邊瑞康，武曉玲，包書景，聶海寬

(1．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;2．中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京102249)

頁巖油是指以游離、吸附或溶解等多種形式賦存于泥頁巖生油巖層段及與之毗鄰的砂巖、粉砂巖、碳酸鹽巖等夾層、互層中具有工業(yè)開發(fā)價值的石油聚集。美國是目前頁巖油勘探開發(fā)最成功的國家。隨著水平井、分段壓裂等頁巖氣開采技術(shù)逐漸用于頁巖油生產(chǎn)，美國的頁巖油工業(yè)得到了迅速發(fā)展。美國能源情報署(EIA)2012年發(fā)表的年度能源預(yù)測稱，2012年美國頁巖油日產(chǎn)量將達(dá)72萬桶，相當(dāng)于其國內(nèi)石油日產(chǎn)量的12．5%，2029年，日產(chǎn)量將達(dá)133萬桶，到2035年，美國頁巖油產(chǎn)量將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上翻番［1］。鑒于美國頁巖油勘探開發(fā)取得的成功，本文對美國頁巖油的分布規(guī)律及成藏特點進行分析研究，以期為我國頁巖油的勘探開發(fā)提供借鑒和依據(jù)。

1 美國頁巖油分布規(guī)律

1．1 區(qū)域位置及盆地類型

美國目前多個頁巖區(qū)帶具有頁巖油勘探開發(fā)潛力(圖1)，EIA(2011)公布了4個主要頁巖油區(qū)帶的技術(shù)可采資源量，分別為Monterey/Santos頁巖區(qū)帶154．2 億桶(約 21．1 億 t，按 7．3 桶/噸計算，下同)，Bakken頁巖區(qū)帶35．9億桶(僅美國境內(nèi)，約4．9億 t)，Eagle Ford頁巖區(qū)帶33．5 億桶(約4．6 億t)，Avalon/Bone Spring頁巖區(qū)帶 15．8 億桶(約 2．2億 t)［2］。此外，Barnett Combo、Niobrara、Cana Woodford、Mowry、Heath等頁巖區(qū)帶也具有很大的資源潛力［2-4］。

圖1 美國頁巖油氣分布(據(jù)文獻(xiàn)［2］修改)Fig．1 Map of U．S．shale oil plays(modified from reference［2］)

從區(qū)域位置來看，美國頁巖油區(qū)帶主要分布在5個地區(qū)(表1)，分別為西海岸地區(qū)、落基山地區(qū)、墨西哥灣沿岸地區(qū)、西南地區(qū)和中陸地區(qū);發(fā)育于San Joaquin盆地、Los Angeles盆地、Williston盆地、Denver盆地、Powder River盆地、Big Horn 盆地、Maverick盆地、San Marcos凸起、East Texas盆地、Permian盆地、Fort Worth盆地和Anadarko盆地等。大地構(gòu)造上，美國中部地區(qū)為穩(wěn)定的地盾和克拉通構(gòu)造帶，圍繞該區(qū)域發(fā)育3條大型逆沖褶皺帶(東部阿巴拉契亞逆沖褶皺帶、南部馬拉松—沃希托逆沖褶皺帶和西部科迪勒拉逆沖褶皺帶)。此外，西海岸地區(qū)發(fā)育圣安德烈斯斷裂帶［5］。在這5個構(gòu)造帶上，依次大致發(fā)育了早古生代克拉通盆地群、早古生代前陸盆地群、晚古生代前陸盆地群、中生代前陸盆地群和新生代斷陷盆地群。由此可見，美國頁巖油區(qū)帶主要集中在中西部地區(qū)，盆地類型涵蓋了前陸盆地、克拉通盆地和斷陷盆地。

表1 美國頁巖油分布特點統(tǒng)計Table 1 Statistical list ofU．S．shale oil distribution chatacteristics

1．2 發(fā)育層位及形成演化

美國目前發(fā)現(xiàn)的頁巖油發(fā)育地層主要有上古生界的上泥盆統(tǒng)、密西西比系(下石炭統(tǒng))、二疊系，中生界的白堊系和新生界的中新統(tǒng)，其中以上古生界密西西比系和中生界白堊系居多(表1)。

(1)上古生界頁巖

晚古生代，北美板塊與南美板塊相互碰撞引起馬拉松—沃希托造山運動［6］，在馬拉松—沃希托逆沖褶皺帶形成一系列弧后前陸盆地，Permian盆地、Fort Worth盆地和Anadarko盆地即在此時形成，并在密西西比系和二疊系沉積了多套海相富有機質(zhì)頁巖，主要包括密西西比系的Barnett組和Woodford組頁巖，二疊系的Avalon組和Bone Spring組頁巖。

早古生代形成的克拉通盆地Williston盆地在晚泥盆世—密西西比紀(jì)沉積了一套Bakken組頁巖。Williston盆地的基底為沉降幅度不大的前寒武紀(jì)結(jié)晶巖體，其上的地層從寒武系到第三系均有發(fā)育［7］。寒武紀(jì)到密西西比紀(jì)以淺海碳酸鹽巖沉積為主，中泥盆世—密西西比紀(jì)蒸發(fā)巖和頁巖沉積逐漸增多。在Three Forks組沉積之后，Williston盆地邊緣一帶發(fā)生了重大的隆升和剝蝕作用，隨后相對海平面上升并出現(xiàn)了低能海進，沉積了Bakken組下頁巖段。之后，盆地發(fā)生了較低幅度的抬升，導(dǎo)致相對海平面下降，并沉積了Bakken組中段地層，而后的又一次海進則為該組上段的沉積創(chuàng)造了條件。至賓夕法尼亞紀(jì)(晚石炭世)，Williston盆地開始出現(xiàn)以頁巖、粉砂巖和砂巖為主的碎屑巖沉積，并在中生代和第三紀(jì)時占據(jù)主體。

