北美頁巖氣資源形成的地質條件

摘 要

摘要：Fort Worth盆地Barnett頁巖氣藏的成功開發(fā)，極大地推動了全球頁巖氣勘探開發(fā)進程。分析北美地區(qū)已開發(fā)頁巖氣聚集區(qū)帶油氣地質特征，了解區(qū)域地質背景，有助于建立頁巖氣富集
摘要：Fort Worth盆地Barnett頁巖氣藏的成功開發(fā)，極大地推動了全球頁巖氣勘探開發(fā)進程。分析北美地區(qū)已開發(fā)頁巖氣聚集區(qū)帶油氣地質特征，了解區(qū)域地質背景，有助于建立頁巖氣富集模式、尋找有效頁巖氣儲層、確定“甜點”邊界、提高采收率等。研究表明，北美克拉通盆地、前陸盆地侏羅系、泥盆系-密西西比系富集多種成因、多種成熟度頁巖氣資源，頁巖產層通常是含油氣系統(tǒng)中主力烴源巖，尤以受上升洋流影響、具有低能還原環(huán)境的海進體系域黑色頁巖(腐泥型-混合型干酪根)為佳。沉積環(huán)境和熱成熟度是頁巖氣富集區(qū)帶主要控制因素，裂縫網絡發(fā)育程度決定能否獲取豐厚的商業(yè)價值。因此，古氣候、古地理條件以及沉積環(huán)境、構造作用等因素的綜合，使得北美頁巖氣資源形成并不斷得到有效開發(fā)。
關鍵詞：北美；頁巖氣；地質特征；儲集層；有機質豐度；烴源巖；富集區(qū)
    統(tǒng)計表明，高產且經濟效益好的頁巖氣儲層往往分布面積廣、埋深適中、厚度大(大于30m)、有機質豐度高(TOC＞2%)、成熟程度適中(Ro介于1.1%～2.5%)、含氣量較高(3～10m3/t)、產水量較少、黏土含量中等(小于40%)和脆性較高(即低泊松比、高楊氏彈性模量)以及圍巖條件有利于水力壓裂控制。它們大多為含油氣系統(tǒng)中主力烴源巖，尤以受上升洋流影響、傾油混合型干酪根為主的海進體系域黑色頁巖為佳，且現今處于大量生氣階段或充注過程中，既保存了較高的殘余有機質豐度，儲集大量吸附氣，又能新增一定孔隙度，容納足夠數量的游離氣，有助于提高基質系統(tǒng)的滲透性，使生產井保持較高產氣速度，規(guī)模化開發(fā)生產的經濟效益達到最大化[1]。
1 北美含氣頁巖區(qū)域地質背景
1.1 北美地臺構造背景
    北美地臺有101個盆地，是世界著名產油氣區(qū)，油氣田數量大約35000個，其中大油氣田約占世界的1/5～1/4。從寒武系至新近系均有油氣發(fā)現，產層及其分布與北美大陸地質背景密切相關。已發(fā)現頁巖氣盆地主要分布在被大陸邊緣演化為前陸盆地的區(qū)域和古生界克拉通地臺區(qū)，常規(guī)油氣資源豐富。例如東部Appalachian造山帶在加里東運動時期形成，呈北北東方向，造山帶西側為Appalachian前陸盆地，下古生代地層發(fā)育，是美國最早開發(fā)油氣地區(qū)；西部Rocky造山帶是北美洲Cordillera褶皺帶的一部分，由造山帶、前緣沖斷帶和東部前陸盆地組成，前陸盆地和沖斷帶內蘊藏著大量的油氣資源。Marathon-Quachita逆沖斷皺帶位于美國南部，其北側中央穩(wěn)定地臺為火山巖和變質巖結晶基底，沉積蓋層主要為古生界，部分地區(qū)發(fā)育有中生界。在一些由寬緩的隆起分隔的構造不太復雜的盆地中，油氣資源豐富，主要產自古生代較老巖層。地臺西部和南部邊緣，由于多期構造運動影響，構造變形強烈，形成的盆地較地臺內部沉陷更深，構造更復雜，但往往高產油氣，如Permian盆地和Anadarko盆地。東南部是墨西哥灣沿岸坳陷帶和大西洋坳陷帶。墨西哥灣平原和墨西哥灣的中生代和新生代沉積巖層披覆于Marathon-Quachita沖斷層帶的南側，形成向墨西哥灣楔狀加厚的地層。這套地層中古近系、新近系最發(fā)育，中、新生代巖層已產生了大量的油氣，是美國產油氣的最富地區(qū)之一。
