頁巖氣的基本特征及經(jīng)濟(jì)用途分析綜述1.概述頁巖氣指的是以游離狀態(tài)或者是吸附狀態(tài)存在于高碳、暗色泥頁巖以及夾層中泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖中，是連續(xù)性氣藏，是自己生成的同時自己進(jìn)行儲存成藏的，歸于非常規(guī)的天然氣[2]。據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)(EIA)評價結(jié)果，地球上可以進(jìn)行開采的頁巖氣大概擁有200×1012m3，加拿大、阿爾及利亞、美國、中國、阿根廷等都是頁巖氣主要分布的國家。依照著國土資源部最新的我國國內(nèi)頁巖氣的資源潛力評價，評價表明，我國除去海水的地區(qū)的頁巖氣地質(zhì)資源含量大概是134.42×1012m3，其中可以采用的資源量大概是25.08×1012m3(不包含青藏高原地區(qū))。我國完成了頁巖氣商業(yè)開發(fā)是在“十二五”期間，全國探明頁巖氣地質(zhì)儲量具體有11815×1012m3這是在2018年年底的結(jié)果，他們主要分布在重慶、云南、四川、貴州等一些地區(qū)。1.1頁巖氣的基本特征1.1.1頁巖氣的化學(xué)組成2018年全國頁巖氣產(chǎn)量108×1012m3，主要的成分為烷烴，甲烷占90%以上，為主要部分，其次是乙烷、然后是丙烷和丁烷，最后是一些少量的二氧化碳和硫化氫以及氮氣，還有極其少量的氦氣和氬氣。1.1.2頁巖層段泥巖、頁巖、粉砂質(zhì)泥巖作為組成中最主要的成分，外加可能富含小量的碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖以及砂巖等夾層的，富含有機(jī)質(zhì)的，烴源巖系指的便是頁巖層段[3]。夾層之中的一般天然氣，依靠“天然氣儲量計算的規(guī)范”來實行運算，假若不能夠滿足單獨開采的要求，則實施綜合勘探以及開采。含氣頁巖和巖石學(xué)中定義的頁巖并不是一個含義，而是有間接或者直接證據(jù)可以表明頁巖含氣，并且具有工業(yè)價值的聚集頁巖氣的頁巖層段，其本質(zhì)上就是油氣源中的油氣富集的層段。1.1.3頁巖氣的賦存狀態(tài)儲集層同樣也是烴源巖層，沒有進(jìn)行是運輸移動又或者是只進(jìn)行了很短距離的運輸移動便是頁巖氣成藏的特點。頁巖氣基本上都是以游離加吸附作為主要的賦存方式，它可以在顆粒的孔隙之間與自然產(chǎn)生的裂縫中使用游離的方式存在，在粘土顆粒與干酪根表面上使用吸附的方式存在，相當(dāng)少的在瀝青質(zhì)和干酪根中以融化的狀態(tài)存在。1.2頁巖氣的主要經(jīng)濟(jì)用途頁巖氣可以成為常規(guī)天然氣的可靠補(bǔ)充源，因為其也是一種清潔能源，同時也可以成為，為工業(yè)提供動力的燃料是重要的氣態(tài)能源資源，并且可以廣泛用于城市供熱等一些日常生活之中。開發(fā)利用頁巖氣可以大大降低，我國對煤炭的需求以及其他能源的需求，有助于推動科技創(chuàng)新、國家發(fā)展，從而實現(xiàn)中華民族的繁榮富強(qiáng)。1.3頁巖氣的形成1.3.1頁巖氣的成因類型之前的地質(zhì)油氣理論認(rèn)為烴源巖富含有機(jī)質(zhì)的頁巖主要是以生成油氣為主，而不是儲層油氣，它的滲透率與孔隙度都相當(dāng)?shù)牡停Ｇ闆r下不會發(fā)生低產(chǎn)與自然產(chǎn)能。頁巖中的粒間的孔隙以及有機(jī)質(zhì)中孔隙、顆粒內(nèi)孔等發(fā)育，是可以形成自生自儲型的天然氣資源，是在北美地區(qū)吃到頁巖氣開發(fā)勝利的果實之后人們才開始清楚了的。頁巖氣可以生成于有機(jī)演化的每一個階段，包括熱成因氣（自然生成）和生物成因氣兩種類型整個過程如圖1。①生物成因氣：生物成因氣指的是在富含細(xì)菌的大氣浸入或者在早期成巖作用的作用下，有機(jī)質(zhì)在低溫條件下通過厭氧微生物的分解作用最終形成的天然氣。生物成因頁巖氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)是富含有機(jī)質(zhì)的泥頁巖，以及需要低硫酸鹽環(huán)境、低溫環(huán)境和缺氧環(huán)境的必要外部條件，為了保證大量的生成生物成因氣還需要足夠的埋藏時間。