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1、第 卷 第期 年月 地 质 学 报 注： 本文为全国油气资源战略选区调查与评价国家专项（ 编号 ） 、 国家自然科学基金项目（ 编号 ） 资助的成果。收稿日期： ； 改回日期： ； 责任编辑： 周健。作者简介： 聂海宽， 男， 年生。博士， 主要从事油气成藏机理和非常规天然气地质的研究工作。通讯地址： ， 北京市海淀区学院路 号， 中国石化石油勘探开发研究院； ： 。 ： ： 网络出版时间： ： 网络出版地址： ： 页岩气聚集条件及含气量计算 以四川盆地及其周缘下古生界为例聂海宽）， 张金川）中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京， ；）中国地质大学（ 北京） 能源学院，北京， 内容
2、提要： 为了研究页岩气聚集条件及含气量的影响因素、 计算方法， 根据页岩气聚集机理、 聚集特征将页岩气聚集的因素分为内部因素和外部因素。内部因素主要包括页岩有机地球化学参数、 矿物组成以及物性参数等，外部因素主要包括深度、 温度、 压力等。通过对四川盆地及其周缘下寒武统和上奥陶统下志留统 块黑色页岩的有机地球化学参数、 矿物组成、 物性参数、 深度、 温度、 压力等因素对页岩含气量影响作用的分析， 可知反映内部因素的有机碳含量、 总烃含量、 石英含量、 粘土矿物含量、 孔隙度（ 裂缝） 、 密度、 黄铁矿含量和碳酸盐含量等个参数对页岩气聚集具有重要影响。通过对“ 二参数” 、 “ 六参数” 、
3、 “ 八参数” 与含气量的多元线性回归得出计算页岩含气量的计算公式， 据此公式计算的含气量与实测值吻合良好， 且参数越多对页岩含气量的预测越准确。本文建议在条件允许的情况下， 尽可能多地利用各种参数对页岩含气量进行预测， 以达到更好的预测效果。在勘探早期， 建议采用简单易得到的两个最主要参数 有机碳含量和孔隙度进行页岩含气量的计算。关键词： 页岩气； 聚集条件； 主控因素； 内部因素； 外部因素； 四川盆地及其周缘页岩气是美国目前勘探开发最成功的非常规天然气之一， 年美国页岩气产量接近 ， 超过我国常规天然气的年产量（ 张大伟， ） 。虽然我国页岩气研究起步较晚， 但已在美国页岩气勘探开 发
4、经 验 介 绍 （ 陈 建 渝 等， ； 李 新 景 等， ； 张抗等， ； 黄玉珍等， ； 胡文瑞， ；闫存章等， ） 、 页岩气勘探前景（ 刘丽芳等， ；张金川等， ； 李玉喜等， ； 李建忠等， ；张大伟， ） 、 页岩气聚集机理（ 张金川等， ， ； 薛会等， ； 邹才能等， ） 、 聚集条件及主控因素（ 张金川等， ； 聂海宽等， ； 王社教等， ； 程克明等， ； 王兰生等， ） 、 有利区预测（ 张金川等， ， ， ， ； 聂海宽等， ， ， ； 张林晔等， ； 黄籍中， ）和资源 前 景 （ 张 金 川 等， ； 董 大 忠 等， ， ； 朱 华 等， ； 李 建 忠 等， ；
5、 刘 洪 林 等， ） 等方面取得深入研究。笔者认为根据页岩气聚集机理和聚集特征， 可将页岩气聚集因素分为内部因素和外部因素， 认为页岩有机地球化学参数、 矿物组成、 物性参数等属于页岩气聚集的内部因素， 而诸如深度、 温度和压力属于页岩气聚集的外部因素。本文是笔者在页岩气聚集主控因素和我国南方页岩气发育有利区预测研究基础上（ 聂海宽等， ） ， 对页岩气发育最有利区进行采样， 通过分析页岩有机地球化学参数、 矿物组成、 物性参数、 深度、 温度、 压力等因素对页岩含气量（ 包括吸附气含量和游离气含量） 的影响， 进一步对我国四川盆地及其周缘页岩气聚集条件、 主控因素和含气量计算进行系统研究。
