中国致密岩油气资源潜力及勘探方向

康 玉 柱

中国石化石油勘探开发研究院

中国致密岩油气资源潜力及勘探方向

康 玉 柱

中国石化石油勘探开发研究院

康玉柱.中国致密岩油气资源潜力及勘探方向. 天然气工业，2016, 36(10): 10-18.

中国是世界上最早发现致密岩油的国家之一，1907年就在鄂尔多斯盆地延1井上三叠统发现了致密岩油，1989年又在该盆地石炭—二叠系发现了致密砂岩大气田——靖边气田。之后，在四川、准噶尔、松辽、渤海湾等多个盆地也相继发现了致密岩油气。中国致密岩油气具有多层系分布的特征，几乎在所有大中型盆地内均有发育，油气资源十分丰富，勘探开发潜力巨大，估算的中国致密岩油资源量为（280～300）×108t、致密岩天然气资源量为（66～70）×1012m3。特别是近年来，中国致密岩油气的储量和产量较快增长。为此，在综合分析中国致密岩油气形成的地质条件、成藏条件、油气富集“甜点”的主要控制因素和指标、致密岩油气分布规律、油气资源潜力及面临挑战等的基础上，认为目前中国国内致密岩油气勘探开发技术已较为成熟，可作为中国非常规油气发展之首选。

中国 致密岩油气 资源潜力 勘探方向 储集层特征 油气藏类型 勘探区

1 致密岩油气特征

1.1 沉积环境

致密岩油气的沉积环境有海相、海陆交互相及陆相。致密岩油气分布在所有不同类型盆地中，如断陷盆地、坳陷盆地、前陆盆地和克拉通盆地等，其中致密岩油气主要分布于海相盆或湖相盆的斜坡部位[1-5]。陆相断陷盆地的缓坡区、克拉通盆地内中央的凹陷—斜坡区、前陆湖盆的前陆地坳陷—斜坡，沉积厚度总体由凹陷向斜坡区减薄、甚至尖灭缺失。在浅湖、浅海或深海、陆湖相中，地壳升降、海水或湖水进退期形成砂体也可以形成致密岩油气藏（图1）。

1.2 优质烃源岩

优质烃源岩是致密岩油气形成的重要物质基础。第一，烃源岩与致密岩互层状存在；第二，烃源岩发育在致密岩下部或上部。鄂尔多斯盆地上三叠统延长组和准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组湖相烃源岩与致密砂岩或致密碳酸岩互层形成致密岩油[6-8]。鄂尔多斯盆地石炭—二叠系（图2）、四川盆地上三叠统须家河组、下志留统烃源岩与致密砂岩互层形成致密砂岩气藏。与常规油气相比，致密岩油气源内或近源短距离供烃特征，其生烃指标与演化参数等特征基本相同[9-11]。

优质陆相烃源岩发育在湖盆扩张期的凹陷—斜坡地区，以深湖—半深湖环境为主，岩性主要为暗色泥岩、泥页岩及泥质碳酸盐岩，烃源岩具有质量好、规模大、热演化适度与生烃总量大等特征，为各类储集体聚集油气成藏奠定了资源基础（表1）。例如，鄂尔多斯盆地石炭—二叠系暗色泥岩烃源岩，广泛分布于坳陷区，烃源岩累计厚度介于60～200 m，有机碳含量平均为2%，有机质类型多以混合型干酪根为主[12]。

煤系烃源岩是形成致密气的物质基础。煤系烃源岩有机碳含量介于2%～5%、具有成熟度较高和生气量较大的特征，主要以煤系地层的混合型、腐殖型干酪根为主，热演化程度高，生气数量大，生气高峰期出现的地质时代较新、持续较长，更有甚者至今还在生气，为致密气藏的形成提供了充足的资源基础。中国大面积分布的有效煤系烃源岩为致密大气区的形成奠定了物质基础。

1.3 致密岩储层特征

致密岩储层的岩石类型为致密砂岩、砂砾岩、致密页岩、泥页岩、泥质灰岩及石灰岩等。致密砂岩储层的形成主要受沉积作用、成岩作用和构造作用三大因素影响。沉积环境能量相对较低、成岩作用、压实作用是储层致密的重要因素；受构造作用控制的溶蚀和破裂等建设性作用的发育程度是致密储层区优质储层发育的关键因素。因此，致密砂岩的成因

可以划分为两类：一类是受沉积条件控制，分选不好，造成原生就是致密砂岩；另一类是由于复杂成岩作用和构造作用所造成的致密砂岩。同时，多种因素综合作用导致致密砂岩储层非均质性强。

