馬 帥

（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北武漢 430100）

頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附狀態(tài)為主要存在方式的天然氣聚集[1，2]。從能源安全和需求的角度而言，我國天然氣產(chǎn)量仍然不能自給自足，存在巨大的缺口，對外依存度比較高，并且逐年增加。據(jù)有關(guān)資料顯示，我國的頁巖氣勘探潛力巨大，目前總體處于勘探早-中期階段，頁巖氣市場具備十分廣闊的潛力。因此，加強(qiáng)頁巖氣的研究，對發(fā)現(xiàn)新的頁巖氣資源、提升國家能源自給率以及確保國家能源安全都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 頁巖氣聚集機(jī)理

在經(jīng)過長時間的靜水還原性沉積之后，頁巖就會連續(xù)生成生物型的天然氣，在此過程中，也會形成頁巖氣，并且頁巖氣的形成不要求特殊的構(gòu)造條件，聚集過程中幾乎沒有運(yùn)移距離，一般在頁巖層內(nèi)就近便會聚集起來，表現(xiàn)為典型的“原地”聚集模式，具有“早期成藏”、“隱蔽性”、“源儲一體”的特點(diǎn)。頁巖氣聚集是復(fù)雜的多機(jī)理遞變過程，在剛開始階段，有機(jī)質(zhì)和巖石顆粒表面吸附的主要為生物型天然氣，當(dāng)天然氣的吸附量和溶解量達(dá)到一定的飽和度時，剩余的天然氣就會逃散（圖1）。這個階段形成的頁巖氣主要以吸附狀態(tài)存儲在頁巖內(nèi)部，總體含氣量有限。然后經(jīng)過一段時間的演化之后，頁巖中的有機(jī)質(zhì)就會進(jìn)入成熟階段，這個階段天然氣主要是由于干酪根的降解和各種大分子烴類的裂解作用而形成的，生成的大量天然氣使地層產(chǎn)生了異常的高壓區(qū)。在高壓的作用下，頁巖內(nèi)部就會產(chǎn)生裂縫，使得大量天然氣聚集在裂縫中，最終形成了游離態(tài)為主、吸附態(tài)和溶解態(tài)為輔的頁巖氣。從某種程度上而言，頁巖氣的聚集本質(zhì)上是天然氣在頁巖中大規(guī)模滯留的結(jié)果[3-4]。

圖1 頁巖氣聚集機(jī)理示意圖

2 頁巖氣地質(zhì)特征

頁巖氣的地質(zhì)特征主要有5點(diǎn)：賦存狀態(tài)、儲層特點(diǎn)、地化特征、成因類型、保存條件等。首先，大部分的頁巖氣在頁巖中都是以吸附態(tài)存在，其他則是以游離態(tài)、溶解態(tài)存在。頁巖氣的富集程度與儲層的孔滲條件和裂縫發(fā)育程度關(guān)系較大，孔滲條件較好、裂縫越發(fā)育，則頁巖氣的品質(zhì)和資源量越好。其次，在頁巖氣儲層中，絕大多數(shù)黏土礦物都已經(jīng)轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定性的礦物，并且處于晚成巖時期，地層的厚度一般需要大于30m。頁巖儲層中的Toc含量較高，一般大于l%，而且有機(jī)質(zhì)豐度比較高，不同類型的有機(jī)質(zhì)在整個演化過程中都會生成頁巖氣。另外，頁巖氣的成因類型有3種：熱成因、生物化學(xué)成因以及二者的混合成因。最后，具有商業(yè)價值的頁巖氣藏對于保存條件有一定的要求。

