中美主要盆地頁巖油對比分析

◇長江大學資源與環境學院 陳笑宇

美國是率先實現頁巖油商業開發的國家，相比于美國中國對于頁巖油的研究起步較晚。但近年來中國在頁巖油開發研究上取得了一些成果，中國作為頁巖油儲量排名第三的國家，開發潛力巨大。本文通過中美兩國在儲層特征以及地球化學特征的差異性，突出中國頁巖油參數的優劣性，為我國后續頁巖油研究提供借鑒。

1 前言

隨著常規石油資源量逐漸減少，人們需要尋找新的途徑解決能源需求問題。全球頁巖油技術可采資源量為473×108t[1-2]，而美國作為率先實現頁巖油商業開發的國家，2016年美國平均日產頁巖油53.3×104t，占美國國內原油日產量的45%[3]，2016年頁巖油總產量已達2.12×108t，占美國石油總產量的52.6%，顯示出了頁巖油具有巨大的勘探開發前景[4]。2018年美國頁巖油產量達到了3.2×108t，占石油總產量的64.7%，預測到2040年頁巖油日產量將達到129×104t，在美國石油總產量中占比約為67.3%，使自己國家原油產量得到了極大提升的同時，也有效解決了美國能源需求問題。中國擁有更多的人口，對于石油的需求逐漸提升，為了解決國內能源需求問題，更多研究者投入到非常規油氣研究中。美國頁巖油技術可采資源量為102.19×108t，同樣中國頁巖油資源潛力巨大，我國頁巖油技術可采資源量為44.00×108t，僅次于美國和俄羅斯，居世界第三位（表1），本文通過中國與美國頁巖油對比，為我國今后頁巖油的相關研究提供借鑒。

表1 頁巖油技術可采資源量排行

2 中美頁巖油主要特征

通常賦存油氣的頁巖都是富含有機質的，烴源巖是頁巖油資源評價的研究對象之一，所以在頁巖油的相關研究中對烴源巖的研究尤為重要。美國開采出頁巖油的烴源巖大多是海相烴源巖，相比較美國，中國所發現頁巖油中烴源巖大多是以陸相烴源巖為主。由于海相烴源巖與陸相烴源巖的沉積環境存在較大差異，所以海相與陸相頁巖油的賦存特征也存在較大差異。

美國海相頁巖油氣資源潛力巨大，根據對美國頁巖油開發的資料研究，并結合海相烴源巖的沉積環境進行研究分析，可以將海相頁巖油的特征歸結為三個方面：①美國石油的分布情況可以劃分為外中內三個區帶。外帶主要分布狀況位于陸棚和沿海平原地區，在這個區帶中資源以常規能源為主，石油主要產自于中、新生界。中帶主要分布狀況為發育位置在北美地臺西部和南部的地臺邊緣深陷盆地，以及圍繞地臺周邊分布的逆沖斷裂帶地區，其資源也是以常規能源為主，主要產自于古生界以及中生界。內帶石油分布狀況為發育在北美地臺上的古生代盆地，其資源即有常規能源也有非常規能源。②古生界海相烴源巖有利區較難確定。對海相烴源巖而言，有機質是否豐富與所對應地質時期古地理、古氣候、古大陸流入海洋沉積物等息息相關，對其評價以及解釋成因具有較大困難。同時在古生代末期，泛大陸逐步解體發生漂移，許多地層遭受不同程度破壞，也形成了各種復雜的地質構造，對于當時時期古地理地貌恢復存在巨大挑戰，古海岸線的位置以及走向難以判定。③大陸坡以及海洋大陸架為海相烴源巖發育的主要位置。相比較陸相烴源巖，海相烴源巖在這些位置沉積的全封閉的還原環境較弱，同時在這些地帶由于陸源植物碎屑和氧化沉積物不斷改變其物質組分，所以有機物質大多以芳香族和環烷族的環狀化合物為主。

與美國海相烴源巖相比，中國頁巖油是中、新生代陸相咸化湖盆含油氣資源最主要的國家。中國陸相烴源巖在中、新生代特征主要有以下幾個方面：①中國陸相沉積盆地在該時代烴源巖的沉積環境為半咸水-咸水，所以將其稱為陸相咸化湖盆。對于大型的陸相咸化湖盆而言，其發育位置在較為穩定的大地構造單元內，面積較小的含煤-含氣盆地除外。②陸相咸化湖盆烴源巖在該時代物性較差，其物性屬于低孔低滲結構，且含油飽和度較低。含油飽和度較低主要原因是因為油氣運移距離較短，僅在烴源巖發育區域內運移，烴源巖內油氣以溶解相為主。③陸相咸化湖盆在該時代烴源巖發育區域及其邊界較容易確定，油氣運移及其聚集容易研究。④陸相咸化湖盆具有全封閉的沉積環境且還原條件比較好，干酪根類型以“型和”型為主，大型陸相咸化湖盆的烴源巖以石油為主，天然氣則主要是石油伴生氣[5]。

3 中美主要盆地頁巖油儲層特征

美國頁巖油地層主要位于上古生界-新生界，為海相烴源巖，例如美國Wiliston、Mayerick、Fort Worth等盆地中的Bakken頁巖、Eagle Ford頁巖和Barnett頁巖，其沉積地層為海相碳酸鹽巖地層，分別分別形成于密西西比系，白堊系，密西西比系地層當中。脆性礦物含量比較高，對后期地層改造比較有利，其滲透率約為0.1mD左右，孔隙度10%左右，有機質類型以Ⅰ型干酪根和Ⅱ型干酪根為主[6]。相比較于美國，中國盆地中具有頁巖油的烴源巖則是以中生代或者新生代的湖相泥頁巖，有機質類型以Ⅰ型干酪根和Ⅱ型干酪根為主，有機質豐度較高，有機質成熟度較好，孔隙度與滲透率變化較大（表2）。對于北美地區，頁巖油的油氣層大多分布在相變小，相對均勻且沉積構造環境相對穩定的海相地層中，并且含頁巖油的泥頁巖性質也比較穩定，頁巖油所在區域位置比較容易能確定。與美國頁巖油海相烴源巖地層相比，中國陸相盆地泥頁巖相變化相對較大，且沉積構造環境變動也較大，由于泥頁巖非均質性較大，導致地層在平面以及剖面上具有很大的變化，對頁巖油的分布和富集具有較大的消極影響。

表2 中國主要盆地頁巖地球化學參數對比[6]

4 結論

美國海相頁巖油與中國陸相頁巖油存在較大差異，與美國頁巖油相比較，中國頁巖油所在地層更加復雜，頁巖油所在區域位置相比較美國頁巖油較難發現，但中國陸相頁巖油的烴源巖具有更好的封閉性以及還原環境。相對于美國海相頁巖油的大規模開發，中國陸相頁巖油儲量潛力巨大，未來前景可期。