1.2 含氣頁巖區(qū)域沉積環(huán)境
    北美含氣頁巖富集帶具有多種成熟程度、天然氣成因和巖相，沉積環(huán)境復雜，例如Texas州西部Bossier含氣頁巖儲層為頁巖、砂巖和粉砂巖混合巖性[2]，東部含油氣盆地如Appalachian盆地、墨西哥灣地區(qū)Fort Worth盆地、加拿大西部沉積盆地以黑色頁巖為主。富含有機質黑色頁巖可以沉積于多種多樣環(huán)境、位置中，它與自生黃鐵礦的出現，宏觀上通常代表水流微弱或停滯的缺氧還原環(huán)境。遍及北美各盆地古生界富有機質海相黑色頁巖，其沉積環(huán)境的推斷與解釋仍然眾說紛紜。
    加拿大西部沉積盆地(WCSB)泥盆系-密西西比系Bakken和Exshaw段黑色頁巖來源于深水(大于200m)半遠洋泥，為海進體系域密集段，沉積速率較低，但是水深、可容納空間的變化導致williston克拉通盆地、Prophet海槽、北美克拉通西部邊緣地區(qū)相對海平面升降幅度、儲層厚度以及體系域空間疊置關系的差異，經歷后期不同強度熱演化史，烴源巖生烴潛力、頁巖儲層分布呈現出不同特征。
    Algeo(2008)[3]提出Appalachian盆地中部泥盆系-密西西比系頁巖是前陸盆地局限深水沉積產物。泥盆系Ohio頁巖沉積期(時間跨度約15Ma)，構造運動導致相對海平面下降，局限程度增強，晚泥盆紀-早石炭紀之交最大，使Appalachian海處于耗氧狀態(tài)，而且穩(wěn)定的分層水體確保生物有機質得以保存，TOC較高，形成New York幾百米厚黑色頁巖，Kentucky東北部減薄為50～90m[4]。
    Fort Worth盆地Barnett組富有機質黑色頁巖主要由含鈣硅質頁巖(硅質主要為黏土級-粉砂級結晶質石英，屬生物成因)和含黏土灰質泥巖構成，夾薄層生物骨架殘骸，陸源碎屑物較少，沉積于深水(120～215m)前陸盆地，具有低于風暴浪基面和低氧帶(OMZ)的缺氧-厭氧特征，與開放海溝通有限。沉積物主要為半遠洋軟泥(來自淺水陸棚)和生物骨架殘骸，沉積營力基本上通過濁流、泥石流、密度流等懸浮機制完成，屬于靜水深斜坡-盆地相[5]。這種環(huán)境生物產率高，有機質保存好，TOC平均值達4.5%，各巖相段顯示高伽馬值(大于100API，部分高達400API以上)，低聲波時差、高電阻特征也進一步印證了優(yōu)質烴源巖生烴潛力。同樣，WCSB水深200m以內緩坡下侏羅統(tǒng)Gordondale組C段富有機質泥巖，陸源碎屑供應有限、放射性高(75～250API)、U含量高，硅質生物體(如放射蟲)埋藏造成儲層硅質含量高，且與丁0C高低密切相關[6]。Arkoma盆地Woodford頁巖亦具有類似特征。上述實例說明北美大多數黑色頁巖沉積之初海平面位置較高，富含養(yǎng)分的上升洋流夾帶著來自深海動植物殘骸的充足養(yǎng)分，使生物產率高，形成較強還原環(huán)境，而赤道附近海域發(fā)育的放射蟲，為細粒沉積巖創(chuàng)造了良好力學性質，有利于裂縫網絡發(fā)育。
    對于美國中陸地區(qū)諸多盆地，沉積之后的Quachita造山運動引發(fā)區(qū)域性地質熱事件，使源巖多數達到生氣門限，產生大量天然氣，形成頁巖氣富集區(qū)帶。如Arkama盆地Woodford頁巖形成于被動大陸邊緣靜海沉積體系中，具備良好生物產率和有機質保存能力，后期前陸盆地形成與構造演化控制了烴源巖成熟階段。
