法，即按照含氣的泥頁巖層段進行有效的頁巖氣資源評價，對頁巖氣勘探與開發(fā)均具有重要的指導意義和參考價值。

2 泥頁巖含氣系統(tǒng)評價

2．1 評價思路

一般情況下，含氣泥頁巖層段均是屬于有機質(zhì)豐度相對較高的層段，在鉆井剖面中是由上、下致密層封擋下的同一壓力系統(tǒng)內(nèi)的巖性組合，主要由富有機碳的泥頁巖及呈夾層狀的粉砂巖、砂巖、碳酸鹽巖組成，或是與之對應的地震剖面及野外地質(zhì)剖面在地層中同一壓力系統(tǒng)內(nèi)的巖性組合，可稱為“夾心餅”或“三明治”式結(jié)構(gòu)。在縱向上，可將其劃分為含氣泥頁巖巖層段；在三維尺度上，可將該層段的分布泥頁巖體稱為泥頁巖含氣系統(tǒng)。而泥頁巖含氣系統(tǒng)的評價要求對烴源體的三維分布比較清晰，同時對其上、下致密層封擋的頂、底板也有深入分析。

頂、底板一般具有如下特征（圖2）：①由不滲透巖層組成，常常是致密的泥頁巖、膏泥巖、膏鹽層、灰?guī)r、煤等；②一般不具有穿時性，而是沿著一定的地層分布；③能封堵泥頁巖中形成的天然氣，使其具有較高的濃度；④頂、底板可分為區(qū)域性或局部性的，區(qū)域性的則具有更大的烴源巖體，其賦存的天然氣資源量更大；⑤頂、底板的深度尚沒有嚴格要求，一般隨壓實程度的升高，泥巖的封閉性不斷增加，但作為頁巖氣的源巖成熟度如果達到1．0%，則其泥巖至少達到了成巖作用晚期階段；⑥頂、底板厚度如果為1 200～1 300 m，10 m厚的連續(xù)泥巖就可以對天然氣進行有效封堵［13－14］。

依據(jù)測井響應及巖性組合特征、總有機碳、氣測顯示等資料進行劃分（圖2），以富有機碳的泥頁巖作為含氣頁巖層段頂、底的界限，層段內(nèi)不含明顯水層，連續(xù)厚度一般不小于20 m。在縱向上，按照含氣泥頁巖層段進行評價劃分，在平面上尋找含氣泥頁巖層段的平面分布；在此基礎(chǔ)上，劃分出泥頁巖含氣系統(tǒng)，并在其中劃分出多個評價單元。

圖2 根據(jù)氣測資料劃分含氣泥頁巖層段Fig．2 Division of Gas－bearing Clay Shale Section According to Gas Logging Data

縱向劃分的依據(jù)（圖2）：①含氣泥頁巖層段是以富含有機質(zhì)泥頁巖為主的含氣層段，內(nèi)部可以有砂巖類、碳酸鹽類夾層，其中泥頁巖累計厚度大于含氣泥頁巖層段厚度的50%以上；②頂、底板為致密巖層，內(nèi)部砂巖條帶較薄，或者無明顯水層，不存在形成天然氣的泄漏；③在該層段內(nèi)氣測曲線上有明顯異常；④自然伽馬、電阻率、聲波時差、密度等測井曲線特征；⑤具有一定的壓力異常。平面上追索的依據(jù)：①含氣泥頁巖層段可在平面上（物探資料或露頭剖面上）進行追索；②頂、底板分布比較穩(wěn)定；③系統(tǒng)內(nèi)沒有大的張性斷層造成天然氣泄漏。

2．2 縱向單元的精細分析

可以將泥頁巖含氣系統(tǒng)的縱向單元稱為含氣泥頁巖層段。在縱向上，應該對含氣泥頁巖層段進行精細分析，可主要依據(jù)鉆井資料進行研究和剖析。如果鉆井資料不完備，也可考慮露頭資料，以富含有機質(zhì)泥頁巖發(fā)育段為目標層進行深入分析。

確定含氣泥頁巖層段內(nèi)不同類型巖性的厚度和參數(shù)是一項關(guān)鍵且重要的工作。確定方法是統(tǒng)計每口井泥頁巖含氣層段（系統(tǒng)）的有效厚度，并繪制泥頁巖有效厚度等厚圖。在計算厚度及其相關(guān)參數(shù)時，需按泥頁巖類、砂巖類、碳酸鹽等不同巖相進行分類計算。

