页岩气成藏条件分析_以美国页岩气盆地为例
探讨页岩气成藏的地质条件
探讨页岩气成藏的地质条件【摘要】页岩气是一种重要的非常规天然气资源，其成藏地质条件对于勘探和开发具有至关重要的意义。
本文从页岩气资源概述、成藏重要性和研究背景三个方面入手，探讨了页岩气形成的地质条件、赋存状态、成藏主控因素、储集特征和成藏模式。
通过对这些内容的深入分析，揭示了页岩气成藏地质条件的重要性，并提出了未来研究方向及应用前景展望。
本文旨在为页岩气资源的合理开发提供科学依据，推动页岩气领域的深入研究与应用。
【关键词】页岩气资源、成藏地质条件、页岩气赋存、主控因素、储集特征、成藏模式、研究方向、应用前景、地质条件重要性、页岩气成藏。
1. 引言1.1 页岩气资源概述页岩气是一种非常重要的非常规能源资源，具有巨大的开发潜力。
随着传统石油和天然气资源逐渐枯竭，页岩气的开发和利用成为当今能源领域的热门话题。
页岩气是一种以页岩为主要产出岩石的油气资源，其开发主要通过水平钻井和压裂技术进行。
页岩气资源分布广泛，且储量巨大，被认为是未来能源产业的重要补充。
与传统石油和天然气资源相比，页岩气资源不仅开发成本低，而且能够提供更加清洁的能源。
页岩气资源被认为是未来能源发展的重要方向之一。
随着页岩气技术的不断创新和完善，其在能源领域的地位将会越来越重要。
1.2 页岩气成藏的重要性页岩气是一种非常重要的天然气资源，对于能源供应和经济发展具有重要意义。
页岩气成藏的重要性在于其具有丰富的储量和广泛的分布区域，可以为国家提供稳定的能源供应。
随着传统石油和天然气资源逐渐枯竭，页岩气成为一种重要的替代能源，可以有效缓解能源短缺问题。
页岩气的开发利用也可以促进地方经济的发展，提升能源自给率和国家竞争力。
深入研究页岩气成藏的地质条件，探索其储集规律和成藏模式，对于实现页岩气资源的有效开发和利用具有重要意义。
通过探讨页岩气成藏的地质条件，可以为相关部门提供科学依据和技术支撑，推动页岩气产业的发展和可持续利用。
1.3 研究背景研究背景中，我们可以看到自从20世纪美国页岩气开发热潮开始以来，全球范围内页岩气勘探开发活动逐渐兴起。
页岩气成藏条件综述
页岩气成藏条件综述【摘要】以美国典型页岩气盆地的页岩气成藏条件为基础，结合国内学者讨论，归纳出页岩气成藏条件包括：生烃条件（沉积环境、有机质类型、丰度、成熟度、单层厚度）、储集条件（孔隙度、渗透率、裂缝发育程度、矿物成分）、盖层及保存条件（构造运动强度、地层水条件）以及地层压力和埋深等，有利的页岩气成藏指标的下限【关键词】页岩气；成藏条件；有机质含量；成熟度0.引言页岩气是指天然气在富有机质泥页岩中生成之后，在层内以吸附或游离状就近富集，表现为“原地成藏”特征[1]。
页岩气勘探、开发始于美国，1821年在纽约Chautauqua县泥盆系Dunkirk页岩中钻下第一口页岩气井，产出可照明天然气[2]。
近年来，国内学者对页岩气成藏条件也进行了一些讨论[3-4]，但不够全面。
本文通过对美国典型页岩气盆地的页岩气成藏条件进行分析，结合国内学者讨论，总结页岩气成藏条件、成藏控制因素及下限指标。
1.烃源条件1.1沉积环境沉积环境从根本上控制和决定了页岩发育的厚度、有机质类型和丰度，所以我们应该把它作为分析页岩烃源条件的前提。
通常安静、缺氧还原的水体对有机质的保存有利，例如，在海相中，浅海陆棚环境最适合富有机质泥页岩的形成，四川盆地的寒武系筇竹寺组及志留系龙马溪组页岩均属深水陆棚相沉积[5]，已发现大量页岩气资源。