    總之，北美地臺東、西、北三面環(huán)繞的Acadian、Antler、Ellesmere活動造山帶使地臺內部坳陷和隆起發(fā)生幕式調整，相對海平面升降、陸源沉積物供應量發(fā)生波動，泥/頁巖厚度、分布、生烴潛力受到相對海平面變化制約。根據巖石礦物組成特征、測井響應、地球化學參數以及全球海平面升降曲線推斷，北美地臺高質量傾油海相烴源巖(腐泥型和混合型)多發(fā)育在海進體系域時期/高水位體系域初期，這里陸源有機質最少，傾油性組分比例高，而且強烈受地古地理、古氣候影響，發(fā)育硅質生物體，有條件形成脆性頁巖儲層。目的層上/下發(fā)育的致密碳酸鹽巖，一方面阻止了油氣垂向運移，使之在黑色頁巖層系中得以保存，一方面也有助于大型水力壓裂的裂縫控制。
2 頁巖氣富集區(qū)帶地質特征
2.1 頁巖有機質豐度特征
    根據頁巖氣定義，高有機質豐度既是成烴的物質基礎，也是頁巖氣吸附的重要載體[7]，而有機質豐度高低主要受沉積環(huán)境和熱演化程度控制。
    沉積之初有機生物產率、隨后的有機物質保存以及陸源碎屑的供給都對頁巖有機質豐度產生重要影響。溫度、鹽度、水體深度適宜的古地理環(huán)境，水生生物發(fā)育相對繁盛，有機質生產效率高，可提供豐富的物質基礎，還原、缺氧條件有利于有機質保存。相反高能、富氧環(huán)境不利于有機質保存，陸源碎屑供應量增多，有機質遭到稀釋，含量相對減少。例如沉積于深水環(huán)境中的New Albany褐色-黑色富含有機質頁巖，某些層段有機質高達20%，表現出高放射性，甚至高出背景值200～400API。
    經歷沉積埋藏，有機物逐步進入成巖作用、深成熱解作用及后成作用階段，成熟度加深，生成大量油氣。按照Tissot劃分方案：Ro＜0.5%成巖作用階段，生油巖處于未成熟或低成熟作用階段；Ro介于0.5%～1.3%為深成熱解階段，處于生油窗內；Ro介于1.3%～2.0%深成熱解作用階段的濕氣和凝析油帶；Ro＞2%后成作用階段，處于干氣帶[8]。當然對于不同干酪根類型進入濕氣階段的界限，有一定差異，一般處于Ro為1.2%～1.4%范圍內。例如Fort Worth盆地Barnett頁巖氣開發(fā)區(qū)位于成熟度高于1.1%的氣窗內，結合圍巖分布情況，又進一步劃分了兩個評價單元[9]。這些地區(qū)氣油比高，有利于頁巖氣擴散和滲流。因此對于熱成因含氣頁巖，進入生氣窗是頁巖氣富集必要條件，勘探開發(fā)目標應首選油氣比高值區(qū)(圖1)。
 

需要注意：初始有機質豐度較高的烴源巖，隨著熱演化程度加深，生烴量增加，殘余有機碳豐度、氫指數、有機質類型呈現降低、變差趨勢，如Tmax(最大熱解溫度)432℃、等效成熟度0.62%，Barnett頁巖演化至Tmax為470℃，等效成熟度為1.3%時，TOC數值可降低36%(圖2)，對于高成熟和/或過成熟烴源巖，負面影響則更大，所以簡單套用殘余有機碳豐度、氫指數或于酪根類型判斷頁巖生氣能力的高低可能有失偏頗。但儲集能力而言，殘余有機質豐度常可表征含氣量大小，特別是當兩者呈現正相關情況下。北美頁巖氣勘探目標絕大多數選擇TOC含量大于2%，甚至4%以上，與此有關聯。因此資源潛力評價過程中應綜合考量有機質豐度指標，既要重視源巖原始有機質豐度與生烴潛力，又要關注頁巖儲層殘余總有機碳含量的作用。
 

2.2 頁巖儲層特征