以含氣頁巖層段為單元，按3種巖相帶進行舉例統(tǒng)計（圖3），分別統(tǒng)計泥頁巖、砂巖和碳酸鹽巖3類巖相的厚度。在圖3中，Yi為第i小層生油潛力。

泥頁巖厚度H1為

式中：ΔX為目的層段某參數(shù)加權(quán)平均值；hi為第i小層厚度，i＝1，2，…，9；Xi為第i小層參數(shù)的平均數(shù)；m為小層個數(shù)。

3 影響含氣量的主要因素

在應用泥頁巖的含氣量數(shù)據(jù)時，需進行可靠性分析，其數(shù)據(jù)的可靠性程度受含氣量的測試方法所影響。巖石中的含氣量等于吸附氣、游離氣和溶解氣含量之和。

根據(jù)現(xiàn)場解析氣實測數(shù)據(jù)，解析法是測量頁巖含氣量的最直接方法，通常在取芯現(xiàn)場完成。鉆井取芯過程中，待巖芯提上井口后迅速將其裝入樣品罐，在模擬地層溫度條件下測量頁巖中天然氣的釋放總量，該值通常是吸附氣量與游離氣量之和。

根據(jù)等溫吸附試驗得到的等溫吸附曲線，可以獲得不同樣品在不同壓力（深度）下的最大吸附氣含量，也可通過試驗確定該頁巖樣品的Langmuir方程計算參數(shù)。一般來說，送樣時盡量要求等溫吸附試驗在與地層溫度相同條件下進行。需要說明的是，采用等溫吸附模擬法計算所得的含氣量可能與實測的含氣量不吻合，個別情況甚至大于實測含氣量，需甄別使用。

研究表明，影響含氣量的關(guān)鍵參數(shù)除了埋深，總有機碳，鏡質(zhì)體反射率，頂、底板條件等外，巖石比表面積及孔徑分布試驗所得參數(shù)（包括BET比表面積、Langmuir比表面積、BET單點孔體積和BET平均孔直徑）、巖石礦物成分（黏土礦物、石英、方解石和黃鐵礦含量）與含氣量具有一定的相關(guān)性?？梢酝ㄟ^多元統(tǒng)計方法，形成一個多元相關(guān)關(guān)系，確定各參數(shù)的權(quán)重，采用確定性方程擬合得到含氣量的概率分布。

以中國石油化工股份有限公司南方某區(qū)塊的資料為例，把現(xiàn)場解析總含氣量、TOC值、BET比表面積、Langmuir比表面積、BET單點孔體積、BET平均孔直徑、石英含量、方解石含量和黃鐵礦含量等進行多元線性回歸分析。以現(xiàn)場解析總含氣量為因變量，其他為自變量，可以得到以下方程

式中：G1為現(xiàn)場解析總含氣量；T為TOC值；B為BET比表面積；S1為石英含量；F為方解石含量；P為黃鐵礦含量。

從式（4）可以看出，現(xiàn)場解析總含氣量主要受源巖的TOC值控制、其次是黃鐵礦含量、比表面積、石英含量。因而，在一個地區(qū)可以用TOC值推測原地氣量（original gas－in－place，OGIP）。

從圖4［15］可以看出，如果一個地區(qū)缺乏實測數(shù)據(jù)，根據(jù)泥頁巖的TOC值和氫指數(shù)，也可以計算出泥頁巖的頁巖初始原地氣量，從而進行頁巖氣的資源評價。圖4中不同直線的斜率表示不同源巖氫指數(shù)的大小。

圖4 美國典型頁巖氣盆地初始原地頁巖氣量與TOC值的關(guān)系Fig．4 Relationships Between Original Gas－in－place and Total Organic Carbon in Typical Shale Gas Basins of America

4 頁巖氣資源潛力評價方法的選擇

總體上，把握優(yōu)先評價典型成熟區(qū)塊（參數(shù)齊全、資料豐富）的原則。充分利用已經(jīng)取得的資源評價成果，根據(jù)評價單元的勘探程度和資源類型，選擇適合的評價方法；按照不同的評價流程，進行評價資料的收集、整理，完成資源評價基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表和基礎(chǔ)圖件；優(yōu)選不同類型且勘探程度較高的評價單元，建立類比標準區(qū)，采用體積法進行資源量計算（表2）；對于勘探程度較低的評價單元，運用含氣量類比法、資源豐度類比法進行資源量計算，全面、準確、客觀地評價研究區(qū)的頁巖氣資源潛力，為中國的油氣資源發(fā)展戰(zhàn)略和編制頁巖氣資源中長期發(fā)展規(guī)劃提供依據(jù)。同時，各個研究區(qū)勘探程度不一，而且各個地區(qū)的資料和完善程度不一，特考慮如下4個原則。

