页岩气相关资料

页岩气系列资料总结

藏南日喀则地区白垩纪泥岩、页岩有机质丰度及其油气地质意义

一、页岩气的定义

页岩气指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中（亦可存在于泥页岩层系中的粉、细砂岩,粉砂质泥岩或砂岩夹层中）,以吸附或游离状态为主要存在方式（也包括溶解气）的连续式富集（连续型油气藏是指低孔低渗储集体系中油气运聚条件相似、含流体饱和度不均的非圈闭油气藏,具有巨大的储集空间和模糊的油气藏边界,其存在几乎不依赖于水柱压力,主要指非常规气藏,包括致密砂岩气、页岩、深盆气、煤层气、浅层微生物气、天然气水合物6种主要类型/为不间断充注、连续聚集/连续分布成藏）的天然气聚集。从某种意义来说,页岩气藏的形成是天然气在烃源岩中大规模滞留的结果。

Curtis认为页岩气系统基本上是生物成因、热成因或者生物—热成因的连续型天然气聚集,页岩气可以是储存在天然裂隙和粒间孔隙内的游离气,也可以是干酪根和页岩颗粒表面的吸附气或是干酪根和沥青中的溶解气。张金川等认为页岩气是指主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中,以吸附或游离状态为主要存在方式的天然气聚集,为天然气生成之后在源岩层内就近聚集的结果,表现为典型的“原地”成藏模式。 二、页岩气的类型 1、按气源成因分类：

是最常采用的分类方式。北美地区目前发现的页岩气藏存在3种气源,即生物成因、热成因以及两者的混合成因，其中以热成因为主,生物成因及混合成因仅存在于美国东部的个别盆地中。盆地斜坡/中心,倾油有机质经历充分热降解或热裂解,热成因页岩气较发育;有机质成熟度较低、水动力条件优越的盆地边缘,生物成因气发育。

热成因型页岩气又可分为3个亚类:①高热成熟度型,如美国Fort Worth盆地的Barnett页岩气藏;②低热成熟度型,如Illinois盆地的New Albany页岩气藏;③混合岩性型,即大套页岩与砂岩和粉砂岩夹层共同储气,如East Texas盆地的Bossier页岩气藏。

热成因气的形成有干酪根成气、原油裂解成气和沥青裂解成气3种途径: 原油及沥青二次裂解生成的天然气量大小主要取决于烃源岩中有机质丰度、类型以及液态烃残留量，和储层的吸附作用。其中由烃源岩有机质热演化直接成气及原油裂解成气是页岩气藏中天然气的主要来源。

生物成因型页岩气藏又分两类:①早成型,气藏的平面形态为毯状,从页岩沉积形成初期就开始生气,页岩气与伴生地层水的绝对年龄较大,可达66 Ma,如美国Williston盆地上白垩统Carlile页岩气藏;②晚成型,气藏的平面形态为环状,页岩沉积形成与开始生气间隔时间很长,主要表现为后期构造抬升埋藏变浅后开始生气,页岩气与伴生地层水的绝对年龄接近现今,如美国Michigan盆地的Antrim页岩气藏。

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2、按有机质成熟度分类：

可分为高成熟度页岩气藏、低成熟度页岩气藏以及高低成熟度混合页岩气藏。与气源分类相对应，低成熟度的页岩气藏的成因主要是生物成因，为埋藏后抬升经历淡水淋滤而形成的第2次生气，处在生物气生成阶段，为低成熟度的页岩气藏，如Antrim页岩气藏为低成熟度的页岩气藏（Ro0.4%~0.6%）；由New Albany页岩气藏甲烷气体的δ13C分析（浅层生物气特征是炭同位素很轻），发现来自盆地南部深层的天然气都是热成因，而来自盆地北部相对浅层的天然气为热成因和生物成因的混合，为高、低成熟度混合的页岩气藏（Ro0.6%~1.3%）；福特沃斯盆地Barnett页岩气藏为热成因型，主要为热解干气，为高成熟度页岩气藏（Ro1.1%~1.4%）。此种分类并没有明确的Ro界限划分。 3、按有机质类型分类：

根据惠宽洋对鄂尔多斯盆地的天然气研究,划分为2类成因来源、6种类型：①腐殖型（陆生植物为主）成因来源的生物气、改造型煤成气和原生型煤成气；②腐泥型（水生生物为主）(含混合型)成因来源的改造型热解气、原生型热解气和原生型裂解气。 4、按埋藏深度分类