(2)中生界頁巖

中生代，北美板塊與太平洋板塊碰撞引起科迪勒拉造山運動，在美國中西部地區(qū)，科迪勒拉逆沖褶皺帶東側(cè)的落基山地區(qū)形成一系列前陸盆地，Denver盆地、Powder River盆地、Big Horn盆地即在其中。中生代之前，該地區(qū)經(jīng)歷了前寒武紀(jì)至奧陶紀(jì)的被動大陸邊緣沉積、泥盆紀(jì)的抬升剝蝕和密西西比紀(jì)的淺海沉積，并在賓夕法尼亞紀(jì)和二疊紀(jì)形成原始落基山。進入中生代，該地區(qū)開始接受沉積，在三疊紀(jì)和早侏羅世以陸相沉積為主，中晚侏羅世由于北極的海侵，地層以海相沉積為主。在經(jīng)歷了侏羅紀(jì)末短暫的海退后，該地區(qū)在白堊紀(jì)接受了廣泛的海相沉積，部分地區(qū)為海陸過渡相沉積，Niobrara組和Mowry組頁巖即在此時形成。至白堊紀(jì)末，發(fā)生了拉臘米塊斷運動，形成了現(xiàn)今的盆山格局。

墨西哥灣沿岸的Maverick盆地、San Marcos凸起和East Texas盆地一帶在白堊世沉積了一套Eagle Ford組頁巖。該地區(qū)屬于Gulf of Mexico盆地北部的內(nèi)陸帶。晚古生代，北美板塊與南美板塊—非洲板塊碰撞形成泛古陸，而Gulf of Mexico盆地就是這個泛古陸在中生代開始的解體過程中形成的［7-10］。該盆地在早白堊世持續(xù)穩(wěn)定沉降，盆地北翼的中部和內(nèi)陸帶地區(qū)沉降尤為劇烈，至晚白堊世，穩(wěn)定沉降的格局遭到破壞，產(chǎn)生了范圍很廣的地層間斷，即賽諾曼階的地層不整合。之后的賽諾曼晚期和土侖期發(fā)生了廣泛的海侵，海水侵入內(nèi)陸，直至沃希托和阿巴拉契亞山脈。此次海侵，在德克薩斯中部到佛羅里達(dá)北部地區(qū)沉積了伍德賓/杜斯卡洛薩群陸源碎屑巖，之后在德克薩斯中部和東北部，以及路易斯安那與之相鄰地區(qū)，土侖階Eagle Ford組海相頁巖又覆蓋于伍德賓群之上［10］。白堊紀(jì)末的拉臘米運動使Gulf of Mexico盆地北部物源區(qū)隆起，盆地中心在沉積載荷作用下大規(guī)模沉降，北部內(nèi)陸帶中生界地層形成北西—南東向傾斜的展布特點［7］。

(3)新生界頁巖

美國新生界頁巖包括Monterey組和Santos組頁巖，主要分布在西海岸地區(qū)的San Joaquin盆地和Los Angeles盆地。San Joaquin盆地在晚侏羅世—白堊紀(jì)時為弧前盆地，至古近紀(jì)由于太平洋板塊向北美板塊斜向俯沖，導(dǎo)致陸塊邊緣平移錯斷，圣安德烈斯斷層從盆地西南緣通過，造成盆地西陡東緩的形態(tài)特點［7］。中新統(tǒng)是San Joaquin盆地重要的生油層，該套地層由西向東、由南向北厚度逐漸減薄，沉積相由海相變?yōu)殛懴唷?/p>

Los Angeles盆地為剪切—拉張應(yīng)力作用形成的斷陷盆地，主要受與圣安德烈斯斷裂帶性質(zhì)及走向一致的北西向轉(zhuǎn)換斷裂體系控制［11］。盆地基底為晚侏羅世—早白堊世變質(zhì)巖和侵入巖，其上沉積了上白堊統(tǒng)到更新統(tǒng)的地層。Monterey組頁巖在盆地內(nèi)部廣泛分布，由較厚、多變的海相沉積巖(局部含侵入巖)組成，中東部地區(qū)含粗碎屑比例較大，西部沿海平原地區(qū)則以富有機質(zhì)頁巖、硅藻土和粉砂巖為主，并發(fā)育薄層細(xì)粒砂巖夾層。盆地以新港—英哥塢斷層為界，界線東側(cè)保留有白堊系和古近系地層，界線西側(cè)則為上Monterey組頁巖直接覆蓋在基巖之上。

2 美國頁巖油成藏特點

雖然上述頁巖油區(qū)帶均產(chǎn)出頁巖油，但成藏特點存在差異，各套頁巖油系統(tǒng)之間并非完全相同，因此，本文選取Bakken頁巖油、Eagle Ford頁巖油和Barnett頁巖油3個典型實例，分別從巖性組合特點、有機地化特點、儲集物性特點、巖礦特點、地層壓力及流體特點幾個方面進行頁巖油成藏特點分析，并根據(jù)成藏特點對美國頁巖油進行類型劃分。