表2 不同勘探程度頁巖氣的資源評價方法Tab．2 Shale Gas Resource Evaluation Methods in Different Degrees of Exploration

（1）可靠性：各個評價區(qū)地質(zhì)情況各異，因而在進行頁巖氣的資源評價時，應該考慮到頁巖氣的科學內(nèi)涵與可利用程度，結(jié)合各個地區(qū)的實際情況，力求考慮到評價方法的科學性、合理性、可靠性和可操作性，最大程度地取得合理、可信的頁巖氣資源評價數(shù)據(jù)。

（2）評價方法：根據(jù)勘探程度不同，選擇不同評價方法，主要依據(jù)鉆遇頁巖氣評價有效層段的井數(shù)和測井資料、評價區(qū)塊的已有二維或三維地球物理數(shù)據(jù)，取得樣品的地球化學、儲層、含氣量等相關(guān)測試資料，可劃分出頁巖氣的相對高勘探程度區(qū)或低勘探程度區(qū)，建議分別使用體積法和類比法進行計算。

（3）分級評價原則：由于頁巖氣在縱橫向均存在非均質(zhì)性，因而縱向上對其非均質(zhì)性應該有刻畫和描述的方法。在可能的情況下，采用分級進行資源評價。資源量分級必須統(tǒng)一，要有可比性，便于資源量分級匯總，本次頁巖氣資源量分級擬采用3級（好、中、差）來評價資源的優(yōu)劣程度。

（4）分類評價原則：對計算頁巖氣資源量，要按照不同分類條件進行分類統(tǒng)計，例如可分別按照地表條件，埋藏深度、總有機碳等分類統(tǒng)計其賦存的頁巖氣資源量，提供可靠、清晰的分類資源量。

（5）頁巖氣可采資源量評價。對頁巖氣的可采資源量評價是一個研究難點，因為中國尚缺乏生產(chǎn)數(shù)據(jù)的支撐，也沒有相關(guān)區(qū)塊詳盡的開發(fā)資料，因而目前筆者只能借用國外資料進行探索性的研究。利用國外公開的資料，依據(jù)主元素法來研究影響開采系數(shù)的主要因素。計算公式為

式中：F1為開采系數(shù)；Sw為含水飽和度；Q為含氣量；P1為儲集層壓力；A為面積；D為深度；H為厚度；φ為孔隙度。

從式（5）中可以看出，TOC值和Ro的權(quán)重較大，其次為含水飽和度、含氣量及儲集層壓力，其他參數(shù)相對來說是次要的。因而，筆者建議采用Ro與TOC值的乘積和開采系數(shù)的關(guān)系圖，依據(jù)國外盆地的曲線模型進行擬合，獲得一個關(guān)系模型，進行開采系數(shù)的預測。

5 結(jié) 語

（1）中國學者在頁巖氣研究中存在以下共識和問題：頁巖氣是未來重要的補充能源，但其發(fā)展尚需要大量工作；對頁巖氣的概念和資源評價方法逐漸趨于統(tǒng)一；關(guān)注的泥頁巖評價指標主要是總有機碳、成熟度、連續(xù)厚度和泥頁巖中脆性礦物含量。

（2）通過對頁巖氣定義的限定，提出含氣泥頁巖層段和泥頁巖含氣系統(tǒng)的概念。應用含氣泥頁巖層段和系統(tǒng)的概念更有利于頁巖氣的資源評價和開發(fā)。同時，除了常規(guī)的泥頁巖評價指標外，應該對泥頁巖層段和系統(tǒng)中頂、底板的研究給予高度重視。同時提出了頂、底板的主要特征，特別是不滲透巖層能封堵泥頁巖中形成的天然氣。

（3）對頁巖氣資源評價的關(guān)鍵參數(shù)及存在問題進行了討論，認為按照含氣泥頁巖層段進行頁巖氣資源量計算更具現(xiàn)實意義。在頁巖氣資源量計算中，應該考慮到烴源巖縱橫向上的非均質(zhì)性，應用權(quán)重系數(shù)考慮不同厚度烴源巖的總有機碳參數(shù)；同時，提出了一種新的泥頁巖含氣系統(tǒng)縱向單元精細劃分方法。

