中国页岩气富集特点＊

袁正明，黄宇琪，甘祖欢，李才平，段再容，谢卫中

中国页岩气富集特点＊

袁正明，黄宇琪，甘祖欢，李才平，段再容，谢卫中

（六盘水师范学院矿业与土木工程学院，贵州 六盘水 553000）

中国页岩气资源潜力大，推动页岩气勘探开发，将优化中国能源消费结构，缓解对外需求，进一步提升中国能源战略地位。截至目前，中国页岩气资源勘探开发已经取得巨大成果，页岩气产量位居世界第三。通过资料调研整理和相关文献查阅系统梳理了中国页岩气富集过程、富集条件和储量分布，总结了中国页岩气富集特点。

页岩气；富集特点；富集条件；储量分布

国际能源信息署EIA（2015）的统计结果显示，中国页岩气技术可采资源量为31.57万亿m3，居世界第一。在中央及政府的大力支持下，不断加对大页岩气的勘探与开发，于2017年中国实现页岩气年产量90亿m3，仅次于美国和加拿大，居世界第三。2017年，国家能源局发布的《页岩气发展规划》指出，至2020年，中国力争实现国内页岩气产量300亿m3，至2030年，力争国内页岩气产量达到1 000 亿m3，约达到国内天然气总产量的20%。

1 页岩气富集过程

1.1 早期

早期，由干酪根等机质经生物作用产生少量天然气，其中一部分天然气以游离形式存在于孔隙和裂隙中，另一部分天然气通过物理吸附作用和化学吸附作用吸附在黏土颗粒表面以及有机质表面，当以吸附和游离形式存在的天然气在页岩中达到饱和状态，继而就会进行逃离，在一定情况下形成水溶气藏，并为之提供可观的气源，但由于这一过程发生在页岩内部，所以含气量十分有限。

1.2 中期

中期主要是经化学作用形成的大量的天然气，由于有机质的密度大，而生成的天然气密度小，在较封闭空间内，由于物理因素，使得空间内压力升高，原有的地层压力异常升高，页岩内部产生裂隙，由于游离形式的天然气存在其中，或许能构成可直接开采的工业性页岩气藏。

1.3 后期

由于生物作用和化学作用的不断进行，产生越来越多的天然气，页岩内部游离形式的天然气已经达到相对饱和状态，从而进行逃离，而由于页岩储层孔隙度较低（通常小于5%），孔隙半径也小（以微孔隙为主），使得这个阶段的天然气具有活塞式排水运移的特点[1]。

2 中国页岩气富集条件

2.1 潜质层系分布

中国潜质页岩发育于多个层系，主要为新近系、古近系、白垩系、侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系、泥盆系、志留系-奥陶系、寒武系、震旦系以及前震旦系。中国海相含气页岩层系主要分布在中下扬子区，以四川盆地及周缘地区为主的南方地区和以塔里木盆地为主的中西部地区，在层系上主要为寒武系、奥陶系以及志留系；海陆过渡相页岩主要分布在准格尔盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地等中西部沉积盆地，在层系上主要是石炭系和二叠系[2]；陆相页岩主要分布于鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、松辽盆地、四川盆地等，在层系上主要为三叠系和侏罗系[3]。

2.2 矿物成分

页岩矿物组分能够反映沉积环境，并影响岩石的性质。对于海相页岩层系，特别是深水环境下沉积的页岩，其中的石英多为自生石英，与有机质丰度具有较好的正相关关系，硅质页岩有机质丰度条件往往较好；对于海陆过渡相和陆相等距离物源较近的沉积环境，石英多为陆源石英，与有机质丰度往往呈负相关关系，而黏土矿物则显示出与有机质丰度较好的正相关关系。同时，页岩中各矿物组分对于天然气的储集能力也不同，石英、长石、碳酸盐矿物等脆性颗粒中，裂缝易发生，对游离态的天然气的聚集和运移具有重要意义，也有利于后期开发时人工裂缝网络的形成；而黏土矿物、有机质颗粒等则为吸附态的天然气提供了主要的赋存场所，有利于吸附气的赋存。中国海相页岩脆性矿物含量较高，平均含量多大于60%，页岩层系脆性好，可压裂性好，黏土矿物以伊利石为主，吸附能力一般；海陆过渡页岩脆性矿物含量约为50%，脆性一般，可压裂性一般，黏土矿物以伊利石蒙脱石混层为主，具有较好的吸附能力；陆相页岩脆性矿物平均多小于45%，岩石塑性强，可压裂性不佳，压裂改造难度大，黏土矿物含量多能够达到50%，以蒙脱石、高岭石为主，具有很好的吸附能力[3-6]。

2.3 有机质特征

富有机质页岩中存在的大量有机质，是页岩气生成的母质，其丰度、类型和成熟度对页岩气资源潜力起到控制性作用，较高的丰度、适当的类型和成熟度是页岩气生成的有利条件。中国海相页岩有机质以Ⅰ和Ⅱ1型为主，值为1.0%～5.5%，o值为2.0%～5.0%；海陆过渡相页岩有机质以Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅲ型为主，值为2.6%～5.4%，o值为1.1%～2.5%；陆相页岩有机质以Ⅱ2型和Ⅲ型为主，值为0.5%～2.0%，o值为0.6%～1.55%[3]。