2．1 巖性組合特點

Bakken組地層位于上泥盆統(tǒng)Three Forks組之上，下密西西比統(tǒng)Lodgepole組之下，從下至上可以劃分為下Bakken頁巖段、中Bakken混合巖性段和上Bakken頁巖段3個段(表2)。下Bakken頁巖段形成于海平面上升期的遠(yuǎn)端深水海相環(huán)境，由細(xì)粒紋層狀富有機質(zhì)黑色泥巖構(gòu)成，巖相為黑色泥巖相(Mb)，平均厚度4 m［12］。中 Bakken段形成于海平面快速下降期的近岸淺水海相環(huán)境，為多種巖性組成的混合層段，平均厚度13 m［13］，根據(jù)巖相大致分為A、B、C亞段，而B亞段又可分為B1、B2和B3次亞段［12，14］。上 Bakken 段形成環(huán)境與下 Bakken 相似，形成于海平面上升期的遠(yuǎn)端深水海相環(huán)境，由暗灰色—黑褐色—黑色片狀碳質(zhì)頁巖構(gòu)成，含瀝青，不含鈣質(zhì)，巖相為黑色泥巖相(Mb)［12，14］，平均厚度 2 m［13］。由此可見，Bakken組地層形成了上、下黑色泥頁巖夾中間砂巖、粉砂巖的巖性組合模式，有些學(xué)者將其形象地稱為“三明治”組合模式。從鉆井和開發(fā)情況來看，Bakken頁巖油的產(chǎn)層(水平井目的層段)主要集中在Bakken中段巖性為砂巖和粉砂質(zhì)砂巖的B1和B2兩個次亞段。同時，就厚度大小而言，中Bakken段的厚度明顯大于上、下Bakken段厚度，并占總厚度半數(shù)比例以上。

表2 美國頁巖油層段巖性特點對比Tab．2 Comparison of lithologic characteristics of the shale oil reservoirs in America

Eagle Ford組地層位于Buda灰?guī)r(下部)和Austin白堊(上部)地層之間;在East Texas盆地，該組則位于Pepper頁巖/Woodbine群(下部)和Austin群(上部)之間。Fairbanks［15］將 Eagle Ford 組劃分為7個巖相(表2)，巖相特點顯示Eagle Ford組可大致分為2段，下段主要由①、②、③巖相控制的泥巖構(gòu)成，厚度30～45 m，為低能、厭氧的海侵沉積環(huán)境;上段主要由④、⑤、⑥、⑦巖相控制的灰?guī)r構(gòu)成，厚度45～60 m，為相對高能、淺水、高位海退沉積環(huán)境［16］。也有學(xué)者將Eagle Ford的上下兩段均描述為鈣質(zhì)泥巖，主要區(qū)別在于下段鈣質(zhì)含量相對較低且富含有機質(zhì)，上段鈣質(zhì)含量相對較高而有機質(zhì)含量較少［17］。下段分布范圍由Maverick盆地沿北東向延伸至East Texas盆地，上段分布相對局限，主要分布在Maverick盆地和San Marcos凸起。

Barnett頁巖油主要分布在Fort Worth盆地的西部和 東 北 部 地 區(qū)。Lancaster［18］和 Fisher［19］認(rèn) 為Barnett組地層為一般海相陸棚沉積環(huán)境，而Loucks［20］認(rèn)為該組地層為深水斜坡－盆地沉積環(huán)境，并基于詳細(xì)的巖石學(xué)分析識別出3類主要巖相:紋層狀硅質(zhì)泥巖相、紋層狀黏土質(zhì)灰泥巖相和骸晶黏土質(zhì)泥?；?guī)r相。紋層狀硅質(zhì)泥巖相是上、下Barnett段的主要巖相，其主要成分為球狀粉砂和破碎骸晶物質(zhì)，還包括粉砂粒徑碎屑石英、斜長石和鉀長石，鈣質(zhì)和非鈣質(zhì)泥巖均有。紋層狀黏土質(zhì)灰泥巖相是中間Forestburg灰?guī)r的主要巖相，主要成分為方解石和白云石，常見黏土礦物、石英、長石和黃鐵礦，其紋層結(jié)構(gòu)主要由于高黏土含量和低黏土含量的灰?guī)r互層形成。骸晶黏土質(zhì)泥?；?guī)r相出現(xiàn)在上、下Barnett段，其中薄層壓實介殼和磷酸鹽碎屑被薄紋層富有機質(zhì)骸晶硅質(zhì)泥巖所分隔。此外，Loucks［20］還在Barnett組發(fā)現(xiàn)了大型鈣質(zhì)結(jié)核、小型磷酸鹽和黃鐵礦結(jié)核、磷酸鹽—黃鐵礦硬灰?guī)r層。

2．2 有機地化特點

下Bakken頁巖段有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為8%，在北達(dá)科他州坳陷內(nèi)最大值達(dá)到20%;上Bakken頁巖段平均值為10%，在Regina-Melville地臺區(qū)最大值達(dá)到35%，中Bakken段平均值小于1%，最大值極少超過7%［21］。可見上、下Bakken段為主要生油巖，中Bakken為非生油巖。Bakken組干酪根類型多為Ⅱ型，成熟度為0．6% ～1．0%，埋深2 000～3 400 m，熱演化程度適中，處于有利于生油的階段［22］。80～100 Ma前Bakken組達(dá)到成熟生烴階段，30 Ma前進入生油高峰期，至今仍處于生油高峰期［23］。實驗數(shù)據(jù)分析表明，有機質(zhì)成熟度和生烴潛力與埋深之間具有較好的相關(guān)性［24］。一般認(rèn)為現(xiàn)今地層溫度大于100℃的地區(qū)有機質(zhì)達(dá)到熱成熟，對應(yīng)的地層埋深大于2 576 m［22］。

