页岩气成藏及规律分析与探索

马 帅

（长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100）

页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中，以吸附状态为主要存在方式的天然气聚集[1，2]。从能源安全和需求的角度而言，我国天然气产量仍然不能自给自足，存在巨大的缺口，对外依存度比较高，并且逐年增加。据有关资料显示，我国的页岩气勘探潜力巨大，目前总体处于勘探早-中期阶段，页岩气市场具备十分广阔的潜力。因此，加强页岩气的研究，对发现新的页岩气资源、提升国家能源自给率以及确保国家能源安全都具有十分重要的现实意义。

1 页岩气聚集机理

在经过长时间的静水还原性沉积之后，页岩就会连续生成生物型的天然气，在此过程中，也会形成页岩气，并且页岩气的形成不要求特殊的构造条件，聚集过程中几乎没有运移距离，一般在页岩层内就近便会聚集起来，表现为典型的“原地”聚集模式，具有“早期成藏”、“隐蔽性”、“源储一体”的特点。页岩气聚集是复杂的多机理递变过程，在刚开始阶段，有机质和岩石颗粒表面吸附的主要为生物型天然气，当天然气的吸附量和溶解量达到一定的饱和度时，剩余的天然气就会逃散（图1）。这个阶段形成的页岩气主要以吸附状态存储在页岩内部，总体含气量有限。然后经过一段时间的演化之后，页岩中的有机质就会进入成熟阶段，这个阶段天然气主要是由于干酪根的降解和各种大分子烃类的裂解作用而形成的，生成的大量天然气使地层产生了异常的高压区。在高压的作用下，页岩内部就会产生裂缝，使得大量天然气聚集在裂缝中，最终形成了游离态为主、吸附态和溶解态为辅的页岩气。从某种程度上而言，页岩气的聚集本质上是天然气在页岩中大规模滞留的结果[3-4]。

图1 页岩气聚集机理示意图

2 页岩气地质特征

页岩气的地质特征主要有5点：赋存状态、储层特点、地化特征、成因类型、保存条件等。首先，大部分的页岩气在页岩中都是以吸附态存在，其他则是以游离态、溶解态存在。页岩气的富集程度与储层的孔渗条件和裂缝发育程度关系较大，孔渗条件较好、裂缝越发育，则页岩气的品质和资源量越好。其次，在页岩气储层中，绝大多数黏土矿物都已经转化成稳定性的矿物，并且处于晚成岩时期，地层的厚度一般需要大于30m。页岩储层中的Toc含量较高，一般大于l%，而且有机质丰度比较高，不同类型的有机质在整个演化过程中都会生成页岩气。另外，页岩气的成因类型有3种：热成因、生物化学成因以及二者的混合成因。最后，具有商业价值的页岩气藏对于保存条件有一定的要求。

3 页岩气演化特征

页岩气的形成对于页岩的种类没有十分特殊的要求，在条件允许的情况下，只要是富含有机质的页岩就有机会生成页岩气，但是不同种类的页岩生成页岩气的演化过程中具有不一样的特征，按照有机质来划分，页岩主要分为3种：腐泥型、混合型、腐殖型。前两种页岩在沉积之后埋藏的深度会日益加大，在深度达到一定的数值之前，页岩在这一过程中生成了大量的以生物甲烷为主的烃类产物，这时页岩的生油潜力非常大。在深度达到门限深度之后，页岩中的大量有机质-干酪根便逐渐降解生成原油并且排出。随着埋藏深度的进一步加大，干酪根和之前生成的原油发生热裂解反应，生成轻质油和裂解气[3，4]。最后，页岩的生油潜力逐渐枯竭，但是干酪根和之前生成的原油仍然会发生热裂解反应，生成高温甲烷。第三种页岩以生气为主，与前两种页岩的最大的区别在于没有生油带，在页岩气演化过程中没有油产生，而其他演化特征基本相同。

4 页岩气主控因素

页岩的物质组成和类型主要由沉积环境决定，而页岩的热演化程度和分布情况主要由构造条件决定。一般情况下，很多因素都会控制页岩气的聚集，主要为有机质成熟度、有机质丰度以及裂缝。天然气的生成方式主要由有机质的成熟度决定，而且页岩成熟度越高，气体的生成速度越快，其含气量越大。页岩成熟度较低，页岩中生成的天然气会溶解在原油中，而基本不会产出页岩气。其次，有机碳含量也是控制页岩气聚集的主要因素，不但可以控制页岩的物理性质和化学性质，而且在一定程度上也可以控制其裂缝发育情况，更为关键的是可以控制其含气量的大小，有机碳含量越高，页岩的含气量越大，它们之间呈正相关。一般而言，页岩气含量多的页岩中，裂缝都比较发育，而且其品质也较好。但是，对于页岩气的成藏，裂缝发育是一把双刃剑：页岩中微裂缝比较发育，并且和大型断裂相互连通，会破坏页岩气的保存，而且裂缝规模过大，甚至会使天然气散失；页岩中微裂缝发育，不仅能为页岩气成藏提供一定的储集空间，也可以为页岩气的运移、开采提供通道[3-4]。

5 页岩气分布规律

页岩气的分布同样由很多因素所决定，例如赋存条件、沉积条件、有机质成熟度、埋藏深度等，使得页岩气分布具有一定的隐蔽性，导致页岩气的勘探开发难度较大。想要形成具有商业价值的页岩气，就必须具有丰富的气源条件，而通常富含有机质的黑色泥页岩是最好的气源条件，这种黑色泥页岩都是在条件比较好的还原环境中形成的。与此同时，页岩气的富集也需要非常大的储集空间，这种空间其实就是厚度较大的地层（＞30m），而且从天然气的生成条件而言，不仅需要厌氧环境，而且需要高温条件，因此，页岩气的富集有利区是沉积的中心区域[4-5]。一般而言，具有商业价值的页岩气储层都是在一定规模的裂缝发育带中发现的，除了页岩自生的裂缝之外，构造裂缝也可以给页岩气的聚集提供一定的条件。因此，页岩气的聚集场所还有地应力集中带、构造转折带以及褶皱等[4-5]。

6 结论

与常规油气资源相比，我国的页岩气资源量潜力巨大，并且具有十分良好的勘探开发前景。经过近些年的发展，页岩气的储层研究取得一定的成果，但是对于页岩气成藏规律方面的研究，目前仍然不够成熟，处于探索阶段。因此，必须开展页岩气成藏和规律方面的分析与研究，对比和总结不同地区页岩气储层的规律，从而对页岩气的勘探开发进行有效指导。