2.4 储集性质特征

页岩储存空间主要有孔隙和裂隙，孔隙是页岩气的主要储藏空间，对储能起着很大作用，裂隙的发育程度决定着页岩渗透率的大小，同时也是页岩气的通道，影响着页岩的连通程度，决定着页岩气藏的品质和产能。孔隙度和渗透率是评价储集物性最重要的参数，能够直接反映页岩储集和允许气体渗流的能力，比表面积则能够表征页岩吸附能力的大小。页岩储层普遍表现为低孔隙度、极低渗透率，孔隙度低于10%，一般只有4%～6%，渗透率一般低于0.1×10-3μm2。中国海相页岩有机质孔和微裂缝发育，孔隙一般大于 100 nm，平均孔隙度为4.83%，渗透率一般介于0.01×10-3～6×10-3μm2之间，比表面积一般介于6.50～25.48 m2/g之间；海陆过渡相页黏土矿物晶间孔及有机质孔发育，孔隙一般小于120 nm，平均孔隙度为3.02%，渗透率一般介于0.01× 10-3～1×10-3μm2之间，比表面积一般介于5.42～17.58 m2/g之间；陆相页岩溶蚀孔和黏土矿物晶间孔发育，孔隙一般小于15 nm，孔隙度为0.4%～1.5%，渗透率介于0.012×10-3～0.653×10-3μm2之间，比表面一般积介于5.38～12.67 m2/g 之间[2-3，7]。

2.5 含气性特征

含气性特征实际就是通过实验分析，测定页岩中页岩气含气量，来评估是否有工业价值，是指导页岩气勘探和评估资源可采性的重要参数之一。页岩气赋存形式为吸附气、游离气和溶解气，前两者为主要赋存方式，在实际开采过程中，溶解气形式的页岩气开采难度远远大于吸附气和游离气，这三种赋存形式在自然因素的影响下能够互相转换并时刻进行着。中国海相页岩含气量较高，一般为1.0～8.0 m3/t，最大能够达到10.0 m3/t以上；海陆过渡相页岩含气量适中，一般为0.5～4.0 m3/t，陆相页岩含气量偏低，一般为0.5～ 2.2 m3/t[8]。

3 中国页岩气储量分布

根据最新探测结果显示，中国陆上页岩气可采资源量约为12.85×1012m3，其中中国海相页岩可开采资源量约为8.82×1012m3，占比约69%，主要分布于四川盆地周边，总面积为60×104～90×104km2；海陆过渡相页岩可开采资源量约为2.37×1012m3，占比约18%，主要分布在华北及南方地区，总面积为15×104～20×104km2，；陆相页岩可开采资源量约为1.66×1012m3，占比约为13%，主要分布在中西部沉积盆地，总面积为20×104～25×104km2。目前，中国海相页岩勘探开发均已经取得重大突破，主要的页岩气的产区为四川盆地周边的涪陵页岩气田、川南页岩气田、威（远）荣页岩气田和长宁页岩气示范区等[6，9]。海陆过渡相和陆相页岩均尚未取得大规模开发突破，但均具有重要的资源潜力。

4 结论

中国页岩气资源丰富，海相、海陆过渡相、陆相页岩层系中均有资源发现，其中海相页岩层系资源量最多，约占中国陆相页岩气总资源量的69%，海陆过渡相页岩层系资源量约占总量的18%，陆相页岩层系资源量约占总量的13%，预计在2030年页岩气产量预计达到1 000亿m3。

中国海相页岩孔隙度好，虽然比表面积大，但是赋存气体依旧是游离态气体比例大，吸附气相对比例小，海相提供比表面积的微孔以有机质为主，比表面积与值基本成正比，海陆过渡相及陆相除有机质外，黏土矿物提供很大的比表面积，比表面积与黏土矿物含量有一定关系。

中国页岩气资源潜力大，海相页岩成藏条件更好，含气量高，值高，面积广，厚度大，脆性好，可压裂性好，相比较于海陆过渡相页岩和陆相页岩，海相页岩开采技术更加成熟完善，是目前页岩气生产的主要来源。

［1］张金川，金之钧，袁明生.页岩气成藏机理和分布［J］.天然气工业，2004，24（7）：15-18.

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［6］董大忠，王玉满，李新景，等.中国页岩气勘探开发新突破及发展前景思考［J］.天然气工业，2016，36（1）：19-32.

［7］聂海宽，张金川.页岩气储层类型和特征研究——以四川盆地及其周缘下古生界为例［J］.石油实验地质，2011，33（3）：219-225，232.

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＊基金课题：国家级大学生创新创业训练计划项目“六盘水地区页岩气储层孔隙结构研究”（编号：201910977006）；六盘水师范学院校级基金项目“六盘水师范学院科技创新团队项目”（编号：LPSSYKJTD201902）；六盘水师范学院校级基金项目“地质工程校级重点学科”（编号：LPSSYZDXK201802）

2095－6835（2020）24－0080－02

P618.13

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.026

袁正明（1998—），男，四川广元人，本科，现就读于六盘水师范学院矿业与土木工程学院地质工程专业。

黄宇琪（1990—），女，江苏常熟人，实验师，硕士研究生，现就职于六盘水师范学院矿业与土木工程学院，从事非常规油气研究工作。

〔编辑：王霞〕