    一般認為泥頁巖主要由黏土礦物組成，其次為碎屑礦物如石英、長石和少量自生非黏土礦物，包括鐵、錳、鋁的氧化物和氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、硫化物、硅質礦物及一些磷酸鹽等。實際上其礦物組成與含量變化很大。富含SiO2(有時高達85%以上)者為硅質泥頁巖；含大量碳化有機質者為碳質泥頁巖；含較多分散有機質和硫化鐵者為黑色泥頁巖。
    從石油地質觀點看，烴源巖經過一系列地質條件作用生成大量天然氣，并在持續(xù)壓力作用下大量排出，向滲透性地層如砂巖和碳酸鹽巖運移、聚集成構造或巖性氣藏，而殘留在細粒沉積巖層系中的部分形成頁巖氣資源[10]。其中很大部分吸附在有機質和黏土礦物表面，與煤層氣相似，另一部分以游離狀態(tài)儲集在基質孔隙和裂縫孔隙中，與常規(guī)儲層相似，二者構成比例取決于多種地質作用過程，商業(yè)開發(fā)前后的一系列研究和實踐也因此變得更復雜。
盡管泥頁巖孔隙度(基質孔隙度幾乎都小于0.01×10-3μm2)、滲透率極低，但一定范圍內二者依然顯示出正相關性，仍需重視儲層基質孔隙度和裂縫評價?？紫抖认鄬^高的區(qū)帶，頁巖氣資源潛力大，經濟可采性高，特別是吸附氣含量非常低的情況下[11]；裂縫則溝通致密儲層孔隙，增強巖層滲透能力，擴大泄油面積，提高采收率。
 

    裂縫發(fā)育受內、外因控制。外因主要與生烴過程、地層孔隙壓力、各向異性的水平壓力、斷層與褶皺等構造作用相關，內因主要取決于頁巖礦物學特征。圖3展示了已開發(fā)頁巖的兩個分布區(qū)域：Bossier頁巖大都位于石英、長石和黃鐵礦含量低于40%，碳酸鹽巖含量大于25%，黏土礦物低于50%區(qū)間；Ohio、Woodford/Barnett頁巖位于碳酸鹽含量低于25%，石英、長石和黃鐵礦含量20%～80%，黏土含量在20%～80%區(qū)間，其中Barnett硅質頁巖黏土礦物通常小于50%，石英等含量超過40%，Arkoma盆地Woodford頁巖與其相近。即頁巖膨脹性黏土礦物含量較少，硅質、碳酸鹽巖等礦物較多時(Fort Worth盆地Barnett頁巖典型值為40%～60%)，巖石脆性與造縫能力強，裂縫網絡容易產生。
    美國東部頁巖氣項目開發(fā)早期，主要勘探目標是天然裂縫相對發(fā)育區(qū)帶，隨著現代鉆完井技術發(fā)展，人工壓裂水平提高，加之Barnett頁巖模式的成功運作，地質和工程專家認識到微裂縫/頁巖造縫能力同等重要。當然，裂縫具有雙重性，一方面改善儲層滲透性，一方面可能導致頁巖氣逸散、水竄，選擇何種類型作為勘探目標應視具體地質、工程條件而定。
    總之，從油藏工程觀點看，脆性礦物(如硅質、碳酸鹽等)富集的泥頁巖比主要由黏土礦物等構成的巖石更容易產生裂縫，而頁巖層系中的粉砂巖、細砂巖或砂巖夾層、開啟或未完全充填的天然裂縫也可提高儲層滲透性，斷層和裂縫帶內滲透率性更強。成熟的黑色頁巖層系中常發(fā)現裂縫性油氣藏，如前蘇聯西西伯利亞上侏羅統(tǒng)Bazhenov頁巖油藏、美國williston盆地Bakken頁巖油藏、北美泥盆系、石炭系、侏羅系以及白堊系裂縫性頁巖氣藏、我國渤海灣盆地、松遼盆地以及西部沉積盆地均發(fā)現裂縫性油氣藏，就是這一原因[7]。
2.3 頁巖氣與常規(guī)油氣藏之間的關系