（4）中國目前對頁巖氣中的吸附氣和游離氣測試方法尚不統(tǒng)一，對同一樣品測試結(jié)果相差較大，缺乏相應的分析測試標準，試驗測試技術(shù)能力亟待提高。同時，結(jié)合國外資料，提出了按照泥頁巖TOC值及氫指數(shù)確定含氣量的方法。盡管其結(jié)果不一定很精確，但對于目前測試數(shù)據(jù)誤差較大或缺乏的情況，有重要的參考價值。

（5）按照不同勘探程度選取頁巖氣資源評價的方法，評價頁巖氣資源的原則有：兼顧評價方法的科學性、合理性、可靠性和可操作性；根據(jù)勘探程度選擇評價方法，分類評價與分級評價相統(tǒng)一。根據(jù)對國外資料的分析，建議采用Ro與TOC值的乘積和開采系數(shù)的關(guān)系圖，并依據(jù)國外盆地的曲線模型進行擬合，獲得關(guān)系模型，進行開采系數(shù)的預測。

References：

［1］ 張金川，金之鈞，袁明生．頁巖氣成藏機理和分布［J］．天然氣工業(yè)，2004，24（7），15－18．

ZHANG Jin－chuan，JIN Zhi－jun，YUAN Ming－sheng．Reservoiring Mechanism of Shale Gas and Its Distribution［J］．Natural Gas Industry，2004，24（7）：15－18．［2］ 陳尚斌，朱炎銘，王紅巖，等．中國頁巖氣研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］．石油學報，2010，31（4）：689－694．

CHEN Shang－bin，ZHU Yan－ming，WANG Hongyan，et al．Research Status and Trends of Shale Gas in China［J］．Acta Petrolei Sinica，2010，31（4）：689－694．［3］ 徐國盛，徐志星，段 亮，等．頁巖氣研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］．成都理工大學學報：自然科學版，2011，38（6）：603－610．

XU Guo－sheng，XU Zhi－xing，DUAN Liang，et al．Status and Development Tendency of Shale Gas Research［J］．Journal of Chengdu University of Technology：Science and Technology Edition，2011，38（6）：603－610．

［4］ 范昌育，王震亮．頁巖氣富集與高產(chǎn)的地質(zhì)因素和過程［J］．石油實驗地質(zhì)，2010，32（5）：465－469．

FAN Chang－yu，WANG Zhen－liang．Geological Factors and Process in Enrichment and High Production of Shale Gas［J］．Petroleum Geology and Experiment，2010，32（5）：465－469．

［5］ 頁巖氣地質(zhì)與勘探開發(fā)實踐叢書編委會．北美地區(qū)頁巖氣勘探開發(fā)新進展［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2009．

Editorial Committee of Shale Gas Geology Exploration and Development Series．New Development of Shale Gas Exploration and Development in North American［M］．Beijing：Petroleum Industry Press，2009．

［6］ 頁巖氣地質(zhì)與勘探開發(fā)實踐叢書編委會．中國頁巖氣地質(zhì)研究進展［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2011．

Editorial Committee of Shale Gas Geology Explora－tion and Development Series．Development of Shale Gas Geology in China［M］．Beijing：Petroleum Industry Press，2011．

［7］ 鄒才能．非常規(guī)天然氣地質(zhì)［M］．北京：地質(zhì)出版社，2011．

ZOU Cai－neng．Unconventional Petroleum Geology［M］．Beijing：Geology Publishing House，2011．

［8］ 孫贊東，賈承造，李相方．非常規(guī)油氣勘探與開發(fā)［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2011．

SUN Zan－dong，JIA Cheng－zao，LI Xiang－fang．Unconventioal Petroleum Exploration and Development［M］．Beijing：Petroleum Industry Press，2011．

［9］ 李延鈞，劉 歡，劉家霞，等．頁巖氣地質(zhì)選區(qū)及資源潛力評價方法［J］．西南石油大學學報：自然科學版，2011，33（2）：28－34．

LI Yan－jun，LIU Huan，LIU Jia－xia，et al．Geological Regional Selection and an Evaluation Method of Resource Potential of Shale Gas［J］．Journal of Southwest Petroleum University：Science and Technology Edition，2011，33（2）：28－34．

［10］ 趙靖舟，方朝強，張 潔，等．由北美頁巖氣勘探開發(fā)看我國頁巖氣選區(qū)評價［J］．西安石油大學學報：自然科學版，2011，26（2）：1－7．