6、 样品采集及实验测试样品取自四川盆地及其周缘下寒武统牛蹄塘组及其相当层位和上奥陶统五峰组下志留统龙马溪组及其相当层位黑色页岩， 其中下寒武统 块， 上奥陶统下志留统 块， 为了避免露头样品不同程度氧化导致有机碳含量降低、 孔渗扩大等不足， 在有条件的地方， 尽量选取矿洞和井下样品（ 图） 。主地 质 学 报 年图 四川盆地及其周缘下古生界黑色页岩样品分布 要分析了吸附气含量（ 仪器： 美国 型自动等 温吸 附 仪； 条 件： 室 温 、 压 力 ） 、 有机碳含量、 成熟度、 岩石热解、 矿物组成、 孔隙度和渗透率等。鉴于以溶解态赋存的天然气， 很难和吸附态赋存的天然气区分开， 在合适的条件下
7、二者呈转化关系， 并且很难测试， 目前还没有有效的办法能准确测试这类气体的含量。因此， 本文把溶解态和吸附态天然气归为一类进行研究， 统称为吸附气。 页岩气聚集的内部控制因素 页岩有机地球化学参数 页岩有机地球化学参数属于控制页岩气聚集的内部因素， 主要包括有机碳含量、 成熟度、 岩石热解参数和微观组分等， 这些参数控制页岩气藏中吸附气和游离气的含量。 有机碳含量 有机碳含量是页岩气聚集最重要的控制因素之一， 不仅控制着页岩的物理化学性质， 包括颜色、 密度、 抗风化能力、 放射性、 硫含量， 并在一定程度上控制着页岩的弹性和裂缝的发育程度， 更重要的是控制着页岩的含气量（ 聂海宽等， ） 。
8、研究区黑色页岩的有机质颗粒有多种形态， 如不规则细粒状、 长条状和尘点状， 有时可见极小的黄铁矿颗粒散布。吸附气含量和有机碳含量呈正相关关系， 拟合系数（） 达 （ 图） ， 说明有机碳含量是控制页岩吸附气含量的主要因素， 但是由于拟合系数（） 不图 四川盆地及其周缘下古生界黑色页岩有机碳含量和吸附气含量关系 第期聂海宽等： 页岩气聚集条件及含气量计算 以四川盆地及其周缘下古生界为例到， 说明还有其他因素影响着页岩吸附气的含量，如页岩的矿物组成、 页岩物性等。不同有机碳含量的页岩样品吸附气含量差别较大， 以美国页岩气勘探最有利的有机碳含量为例， 根据拟合公式计算， 研究区黑色页岩在有机碳含量为
9、和 时的吸附气含量分别是有机碳含量为时的 倍和 倍， 不难看出， 有机碳含量是控制吸附气含量的主要因素。有机碳含量和吸附气含量成很强的正相关关系， 主要因为有机质具有多微孔的特征， 并且随有机碳含量的增大， 各种微孔隙类型增多、 微孔隙度增大（ ， ） ， 可供天然气吸附的比表面也增大， 页岩吸附气含量也增加。另外， 黑色页岩中残留沥青的含量， 也是影响页岩吸附气含量的因素。 成熟度 镜质组反射率（） 是国际上公认的标定有机质成熟阶段的一项独立指标， 但不适用于下古生界烃源岩（ 腾格尔等， ） 。下古生界缺乏来源于高等植物的标准镜质组， 即下寒武统和上奥陶统下志留统页岩中不存在真正意义上的镜质
10、组， 因此无法直接获得镜质组反射率。国内外学者提出了诸如沥青反射率、 镜状体反射率、 牙形刺相对荧光强度等成熟度的判识指标（ ， ； 丰国秀等， ； 涂建琪等， ） ， 并将这些反射率通过相差计算转换成镜质组反射率， 即“ 等效镜质组反射率” ， 其中沥青反射率已成为表征那些缺乏镜质组而含有沥青的海相页岩有机质成熟度的一个重要指标（ 丰国秀等， ； 涂建琪等， ） 。据干酪根镜鉴和有机显微组分鉴定， 本次采集的下古生界样品富含沥青， 故本文采用换算过的沥青反射率（ 等效镜质组反射率） 评价成熟度。从研究区黑色页岩吸附气含量和成熟度关系可以看出， 成熟度（） 在 之间时， 吸附气含量达到最大值区
11、域， 平均超过 ， 最大超过， 总含气量也达到最大值区域， 平均超过。在小于 和大于 时， 吸附气含量和总含气量均有不同程度的降低， 前者因为处在生油窗， 生气量有限且溶解于石油中， 后者成熟度过高， 生气能力有限， 均导致吸附气含量不高（ 图） 。但很难在吸附气含量和成熟度之间建立相关关系，只能说明在给定的成熟度范围内， 吸附气含量较大。由此可以看出， 无论成熟度高低， 在页岩层中， 均有吸附气赋存， 甚至形成页岩气藏。值得讨论的是本次研究缺少成熟度小于的样品值， 加上小于图 四川盆地及其周缘下古生界黑色页岩成熟度和吸附气含量关系 的数据， 关系也许会发生变化。从目前勘探开发情况讲， 对于热成因的页岩气藏， 如圣胡安