图1 鄂尔多斯盆地大牛地气田气藏剖面图

图2 鄂尔多斯盆地上古生界沉积综合柱状图

致密砂岩储层孔隙类型以粒间及粒内溶孔、粒间微孔、微裂缝等次生孔隙为主，原生孔隙少见。储层物性差，孔隙度、渗透率很低是致密砂岩储层最基本的地质特征。例如，四川盆地上三叠统须家河组致密砂岩储层孔隙以次生孔为主，少量原生孔，局部发育裂缝。据铸体薄片鉴定，孔隙以次生孔隙（85%）为主，少量残余粒间孔、杂基微孔（8%）；储层物性差，孔隙度、渗透率之间相关性较差，相关系数低表明渗透率大小不仅与总孔隙多少有关，更主要受孔隙结构、裂缝发育状况控制。

致密灰岩、泥灰岩储层的成因分为原生成因与次生成因。其中，原生成因储层指原生孔隙作为主要储集空间的储层，原生孔隙受岩石结构控制，并与沉积相密切相关。如骨架孔主要见于礁核相和礁丘核相；粒间孔主要见于滩、坝、堤及沙嘴相、颗粒碳酸盐相；层间缝主要见于浅湖及深湖层状、纹层等。次生孔隙可形成于表生溶蚀，也可形成于深层溶蚀作用，受成岩作用的影响很大。正是由于影响碳酸盐岩储集空间类型的多种因素的综合作用，导致碳酸盐岩致密储层非均质性强。

表1 中国典型致密油源岩特征表

中国碳酸盐岩储层物性总体较差，为裂缝—孔隙双重介质。

1.4 源储互层分布

源、储层紧密接触是致密岩油气的重要特征。鄂尔多斯盆地下二叠统山西组、下石盒子组、上三叠统延长组和四川盆地上三叠统须家河组（图3）、侏罗系大安寨组等致密岩油气，均具有典型的源储相间互层特征。

图3 四川盆地西部上三叠统须家河组天然气成藏示意图

致密岩油烃源岩层与储层相互共生发育。中国致密岩油以陆相湖盆沉积为主，目前在鄂尔多斯盆地三叠系延长组、四川盆地侏罗系大安寨组、准噶尔盆地二叠系芦草沟组等获得工业性油流发现，这些油层均与烃源岩互层共生。

鄂尔多斯盆地石炭—二叠系石盒子组和山西组、四川盆地上三叠统须家河组均水体不深，烃源岩层与储层紧密接触、砂体连片发育，非均质性致密储层与烃源岩紧密接触成藏。由于河流改道、交叉、归并频繁，单期河道数量多，规模有限，多期河道叠置、归并、侧接，但保持时间较长，形成宏观上呈席状、微观上有较强非均质性的砂岩复合体。

1.5 近距离运移成藏

油气近距离运移层状聚集是致密岩油气藏形成的主要方式。在区域构造背景下，致密岩油气藏的形

成过程主要受源岩热演化、生排烃过程和构造作用等因素控制。致密岩油气优质烃源岩成熟期生烃膨胀增压、脉冲式排烃与气体扩散作用是生排烃的主要动力，构造作用形成的裂缝为主要运移通道，具有明显的一次运移或近距离二次运移、聚集特征。

生烃增压作用是致密岩油气排出的主要动力。油气初次运移的动力来源多样，目前认为泥质烃源岩的压实作用、水热膨胀作用、黏土矿物脱水作用、有机质生烃作用等是油气初次运移的动力。生烃膨胀形成的超压对于油气初次运移有着更为重要的意义。因此，致密岩油气主要依靠大面积优质烃源岩生烃增压作用排烃。

近距离层状聚集是致密岩油气运移成藏的主要方式。致密岩油气生成后通过多期式排烃，可以在微孔喉中流动，在源内或近源呈层状聚集。通过激光共聚焦显微镜技术分析，鄂尔多斯盆地延长组致密砂岩储层内部微观孔隙结构的荧光图像显示，孔隙结构普遍较复杂，孔隙连接性相对较好，大部分溶孔及残余粒间孔中均有荧光显示。说明石油可在储层孔喉中运移流动。

