中国页岩气的分布及发展前景

 能源安全影响到国家经济的发展和社会稳定，世界各国通过各种渠道解决自身的能源问题，其中最重要的就是寻找替代能源。随着钻、完井等生产技术的发展,非常规油气资源越来越多地得到有效利用，在全球能源供应中的地位日益提升，非常规天然气资源包括煤层气、致密砂岩气(即低渗透率砂岩气藏)、页岩气、水溶气等。页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集^[1～5]，是天然气生成之后在烃源岩层内就近聚集的结果，表现为典型的“原地”成藏模式。页岩气是目前经济技术条件下天然气工业化勘探的重要领域和目标^[6～7]。

1    中国页岩气的存储量

页岩气分布具有地质影响因素多样性特点，其分布的变化特点受生气作用、吸附特点及赋存条件等多因素影响，如构造背景与沉积条件、泥页岩厚度与体积、有机质类型与丰度、热历史与有机质成熟度、孔隙度与渗透率、断裂与裂缝以及构造运动与现今埋藏深度等因素，它们均是影响页岩气分布并决定其是否具有工业勘探开发价值的重要因素。

中国的页岩地层具有页岩气藏形成的基本地质条件，各地质历史时期页岩地层均十分发育，既有有机质丰度达很好一极好标准的南方海相页岩地层，也有得天独厚的北方湖相页岩地层，资源丰富，开发领域广阔。

据预测（表1^[8]），中国及中亚范围内页岩气资源量为99.8×10¹²m³，占世界页岩气资源的22%。

 

表1 世界各地区页岩气资源量预测表（×1012m3）

地 区	页岩气
北美	108.7
拉丁美洲	59.9
中欧+西欧	15.5
前苏联	17.7
中东+非洲	79.9
中亚+中国	99.8
太平洋地区（经济合作组织）	65.5
其他亚太地区	8.9
全世界	456.0

 

对于我国的页岩气资源量计算，目前可有多种计算方法，如与美国页岩气勘探成熟地区的地质类比分析法、基于生气量和排气率分析基础上的成因法、吸附要素分析法、基于实际含气量测试及分析基础上的含气率法(体积法或面积法)、基于不同类型天然气产储比例的统计分析法、基于地质要素分布概率的风险分析法以及基于数学统计一蒙特卡洛计算机模拟等手段基础之上的特尔斐法等。采用上述多种方法对中国主要盆地和地区的页岩气资源量进行初步估算。计算结果表明，我国主要盆地和地区的页岩气资源量约为(15～30)×10¹²m³，中值23.5×10¹²m³，与美国的28.3×10¹²m³大致相当^[9]。

 

2    中国页岩气分布

中国存在区域发育页岩气的地质背景和条件。依据地质历史及其变化特点，可将我国的页岩气发育区划分为大致与板块对应的四大区域，即南方、华北一东北、西北及青藏等四大地区(图2)。

 

图2 中国潜在的页岩气发育区分布图

 

从震旦纪到中三叠世，中国南方地区发育了广泛的海相沉积^[10～12]，分布面积达200余万平方公里，累计最大地层厚度超过10 km，形成了上震旦统(陡山沱组)、下寒武统、上奥陶统(五峰组)一下志留统(龙马溪组)、中泥盆统(罗富组)、下石炭统、下二叠统(栖霞组)、上二叠统(龙潭和大隆组)、下三叠统(青龙组)等8套以黑色页岩为主体特点的烃源岩层系。其中下寒武统、上奥陶统五峰组一下志留统龙马溪组、下二叠统、上二叠统等4套烃源岩是区域主力烃源岩。经研究认为，南方地区与美国东部页岩气产出地区(阿巴拉契亚等盆地)具有诸多的地质可比性(包括页岩地质时代、构造变动强度等)，下寒武统、上奥陶一下志留统以及二叠系等地层分布广泛、厚度大，有机质丰富、成熟度高，是南方地区区域上的页岩气发育最有利层位，四川盆地、鄂东渝西及下扬子地区是平面上分布的有利区。

在华北一东北地区，页岩气更可能发生在主力产油气层位的底部或下部，区域上的古生界、鄂尔多斯盆地的中一古生界、松辽盆地的中生界、渤海湾盆地埋藏较浅的古近系等，泥页岩累计厚度在50～2000 m，平均有机碳含量为1.0％～2.0％，局部平均值可达4.0％以上，对应有机质成熟度变化较大；在西北部地区，页岩气的分布更多地受现今盆地特点的约束，区域上分布的中生界(侏罗系及三叠系等)和盆地边缘埋深较浅的古生界泥页岩相对有利，有机碳含量平均值普遍较高，成熟度变化范围较大。

在西北地区，页岩气大部分分布在中生界和盆地边缘埋深较浅的古生界泥页岩中。其中吐哈盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地等均有页岩气成藏的地质条件，局部有机碳含量在30％以上，发现了典型页岩层中局部的天然气富集。其中，暗色页岩发育的地区和层位是需要重点研究的领域和目标。在吐哈盆地，吐鲁番坳陷水西沟群地层广泛发育了暗色泥岩和炭质泥页岩(图3)，炭质泥岩累积平均厚度在30 m以上，有机碳含量一般介于6％～30％；暗色泥页岩厚度更大，如八道湾组暗色泥页岩厚度一般大于100 m，盆地中北部达到200m以上，西山窑组暗色泥页岩最大厚度大于600 m，有机质的成熟度目前大都处于0．4％～1．5％之间，非常有利于页岩气藏的形成和发育。