ZHAO Jing－zhou，F(xiàn)ANG Chao－qiang，ZHANG Jie，et al．Evaluation of China Shale Gas from the Exploration and Development of North America Shale Gas［J］．Journal of Xi'an Shiyou University：Natural Science Edition，2011，26（2）：1－7．

［11］ HARTMAN R C，LASSELL P，BHATTA N．Recent Advances in the Analytical Methods Used for Shale Gas Reservoir Gas－in－place Assessment［R］．San Antonio：AAPG，2008．

［12］ BUSTIN R M．Comparative Analyses of Producing Gas Shales：Rethinking Methodologies of Characterizing Gas－in－place in Gas Shales［C］∥LUFHOLM P，COX D．2005 WTGS Fall Symposium．Midland：West Texas Geological Society，2005：39．

［13］ 陳昭年．石油與天然氣地質(zhì)學［M］．北京：地質(zhì)出版社，2005．

CHEN Zhao－nian．Petroleum Geology［M］．Beijing：Geology Publishing House，2005．

［14］ 侯讀杰，馮子輝．油氣地球化學［M］．北京：石油工業(yè)出版社，2011．HOU Du－jie，F(xiàn)ENG Zi－h(huán)ui．Petroleum Geochemistry［M］．Beijing：Petroleum Industry Press，2011．

［15］ 王飛宇，賀志勇，孟曉輝，等．頁巖氣賦存形式和初始原地氣量（OGIP）預測技術(shù)［J］．天然氣地球科學，2011，22（3）：501－510．

WANG Fei－yu，HE Zhi－yong，MENG Xiao－h(huán)ui，et al．Occurrence of Shale Gas and Prediction of Original Gas－in－place（OGIP）［J］．Natural Gas Geoscience， 2011，22（3）：501－510．

Discussion on the Key Issues of Resource Potential Evaluation for Shale Gas

HOU Du－jie1，2，BAO Shu－jing3，MAO Xiao－ping1，2，CHEN Xin－jun3，MA Ning1，
ZHANG Xiao－tao1，YANG Guang－qing1，SUN Chao1
（1．School of Energy Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China；2．Key Laboratory
of Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Accumulation Mechanism of Ministry of Education，
China University of Geosciences，Beijing 100083，China；3．Exploration and Production Research Institute，Sinopec，Beijing 100083，China）

According to the review on shale gas，it is believed that shale gas is important additional energy in future，but the development still needed a lot of work；the scholars'outlook on concept of shale gas and resource evaluation method gradually reach unanimity in China，and the evaluating indicators of clay shale focused are mainly total organic carbon，maturity，continuous thickness and content of brittle mineral in clay shale．The concepts of gas－bearing clay shale section and clay shale gas－bearing system were suggested based on the limited definition of shale gas，and the application was more favorable to the resource evolution and development of shale gas．Besides the normal evolution indicator of clay shale，the study on the top and floor ofslay shale section and system was very important；the main features of top and floor were introduced，especially the impermeable terrane could seal the gas from clay shale．For the calculation of resource amount of shale gas，the inhomogeneity of hydrocarbon source rock in vertical and horizontal directions should be considered，and the abundance of organic matter of hydrocarbon source rock with different thicknesses was considered with the application of weight coefficient；meantime，a new method to subtly divide the vertical unit of clay shale gas－bearing system was proposed．Because the test methods of adsorbed and free gases were not yet uniform in China，the test results for the same sample were different and the corresponding analysis test standard was shortage，so that a new method for calculating gas content was proposed according to the total organic carbon and hydrogen index of clay shale；the result calculated by the new method might not be very accurate，but it was important under the condition of measurement data with error significantly or shortage．Characteristics of resource evolution of shale gas could include scientificity，rationality，reliability and operability；evaluation method was selected according to the degree of exploration，and classification evaluation was integrated with grade evaluation．The relation diagram between recoverable coefficient and the product of vitrinite reflectance and total organic carbon was recommended to predict the recoverable coefficient．

shale gas；resource evaluation；clay shale；gas－bearing system；section；total organic carbon；vitrinite reflectance；recoverable coefficient

P618．12；TE122

A

1672－6561（2012）03－0007－10

2012－03－28

國家自然科學基金項目（40972097）

侯讀杰（1964－），男，河南唐河人，教授，博士研究生導師，工學博士，E－mail：hdj＠cugb．edu．cn。