1.6 油气藏类型

主要致密岩油气藏类型有岩性型、地层型、岩性+构造型，其中以岩性型占主导（图4）。从层位上具有多时代分布：从震旦系—古近系均有；从盆

地类型上看，各类盆地均有。

图4 中国主要含油气盆地及非常规油气田分布图

2 致密岩油气控制因素

2.1 沉积相控制分布

致密岩油气的分布受形成的地质条件和油气成藏条件控制。沉积相控制烃源岩和储层及其配置关系是致密岩油气分布的基本因素，油气主要分布在湖盆内部相对深水的水下三角洲砂体、重力流砂体发育区[13]。湖相碳酸盐致密岩油广泛分布于凹陷和斜坡区，该类油层夹持在深湖—半深湖相暗色泥页岩中。目前，该类致密岩油在准噶尔和三塘湖盆地二叠系、酒泉和江汉盆地白垩系、柴达木和渤海湾盆地古近系等均有发现。准噶尔盆地吉木萨尔中二叠统芦草沟组纵向上发育上下两套“甜点层”，上“甜点层”为碳酸盐岩滩、坝沉积，厚度介于10～40 m；下“甜点层”为三角洲远砂坝与席状砂云质粉细砂岩沉积，厚度介于20～70 m。深湖水下三角洲致密岩油是中国分布最广泛的致密岩油，松辽盆地泉头组、鄂尔多斯盆地延长组（图5）以及四川盆地中—下侏罗统均有发现。

图5 鄂尔多斯盆地延长组长6段—长7段致密油分布图

2.2 古斜坡控制油气区域性分布

据现有资料分析，发现的致密岩油气田主要分布在有关盆地古斜坡及古隆起区。如：鄂尔多斯盆地石炭—二叠系致密气田分布在鄂尔多斯盆地的伊陕斜坡区，四川盆地西部上三叠统须家河组致密岩气藏主要分布在前陆盆地斜坡区，准噶尔盆中二叠统芦草沟组致密岩油田分布在前陆坳陷斜坡区。

2.3 “甜点”区的形成

致密砂岩油气分布富集高产受“甜点”体控制，表现为局部富集。“甜点”的发育主要取决于致密砂岩油气形成的构造背景、烃源岩与储层发育特征和裂缝等因素。有些盆地由于沉积条件、成岩作用和构造作用使致密储层中局部范围的渗透率得到改善，这些地区就是油气局部富集形成“甜点”的有利区。形成致密砂岩油气“甜点”的主要条件或指标：①具有优质的厚度较大的烃源岩；②烃源岩与致密岩互层；③具有一定厚度的中—粗砂岩储层，孔隙度介于7%～10%，渗透率介于0.05～0.1 mD；④砂岩脆性矿物含量超过50%；⑤砂岩胶结物以钙质或硅质为主；⑥砂岩层理和纹理较发育；⑦裂缝发育；⑧含油气饱和度较高；⑨油质较轻。

致密砂岩“甜点”最典型的代表是鄂尔多斯盆地上三叠统延长组长6—长8段致密砂岩油，具有油藏规模大、砂层薄（平均油层厚度为10.7 m）、分布范围广、构造背景简单等特征（图6）。致密砂岩油层主要分布在紧邻生烃中心的水下三角洲前缘和湖盆中部重力流的有利砂体中，其中长7段致密砂岩油主要分布在姬塬地区的三角洲前缘砂体和陇东地区的浊积砂体中；长6段致密砂岩油主要分布在湖盆中部的华庆、合水和塔儿湾地区[14]。

图6 鄂尔多斯盆地南部富县地区延长组多层组岩性油气藏剖面示意图

3 致密岩油气潜力及勘探方向

3.1 油气资源潜力巨大

中国致密岩油气具有多层系、分布广特征。2015年，中国国土资源部组织有关油公司对松辽、渤海湾(致密岩气未计算)、鄂尔多斯、四川、塔里木(致密岩油未计算)及准噶尓等盆地进行了初步计算，结果是致密岩油资源量为146.6×108t、天然气资源量为32.9×1012m3。如果对上述各大盆地全覆盖计算，再加上南华北、河西走廊、柴达木、青藏、海域及其他主要中、小型盆地等，预计致密岩油气的资源为现计算的油气资源量的一倍以上。油气资源潜力巨大。预计2020年产油2 000×104t，产气（600～700）×108m3[15]。

3.2 主要勘探地区

目前，应以鄂尔多斯、松辽、准噶尔、渤海湾、柴达木、三塘湖等盆地为致密岩油的重点勘探区（表2）。鄂尔多斯、四川、松辽、塔里木、准噶尔等盆地为致密岩气的勘探区（表3）。

表2 中国重点盆地致密岩油有利区分布表

表3 中国重点盆地致密岩气有利区分布表

4 面临的主要问题

由于储层致密、非均质性强等特点，致密岩油气勘探开发总体表现为甜点区识别难度大、单井产量低、开发产量低、开发成本高、经济效益差等问题。

1）甜点区识别难。甜点区不仅是地质甜点，也是工程甜点。在油气富集上，地质甜点是致密岩油气资源最富集的地区，目前的识别技术可以采用地质评价方法，结合地球物理和钻井资料来判定。工程甜点指该区裂缝发育、岩石可压性好、储层易于压裂改造。目前，尚未形成成熟的预测技术来准确预测地质和工程甜点。