1.2有机质类型裂缝不仅可作为页岩气的聚集场所，还可作为页岩气的运移渠道。
裂缝有助于吸附气的解析，增加游离气的含量[2]。
李登华（2009）认为真正对页岩储层起到改善作用的是微裂缝，而不是宏观裂缝[3]。
对热成因型的页岩气藏而言，宏观裂缝会导致页岩气的逸散，对其保存不利；对于生物成因气藏而言，断裂越多，地层水活动性越强，生成的生物气量反而越大[3]。
2.2岩石学特征当页岩中脆性矿物含量越高时，越易形成天然裂缝和人工诱导裂缝。
北美主要页岩气产层的石英含量一般在20%～75%之间（表1），对于具有商业开发价值页岩而言，脆性矿物含量一般高于40%，石英含量大于30%[8]。
页岩气及其成藏条件概述
页岩气及其成藏条件概述2010年7月，在四川川南地区中国石油集团公司第一口页岩气井（威201井）顺利完成加砂压裂施工任务，标志着中国石油集团公司进入了页岩气的实战阶段。
页岩气是一种非常规天然气资源，其储量巨大，有关统计表明全球页岩气资源量约为456.24×1012m3。
较早对页岩气进行研究的是美国和加拿大，这些国家在勘探和开发中都取得了丰富的成果，形成了较为完备的页岩气系统理论，进入了快速的发展阶段；而我国对页岩气的勘探开发还在初级阶段，研究相对程度相对落后，但我国页岩气资源量也十分丰富（预测为30-100×1012m3）。
据有关专家介绍，随着我国经济发展对油气资源的需求，页岩气将是我国今后油气资源勘探和开发的重点。
1 页岩气及其特点1.1 页岩气储量从世界范围来看泥、页岩约占全部沉积岩的60%，表1 世界较大页岩气储量地区表(×1012m3)其资源量巨大。
全球页岩气资源量为456.24×1012m3，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、太平洋地区、拉美、前苏联等地区（表1）在我国的松辽盆地白垩系、江汉盆地的第三系、渤海湾盆地、南华北、柴达木以及酒泉盆地均具有页岩气资源的分布。
其中，四川盆地的古生代海相沉积环境形成的富有机碳页岩与美国东部的页岩气盆地发育相似。
仅四川川南威远、泸州等地区的页岩气资源潜力（6.8-8.4×1012m3）,相当于整个四川盆地的常规天然气资源的总量。
1.2 页岩气及特点页岩是由固结的粘土级的颗粒物质组成，具有薄页状或薄片层状的一种广泛分布的沉积岩。
页岩致密且含有大量的有机质故成暗色（如黑色、灰黑色等）。
在大多数的含油气盆地中，页岩既是生成油气的烃原岩也是封存油气的盖层。
在某些盆地中，如果在纵向上沉积较厚（几十米-几百米），横向上分布广泛（几百-几万平方公里）的页岩同时作为了烃原岩和储集岩，且在其内聚集了大量的天然气，那就是页岩气。
北美典型页岩气藏岩石学特征_沉积环境和沉积模式及启示
第29卷 第6期2010年11月地质科技情报Geolog ical Science and Technolog y InformationVol.29 No.6Nov.2010北美典型页岩气藏岩石学特征、沉积环境和收稿日期:2010 04 27 编辑:杨 勇基金项目:国家自然科学重点基金(石油化工联合基金)项目(40839910);中国石油化工股份有限公司科研项目(J 1407 09 KK 0157)作者简介:杨振恒(1979 ),男,工程师,主要从事石油地质综合研究工作。