Eagle Ford組有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為3．7% ～4．5%，生烴潛力約為 414 mg/g［25］，其中下Eagle Ford泥頁巖段有機碳含量較高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4．0% ～7．0%，而上Eagle Ford灰?guī)r段相對較低，為2．0% ～ 5．0%［26］。有機質(zhì)類型以Ⅱ型為主［27-28］。Eagle Ford組地層具有沿北西—南東向埋深逐漸增大特點，熱演化程度也隨之增高，從而形成依次發(fā)育油—凝析油/濕氣—干氣的油氣分布序列。含油氣區(qū)有機質(zhì)成熟度主要為1．0% ～1．7%，油氣成熟起始埋深約2 287 m［29］，其中石油富集在埋深2 439 m上下的地層內(nèi)，凝析油富集在埋深3 049 m上下的地層內(nèi)，干氣富集在埋深4 268 m上下的地層內(nèi)［30］。

Fort Worth盆地西部和東北部產(chǎn)油區(qū)的Barnett頁巖有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% ～8%，高于盆地中北部產(chǎn)氣區(qū)的 3．16% ～ 3．26%［31］、3．3% ～ 4．5%［32］、2．4% ～5．1%［33］，而低于 Llano 隆起附近未成熟頁巖露頭的11% ～13%［34］。有機碳含量在區(qū)域上的變化反映了不同熱成熟度下有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的程度。Jarvie［33］認(rèn)為有機質(zhì)從未成熟到過成熟的過程中有機碳含量將減少36% ～50%。Montgomery［32］通過對有機地化數(shù)據(jù)計算，認(rèn)為盆地南部的原始有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，盆地中部為5% ～12%。有機質(zhì)類型以易生油的Ⅱ型為主［35］，生烴潛力350～475 mg/g［33-36］。盆地西南部 Brown 縣 Ro約為0．60%，東北部 Clay、Montague和 Cooke縣 Ro約為0．85%，均已進入生油窗［37］。頁巖油大致分布在Ro等值線為0．90%的區(qū)帶附近，沿Bend凸起西部一直延伸至盆地北部邊緣地區(qū)［35］。

2．3 儲集物性特點

Bakken組早期鉆井的目的層段一般為上、下頁巖段，鉆探的成功主要取決于垂直井眼與天然裂縫系統(tǒng)溝通，并且在導(dǎo)入鉆井液過程中沒有對井眼造成損傷，但是頁巖本身對水反應(yīng)較為強烈，遇水膨脹，這將封堵產(chǎn)油裂縫系統(tǒng)，因此，頁巖層段產(chǎn)油效果不佳。目前，水平鉆井的目的層段一般為中Bakken的砂巖和粉砂巖層段。常規(guī)巖心測試顯示，中Bakken段的孔隙度分布范圍在1% ～16%之間，平均為5%，各巖相間區(qū)別不大［38］。中Bakken段砂巖的滲透率范圍(0～20)×10－3μm2，平均值0．04×10－3μm2，為典型低滲儲層［39］。滲透率與埋深關(guān)系密切，隨著深度的增加，砂巖滲透率減小的范圍為(0．01 ～ 0．06)× 10－3μm2。巖心分析揭示中Bakken段滲透率大于0．01×10－3μm2的儲集巖一般具有開口的天然裂縫系統(tǒng)。毗鄰未成熟、貧有機質(zhì)頁巖的砂巖和粉砂巖一般缺少裂縫，滲透率較低，與之相反，毗鄰成熟、富有機質(zhì)的儲集巖裂縫密度很高，并含有大量的殘余油。中Bakken段最高的滲透率就存在于裂縫非常發(fā)育且富含殘余油的砂巖和粉砂巖中。

Eagle Ford組產(chǎn)油區(qū)鉆井的核磁共振分析顯示，該地區(qū)Eagle Ford組頁巖的孔隙度在5% ～14%，平均為10%，滲透率(0．000 001 ～0．000 8)×10－3μm2，且上Eagle Ford段較下段具有更大的自由流體孔隙度。巖心顯示Eagle Ford頁巖發(fā)育大量順層理微裂縫，偶見垂向和壓力釋放型裂縫［40］。

Fort Worth盆地東北部Cooke縣頁巖油直井巖心的氬離子拋光掃描電鏡分析顯示，基質(zhì)孔隙度在2% ～3%，孔喉半徑4 000～7 000 nm，比核心產(chǎn)氣區(qū)頁巖的喉道半徑大100倍左右，而向西至Montague縣西部，生油窗內(nèi)頁巖的孔喉半徑則與核心產(chǎn)氣區(qū)頁巖大致相當(dāng)，為4～50 nm［37］。公開出版的文獻(xiàn)報道滲透率數(shù)據(jù)范圍較廣，Jarvie等［41］認(rèn)為在(0．02 ～ 0．10)×10－3μm2，Montgomery 等［32］認(rèn)為小于0．01 × 10－3μm2，Ketter等［42］認(rèn)為(0．000 5 ～0．000 07)×10－3μm2。Barnett頁巖中微裂縫非常發(fā)育，但很少見開口裂縫，主要是由于這些裂縫均被方解石膠結(jié)物充填。這些微裂縫對巖石滲透性的貢獻(xiàn)很小，但在人工改造條件下卻很容易被壓開，形成網(wǎng)絡(luò)裂縫系統(tǒng)，因此，Barnett頁巖常被評價為“可造縫型頁巖”，而不是“裂縫型頁巖”。

2．4 巖礦特點

Bakken組上、中、下3個段的石英礦物含量均很高，體積分?jǐn)?shù)在40% ～50%［43］。其他礦物在不同段含量有所不同，中Bakken段除石英外，其他礦物主要有白云石、鉀長石、方解石、斜長石、伊利石/云母和黃鐵礦等，下Bakken段其他礦物主要有鉀長石、伊利石/云母、伊利石/蒙脫石、黃鐵礦和斜長石等，上Bakken段其他礦物主要有伊利石/云母、伊利石/蒙脫石、黃鐵礦、斜長石、白云石、鐵白云石和綠泥石等。脆性礦物的大量存在使Bakken組具有很好的可壓裂性。