②熱成因氣：熱成因氣指的是隨著埋藏深度越來越深，壓力和溫度也不斷地增加，并且在溫度比較高的時候以及持續(xù)的加溫條件下，泥頁巖中的有機(jī)質(zhì)經(jīng)過裂解和降解的作用然后生成天然氣。干酪根化學(xué)降解過程，一開始先生成瀝青，緊接著生成了原油，最后就生成了天然氣，生成烴類氣體的多少，取決于頁巖的有機(jī)質(zhì)成熟度，頁巖的成熟度越高，生成的氣體就也越多。干酪根進(jìn)行化學(xué)降解作用所生產(chǎn)的天然氣，是在成熟作用的初始階段所發(fā)生的；通過瀝青和石油以及干酪根的熱裂解作用生成天然氣是在成熟作用的晚期。相比較生物成因熱裂解成因所產(chǎn)生的氣體更多是因為熱裂解是在更高的溫度和壓力下進(jìn)行的，所以有機(jī)質(zhì)的成熟度更高產(chǎn)生的氣體也就更多了[4]。1.3.2頁巖氣形成的地質(zhì)條件頁巖氣藏不僅是儲層還是烴源巖和蓋層，頁巖氣的分布受保存條件、儲層物性和油氣生成條件以及巖石的性質(zhì)和構(gòu)造沉積環(huán)境等各種因素的影響。頁巖氣成藏主要受泥頁巖有效厚度、泥頁巖礦物組成、有機(jī)質(zhì)含量及類型、熱演化程度、構(gòu)造作用及裂縫發(fā)育程度等因素控制。含有機(jī)質(zhì)的頁巖類型：我國內(nèi)蒙古地區(qū)結(jié)構(gòu)繁瑣、沉積種類比較多。然后我們依照這樣的環(huán)境大致可以將含有有機(jī)質(zhì)的頁巖分為：陸相、海陸的過渡相、海相三種類型的含有有機(jī)質(zhì)的頁巖。具體劃分見表1-1。表1-1內(nèi)蒙古富有機(jī)質(zhì)泥頁巖類型與分布泥頁巖類型沉積相主要形成時代巖石組合類型有機(jī)質(zhì)類型主要分布區(qū)域海相深海、半深海、淺海等寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、石炭紀(jì)單層厚度大、分布穩(wěn)定，可夾海相砂質(zhì)巖、碳酸鹽等。Ⅰ、Ⅱ型為主鄂爾多斯盆地西緣、巴彥浩特盆地、武威盆地海陸過渡相泥頁巖型潮坪、瀉湖、沼澤等石炭紀(jì)、二疊紀(jì)單層較薄，累計厚度大，與砂巖、煤層等其他巖性互層Ⅱ型、三型為主鄂爾多斯盆地、銀額盆地，二連盆地、林西扎魯特旗地區(qū)泥頁巖-煤層型陸相湖湘深湖、半深湖、淺湖等侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)單層厚度大、橫向變化快，夾薄層砂質(zhì)巖Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型內(nèi)蒙古主要中新生代盆地均有發(fā)育湖沼湘湖湘、湖沼等侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)累計厚度大，橫向變化快，與砂巖、煤層等其他巖性互層Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型1.4含有有機(jī)質(zhì)的頁巖的埋深及有效厚度主導(dǎo)頁巖氣聚集比較重要的一個因素就是泥頁巖的有效厚度。想要成為有效的儲存層及烴源巖層，其頁巖儲層必須要達(dá)到一定的有效厚度才可以，具體關(guān)系見表1-2。表1-2以含有機(jī)質(zhì)頁巖厚度為改變因素表富含有機(jī)質(zhì)頁巖厚度增加減少富集的程度增高降低儲量豐度增加降低開采的經(jīng)濟(jì)效益增加降低我國內(nèi)蒙古地區(qū)的海相頁巖一般都是在障壁海岸相及淺海陸棚相等的一些環(huán)境形成的。頁巖和黑色泥巖單一層段厚度比較大，最大的時候單一層段厚度可以達(dá)到三十五米,含有有機(jī)質(zhì)頁巖的層段厚度可以達(dá)到四十五米到九十米之間。總的來說具有泥頁巖厚度一般是比較穩(wěn)定的，但是很多地方遭受到改造、剝蝕以及隆升，使其的構(gòu)造變得復(fù)雜，如果在構(gòu)造比較穩(wěn)定的盆地內(nèi)部其埋藏較深。