    頁巖氣生烴過程與常規(guī)油氣并無區(qū)別，但儲集方式、富集條件以及氣藏宏觀分布差異較大。從天然氣賦存狀態(tài)來看，頁巖氣包含了吸附氣部分，并且不同地質條件下游離氣、吸附氣二者相對含量變化大，開采方案、生產曲線也呈現不同特征；從油氣成藏動力條件以及宏觀特征上看，常規(guī)油氣運移過程中需要上傾方向存在與輸導體系相關的構造高部位，離散分布的低勢能區(qū)域是成藏有利目標，浮力是天然氣運移的主要動力，天然氣不斷運聚，氣水界面隨之下移，所以下傾方向往往是水層，而連續(xù)式富集的頁巖氣鮮受水動力影響，多區(qū)域性分布于坳陷中[12]，如Appalachian、Michigan和Illinois盆地泥盆系含氣頁巖覆蓋面積約71200km2，屬于自生自儲巖性氣藏，沒有明顯的氣水界面。
    從含油氣系統(tǒng)觀點看，含油氣頁巖往往是盆地內厚度大、分布廣的區(qū)域主力烴源巖，與常規(guī)油氣資源具有成因關系，常規(guī)和非常規(guī)油氣藏并存。如果盆地存在完整的烴源巖成熟路徑，頁巖油、氣富集帶均可形成，天然氣經濟可采性相對更高些。例如Illinois盆地98%的油氣來源于New Albany黑色頁巖，但仍有大量生物成因和熱解成因天然氣殘留在頁巖層系內(Blocher下段、Clegg Creek上段頁巖)，估計頁巖氣原始地質儲量(2.4～4.5)×1012m3。
2.4 案例分析
2.4.1 Michigan盆地頁巖氣富集區(qū)帶
    Michigan盆地屬典型克拉通內盆地，近圓形，面積31.6×104km2。構造運動較弱，沉積層序以奧陶系、志留系和泥盆系等古生界為主，由周邊向盆地中心埋深加大，北部上覆幾千英尺厚的冰磧層[1]。盆地油氣勘探始于20世紀20年代，發(fā)現密西西比系和泥盆系背斜油氣藏，70年代以志留系Niagaran寶塔礁為勘探目標，80年代初期為深部奧陶系，中后期泥盆系Antrim頁巖。即油氣大部分產自古生界，主要包括密西西比系Stray砂巖，泥盆系Berea砂巖、泥盆系Traverse和Dundee石灰?guī)r，志留系Salina和Niagara石灰?guī)r以及奧陶系Trenton和Black River石灰?guī)r等，上泥盆統(tǒng)Antrim裂縫性頁巖也產天然氣。烴源巖主要是密西西比系、泥盆系頁巖和石灰?guī)r，部分可能來自奧陶系。除了盆地西南角和北部邊緣，Antrim頁巖覆蓋了大多數區(qū)域。
    Antrim黑色頁巖有機質豐度高，熱成熟度Ro較低(0.4%～0.6%)，未進入生油窗，產氣區(qū)位于盆地北部Michigan湖和Huron湖之間高角度裂縫發(fā)育帶，埋深120～600m，厚36～180m，頁巖氣以吸附氣為主(70%以上)，含氣量1.415～2.83m3/t，高低與有機碳含量呈現良好的正相關性。由于盆地西部和北部的冰磧層形成了區(qū)域的地形高點和水頭，區(qū)域分布的兩組正交高角度裂縫(北東向和北西向)為地層水提供了有利的儲集空間和滲流通道，使流體沿邊緣向盆地內部運移，而地層流體中的厭氧菌以有機質和儲層中的油氣為養(yǎng)分，并在代謝過程中生成CH4、CO2，地層水氘同位素組成(δD)、溶解無機碳同位素化學組成、地層水氯離子濃度(小于4mol)、淡水含量(大于50%)、δ13C1與天然氣組成等進一步證實盆地邊緣Antrim頁巖氣屬于生物成因氣，是中一低鹽度淡水中的微生物作用結果[13]。盆地方向熱成因甲烷有所增加，但產量有限。