高碳酸鹽含量是Eagle Ford組的最大特點，其體積分?jǐn)?shù)平均達(dá)到64%［15，28］。上部灰?guī)r段碳酸鹽體積分?jǐn)?shù)一般在70%以上，下部富有機質(zhì)泥巖段也在32% ～62%。Eagle Ford組石英含量不高，且下段明顯高于上段。該地區(qū)礦物含量在平面上具有由西向東石英含量逐漸降低、碳酸鹽和泥土含量逐漸升高的特點，主要是由于晚白堊世時期，西部地區(qū)沉降幅度大于東部地區(qū)，并有更多的陸源碎屑沉積［44］。石英含量不高使得Eagle Ford組具有較低的脆性，巖石較軟，地層應(yīng)力的各向異性較強，多形成順層理發(fā)育的微裂縫，而不是硬度較大巖石所形成的復(fù)合裂縫［30］。雖然碳酸鹽脆性較低，但分布范圍大、沉積環(huán)境穩(wěn)定的發(fā)育特點還是使Eagle Ford組成為有利的壓裂改造目的層段。產(chǎn)油區(qū)鉆井完井多使用交錯連接聚合物，而不能使用滑溜水，在壓裂過程中需要添加大量粒徑較大的支撐劑來提供足夠的輸導(dǎo)性。

Barnett頁巖為高硅質(zhì)礦物含量頁巖，其石英體積分?jǐn)?shù)達(dá)到35% ～50%，黏土礦物含量一般小于35%［35］。硅質(zhì)礦物主要來源于生物硅［37］，具有分布穩(wěn)定性。

2．5 地層壓力及流體特點

Bakken組地層位于2套致密地層之間，上覆Lodgepole組灰?guī)r厚度達(dá)到273 m，下伏Three Forks組地層厚度達(dá)到76 m［22］。隨著Williston盆地的沉降，這些塊狀的致密巖層在Bakken組地層周圍形成蓋層。增高的溫度和壓力將頁巖中的干酪根轉(zhuǎn)化成油氣，在沒有通道溝通和高滲透性地層毗鄰的情況下，Bakken組內(nèi)的油氣無法逃逸，頁巖中的流體壓力持續(xù)升高，壓力系數(shù)一般在 1．35 ～1．58［23］，從而在頁巖層段及中間的混合巖性段內(nèi)形成大量裂縫。在熱成熟地區(qū)，Bakken組具有超壓，往往親油，當(dāng)原油密度在0．820 3 g/m3(41°API)左右，且主要富集于天然裂縫中時，該地區(qū)的原油生產(chǎn)一般具有較高的產(chǎn)量［22］。北達(dá)科他州Bakken頁巖油大多數(shù)都為密度小于0．820 3 g/m3(41°API)的輕質(zhì)原油。

位于Buda灰?guī)r和Austin白堊地層之間的Eagle Ford組同樣具有超壓特點，壓力系數(shù) 1．35～1．80［23］。3 200 m 埋深下原油密度為 0．817 9 g/m3(41．5°API)，為輕質(zhì)原油［45］。

Fort Worth盆地西南部頁巖油井在Ro為0．6%的Barnett頁巖中一般產(chǎn)出0．844 8 g/m3(36°API)的原油［37］，該地區(qū) Brown 縣 Ro為 0．6% ～0．7% 的Barnett頁巖可以產(chǎn)出 0．834 8 g/m3(38°API)的原油［36］。Barnett頁巖的壓力系統(tǒng)一般為 0．99 ～1．27，屬于常壓—輕微超壓系統(tǒng)［35］。

2．6 頁巖油類型

成藏特點分析可見，美國頁巖油文獻(xiàn)中所描述的“頁巖油”為廣義“頁巖油”，既包括富集在富有機質(zhì)泥頁巖(生油巖)本身的石油，也包括富集在毗鄰生油巖的夾層或互層中的石油，但這些夾層或互層必須與生油巖緊密接觸，其中的原油僅有短距離二次運移而無三次運移，且也應(yīng)與泥頁巖中的頁巖油一樣，具儲層致密、有無邊(底)水、連續(xù)分布等非常規(guī)油氣特點。因此，根據(jù)巖性組合特點可將頁巖油大致分為2類，一類為純頁巖型頁巖油，另一類為混層型頁巖油(表3)。

純頁巖型頁巖油指產(chǎn)油層主要是泥頁巖本身的頁巖油。該類頁巖油按照頁巖性質(zhì)又可劃分為致密型和裂縫型。致密型頁巖可以是裂縫不發(fā)育的頁巖，也可以是裂縫發(fā)育但后期被膠結(jié)物充填而無開口裂縫的頁巖(如Barnett頁巖)，儲集空間主要為基質(zhì)孔隙。裂縫型頁巖則裂縫較為發(fā)育，后期膠結(jié)作用較弱，仍存在開口裂縫的頁巖，儲集空間包括基質(zhì)孔隙和裂縫，如Monterey頁巖。純頁巖型頁巖油的頁巖一般具有厚度大、脆性礦物含量高的特點，便于水平井的鉆探及人工壓裂。

混層型頁巖油指產(chǎn)油層主要為毗鄰生油巖的夾層或互層的頁巖油。該類頁巖油的頁巖有機質(zhì)豐度高、已有大量烴類生成，但一般厚度較小、脆性礦物含量較低，水平井鉆探和人工壓裂效果較差。但當(dāng)有厚度大、脆性礦物含量高的夾層或互層與之相毗鄰時，烴類則可以短距離運移至其中，此時這些夾層或互層就成為鉆探開發(fā)的目的層段。根據(jù)夾層或互層的不同巖性，混層型頁巖油還可劃分為砂巖混層型(Bakken)、粉砂巖混層型(Bakken)、碳酸鹽巖混層型(Eagle Ford、Niobrara)等多種類型。