E mail:yan gzhen hen g2010@沉积模式及启示杨振恒,李志明,王果寿,腾格尔,申宝剑(中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所,江苏无锡214151)摘 要:北美典型页岩气藏赋存的泥页岩主要为细颗粒沉积,呈暗色或黑色薄层状或块状产出。
页岩气储层无机矿物成分中硅质含量较高,含有黄铁矿、磷酸盐矿物(磷灰石)、钙质和黏土矿物。
具有相对高有机质质量分数,代表了富有机质的缺氧的沉积环境。
不含或者含较少的陆源碎屑输入。
有机质类型以 和!型干酪根较为常见。
生物化石碎片在页岩层中比较常见,化石碎屑的类型多样化。
重点剖析了福特沃斯盆地Barnett 页岩的沉积发育模式,福特沃斯盆地是一狭长的前陆盆地,主要沉积区离物源区较远,Barnett 页岩沉积于较深的静水缺氧环境,沉积速度缓慢(饥饿性沉积),最终形成富含有机质的Barnett 页岩。
常见生物化石碎片,但缺少生物扰动遗迹,推测盆地中大部分的生物化石为外部输入的结果。
上升流作用致使磷酸盐矿物(磷灰石)发育。
北美典型页岩气藏的岩石学特征、沉积环境和福特沃斯盆地Barnett 页岩沉积发育模式可以用来指导我国页岩气勘探,黔南坳陷下寒武统黑色高碳质页岩系、二叠系吴家坪组和四川广元 绵竹地区下寒武统泥页岩具有和北美典型页岩气藏可类比的岩石学特征、沉积环境和沉积模式,可作为页岩气勘探的优选区域。
页岩气特点及成藏机理
页岩气特点及成藏机理---陈栋、王杰页岩气作为一种重要的非常规油气资源，随着能源资源的日益匮乏，作为传统天然气的有益补充，其重要性已经日益突出。
随着国家新一轮页岩气勘探开发部署的大规模展开，正确认识和掌握页岩气的成因、成藏条件等知识，对于今后从事页岩气现场录井的工作人员提高录井质量具有较好的指导意义。
1.概况页岩气（shale gas）是赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，与“煤层气”、“致密气”同属一类。
其形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布较广的页岩烃源岩地层中。
2.特点2.1 页岩气是主体上以吸附或游离状态存在于暗色泥页岩、高碳泥岩、页岩及粉砂质岩类夹层中的天然气，它可以生成于有机成因的各种阶段天然气主体上以游离相态（大约50％）存在于裂缝、孔隙及其它储集空间；以吸附状态（大约50％）存在于干酪根、粘土颗粒及孔隙表面，极少量以溶解状态储存于干酪根、沥青质及石油中天然气也存在于夹层状的粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、甚至砂岩地层中为天然气生成之后，在源岩层内的就近聚集表现为典型的原地的有利目标。
页岩气的资源量较大但单井产量较小，美国页岩气井的单井采气量为2800-28000m3/d。
2.5 在成藏机理上具有递变过渡的特点，盆地内构造较深部位是页岩气成藏的有利区，页岩气成藏和分布的最大范围与有效气源岩的面积相当。
2.6 原生页岩气藏以高异常压力为特征，当发生构造升降运动时，其异常压力相应升高或降低，因此页岩气藏的地层压力多变。
2.7 页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点—-大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，使得页岩气井能够长期地稳定产气。