 

                                 

图3 吐哈盆地吐鲁番坳陷水西沟群炭质泥岩分布等厚图

 

在青藏地区，青藏高原处于“特提斯”油气聚集带中段，具有良好的成油气条件，是我国乃至世界受新生代构造运动挤压最强烈的地区之一^[13]。新生代及其以前的海相盆地均遭强烈挤压，原始盆地褶皱变形和抬升，地层受严重剥蚀，面貌全非，因此，在广阔的地域内，发育着众多的中、新生代沉积残留盆地(图4)，其中羌塘盆地是一个最大的中生代海相残留盆地，盆地中生界海相烃源岩沉积相的分布特征与国内外碳酸盐岩大油气田烃源层沉积相得分布特征有很多相似之处，主要烃源层均是深海-次深海盆地相沉积的黑色页岩、油页岩及泥岩、前三角洲亚相沉积的泥岩及泥页岩、台地凹陷和低能海相沉积的泥页岩、灰岩及页岩等。非常有利于页岩气藏的形成和发育。

              

图4 青藏高原主要残留盆地大地构造位置

3    中国页岩气的研究现状

目前，我国对页岩气的研究与勘探开发正处于探索阶段。20世纪60～90年代，在常规油气勘探中，个别盆地在页岩中曾发现过泥页岩裂缝油气藏，针对这些发现，个别学者对泥页岩油气藏做过一些研究^[14～15]。除此以外，我国目前尚未对页岩气资源进行过全面估算。2005年以来，随着能源需求的急剧增加和国外页岩气资源的成功开发利用，中国石油勘探开发研究院积极借鉴国外页岩气成功勘探开发的经验，加强了我国页岩气资源的调查与成藏地质条件评价与研究。查阅、收集了大量国外页岩气勘探开发与研究的资料和文献，详细剖析了国外页岩气成藏地质条件，系统总结了国外页岩气勘探开发技术。在此基础上，通过大量的老井复查与老井测录井资料、地球化学分析资料和区域沉积研究，对我国南方海相地层发育的四川盆地川西南地区的寒武系页岩地层页岩气成藏地质条件进行了研究，对四川盆地南部下寒武统筇竹寺组页岩气资源量做了初步估算。估算结果认为四川盆地南部下寒武统筇竹寺组页岩气资源量为7.14×10¹²～14.6×10¹² m³，而整个四川盆地现有常规天然气资源量为7.2×10¹² m³。

此外，研究发现，在鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地、松辽盆地、吐哈盆地、江汉盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地等均有页岩气成藏的地质条件，局部有机碳含量超过30%，发现了典型页岩层局部的天然气富集。其中，暗色页岩发育的地区和曾为是需要重点研究的领域和目标。

4    中国页岩气的开发前景

随着非常规气体勘探开发技术的发展，非常规气的产量在天然气总产量中所占的比重将有所增加，有望从2000年的35%增加到2012年的54%。而中国作为页岩气储量大国，具有良好的页岩气勘探开发前景。

古生界海相页岩具有良好的开发前景。我国南方地区是我国最大的海相沉积岩分布地区，地层时代较老，经历的构造活动期次多，热演化程度高，发育多套厚度大、分布稳定、有机质丰富的海相硅质页岩地层。其研究与勘探结果均已证实，这些页岩地层不仅是优质的烃源岩，而且已大量生成油气，尤其是在相对稳定的向斜区、隆起的底部位等处的页岩烃源岩里，具有优越的页岩气藏形成的基本地质条件。其中南方扬子盆地古生界海相沉积页岩发育最为成熟。扬子盆地古生界发育震旦系一三叠系海相沉积，沉积岩厚度为4 000～7 000 m。其中古生界发育了二叠系龙潭组、泥盆系罗富组、志留系龙马溪组、奥陶系五峰组、寒武系筇竹寺组和震旦系陡山沱组等6套黑色富有机质页岩，整体区域分布稳定，埋藏深度浅，有机质丰富^[16]。此外，四川盆地、华北和塔里木盆地也都存在多套古生界海相页岩，都具备页岩气资源形成的基本地质条件。

我国中、新生界陆相沉积发育成熟，并已被勘探开发实践证实其中的绝大部分富有机质泥页岩为含油气盆地中的优质烃源岩，如松辽盆地下白垩统的青山口组黑色泥页岩、渤海湾盆地古近系沙河街组的泥页岩、鄂尔多斯盆地上三叠统延长组的张家滩、李家畔页岩等。这些地区泥页岩地层厚度大，有机碳含量平均值普遍较高，有机质热演化程度适中，是页岩气发育很有前景的地区。此外，松辽盆地白垩系页岩，准噶尔盆地南缘上二叠统、中一下侏罗统页岩，陕甘宁盆地上三叠统页岩以及吐哈盆地中一下侏罗统碳质页岩是有利的页岩气形成的层系和地区。