表3 美國頁巖油類型Tab．3 U．S．shale oil types

3 我國頁巖油前景

我國自20世紀(jì)60年代以來，相繼在遼河坳陷、濟陽坳陷、臨清坳陷、潛江凹陷、泌陽凹陷、鹽城凹陷等東部斷陷油氣勘探開發(fā)過程中，發(fā)現(xiàn)陸相層系泥頁巖段較為豐富的油氣顯示［46-47］。濟陽坳陷河54井、羅42井等鉆井在泥頁巖層段獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，但由于受當(dāng)時傳統(tǒng)油氣成藏理論及工程工藝技術(shù)的束縛，頁巖油的勘探開發(fā)未能引起重視。2007年后，受北美頁巖油氣勘探開發(fā)獲得巨大成功的影響，國內(nèi)石油公司重新意識到頁巖油勘探的巨大潛力，并鉆探了安深1井、泌頁HF－1井、濮深18－1井、文古4井、曙古165井、渤頁HF－1井等，取得良好的效果。與美國頁巖油主要分布于上古生界密西西比系和中生界白堊系海相頁巖不同，我國頁巖油主要分布在中生界和新生界陸相頁巖中，在巖性組合、有機地化、儲集物性、巖礦、地層壓力及流體特點等方面具有個體的特殊性和組合的多樣性［48-51］。但總體看來，鄂爾多斯盆地三疊系、四川盆地中—下侏羅統(tǒng)、松遼盆地白堊系、海灣盆地古近系、江漢盆地古近系、南襄盆地古近系和準(zhǔn)噶爾盆地二疊系等領(lǐng)域具備頁巖油形成與富集的條件且資源規(guī)模較大，為我國頁巖油勘探的主要前景領(lǐng)域。

4 結(jié)論

(1)美國頁巖油區(qū)帶主要分布在西海岸地區(qū)、落基山地區(qū)、墨西哥灣沿岸地區(qū)、西南地區(qū)和中陸地區(qū)，盆地類型涵蓋了前陸盆地、克拉通盆地和斷陷盆地，發(fā)育地層主要有上古生界的上泥盆統(tǒng)、密西西比系、二疊系，中生界的白堊系和新生界的中新統(tǒng)，其中以上古生界密西西比系和中生界白堊系居多。

(2)美國頁巖油分純頁巖型頁巖油和混層型頁巖油2種類型，具有巖性組合多樣、有機質(zhì)豐度高、有機質(zhì)類型好、熱演化程度適中、儲層致密、脆性礦物含量高或碳酸鹽巖含量高、地層壓力高和油質(zhì)輕等特點。

(3)我國中生界和新生界陸相頁巖層系具有頁巖油形成的基礎(chǔ)條件，鄂爾多斯盆地三疊系、四川盆地中—下侏羅統(tǒng)、松遼盆地白堊系、海灣盆地古近系、江漢盆地古近系、南襄盆地古近系和準(zhǔn)噶爾盆地二疊系等層系為我國頁巖油勘探的主要前景領(lǐng)域。

［1］ 國家能源局．美國對頁巖油產(chǎn)量做出年度預(yù)測［EB/OL］．http://www．nea．gov．cn/2012-07/18/c_13172207 9．htm，2012．

［2］ U S Energy Information Administration．Review of Emer-ging Resources:U．S．Shale Gas and Shale Oil Plays［EB/OL］．http://www．eia．gov/analysis/studies/usshalegas/pdf/usshaleplays．pdf，2011．

［3］ 林森虎，鄒才能，袁選俊，等．美國致密油開發(fā)現(xiàn)狀及啟示［J］．巖性油氣藏，2011，23(4):25-30．LIN Sen-hu，ZOU Cai-neng，YUAN Xuan-jun，et al．Status quo of tight oil exploitation in the United States and its implication［J］．Lithologic Reservoirs，2011，23(4):25-30．

［4］ 景東升，丁鋒．袁際華．美國致密油勘探開發(fā)現(xiàn)狀、經(jīng)驗及啟示［J］．國土資源情報，2012(1):18-19．JING Dong-sheng，DING Feng，YUAN Ji-hua．Status，experience，and inspiration of U．S．tight oil exploration and development［J］．Land Resources Information，2012(1):18-19．

［5］ 聶海寬，張金川．頁巖氣藏分布地質(zhì)規(guī)律與特征［J］．中南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2010，41(2):700-708．NIE Hai-kuan，ZHANG Jin-chuan．Shale gas reservoir distribution geological law，characteristics and suggestions［J］．Journal of Central South University:Science and Technology，2010，41(2):700-708．

［6］ Montgomery S L，Jarvie D M，Bowker K A，et al．Mississippian Barnett Shale，F(xiàn)ort Worth basin，north-central Texas:Gas-shale play with multi-trillion cubic foot potential［J］．AAPG Bulletin，2005，89(2):155-175．

［7］ 胡文海，陳冬晴．美國油氣田分布規(guī)律和勘探經(jīng)驗［M］．北京:石油工業(yè)出版社，1995:73-83．

［8］ Walper J L．Plate tectonics and the origin of the Caribbean Sea and the Gulf of Mexico［J］．Transactions-GCAGS，1972，22:105-106．

［9］ Salvador A．Late Triassic－ Jurassic paleogeography and Origin of Gulf of Mexico Basin［J］．AAPG Bulletin，1987，71(4):419-451．