但页岩气储集层渗透率低，开采难度较大。
3.成因通过对页岩气组分特征、成熟度特征分析，页岩气是连续生成的生物化学成因气、热成因气或两者的混合。
生物成因气是有机物在低温下经厌氧微生物分解作用形成的天然气；热成因气是有机质在较高温度及持续加热期间经热降解和裂解作用形成的天然气。
美国页岩气资源的概况
结论
• 烃源岩排烃、成藏低效，意味残留烃高效，页 岩气潜在资源量十分丰富；
• 常规油气的生、储、盖、运、圈、保成藏条件 相互配置关系复杂，勘探难度大；页岩气藏基 本无需运、圈、1/2保，勘探难度相对“小”； 但开发技术含量高。
• 以烃源岩TOC体预测为基础，页岩气地球物理 综合预测值得探讨。
致谢： 感谢西弗吉尼亚大学教授Tim Carr 给予的交流、访问与合作。
0.156R 0.157N 0.104t 0.055 6.019 TOC 2.182 文昌组泥岩 n=158 r=0.751
6.5m 5.5m
3m 4m 3m
12m
烃源岩TOC体定量预测技术
分析样品 实测TOC点 测井资料 测井参数
（国家专项研究 2008ZX05023-01阶段成果）
• 气页岩岩石物理特征
－－以Marcellus页岩为例
• 岩石露头颜色深、 • 宏观上，水平层理与垂向裂缝发育、 • 露头张性垂向裂缝，应与地下水力压裂产生的垂向裂缝类似
Tim,2009
Nanopores
Darker Areas – Higher TOC
~10 µ m
• 微观上，纳米级微孔隙发育，有机质含量越 高，微孔隙越发育。
• 伊利石－品红色 • 蒙脱石－绿色 • 伊利石能够使孔 隙度增加 4%
与砂岩储层不完全相同，页岩中Sw阿尔奇公式需要校正： 粘土矿物校正可通过铀含量校正进行
阿尔奇公式：
页岩含水饱和度阿尔奇公式：
Sw= 含水饱和度 Swu=页岩含水饱和度 Rw= 水的电阻率 Rt= 真电阻率 U = 铀含量 ppm Φ = 孔隙度
Arkoma Woodford Antrim Fayetteville Fort Worth Barnett
美国Haynesville页岩气藏地质特征分析
（ ３ ）Ｈａ ｙ ｎ ｅ ｓ ｖ ｉ ｌ ｌ ｅ页岩 德 自然裂 缝 的走 向与墨 西 哥 湾 边缘 平 行 ，其 走 向沿 德 克 萨斯 州 东 部 向东 北 或
东至 东北 方 向 。
（ ４ ）Ｈａ ｙ ｎ ｅ ｓ ｖ ｉ ｌ ｌ ｅ页岩 气藏 有 ２个沉 积 中心 ，页 岩 厚 度均 较 大 ，为持 续 的 深水 区域 并 被包 围在 优 先 聚积 碳 酸盐 的浅 水 区域 中 ，具 有 良好 的勘探 前 景 。
［ 参 考文 献］
［ １ ］ Ｍｏ ｎ ｔ ｇ ｏ ｍｅ ｒ ｙ Ｓ Ｉ ，Ｋａ ｒ ｌ ｅ ｗｉ ｃ ｚ Ｒ，Ｚ ｉ ｅ ｇ ｌ ｅ ｒ Ｄ ． Ｕｐ ｐ ｅ ｒ Ｊ ｕ ｒ ａ ｓ ｓ ｉ ｃ ｒ ｅ ｅ ｆ ｐ ｌ ａ ｙ ， Ｅａ ｓ ｔ Ｔｅ ｘ ａ ｓ Ｂ ａ ｓ ｉ ｎ ：Ａｎ ｕ ｐ ｄ ａ ｔ ｅ ｄ ｏ ｖ ｅ ｒ ｖ ｉ ｅ ｗ：Ｐ ａ ｒ ｔ ２ ．Ｉ ｎ ｂ ｏ ａ ｒ ｄ ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ［ Ｊ ］． ＡＡＰ Ｇ Ｂ ｕ ｌ ｌ ｅ ｔ ｉ ｎ ，１ ９ ９ ９ ，８ ３ ：８ ６ ９ — ８ ８ ８ ．