2）单井产量低、稳产难度大，递减快。从致密岩油气井生产曲线上看，单井生产曲线呈“L”型特征，下降迅速。如，中国三塘湖盆地马55井致密岩油生产，初期日产油22.6 m3，1个月后产量迅速递减，日产油量仅1～3 m3。

3）在低油价下，由于致密岩油单井产量不高，平均小于10 t/d，生产成本高，当前大部分地区的致密岩油难以进行大规模开发。

致密岩气产量主要集中在鄂尔多斯盆地苏里格地区的上古生界，四川盆地的须家河组气藏由于气水分布复杂，规模上产难度较大。

综上所述，中国致密岩油气起步较早，油气资源潜力巨大，并有较成熟的勘探开发技术，近年来已出现快速发展的态势。笔者认为，致密岩油气是当前中国非常规油气发展之首选。

[1] 邹才能, 陶士振, 杨智, 袁选俊, 朱如凯, 贾进华, 等. 中国非常规油气勘探与研究新进展[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2012, 31(4): 312-322.

Zou Caineng, Tao Shizhen, Yang Zhi, Yuan Xuanjun, Zhu Rukai, Jia Jinhua, et al. New advance in unconventional petroleum exploration and research in China[J]. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 2012, 31(4): 312-322.

[2] 邹才能, 翟光明, 张光亚, 王红军, 张国生, 李建忠, 等. 全球常规—非常规油气形成分布、资源潜力及趋势预测[J]. 石油勘探与开发, 2015, 42(1): 13-25.

Zou Caineng, Zhai Guangming, Zhang Guangya, Wang Hongjun, Zhang Guosheng, Li Jianzhong, et al. Formation, distribution, potential and prediction of global conventional and unconventional hydrocarbon resources[J]. Petroleum Exploration and Development, 2015, 42(1): 13-25.

[3] 康玉柱. 创新石油与战略思考[J]. 中国工程科学, 2012, 14(3): 37-40.

Kang Yuzhu. Innovation of oil and strategic thinking[J]. Engineering Sciences, 2012, 14(3): 37-40.

[4] 邹才能, 张国生, 杨智, 陶士振, 侯连华, 朱如凯, 等. 非常规油气概念、特征、潜力及技术——兼论非常规油气地质学[J].石油勘探与开发, 2013, 40(4): 385-399.

Zou Caineng, Zhang Guosheng, Yang Zhi, Tao Shizhen, Hou Lianhua, Zhu Rukai, et al. Geological concepts, characteristics, resource potential and key techniques of unconventional hydrocarbon: On unconventional petroleum geology[J]. Petroleum Exploration and Development, 2013, 40(4): 385-399.

[5] 李建忠, 郭彬程, 郑民, 杨涛. 中国致密砂岩气主要类型、地质特征与资源潜力[J]. 天然气地球科学, 2012, 23(4): 607-615.

Li Jianzhong, Guo Bincheng, Zheng Min, Yang Tao. Main types,

geological features and reservoir resources pptential of tight sanstones gas in China[J]. Natural Gas Geosciences, 2012, 23(4): 607-615.

[6] 康玉柱. 中国非常规泥页岩油气藏特征及勘探前景展望[J]. 天然气工业, 2012, 32(4): 1-5.

Kang Yuzhu. Characteristics and exploration prospect of unconventional shale gas reservoir in China[J]. Natural Gas Industry, 2012, 32(4): 1-5.

[7] 邹才能, 杨智, 崔景伟, 朱如凯, 侯连华, 陶士振, 等. 页岩油形成机制、地质特征及发展对策[J]. 石油勘探与开发, 2013, 40(1): 14-26.

Zou Caineng, Yang Zhi, Cui Jingwei, Zhu Rukai, Hou Lianhua, Tao Shizhen, et al. Formation mechanism, geological characteristics and development strategy of nonmarine shale oil in China[J]. Petroleum Exploration and Development, 2013, 40(1): 14-26.

[8] 邹才能, 朱如凯, 白斌, 杨智, 侯连华, 查明, 等. 致密油与页岩油内涵、特征、潜力及挑战[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2015, 34(1): 1-17.