此种分类划分标准较多，如根据美国页岩气开采情况分为四类：①深度段小于1000m, New Albany页岩气藏和Antrim页岩气藏大约有9000口井,深度范围是200~610m;②深度段为1 000~1 600m, Ohio页岩气藏和圣胡安盆地Lewis页岩气藏大约有20000口井,分布深度为915~1 524m;③深度段为1600~2600m, Barnett页岩气藏和阿科马盆地Fayetteville(Arkansas)和Caney(Oklahoma)页岩气藏分布较深,为1981~2591m;④深度段为2600~3600m,如帕落杜罗盆地Bend页岩气藏中气井的深度在2515~2896m之间,阿科马盆地Woodford页岩气藏气井深度分布范围是1729~3657m,黑勇士盆地Floyd页岩气藏气井的深度为1524~3658m。

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或以某一深度为界（1000m或2000m不等）划分为浅层、深层页岩气藏两种类型：①浅层（埋深＜2000m），吸附气主导，Toc是关键因素（每1%TOC气量约为7scf/t）,成熟度不重要，典型如Antrim页岩，埋藏浅，页岩气为生物成因，埋深和压力条件（3000-2000ft），游离气和溶解气量很少，GIP主要由有机质吸附气贡献，所以类似于微生物成因的浅层煤层气，Antrim页岩气量与TOC正相关。②深层（埋深＞2000m），游离气主导，孔隙度是关键因素（每1%孔隙度单位，气量20scf/t）,TOC相对次要，高成熟度十分重要（油要裂解生气），更高的压力和孔隙度是关键。目前在美国开发的页岩气盆地主要是第二类页岩气。实际地质条件下大多数是上述两种类型的过渡。

5、按压力特征分类：

页岩气藏可分为异常高压和异常低压两类。由于页岩气藏作为一个完全封闭的体系而存在,导致页岩气藏大多具有异常压力。热成因气是在足够的埋深下，在温度和压力的共同作用下生成，具有热成因气的页岩气藏通常都是经历过足够的埋藏作用，压实作用，上覆地层压力的作用，流体热增压及有机质向烃类转化过程中由于体积的膨大等引起了高异常地层压力，如Barnett页岩；而生物成因气埋藏深度比较浅，易形成异常低压，如Antrim页岩。

6、按盆地类型分类：

页岩气藏可分为前陆盆地和克拉通盆地两种类型。分布于前陆盆地的页岩气藏发育2套或多套页岩层，埋藏较深，压力和成熟度较高，天然气为热成因，具有高气体饱和度、低吸附气含量(圣胡安盆地除外)、低孔渗、平缓的等温吸附线和较高的开采成本等特点，足够高的页岩成熟度是页岩气藏发育的关键，由于前陆盆地构造运动比较强，裂缝比较发育，所以应寻找高气体含量、易扩散及能进行压裂的页岩气区；而位于克拉通盆地的页岩气藏则埋藏较浅，压力和成熟度较低，天然气为生物成因或混合成因，具有低气体饱和度、高吸附气含量、高孔渗、陡峭的等温吸附线、较低的开采成本等特点，裂缝的发育程度是决定页岩气藏品质的重要因素。克拉通盆地的构造形态为四周高、中间低，这种形态决定了淡水由盆地边缘向中心注入，成为克拉通盆地一种典型的页岩气藏模式。

7、按沉积环境条件和特点分类：

含气页岩可分为海相和陆相，海陆过渡相3种类型: ①海相黑色页岩主要形成于沉积速率较快、地质条件较为封闭、有机质供给丰富的台地或陆棚环境中。②陆相暗色泥页岩主要形成于湖泊沉积环境中,主要表现为与海相页岩相似的水进体系域沉积背景。虽然平面分布受限于分隔性较强的陆相环境,但泥页岩累计厚度大(50~2 000 m)、总有机碳含量高(局部平均值大于4%),总有机质成熟度变化大,是我国有待发现页岩气的又一重要领域。③海陆过渡相泥页岩主要分布在前三角洲。海陆过渡相页岩多为砂质页岩和炭质页岩。此外，也可分别把陆相和海相归结为直接型(干酪根直接生成天然气)和间接型(原油裂解气)两类页岩气。