［10］孫萍，王文娟．持續(xù)沉降是墨西哥灣油氣區(qū)優(yōu)質(zhì)烴源巖形成的重要條件［J］．海洋地質(zhì)動態(tài)，2010，26(3):22-27．SUN Ping，WANG Wen-juan．Continuous sedimentation:the important formation condition for high quality hydrocarbon source rocks in large oil and gas fields of Gulf of Mexico basin［J］．Marine Geology Letter，2010，26(3):22-27．

［11］U S Geological Survey．Basin-Centered Gas Systems of the U．S．［M］．［s．l．］:2011:141-147．

［12］Smith M G，Bustin R M．Lithofacies and paleoenvironments of the Upper Devonian and Lower Mississippian Bakken Formation，Williston Basin［J］．Bulletin of Canadian Petroleum Geology，1996，44(3):495-507．

［13］Smith M G，Bustin R M．Late Devonian and Early Mississippian Bakken and Exshaw black shale source rocks，Western Canada Sedimentary Basin:a sequence stratigraphic interpretation［J］．American Association of Petroleum Geologists Bulletin，2000，84:940-960．

［14］Christopher J E．Transitional Devonian-Mississippian Formations of Southern Saskatchewan:Regina，Saskatchewan［R］．Saskatchewan:Saskatchewan Mineral Resources，1961．

［15］Fairbanks M D，Ruppel S C．High Resolution Stratigraphy and Facies Architecture of the Upper Cretaceous(Cenomanian-turonian)Eagle Ford Formation，Central Texas［R］．Texas:American Association of Petroleum Geologists Annual Convention and Exhibition，2012．

［16］Liro L M，Dawson W C，Katz B J，et al．Sequence stratigraphic elements and geochemi-cal variability within a“condensed section”:Eagle Ford Group，east-central Texas［J］．Gulf Coast Association of Geo-logical Societies Transactions，1994，44:393-402．

［17］Hentz T F，Ruppel S C．Regional Stratigraphic and Rock Characteristics of Eagle Ford Shale in Its Play Area:Maverick Basin to East Texas Basin［R］．Texas:American Association of Petroleum Geologists Annual Convention and Exhibition，2011．

［18］Lancaster D E，McKetta S，Lowry P H．Research findings help characterize Fort Worth Basin’s Barnett Shale［J］．Oil＆ Gas Journal，1993，91(10):59-64．

［19］Fisher M K，Wright C A，Davidson B M，et al．Integrating fracture-mapping technologies to improve stimulations in the Barnett Shale［J］．Society of Petroleum Engineers，2005，20(2):85-93．

［20］ Loucks R G，Ruppel S C．Mississippian Barnett Shale:lithofacies and depositional setting of a deep-water shalegas succession in the Fort Worth Basin，Texas［J］．American Association Petroleum Geologists Bulletin，2007，91:579-601．

［21］Smith M G，Bustin R M．Production and preservation of organic matter during deposition of the Bakken Formation(Late Devonian and Early Mississippian)，Williston Basin［J］．Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology，1998，142:185-200．

［22］Grape S G．Technology-Based Oil and Natural Gas Plays:Shale Shock!Could There Be Billions in the Bakken?［R］．Washington:Energy Information Administration，2006．

［23］龐正煉，鄒才能，陶士振，等．中國致密油形成分布與資源潛力評價［J］．中國工程科學(xué)，2012，14(7):60-67．PANG Zheng-lian，ZOU Cai-neng，TAO Shi-zhen，et al．Formation，distribution and resource evaluation of tight oil in China［J］．China Engineer Science，2012，14(7):60-67．

［24］LeFever J A．Bakken Formation Map Series，Geological Investigations［R］．North Dakota:North Dakota Geological Survey，2008．

［25］Grabowski G J．Organic-rich Chalks and Calcareous Mudstones of the Upper Cretaceous Austin Chalk and Eagle Ford Formation，South-central Texas［R］．Berlin:Springer-Verlag，1995．

［26］ Treadgold G，Campbell B，McLain B，et al．Eagle Ford shale prospecting with 3D seismic data within a tectonic and depositional system framework［J］．The Leading Edge，2011，30(5):48-53．

［27］Robison C R．Hydrocarbon source rock variability within the Austin Chalk and Eagle Ford Shale(Upper Cretaceous)，East Texas，USA［J］．International Journal of Coal Geology，1997，34(3/4):287-305．

［28］Slatt R M，O＇Brien N R，Romero A M，et al．Eagle Ford Condensed Section and Its Oil and Gas Storage and Flow Potential［R］．California:American Association of Petroleum Geologists Annual Convention and Exhibition，2012．

［29］Noble R A，Kaldi J G，Atkinson C D．Oil saturation in shales-applications in seal evaluation［J］．American Association of Petroleum Geologists Memoir，1997，67:13-29．

［30］Chaudhary A S．Shale Oil Production Performance from a Stimulated Reservoir Volume［D］．Texas:Texas A ＆ M U-niversity，2011．

［31］Jarvie D．Evaluation of hydrocarbon generation and storage in the Barnett shale，F(xiàn)ort Worth Basin，Texas［EB/OL］．http://www．humble-inc．com/Humble% 20Barnett%20Shale%20presentation%20for%20BEG-PTTC．pdf，2004．

［32］Montgomery S L，Jarvie D M，Bowker K A，et al．Mississippian Barnett Shale，F(xiàn)ort Worth Basin，north-central Texas:Gas-shale play with multi-trillion cubic foot potential［J］．AAPG Bulletin，2005，89(2):155-175．

［33］Jarvie D M，Hill R J，Ruble T E，et al．Unconventional shale-gas systems:the Mississippian Barnett Shale of north-central Texas as one model for thermogenic shale-gas assessment［J］．American Association Petroleum Geologists Bulletin，2007，91:475-499．

［34］Hayden J，Pursell D．The Barnett Shale，visitors guide to the hottest gas play in the U．S．［EB/OL］．Pickering Energy Partners，Inc，http://www．tudorpickering．com/pdfs/TheBarnettShaleReport．pdf，2005．

［35］Bruner K R，Smosna R．A Comparative Study of the Mississippian Barnett Shale，F(xiàn)ort Worth Basin，and Devonian Marcellus Shale，Appalachian Basin［R］．Albany:U S Department of Energy，2011．

［36］Pollastro R M，Hill R J，Jarvie D M，et al．Assessing undiscovered resources of the Barnett-Paleozoic total petroleum system，Bend Arch-Fort Worth basin province，Texas［EB/OL］．http://www．searchanddiscovery．net/documents/pollastro/images/article．pdf，2003．

［37］Jarvie D M．Shale Resource Systems for Oil and Gas:Part 2:Shale-oil Resource Systems［R］．Texas:American Association of Petroleum Geologists Memoir 97，2012．

［38］Pitman J K，Price L C，LeFever J A．Diagenesis and Fracture Development in the Bakken Formation，Williston Basin:Implications for Reservoir Quality in the Middle Member［R］．Denver:USA Department of the Interior and U S Geological Survey，2001．

［39］Ropertz B．Wege Der Pimare Migration:Eine Untersuchung uner Porennetze，Klufte und Kerogennetzewerke als Leitbahnen fur den Kohlenwasserstoff-Transport［D］．Berlin:Rheinisch-Westfaelische Technische Hochschule Aachen，1994．

［40］Mullen J．Petrophysical Characterization of the Eagle Ford Shale in South Texas［R］．Calgary，Alberta:Canadian Unconventional Resources＆International Petroleum Conference，2010．

［41］Jarvie D M，Hill R J，Pollastro R M，et al．Evaluation of Hydrocarbon Generation and Storage in the Barnett Shale，F(xiàn)ort Worth Basin，in Barnett Shale and Other Fort Worth Basin Plays［R］．Texas:Ellison Miles Geotechnical Institute，2004．

［42］Ketter A A，Heinze J R，Daniels J L，et al．A field study in optimizing completion strategies for fracture initiation in Barnett Shale horizontal wells［J］．Society Petroleum Engineers Production ＆ Operations，2008，23(3):373-378．

［43］Sonnenberg S A，Jin H，Sarg J F．Bakken Mudrocks of the Williston Basin，World Class Source Rocks［R］．Houston，Texas:American Association of Petroleum Geologists Annual Convention and Exhibition，2011．

［44］Condon S M，Dyman T S．2003 Geologic Assessment of Undiscovered Conventional Oil and Gas Resources in the Upper Cretaceous Navarro and Taylor Groups，Western Gulf Province，Texas U S［R］．Virginia:U S Geological Survey，2006．

［45］ EOG Resources．SouthTexas Eagle Ford［EB/OL］．http://www． tidalpetroleum． com/downloads/EOG2011．pdf，2011．

［46］張金川，林臘梅，李玉喜，等．頁巖油分類與評價［J］．地學(xué)前緣，2012，19(5):322-331．ZHANG Jin-chuan，LIN La-mei，LI Yu-xi，et al．Classification and evaluation of shale oil［J］．Earth Science Frontiers，2012，19(5):322-331．

［47］賈承造，鄒才能，李建忠，等．中國致密油評價標(biāo)準(zhǔn)、主要類型、基本特征及資源前景［J］．石油學(xué)報，2012，33(3):343-350．JIA Cheng-zao，ZOU Cai-neng，LI Jian-zhong，et al．Assessment criteria，main types，basic features and resource prospects of the tight oil in China［J］．Acta Petrolei Sinica，2012，33(3):343-350．

［48］聶海寬，何發(fā)岐，包書景．中國頁巖氣地質(zhì)特殊性及其勘探對策［J］．天然氣工業(yè)，2011，31(11):1-6．NIE Hai-kuan，HE Fa-qi，BAO Shu-jing．Peculiar geological characteristics of shale gas in China and its exploration countermeasures［J］．Natural Gas Industry，2011，31(11):1-6．

［49］白玉彬，趙靖舟，方朝強，等．優(yōu)質(zhì)烴源巖對鄂爾多斯盆地延長組石油聚集的控制作用［J］．西安石油大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2012，27(2):1-5．BAI Yu-bin，ZHAO Jing-zhou，F(xiàn)ANG Chao-qiang，et al．Control effect of high-quality source rocks on petroleum accumulation in Yanchang Formation，Ordos Basin［J］．Journal of Xi＇an Shiyou University:Natural Science Edition，2012，27(2):1-5．

［50］邊瑞康，張培先，鄧飛涌，等．遼河坳陷東部凹陷沙三段根緣氣成藏條件與分布預(yù)測［J］．中南大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2012，43(5):1830-1836．BIAN Rui-kang，ZHANG Pei-xian，DENG Fei-yong，et al．Accumulation condition analysis and distribution prediction of source contacting gas in third member of Shahejie Formation，eastern sag of Liaohe depression［J］．Journal of Central South University:Science and Technology，2012，43(5):1830-1836．

［51］邊瑞康，張金川．頁巖氣成藏動力特點及其平衡方程［J］．地學(xué)前緣，2013，20(3):254-259．BIAN Rui-kang，ZHANG Jin-chuan．Accumulation dynamic characteristics and the dynamic equations of shale gas［J］．Earth Science Frontiers，2013，20(3):254-259．