Zou Caineng, Zhu Rukai, Bai Bin, Yang Zhi, Hou Lianhua, Zha Ming, et al. Significance，geologic characteristics，resource potential and future challenges of tight oil and shale oil[J]. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 2015, 34(1): 1-17.

[9] 吴聃, 鞠斌山. 页岩储层的微观孔渗特征分析[J]. 资源开发与市场, 2013, 29(5): 520-522.

Wu Dan, Ju Binshan. Research on micro-porosity and permeability of shale reservoir[J]. Resource Development & Market, 2013, 29(5): 520-522.

[10] 李占东, 王义军, 胡慧婷, 王海生, 张海翔, 李阳, 等. 松辽盆地北部青山口组一段泥页岩储集层特征[J]. 新疆石油地质, 2015, 36(1): 20-24.

Li Zhandong, Wang Yijun, Hu Huiting, Wang Haisheng, Zhang Haixiang, Li Yang, et al. Shale reservoir characteristics of Qing⁃1 Member of Cretaceous Qingshankou Formation in northern Songliao Basin[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2015, 36(1): 20-24.

[11] 康玉柱. 中国非常规致密岩油气藏特征[J]. 天然气工业, 2012, 32(5): 1-4.

Kang Yuzhu. Characteristics of tight hydrocarbon reservoir in China[J]. Natural Gas Industry, 2012, 32(5): 1-4.

[12] 杨华, 刘新社, 杨勇. 鄂尔多斯盆地致密气勘探开发形势与未来发展展望[J]. 中国工程科学, 2012, 12(6): 40-48.

Yang Hua, Liu Xinshe, Yang Yong. Status and prospects of tight gas exploration and development in the Ordos Basin[J]. Engineering Sciences, 2012, 12(6): 40-48.

[13] 康玉柱. 全球油气地质几个重大问题的思考[J]. 中国地质, 2015, 42(4): 811-818.

Kang Yuzhu. A discussion on some key problems about the global petroleum geology[J]. Geology in China, 2015, 42(4): 811-818.

[14] 赵文智, 王泽成, 王红军, 王兆云. 中国中、低丰度大油气田基本特征及形成条件[J]. 2008, 35(6): 641-650.

Zhao Wenzhi, Wang Zecheng, Wang Hongjun, Wang Zhaoyun. Principal characteristics and forming conditions for medium-low abundance large scale oil/gas fields in China[J]. 2008, 35(6): 641-650.

[15] 贾承造, 郑民, 张永峰. 中国非常规油气资源与勘探开发前景[J]. 石油勘探与开发, 2012, 39(2): 129-136.

Jia Chengzao, Zheng Min, Zhang Yongfeng. Unconventional hydrocarbon resources in China and the prospect of exploration and development[J]. Petroleum Exploration and Development, 2012, 39(2): 129-136.

（修改回稿日期 2016-09-12 编 辑 陈古明）

Resource potential of tight sand oil & gas and exploration orientation in China

Kang Yuzhu
(Sinopec Petroleum Exploration and Development Research Institute, Beijing 100083, China)
NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 10, pp.10-18, 10/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

China was one of the first countries in the world to discover tight sandstone oil. Early in 1907, tight sand oil was discovered in the Triassic strata by the Well Yan 1 in the Ordos Basin and in 1989, a giant tight sand gas field of Jingbian was found in the Carboniferous–Permian strata in this basin. From then on, tight sand oil and gas fields were successively explored in various basins such as Sichuan, Junggar, Songliao, Bohai Bay, etc. In conclusion, tight sand oil and gas is abundantly stored in multiple formations and layers in largeor medium-sized basins all over China, of which tight oil reserves were estimated to be 28–30 billion tons while tight gas 66–70 trillion m3. This can be just proved by the recent rapid increase of both explored reserves and productivity of tight oil and gas. In view of this, an overall study was conducted on the geological settings, pooling conditions, the main controlling factors and indexes of "sweet spots", and distribution patterns of tight sand oil and gas reservoirs. Besides, such issues were discussed as reserves potential, potential challenges, etc. To sum up, with mature exploration and development technologies, tight oil and gas will be the first choice in the development of more unconventional hydrocarbon resources in China.

China; Tight sand oil & gas; Resource potential; Exploration orientation; Reservoir features; Hydrocarbon reservoir type; Exploration zone

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.10.002

中国地质调查局地质调查项目（编号：12120113040000）。

康玉柱，1936年生，中国工程院院士；长期从事油气勘探理论研究工作，建立了中国古生代海相成油气理论，并丰富了地质力学找油气、非常规油气等理论。地址：（100083）北京市海淀区学院路31号。ORCID: 0000-0001-5196-3411。E-mail: kangyz. syky@sinopec.com