3 頁巖氣演化特征

頁巖氣的形成對于頁巖的種類沒有十分特殊的要求，在條件允許的情況下，只要是富含有機(jī)質(zhì)的頁巖就有機(jī)會生成頁巖氣，但是不同種類的頁巖生成頁巖氣的演化過程中具有不一樣的特征，按照有機(jī)質(zhì)來劃分，頁巖主要分為3種：腐泥型、混合型、腐殖型。前兩種頁巖在沉積之后埋藏的深度會日益加大，在深度達(dá)到一定的數(shù)值之前，頁巖在這一過程中生成了大量的以生物甲烷為主的烴類產(chǎn)物，這時頁巖的生油潛力非常大。在深度達(dá)到門限深度之后，頁巖中的大量有機(jī)質(zhì)-干酪根便逐漸降解生成原油并且排出。隨著埋藏深度的進(jìn)一步加大，干酪根和之前生成的原油發(fā)生熱裂解反應(yīng)，生成輕質(zhì)油和裂解氣[3，4]。最后，頁巖的生油潛力逐漸枯竭，但是干酪根和之前生成的原油仍然會發(fā)生熱裂解反應(yīng)，生成高溫甲烷。第三種頁巖以生氣為主，與前兩種頁巖的最大的區(qū)別在于沒有生油帶，在頁巖氣演化過程中沒有油產(chǎn)生，而其他演化特征基本相同。

4 頁巖氣主控因素

頁巖的物質(zhì)組成和類型主要由沉積環(huán)境決定，而頁巖的熱演化程度和分布情況主要由構(gòu)造條件決定。一般情況下，很多因素都會控制頁巖氣的聚集，主要為有機(jī)質(zhì)成熟度、有機(jī)質(zhì)豐度以及裂縫。天然氣的生成方式主要由有機(jī)質(zhì)的成熟度決定，而且頁巖成熟度越高，氣體的生成速度越快，其含氣量越大。頁巖成熟度較低，頁巖中生成的天然氣會溶解在原油中，而基本不會產(chǎn)出頁巖氣。其次，有機(jī)碳含量也是控制頁巖氣聚集的主要因素，不但可以控制頁巖的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，而且在一定程度上也可以控制其裂縫發(fā)育情況，更為關(guān)鍵的是可以控制其含氣量的大小，有機(jī)碳含量越高，頁巖的含氣量越大，它們之間呈正相關(guān)。一般而言，頁巖氣含量多的頁巖中，裂縫都比較發(fā)育，而且其品質(zhì)也較好。但是，對于頁巖氣的成藏，裂縫發(fā)育是一把雙刃劍：頁巖中微裂縫比較發(fā)育，并且和大型斷裂相互連通，會破壞頁巖氣的保存，而且裂縫規(guī)模過大，甚至?xí)固烊粴馍⑹В豁搸r中微裂縫發(fā)育，不僅能為頁巖氣成藏提供一定的儲集空間，也可以為頁巖氣的運(yùn)移、開采提供通道[3-4]。

5 頁巖氣分布規(guī)律

頁巖氣的分布同樣由很多因素所決定，例如賦存條件、沉積條件、有機(jī)質(zhì)成熟度、埋藏深度等，使得頁巖氣分布具有一定的隱蔽性，導(dǎo)致頁巖氣的勘探開發(fā)難度較大。想要形成具有商業(yè)價值的頁巖氣，就必須具有豐富的氣源條件，而通常富含有機(jī)質(zhì)的黑色泥頁巖是最好的氣源條件，這種黑色泥頁巖都是在條件比較好的還原環(huán)境中形成的。與此同時，頁巖氣的富集也需要非常大的儲集空間，這種空間其實(shí)就是厚度較大的地層（＞30m），而且從天然氣的生成條件而言，不僅需要厭氧環(huán)境，而且需要高溫條件，因此，頁巖氣的富集有利區(qū)是沉積的中心區(qū)域[4-5]。一般而言，具有商業(yè)價值的頁巖氣儲層都是在一定規(guī)模的裂縫發(fā)育帶中發(fā)現(xiàn)的，除了頁巖自生的裂縫之外，構(gòu)造裂縫也可以給頁巖氣的聚集提供一定的條件。因此，頁巖氣的聚集場所還有地應(yīng)力集中帶、構(gòu)造轉(zhuǎn)折帶以及褶皺等[4-5]。

6 結(jié)論

與常規(guī)油氣資源相比，我國的頁巖氣資源量潛力巨大，并且具有十分良好的勘探開發(fā)前景。經(jīng)過近些年的發(fā)展，頁巖氣的儲層研究取得一定的成果，但是對于頁巖氣成藏規(guī)律方面的研究，目前仍然不夠成熟，處于探索階段。因此，必須開展頁巖氣成藏和規(guī)律方面的分析與研究，對比和總結(jié)不同地區(qū)頁巖氣儲層的規(guī)律，從而對頁巖氣的勘探開發(fā)進(jìn)行有效指導(dǎo)。