海陸交互相的富含有機(jī)質(zhì)的泥頁巖層段構(gòu)成則是以富有機(jī)質(zhì)頁巖為主要組成部分，然后夾有一些其他種類的煤層和碎屑巖構(gòu)成。頁巖、黑色泥巖的單一層段的厚度一般都小于十五米,層段厚度約二十米到六十米之間,埋深大概都在兩千五百米到三千米之間,構(gòu)造一般都比較穩(wěn)定。陸相富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖大多數(shù)都是常規(guī)的油氣烴源巖，厚度一般也相對較大，單一層段厚度達(dá)到六十米，層段厚度一般是六十米到一百八十米之間,埋深大概在一千五百米到三千米之間。1.4.1巖性與礦物組成由細(xì)粒碎屑、有機(jī)質(zhì)及粘土組成的沉積巖，并且碎屑的粒徑小于0.0039毫米，外加具有薄片狀或者頁狀層理的沉積巖一般為頁巖。一般經(jīng)常見到的頁巖類型有碳質(zhì)板巖、黑色板巖、鐵質(zhì)頁巖以及硅質(zhì)頁巖，其中碳質(zhì)頁巖和黑色頁巖的有機(jī)質(zhì)含量豐富。含氣的頁巖一般處于富含有機(jī)質(zhì)頁巖的層系，但是不光是只有頁巖，而是以頁巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主的，并且其中夾雜著一些少量的碳酸鹽巖或者硅質(zhì)巖、砂巖等夾層的組合層段。內(nèi)蒙古富有機(jī)質(zhì)泥頁巖的巖石一般是由百分之一到百分之二十的有機(jī)質(zhì)和百分之十五到百分之二十五的粉砂質(zhì)(石英顆粒)以及百分之三十到百分五十的粘土礦物組成，外加一些數(shù)量的黃鐵礦、碳酸鹽。1.4.2有機(jī)地化特征泥頁巖的有機(jī)地球化學(xué)特征不僅僅制約著巖石的生氣能力，還對巖石的吸附能力和儲集能力具有很大的影響。而且有機(jī)地化特征可以通過評價干酪根類型和成熟度、有機(jī)碳含量以及熱演化程度等一些方面，從而評價頁巖氣的生成。①有機(jī)碳含量：影響生烴強(qiáng)度的關(guān)鍵因素是有機(jī)質(zhì)的含量多少，所以不管是通過熱裂解成因氣還是生物成因氣生氣，都需要大量的有機(jī)質(zhì)做保證，而作為頁巖吸附氣的之一載體有機(jī)碳同樣也是頁巖生氣的物質(zhì)基礎(chǔ)。在演化階段和地質(zhì)條件不變的情況下，頁巖的添加游離氣能力和頁巖的生烴量以及吸附氣量的多少，還有頁巖氣富集的難易度與頁巖中含有多少機(jī)碳呈正相關(guān)。以我國內(nèi)蒙古為例各盆地的富含有機(jī)質(zhì)的泥頁巖的總有機(jī)碳含量大多數(shù)都比較高，例如：富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖的海相有機(jī)碳含量大約是百分之零點六到百分之二點二之間；富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖的陸相有機(jī)碳含量大約是百分之一到百分之四之間；富含有機(jī)質(zhì)泥頁巖的海陸交互相有機(jī)碳含量大約是百分之零點七到百分之三之間。②干酪根的成熟度和類型：隨著干酪根類型的改變，其生成油氣的潛能和生成烴潛力，包括性質(zhì)都會有著很大的差別。只有干酪根成熟到一定程度的情況下才會有可能會大量的排烴和生烴。主要負(fù)責(zé)生油的干酪根是I型和II型，然后負(fù)責(zé)生氣的是II型干酪根。以我國內(nèi)蒙古地區(qū)為例：內(nèi)蒙古陸相富含有機(jī)質(zhì)的泥頁巖的有機(jī)質(zhì)類型主要是Ⅲ型；內(nèi)蒙古海相富含有機(jī)質(zhì)的泥頁巖的有機(jī)質(zhì)類型主要是II1型和I型；內(nèi)蒙古海陸交互相富含有機(jī)質(zhì)的泥頁巖的有機(jī)質(zhì)類型主要是II2型。③有機(jī)質(zhì)的成熟度：成熟度一般是用R0（鏡質(zhì)體反射率）表示，正常情況下鏡質(zhì)體反射率R0越高則表示生氣量越大、生氣的可能性也越大。當(dāng)鏡質(zhì)體反射率大于百分之零點五，就表明頁巖層中的有機(jī)質(zhì)已經(jīng)滿足了生烴標(biāo)準(zhǔn)，就能生成天然氣了，