    盆地北部頁巖產區(qū)生產井9382口，日產1042×104m3。1998年產量高峰過后，氣田年遞減率4%～5%，單井9%，據此估計2030年累計產量約1246×108m3。雖然Antrim頁巖氣富集帶規(guī)模有限，但埋藏較淺，鉆井費用較低，且屬于晚期成藏，現今仍處于持續(xù)充注階段[14]，有利于實現經濟可采，適于中小規(guī)模企業(yè)開發(fā)。
2.4.2 Appalachian盆地頁巖氣富集區(qū)帶
    美國東部Appalachian盆地面積53.2×104km2，包括New York西部、Pennsylvania、West Virginia、Ohio、Kentucky和Tennessee州等。東臨Appalachian山脈，西瀕中部平原，構造上屬于Appalachian褶皺帶的山前坳陷，伴隨Laurentian古陸經歷了由被動邊緣型向前陸盆地的演化過程。盆地以前寒武紀結晶巖為基底，古生代沉積巖呈巨大的楔形體(最大厚度12000m)埋藏于不對稱的、向東變深的前陸盆地中。寒武系和志留-密西西比系為碎屑巖夾碳酸鹽巖，奧陶系為碳酸鹽巖夾頁巖，賓夕法尼亞系為碎屑巖夾石灰?guī)r及煤層?？傮w上由富有機質泥頁巖(主要為碳質頁巖)、粉砂質頁巖、粉砂巖、砂巖和碳酸鹽巖等形成3～4個沉積旋回構成，每個旋回底部通常為富有機質頁巖，上部為碳酸鹽巖。泥盆系黑色頁巖處于第3個旋回之中，分布于泥盆紀(距今380 Ma)Acadian造山運動下形成的碎屑巖楔形體內[15]。
    盆地沉積剖面中頁巖約占一半，泥盆系中、上部黑色頁巖最為發(fā)育，超過240m，是泥盆系-中上古生界含油氣系統(tǒng)中常規(guī)油氣和非常規(guī)油氣的主力烴源巖。泥盆系-中上古生界含油氣系統(tǒng)分布廣泛，從東北部New York一直延伸到西南部的Tennessee，油氣分布主要受巖性控制，構造影響其次。寒武系-賓夕法尼亞系均產油氣，泥盆系特別是上泥盆統(tǒng)產油氣最多，占盆地油氣可采儲量52%以上，巖性有砂巖、碳酸鹽巖和裂縫性頁巖，與源巖相鄰的儲集層發(fā)育常規(guī)油氣藏。例如上泥盆統(tǒng)向東過渡為紅色陸相沉積，向西為海相暗色泥巖，其間砂頁巖互層成為常規(guī)油氣聚集的有利地帶，內部發(fā)育裂縫性黑色頁巖氣藏，位于Virginia西南、Kentucky東部、West Virginia西南、Ohio南部，面積約777km2的Big Sandy氣田Ohio組Huron段含氣頁巖就是其中之一。
    Big Sandy氣田于1918年發(fā)現，1921年開始生產泥盆系頁巖氣，至今很多井已生產40多年。高產井多沿北東方向分布，與高角度多組裂縫發(fā)育緊密相關，裂縫不發(fā)育地區(qū)往往低產。裂縫網絡的形成主要受地質時期地殼應力作用強度和方向影響，尤其是Rome斷槽形成中伴生的斷裂作用。west Virginia州Jackson縣Cottageville氣田研究揭示埋深1127.8m的Ohio組頁巖Huron段，雖然裂縫局部充填白云石，但殘余孔洞常具有連通性，滲透率較高。因此20世紀80年代以來的眾多研究認為，這一地區(qū)頁巖氣產量主要控制因素是有機質含量、熱成熟度、天然裂縫展布以及黑色頁巖與灰色頁巖空間分布關系。
    Big Sandy氣田是阿巴拉契盆地頁巖氣歷史累計產量最高地區(qū)。絕大多數來自上泥盆系頁巖氣，現今儲層還包括中泥盆統(tǒng)Marcellus頁巖，上泥盆統(tǒng)Rhinestreet頁巖、Cleveland頁巖以及密西西比系Sunbury含氣頁巖，埋藏深度510～1800m，測井孔隙度1.5%～11%，平均4.4%[16]。1996年該區(qū)估算原始地質儲量5660×108m3，可采儲量962×108m3，剩余可采儲量255×108m3，估計單井極限可采儲量14×104～2260×104m3，平均250×104m3[17]。