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以上几种分类虽然划分角度不同，但以气源成因划分为核心，存在着紧密的因果关系，相辅相成。各个分类之间的内在联系可大致表述为：生物成因——低成熟度——腐殖型——浅层——低压——克拉通盆地——陆相；热成因——高成熟度——腐泥型——深层——高压——前陆盆地——海相。

此外，也有可能存在非原地成藏的次生页岩气藏，如沿跨层深大断裂二次运移而形成的。刘树根等在连续型页岩气藏的基础上提出了介于常规油气藏圈闭与非常规气藏之间的过渡类型——连续型-非连续型油气藏，针对四川地区为页岩气短距离运移形成的油气藏，它是气-水-干层共生的混相成藏系统。认为后期构造运动会进一步削减页岩成藏潜力，使连续型页岩气藏向非连续型或过渡型气藏转变。 三、页岩气的赋存相态及其影响因素

页岩中的天然气具有多种存在方式,主要包括了2种形式：游离态(大量存在于页岩孔隙和裂缝中)的压缩自由气和吸收非自由气，后者又包括了两种相态，即固体吸附态(大量存在于粘土矿物、有机质、干酪根颗粒及孔隙表面上)和液体溶解态（溶解于液态烃，干酪根，沥青，孔隙水中）。其中对于吸附态与溶解态二者的分配比例尚未明确。但胡文瑄等指出,在CH4-CO2-H2O三元体系中,作为天然气主要成分的CH4,其溶解态含量仅占总含量的0.1%，游离态与吸附态是页岩气的主要赋存状态。

气体在页岩层中以何种相态存在,主要取决于它们在流体体系中溶解度的大小。游离气含量受孔隙度和饱和度控制，其含量的高低与构造保存条件密切相关。泥页岩的生供气有效性、储集物性、连续气柱高度以及埋藏深度等均是影响游离相天然气聚集的基本因素。当页岩中较低孔隙度下饱和度较高就说明产出的气体主要是游离气和溶解气，特别是生产的最初阶段。游离气相中一般甲烷含量较高，这是由于在生油窗中，源岩中剩余油将与天然气竞争干酪根中的吸附空间位置，而较重的气体分子（C2-C5）将优先吸附在干酪根中或溶解在石油中（但所能吸附湿气的量并不大？）。

吸附态天然气的赋存与游离态天然气含量之间呈彼此消长关系（总气量一定，连续生气？即使游离气散失殆尽,吸附气也可保存下来）,其中吸附状态天然气的含量变化于20%~85%之间。影响吸附能力的影响因素包括： 1、气源成因的影响：

页岩气的组成影响其在页岩内的吸附行为。傅国旗，张淮浩等通过实验研究发现乙烷、丙烷等碳氢化合物对活性炭吸附存储甲烷能力有显著的影响,当混合气体中含有乙烷(4. 1% )和丙烷(2% )时,甲烷的吸附能力分别下降了25%和27%。由此可见,微生物降解成因气由于乙烷和丙烷等高碳链烷烃含量较少,岩石对其吸附能力较强,如Antrim生物降解成因气,其吸附态页岩气占气体总量的70% ~75%。

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2、岩石物质组成的影响：

①有机碳含量：有机质作为吸附气的核心载体？,TOC值的高低会导致吸附气发生数量级变化。页岩的有机碳含量(TOC)越高,则页岩气的吸附能力就越大。Lu等和Hill等通过实验研究得出有机碳含量与甲烷吸附能力之间存在良好的正相关线性关系。一方面是由于TOC值高,页岩的生气潜力就大,则单位体积页岩的含气率就高;另一方面,由于干酪根中微孔隙发育,且表面具亲油性,对气态烃有较强的吸附能力, 同时烃类气体在无定形和无结构基质沥青质体中的溶解作用也对增加气体的吸附能力作出了贡献。

②干酪根类型：不同干酪根类型的页岩中都可以生成天然气，干酪根的类型并不影响烃源岩层的产气数量，它只影响天然气吸附率和扩散率。通过对鄂尔多斯盆地延长组野外露头样品的实测数据分析,H/C原子比越大,吸附量越大;O/C原子比越大,吸附量越小。这充分说明有机质的类型对泥页岩吸附能力影响比较大,偏于生油型干酪根的吸附能力要强于偏生气型干酪根的吸附能力,即Ⅰ—Ⅱ型有机质的吸附能力要强于Ⅲ型有机质的吸附能力。页岩有机质类型越好,甲烷的吸附量越大。

③热成熟度：干酪根的热成熟度影响页岩中能够被吸附在有机物质表面的天然气数量。。此外，随着演化程度的增高，由于烃类气体生成引起的地层压力增大也可以提高页岩对气体的吸附性能。但是王社教等也注意到在四川盆地长芯1井志留系吸附能力较低，认为可能是由于其页岩已进入过成熟阶段（成熟度Ro达到了3.26%）。同样，美国5大页岩气盆地中Lewis页岩的成熟度最高,为1.6%~1.88%,其页岩的吸附能力则最小。

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④矿物成分：粘土矿物往往具有较高的微孔隙体积和较大的比表面积,吸附性能较强。碳酸盐矿物和石英碎屑含量的增加,会减弱岩层对页岩气的吸附能力。而对于不同的黏土矿物，其天然气的吸附能力也有着明显的差别。在30℃温度条件下,干黏土CH4吸附实验结果表明:伊利石和蒙脱石吸附CH4能力明显高于高岭石。Schettler等认为页岩中的吸附态甲烷主要分布在伊利石表面,其次吸附于干酪根之中？。Lu等则认为在有机碳较低的页岩中,伊利石的吸附作用至关重要。

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由于粘土矿物表面的电化学特征的差异性较强,因此甲烷在粘土矿物表面的吸附作用异常复杂。矿物表面往往存在一层紧密排列的水膜,厚约0.3纳米 ,这层水膜对甲烷的吸附有着重要的影响。Titiloye等、Park等利用分子模拟方法,发现在更高的温度(300 K)和更低的压力(1. 01×106Pa)条件下,甲烷水合物就可以在粘土矿物表面形成,表明粘土矿物的确对甲烷水合物形成具有“热力学促进效应”。Buffett等研究发现形成甲烷水合物的甲烷既可以是游离态的,也可以为溶解态。在粘土矿物表面,水合物中的甲烷被约12~13个水分子氧和蒙脱石表面的六元环氧原子包围,此时,甲烷分子陷在粘土表面氧六元环中,形成sI型水合物结构。

⑤含水量的影响：在页岩层中,含水量越高,水占据的孔隙空间就越大,从而减少了游离态烃类气体的容留体积和矿物表面吸附气体的表面位置,因此含水量相对较高的样品,其气体吸附能力就较小。Ross等发现仅在含水量较大(>4% )时,页岩对气体的吸附能力才有显著的降低,饱和水的样品的气体吸附量比干燥样品低40%。此外,页岩层中含水量的增加,可能会导致天然气相态的改变,因为当页岩层中孔隙水增加时,天然气溶解于孔隙水中的量就会增加,从而使一定数量的游离态和吸附态页岩气溶于水,呈溶解态存在。

3、岩石结构的影响：

①孔隙结构和孔隙度：岩石孔隙的容积和孔径分布能显著影响页岩气的赋存形式。一般来说,按孔的平均宽度来分类,可分为大孔(>50 nm)、介孔(2~50 nm)、微孔(<2nm)。大孔和介孔主要发生气体的层流渗透和毛细管凝聚,有利于游离态页岩气的储存。孔隙容积越大,裂缝越发育，则所含游离态气体含量就越高。由于有效连通孔隙度低，所以孔隙储集页岩气有限，而尽管裂缝规模不一，未充填缝和部分充填缝仍是游离态气体储集的主要场所。此外裂缝还有利于吸附态天然气的解析。而纳米级孔喉往往是页岩气被吸附的重要场所。微孔对吸附态

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页岩气的存储具有重要的影响。微孔总体积越大,比表面积越大,对气体分子的吸附能力也就越强,主要是由于微孔孔道的孔壁间距非常小,吸附能要比更宽的孔高,因此表面与吸附质分子间的相互作用更加强烈。张晓东等也认为气体吸附能力与微孔比表面积总体上有正相关性,但同时又受孔径分布的影响。

②渗透率：主要影响页岩层中游离态气体的存储。页岩层渗透率越大,游离态气体的储集空间就越大。裂隙发育程度对渗透率影响最大,裂隙能够大大增加页岩层的渗透率,聚集相当数量的游离态页岩气。 4、温度的影响：

主要影响着吸附气体含量,温度升高会造成吸附态天然气含量降低。气体吸附过程是一个放热的过程,随着温度的增加, 气体分子的运动速度加快,气体吸附能力降低。这也是福特沃斯盆地Barnett页岩气藏中吸附气含量较少的原因之一。Chalmers等发现温度与气体吸附能力成负幂指数关系,随着温度的升高,气体吸附能力迅速降低,其影响远大于有机碳含量的影响,在温度低于30℃时,有机碳含量的影响几乎可以忽略。在温度较高时,吸附态气体可以忽略不计,以游离态气体为主。

5、压力的影响

情况下,随压力的增大,无论以何种赋存方式存在的气体,含量都呈增大趋势,但压力增大到一定程度以后,含气量增加缓慢,因为孔隙和矿物(有机质)表面是一定的,前者控制游离态气体含量,后者控制吸附态气体含量。如烃类的增加将导致页岩地层压力增大,从而提高气体的吸附性能。压力与页岩气吸附能力呈正相关关系。Raut等指出在压力较低的情况下,气体吸

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附需达到较高的结合能,当压力不断增大,所需结合能不断减小,气体吸附的量随之增加。Chalmers等研究了Gordondale地层岩芯样品在不同储层压力下的气体吸附能力,发现储层压力越大,吸附气体的能力就越大,当储层压力从2. 9MPa增大到17. 6MPa时,页岩的气体吸附能力从0. 03 cm3/g增大到了1. 86cm3/g。Shkolin等也指出,随着压力的增大,气体的压缩率增大,从而增加了游离态气体的储存能力。游离气含量也会随着压力的增加而增加,两者基本上呈线性关系。

然而在低压力条件下,吸附态气体含量相对较高, 有机质中气体的吸附量会随着地层抬升而增加（烃源岩多存在晚期快速隆升过程,为吸附气的解吸创造了条件/游离气对压力降低先反应）。这就引起了一些游离气和溶解气重新吸附到干酪跟中。同时，游离气的出溶和溶解度的降低可能提供更多的气体来补偿吸附容量的增加，这可能导致一些气体排出。在较高温度和压力下，页岩吸附气的能力明显低于目前浅埋状态。如圣胡安盆地Lewis页岩气聚集具有异常低地层压力梯度,为4.97 kPa/m,吸附态天然气含量高达88%;而福特沃斯盆地Barnett页岩气具有微超高压力梯度的特征,为12.21 kPa/ m,其吸附态气体的含量最高达60% ,最低仅40%。然而在页岩气开发生产的典型深度的压力条件下，吸附与压力之间并没有强烈的函数相关性，脱附比较困难。 6、 含水量的影响：

岩石润湿后,水比气吸附性强,水占据部分活性表面,导致甲烷吸附容量降低。同时，孔隙水也占据了游离气的储集空间。实验表明,湿的伊利石和蒙脱石吸附CH4能力明显降低,湿的高岭石吸附CH4能力变化不大。勘探成果揭示:美国密执安盆地Antrim页岩气聚集、伊利诺伊盆地New Albany页岩气聚集以及阿巴拉契亚盆地北部湖区Ohio页岩气聚集的湿度均较大,含气饱和度较低,而阿巴拉契亚盆地南部Ohio页岩气聚集、圣胡安盆地Lewis页岩气聚集和福特沃斯盆地Barnett页岩气聚集则含水较少,平均含水饱和度为25%,含气量较高。湿度往往随页岩成熟度增加而减小,故成熟度高的页岩含气量可能更高。

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四、页岩气藏的地质特征 1、沉积特征：

无论是海相环境还是陆相环境，具有生烃潜力的页岩一般分布在沉积速度缓慢(饥饿性沉积)盆地的沉积-沉降中心，沉积环境为深水，低水动力条件下的缺氧环境。包括浅海-深海陆棚相，台地相硅质、钙质黑色泥页岩和陆相的咸水-半咸水深湖相-半深湖相以及海陆交互相中与煤层相伴生的炭质页岩。这类古地理环境具有适宜的温度、盐度、水体深度,水生生物发育相对繁盛,有机质生产效率高,有利于提供丰富的物质基础,而还原、缺氧条件则有利于有机质保存。北美地台高质量倾油海相烃源岩(腐泥型和混合型)多发育在海进体系域时期/高水位体系域初期,这里陆源有机质最少,倾油性组分比例高,而且发育硅质生物体,有条件形成脆性页岩储层。过多的陆源碎屑输入会稀释总有机碳含量,同时,陆源碎屑输入过程中有可能致使有机质氧化。

2、储层特征：

页岩组成一般为30%～50%的黏土矿物、15%～25%的粉砂质和1%～20%的有机质。通常在其中发育数量较多的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩甚至薄层细砾岩夹层,它们同样是产气页岩的主要构成，可以极大地增加页岩的实际储集空间。页岩的主要黏土矿物为伊利石、蒙脱石、高岭石和绿泥石。碎屑矿物和自生矿物有石英、方解石、长石、云母，普黄铁矿和磷酸盐矿物(磷灰石)。根据岩石组成特点泥页岩可分为富含SiO2的硅质泥页岩;含大量碳化有机质的碳质泥页岩;富含碳酸盐组分的钙质泥页岩；含较多分散有机质和硫化铁的黑色泥页岩。

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页岩气补贴条件为：

（一）已开发利用的页岩气；

（二）企业已安装可以准确计量页岩气开发利用的计量设备，并能准确提供页岩气开发利用量。

地下与地上有机碳含量变化？

Hanson等（2001）在研究柴达木盆地渐新世湖相露头烃源岩样品时认为，风化作用对地表露头样品有机质丰度到底有多大的影响，迄今未知。总的说来，风化作用对野外露头有机质丰度的影响强度主要决定于露头的岩性、产状、时代、风化时间、古气候、古地形等多种地质因素，其定量研究很难实现，目前仅能进行定性的描述。地表风化作用对有机质丰度的影响受各种因素的控制，变化范围和幅度很大，主要控制因素如下（赵政璋等，2000）。 (1)地表温度的高低特别是温差的变化幅度。地表温度和昼夜或冬夏温差的变化幅度越高，风化越严重。

(2)地表水和风的冲刷、地表水的渗透和氧化作用。这些地质营力越活跃的地方，一般风化越严重。越靠近地表或位于山顶的平缓部位，一般风化越严重。 (3)暴露地表时间的长短。一般来说，时间越长，风化越严重。

(4)地表植物、动物或人类的活动，地表植物根系的有机酸等作用。它们有时可以使地面样品的有机质丰度增高。人类的有机污染也是地面样品分析数据可靠程度差的主要原因之一。 (5)岩性不同，抗风化的程度差异很大。泥岩、页岩、石膏和盐岩等相对较容易风化，灰岩、白云岩和砂岩等抗风化程度较强。一般随着泥质成分的增加，抗风化程度减弱。

(6)有机质性质、丰度高低和有机质演化程度不同，其抗风化能力也有很大的差别。可溶有机质比不溶有机质容易风化，这可能是可溶有机质容易散失的缘故。因此，风化后的烃源岩样品，可溶有机质如沥青“A”和总烃不是评价烃源岩的好指标。有机质丰度高的样品比有机质丰度低的样品抗风化程度强一些。有机质演化程度高的样品比成熟度低的样品抗风化程度相对强一些，这可能是因为高成熟-过成熟样品可溶有机质含量低的缘故。

综合各个盆地/地区的研究情况看，地下与地面样品的总有机碳之比 泥岩为1.56，灰岩为1.77，煤为1.95；生烃潜量之比泥岩为1.44，灰岩为1.74，煤为5.07；氯仿沥青“A”之比泥岩为5.89，灰岩为2.14，煤为8.49；总烃之比泥岩为3.75，灰岩为1.77，煤为21.09。因此，从以上数据不难看出，对于有机质丰度而言，地面风化对煤样品的影响最大，其次是泥岩，影响最下的是灰岩。

2、 有机质成熟度

有机质成熟度对不同成因机制的页岩气藏控制作用不同。对于热成因型气藏,随着页岩Ro的增高,含气量将会逐渐增大。主要有两个原因:一是有机质生成烃后,体积缩小会产生超微孔隙,有利于页岩气的保存;二是Ro>1.1%后,页岩油开始裂解生气。在镜质体反射率大约为1%时(对于热成因的页岩气藏而言),气体的生成速度是没有商业价值的(还取决于深度等其他因素),因为这时仍处在生油窗,生成的天然气溶解在石油中,很少以气体的方式产出。所以高成熟度页岩气藏比低成熟度页岩气藏的气体流动速度要高。但是当Ro>3%后,有机质进入过成熟期,生气量明显减少,而且有机质的大量减少也不利于吸附气的形成；对于生物成因型气藏,页岩Ro越高,TOC越低,越不利于生物气的形成。一般生物成因型页岩气藏主要分布在Ro≤0.8%的范围内。 3、 保存条件

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不同于其他类型气藏，由于页岩本身既是储层又是盖层，四周由致密岩层,主要为泥页岩包围，多位于盆地区域构造低部位且不间断供气，气体又以吸附状态为主,因此对盖层的要求比较宽松，较易保存。页岩中裂缝的发育情况可以成为判断页岩气能否保存的指标, 如果页岩裂缝过于发育,则气藏会被破坏,页岩气则经过二次运移到达砂岩层储集而成为常规天然气。一般在构造活动影响较小的情况下,已形成的页岩气藏都是比较容易保存下来的。

其他控藏因素如页岩裂缝发育，储层物性，埋深厚度等条件对页岩气藏的影响以上已经说明，不再赘述。

六、页岩气的成藏机理和成藏模式

生产实践表明，气藏投入开发后,初期产量来自页岩的裂缝和基质孔隙,随着地层压力降低,页岩中的吸附气逐渐解吸,进入储集层基质中成为游离气。由此进行反向推理得出，生成的页岩气首先满足的是有机质和岩石表面吸附的需要（优先被干酪根吸附？生成即被吸附，未进入孔隙介质中？）,当吸附气量与溶解气量达到饱和时,富裕的天然气才以游离态进行运移和聚集（当吸附气量与溶解的逃逸气量达到饱和时,富裕的天然气则以游离相或溶解相进行运移逃散）。因此页岩气成藏机理较为复杂，在岩性上包括了泥页岩、致密的砂岩或砂质细粒岩,在赋存状态上包容了吸附、游离与溶解,在成藏机理上则包含了吸附与扩散、溶解与析出、活塞与置换等运聚过程。

据此，张金川等认为页岩气的成藏至少分为三个阶段:第一阶段是天然气（生物成因为主？）的生成与吸附,具有与煤层气相同的富集成藏机理（典型吸附气成藏原理）;第二阶段则是以生烃膨胀作用为基本动力的天然气（热成因）的造隙和原地或就近富集（页岩内部储集游离气）；第三阶段，超越页岩本身的以生烃膨胀为动力的天然气运移与聚集，表现为根缘气成藏阶段或常规圈闭气成藏阶段(活塞式气水排驱原理或典型的置换式运聚机理)，受生气量和砂岩储层与泥页岩配置关系控制。

此外，张金川还给出了页岩气中游离态天然气在复杂介质(地层流体不同连续性程度)条件下的动力平衡关系。认为天然气在强非均质性储集介质中的运移方式可能分别表现为活塞式、置换式或两者之间的任意过渡形式, 游离态天然气对地层水的排替方式和排替能力由回流能力（天然气向上运移时等量地层水向下的回流程度)来决定，给出了游离态页岩气的动力阻力平衡方程：

其中H=h2-h1是连续气柱高度，Δh水柱高度是区域地层流体运动所产生的水头影响(伯格修正项)，e表示地层流体的连续性程度，是相对渗透率、生烃膨胀力以及时间等多因素的函数，介于0和1之间。当e=1时转换为典型的常规储层气成藏方程,即典型的霍伯逊-伯格方程，决定天然气以置换方式进行运移；当e=0时则转化为典型根缘气成藏方程，决定天然气以活塞式进行运移。天然气连续性成藏动力平衡方程的使用需要如下假设条件:①天然气的运移为向上的单一过程,天然气聚集体内部物性均一;②计算单元为平面上的单位面积,其中的天然气柱连续;③气水势能等量交换,公式表达为成藏动力平衡状态。由此方程可知，页岩气主要随其生气能力而定,埋藏深度对其约束不大。

这种成藏模式强调页岩的生气能力，是生烃膨胀力是主要的成藏动力。地层水回流程度除与密度差引起的游离态天然气的向上运移作用有关，主要还与介质孔径大小和结构有关。这一连续变化方程是在简化条件下推导和建立的,考虑的地质因素也相对较少,许多复杂问题未作进一步阐述。此外，成藏过程中温度和压力条件对气体状态变化的具体影响，吸附气和液态烃的存在导致润湿性的改变及对游离气运移的影响，不同阶段吸附气，溶解气，游离气相态之间的含量变化，各阶段不同天然气组成导致的赋存状态的变化等可能存在的过程和影

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响因素没有很好的解释和描述。

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刘成林则提出页岩气成藏可分为早期运聚成藏，中期原地聚集成藏和晚期裂缝调整成藏三个阶段。不同的是第一阶段中生物气是以游离相和溶解相的形式运移至构造高部位,保存于泥页岩原生孔隙中，（并非先吸附于有机质和粘土矿物？在浮力作用下运移至构造高点？成藏动力不同）；中期成藏气体除了热解气还有裂解气，形成异常压力下的原地聚集，但是不再受构造位置控制，这一阶段中以次生孔隙和少量原生孔隙和微裂缝中游离气的储集为特点，（并没有发生大规模的造隙？）；第三阶段成藏气体为干气，大量发育的裂缝成因为构造裂缝和成岩裂缝（并非高压破裂缝），裂缝破坏并沟通了原有的各个封闭体系，并使页岩气由构造低部位向高部位短距离运移成藏（浮力作用？此时的压力情况？）。成藏过程如下图。

页岩气成藏的3个阶段表现出不同的成藏特征。其中,早期运聚成藏阶段主要储集生物气,页岩气储集空间主要为原生孔隙,含少量次生孔隙。储集体受压力控制较弱,其成藏条件主要受到有效排烃厚度及区域性高盐度水体的控制,页岩气存在短距离运移,构造高部位是页岩气的有利聚集区域。中期原地聚集成藏阶段主要储集热解气和裂解气,受控因素较多。其中,异常压力特别是异常低压的存在是控制页岩气分布范围的主要因素。此外,局部裂缝、断层、水动力及泥页岩孔隙度变化也是重要的影响因素,因此,在盆地中心、构造斜坡、构造高点都会导致页岩气聚集成藏。页岩所生成的天然气基本上是就近或原地聚集,其运移距离极短,具有典型的“自生自储”成藏特征。晚期裂缝调整成藏阶段主要储集干气,也可能是原油裂解生气。由于泥页岩表现为低孔、低渗透,异常压力及裂缝将共同主导页岩气的成藏。裂缝沟通不同的成藏体系,导致页岩气短距离向上运移,在构造斜坡及高部位调整成藏。

与张金川的模式相比，这种成藏机理强调了页岩气的短距离运移扩散，由构造低部位向高部位的运移说明浮力作为成藏动力的存在。但是成藏过程中忽视了吸附态，溶解态页岩气

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的作用，气体相态配合压力变化的转化也不明确。此外，其中所提到裂缝也并非即时形成，与成藏时间的匹配有待考证。页岩层系中常见的砂岩，粉砂岩互层对成藏起到的作用并未提及。

邹才能等则把成藏过程分为在有机质孔隙聚集和无机质孔隙聚集以及砂岩地层聚集三个阶段。有机质生气或油裂解成气,天然气先在有机质孔内表面饱和吸附;之后解吸扩散至基质孔中,以吸附、游离相原位饱和聚集;过饱和气初次运移至上覆无机质页岩孔中;气再饱和后,二次运移形成气藏。这一机理过程简化，未说明温压，气体组分，孔隙裂缝等因素对气体赋存相态，运移过程的影响。

而针对四川盆地天然气早聚晚藏，裂解气混源充注，常规与非常规气藏均发育的成藏特点，刘树根认为此区页岩气成藏过程具有早期地质条件优越,生物气高效成藏，中期深埋地腹,原油裂解气快速成藏，和晚期快速隆升,脱溶气和解吸气调整成藏三个阶段。这一成藏过程在张金川的理论基础上考虑了构造作用对页岩气的影响，并且成藏过程不仅只是考虑气体因素，也加入了液态烃的生成和排烃过程。并且认为如果油气地质条件优越，在生物生气的早期阶段就可高效成藏。此外，当烃源岩周缘无高效输导体系存在时,石油在烃源岩内部过度聚积还可能会抑制生烃过程，而构造抬升也会暂停生烃。但当再次埋深Ro值达到2.5%,温度达到150℃时,古油藏中发生的原油裂解反应可以使压力突增形成裂缝，使向根缘气，常规气藏成藏方向发展，甚至当条件合适时造成次生页岩气藏的形成。同样，晚期构造抬升大量吸附气解吸和溶解气脱溶致使气体压力超过页岩封堵压力，解吸气沿微裂隙向上覆岩层逸

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