的模式 （ 即具 有高 含气 比率和产 气 量快 速下 降 的特 征 ）可 以部 分反 映其 存 在 自然 裂 缝 的状 态 。同 时 ，
从 德克 萨 斯州 东部 侏 罗纪 卡顿 河裂 谷和 石炭 纪特 拉维 斯致 密砂 岩 气这 种较 新 的产层 单元 中 ，可 以得知 渗
透 性 与 自然裂 缝发 育 的相 关性 ，且 这些 裂缝 与 墨西哥 湾边 缘平 行 ，即沿德 克 萨斯州 东部 向东 北或 东至 东
［ ２ ３ Ｓ ｔ ｅ ｗａ ｒ ｔ Ｓ Ｋ． Ｓ ｍａ ｃ ｋ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｈａ ｙ ｎ ｅ ｓ ｖ ｉ ｌ ｌ ｅ ｆ ａ ｃ ｉ ｅ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｓ ｉ ｎ ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ ｅ ａ ｓ ｔ Ｔｅ ｘ ａ ｓ［ Ａ］ ． Ｔｈ ｅ Ｊ ｕ ｒ ａ ｓ ｓ ｉ ｃ ｏ ｆ ｅ ａ ｓ ｔ Ｔｅ ｘ ａ ｓ［ ｃ ］ ．Ｅ ａ ｓ ｔ
页岩气成藏机理及气藏特征
页岩气成藏机理及气藏特征页岩气是泛指赋存于富含有机质的暗色页岩或高碳泥页岩中，主要以吸附或游离状态存在的非常规天然气资源。
在埋藏温度升高或有细菌侵入时，暗色泥页岩中的有机质，甚至包括已生成的液态烃，裂解或降解成气态烃，游离于基质孔隙和裂缝中，或吸附于有机质和矿物表面，在一定地质条件下就近聚集，形成页岩气藏。
从全球范围来看，页岩气拥有巨大的资源量。
据统计，全世界的页岩气资源量约为456.24xl0i2m3，相当于致密砂岩气和煤层气资源量的总和，具有很大的开发潜力，是一种非常重要的非常规资源［1-6］。
页岩气资源量占3种非常规天然气（煤层气、致密砂岩气、页岩气）总资源量的50%左右，主要分布在北美、中亚和中国、中东和北非、拉丁美洲、前苏联等地区，与常规天然气相当。
页岩气的资源潜力甚至还可能明显大于常规天然气。
1.1 页岩气成藏机理1.1.1成藏气源页岩气藏的生烃、排烃、运移、聚集和保存全部在烃源岩内部完成，页岩既是烃源岩、储层，也是盖层。
研究表明，烃源岩中生成的烃类能否排出，关键在于生烃量必须大于岩石和有机体对烃类的吸附量，同时必须克服页岩微孔隙强大的毛细管吸附等因素。
因此，烃源岩所生成的烃类只有部分被排出，仍有大量烃类滞留于烃源岩中。
北美地区目前发现的页岩气藏存在3种气源，即生物成因、热成因以及两者的混合成因。
其中以热成因为主，生物成因及混合成因仅存在于美国东部的个别盆地中，如Michigan盆地Antrim生物成因页岩气藏及Illinois盆地NewAlbany混合成因页岩气藏［2l］。
1.1.2成藏特点页岩气藏中气体的赋存形式多种多样，其中绝大部分是以吸附气的形式赋存于页岩内有机质和黏土颗粒的表面，这与煤层气相似。
游离气则聚集在页岩基质孔隙或裂缝中，这与常规气藏中的天然气相似。
因此，页岩气的形成机理兼具煤层吸附气和常规天然气两者特征，为不间断充注、连续聚集成藏（图l-l）。
有机质和黏土颗粒气体流入气体进入最终形成表面吸附与解吸页岩基质孔隙天然裂缝网络页岩气藏图1-1页岩气赋存方式与成藏过程示意图在页岩气成藏过程中，随天然气富集量增加，其赋存方式发生改变，完整的页岩气藏充注与成藏过程可分为4个阶段。