    與盆地西部淺層相比，中、東部地區(qū)埋藏深、熱成熟度高，原油進入裂解成氣階段，黑色頁巖比例、TOC含量和頁巖儲層產氣能力均上升，如中泥盆系Marcellus頁巖已成為Pennsylvania、New York州新的勘探目標，按照Barnett頁巖開發(fā)模式，圍巖發(fā)育Onondaga等致密灰?guī)r無疑為應用水平井鉆探、大規(guī)模水力壓裂提供了天然屏障，與此同時Ohio組Huron頁巖也進入新一輪開發(fā)，頁巖氣勘探開發(fā)在該盆地將再次繁榮。
3 結論
    1) 天然氣成因確定是頁巖氣資源評價、勘探目標選擇、開發(fā)方案制訂的基礎。盆地斜坡/中心，傾油有機質經歷充分熱降解或熱裂解，熱成因頁巖氣較發(fā)育；有機質成熟度較低、水動力條件優(yōu)越的盆地邊緣，生物成因氣發(fā)育。同屬上泥盆統(tǒng)-下密西西比統(tǒng)海相黑色頁巖，Michigan盆地北部淺層低成熟的Antrim頁巖氣為生物成因，Appalachian盆地Ohio頁巖、Fort Worth盆地Barnett頁巖、Arkama盆地Woodford頁巖氣為熱解成因，Illinois盆地New Albany頁巖氣為混合成因氣。
    2) 北美頁巖氣勘探開發(fā)目標是成熟盆地含油氣系統(tǒng)主力烴源巖。致密頁巖分布范圍廣、有效厚度大、有機質豐富、含氣量大、裂縫系統(tǒng)發(fā)育、原始地質儲量豐厚，埋深和黏土含量相對較少的巖石類型有利于實施水力壓裂，規(guī)模生產效果比較好。其中烴源巖有機質豐度和熱裂解生烴潛力決定頁巖氣資源富集程度，裂縫網絡發(fā)育程度決定能否獲取豐厚的商業(yè)價值。這些說明泥頁巖不僅可以充當烴源巖、蓋層，一定條件下還是重要的儲層，形成資源龐大、現實的頁巖氣聚集區(qū)帶?？碧介_發(fā)目標首選沉積環(huán)境、地化、巖石學特征、保存、埋深等綜合地質條件優(yōu)越和經濟可采價值高的區(qū)域。
    3) 廣泛發(fā)育的北美克拉通盆地、前陸盆地的含氣黑色頁巖沉積于缺氧還原環(huán)境，多數層段陸源碎屑供應量較少，有機碳含量高且放射性強。古環(huán)境、古氣候和古地理因素在區(qū)域內保持基本一致導致細粒沉積巖組合特征具有一定共性；盆地主要發(fā)展階段的構造演化、水動力背景導致優(yōu)質烴源巖形成不同成因、不同成熟程度頁巖氣。因此，傾油有機質沉積環(huán)境和熱成熟度是頁巖氣富集帶主要的區(qū)域控制因素。這一點與常規(guī)油氣藏尋找高孔滲儲層的思路有所區(qū)別。
    4) 細粒沉積巖層序地層劃分、等時格架的建立尚需更多研究，利用地球化學實測數據標定沉積層序，對解釋黑色頁巖沉積環(huán)境、生烴潛力、空間分布，預測頁巖氣聚集帶，評價頁巖氣資源具有指導意義。海進體系域多發(fā)育高質量傾油烴源巖，這與陸源碎屑少和低沉積率、高有機質產率有關。
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(本文作者：李新景1 呂宗剛2 董大忠1 程克明1 1.中國石油勘探開發(fā)研究院；2.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦)