非常规油气沉积学:内涵与展望

随着非常规油气资源工业化勘探开发的快速发展,非常规油气地质学理论体系逐步建立,迫切需要创新构建非常规油气沉积学理论。通过简要概述非常规油气沉积学的基本内涵,提出“非常规油气沉积学”的概念,综述我国四川盆地页岩气、鄂尔多斯盆地致密油与页岩油等典型非常规油气层系沉积学研究进展,并展望非常规油气沉积学研究所面临的关键科学问题与挑战。研究指出非常规油气资源沉积富集与重大地质环境突变密切相关,是全球性或区域性构造与海（湖）平面升降、火山活动、气候突变、水体缺氧、生物灭绝与辐射、重力流等多种地质事件沉积耦合的结果。未来需要从地球系统科学出发,采用“非常规思想”,以地质事件分析思维深入开展非常规油气沉积学研究,为寻找非常规油气资源发挥重要作用。     

中国陆相盆地油页岩形成环境与成矿机制

近10年来,油页岩勘探开发和成矿理论研究取得重要进展。作者在前期研究和系统调研的基础上,概要总结了中国陆相油页岩的形成环境和成矿机制。总体表明,油页岩易形成于相对较高的O2和低CO2浓度的大气背景下,具有4个主要成矿期次;盆地内构造和古气候协同控制油页岩的矿床规模,补偿环境易于形成深水油页岩,而过补偿环境沉积浅水油页岩;深水油页岩沉积于半深湖和深湖环境中,湖底均处于贫氧-缺氧的状态,生物生产力为控制油页岩品质的关键因素,有利条件的持续时间和低含氧区范围决定油页岩矿床的规模;浅水油页岩沉积于湖沼环境中,富营养化和浊水藻型湖泊是沉积油页岩的前提,湖泊自身恢复和古气候调节作用导致油页岩厚度小、横纵向非均质性强;部分地质事件,缺氧、火山活动和热液、海侵,有助于提高生物生产力和形成缺氧环境,促进油页岩沉积。基于油页岩形成环境归纳,总结出深水和浅水油页岩成矿机制。进一步结合中国大陆区域构造演化,认为中国油页岩时空分布主要受控于古亚洲、特提斯和环太平洋构造域的影响。     

松辽盆地嫩江组油页岩发育控制因素

松辽盆地嫩江组一段和二段发育的油页岩是极其优质烃源岩, 生物标志化合物参数指示油页岩母质生源主要来自于水生生物其繁盛受温湿气候和湖泊富营养化控制.岩石学、元素地球化学、生物标志化合物等参数表明, 高盐和缺氧条件下的稳定水体分层是嫩一段油页岩沉积时期有机质保存的主控因素, 而嫩二段油页岩沉积时期水体盐度分层明显减弱, 此时藻类个体增大和孤立藻数量增多条件下的高生物生产力有利于有机质富集.为揭示嫩江组不同沉积环境下油页岩发育的控制因素, 建立了嫩一段油页岩沉积时期保存条件控制和嫩二段油页岩沉积时期生物生产力控制的两种有机质富集模式, 这对含氧淡水大型陆相湖泊的有机质富集成因探讨具有重要借鉴意义.      

松辽盆地嫩江组油页岩发育控制因素

松辽盆地嫩江组一段和二段发育的油页岩是极其优质烃源岩,生物标志化合物参数指示油页岩母质生源主要来自于水生生物其繁盛受温湿气候和湖泊富营养化控制.岩石学、元素地球化学、生物标志化合物等参数表明,高盐和缺氧条件下的稳定水体分层是嫩一段油页岩沉积时期有机质保存的主控因素,而嫩二段油页岩沉积时期水体盐度分层明显减弱,此时藻类个体增大和孤立藻数量增多条件下的高生物生产力有利于有机质富集.为揭示嫩江组不同沉积环境下油页岩发育的控制因素,建立了嫩一段油页岩沉积时期保存条件控制和嫩二段油页岩沉积时期生物生产力控制的两种有机质富集模式,这对含氧淡水大型陆相湖泊的有机质富集成因探讨具有重要借鉴意义.     

中国陆相盆地油页岩形成环境与成矿机制*

近10年来,油页岩勘探开发和成矿理论研究取得重要进展。作者在前期研究和系统调研的基础上,概要总结了中国陆相油页岩的形成环境和成矿机制。总体表明,油页岩易形成于相对较高的O₂和低CO₂浓度的大气背景下,具有4个主要成矿期次;盆地内构造和古气候协同控制油页岩的矿床规模,补偿环境易于形成深水油页岩,而过补偿环境沉积浅水油页岩;深水油页岩沉积于半深湖和深湖环境中,湖底均处于贫氧—缺氧的状态,生物生产力为控制油页岩品质的关键因素,有利条件的持续时间和低含氧区范围决定油页岩矿床的规模;浅水油页岩沉积于湖沼环境中,富营养化和浊水藻型湖泊是沉积油页岩的前提,湖泊自身恢复和古气候调节作用导致油页岩厚度小、横纵向非均质性强;部分地质事件,缺氧、火山活动和热液、海侵,有助于提高生物生产力和形成缺氧环境,促进油页岩沉积。基于油页岩形成环境归纳,总结出深水和浅水油页岩成矿机制。进一步结合中国大陆区域构造演化,认为中国油页岩时空分布主要受控于古亚洲、特提斯和环太平洋构造域的影响。     

松辽盆地北部青一段油页岩地球化学特征及其记录的古湖泊学信息

油页岩地球化学特征及其记录的古湖泊学信息是揭示油页岩成矿富集规律的关键佐证。根据含油率、TOC、岩石热解、元素分析、生物标志化合物检测及有机显微组分分析,精细刻画了松辽盆地北部ZY1井青一段油页岩的地球化学特征,并分析了其记录的古湖泊学信息,探讨了古湖泊对油页岩有机质富集的控制作用。结果表明：青一段发育8层中等偏好品质的油页岩,下部为高品质油页岩富集层段;油页岩的含油率和TOC质量分数相关性极好,处于未熟—低成熟度演化阶段,生烃潜力大;油页岩中含丰富的萜类和甾类化合物,有机质类型主要为Ⅰ型,有机质来源主要为层状藻占优势的湖泊水生生物。地球化学参数指示,青一段下部古湖泊生产力呈现3个低→高的旋回,对应的古湖泊水体盐度呈现为3个半咸水-咸水旋回、古湖泊水体氧化还原性表现为还原-强还原-还原的厌氧环境,其中旋回Ⅱ后期湖泊生产力最高,对应的水体盐度最高、还原性最强。表明湖泊富营养化造成的高湖泊生产力是青一段高品质油页岩有机质富集的物质基础,盐度分层控制下强还原的湖底环境是高品质油页岩有机质富集的良好保存条件。     

松辽盆地嫩江组泥页岩有机质富集模式探讨——以嫩江组一、二段油页岩为例

通过理论模型推演与地质研究实例相结合的方式,以松辽盆地白垩系嫩江组一、二段发育的富有机质页岩(油页岩)为例,重点利用松科1井(南孔)嫩江组取芯井已有测试分析资料,综合有机碳(TOC)含量、黄铁矿硫同位素、全岩元素,以及相关测井、地震资料,综合探讨分析了嫩江组油页岩的成因机制以及油气勘探意义。研究认为:(1)将松辽盆地嫩江组油页岩的形成机制完全归因于海水侵入湖盆很可能是不全面的。虽然海侵能够导致湖盆水体咸化以及藻类勃发,但由于海侵时富氧表层海水对湖盆底部氧化还原环境的改变,"海侵"发生时可能在一定程度上抑制有机质在沉积物中的富集保存,这一点可以从松科1井连续地化剖面上得到验证;(2)海侵对富有机质页岩沉积的促进因素很可能主要体现在海侵结束后湖盆的持续咸化带来的藻类勃发;(3)嫩江组泥岩内存在全盆地广泛分布的火山凝灰岩沉积,且通常与油页岩呈共生关系。古松辽湖盆生产力的提升与火山灰输入所带来的营养物质,如磷、铁等直接相关;(4)嫩江组一、二段油页岩的形成可能是海侵结束后湖盆水体咸化与火山灰瞬间大量输入所诱发的湖盆水体富营养化事件多因素共同作用的结果。油页岩含油率分布规律显示在湖盆生产力普遍较高的情况下,沉积区水体深度越深、越远离河流碎屑输入,则有机质的富集保存条件越好,油页岩品质越高。     

陆相盆地油页岩成矿规律:以东北地区中、新生代典型盆地为例

油页岩作为常规油气的重要替代或补充能源,在全球资源战略中的地位日益彰显。为了更好地揭示我国陆相油页岩的特征与分布规律,在总结多年油页岩勘查成果的基础上,分析了东北地区松辽和桦甸典型含油页岩盆地矿床特征及成矿特点,揭示了陆相坳陷与断陷盆地油页岩成矿规律。油页岩主要发育于三级层序的高水位体系域和水进体系域;古气候和沉积环境对大型坳陷盆地油页岩的形成有重要的控制作用,温暖湿润的气候条件使湖泊自身生产力大大提高,为油页岩形成提供丰富的物质基础;油页岩的平面分布受控于沉积环境的变化,主要分布于深湖—半深湖相,盐度较高使水体处于盐度分层,有利于有机质保存。构造条件对小型断陷盆地油页岩成矿起着至关重要的控制作用,通过控制可容纳空间而影响了油页岩的厚度分布及品质特征,油页岩主要富集相带为靠近控盆同生断裂一侧的半深湖—深湖环境,且靠近控盆同生断裂一侧油页岩厚度明显加厚和含油率增大;同时,干湿交替的气候控制了油页岩的层数和保存条件。对比分析表明:坳陷含油页岩盆地规模多为大型,油页岩矿单独存在、分布面积大,以中薄层中低含油率为典型特点;断陷含油页岩盆地规模多为小型,油页岩矿单独存在或与煤相伴生,以薄层高含油率或巨厚层中等含油率为典型特点。在三级层序的水进和高水位体系域中,有机质丰度和湖泊生产力较高,层状藻和结构藻较为繁盛,外源输入较低、水体盐度较大、还原性较强,且呈碱性环境,是油页岩形成的有利时期。因此,古构造、古气候和沉积环境综合控制下的丰富有机质来源和良好的湖水盐度分层是油页岩有机质富集的有利因素。     

中国非常规油气沉积学新进展

经过近20年不断探索,中国陆上非常规油气勘探开发取得了重大进展。2019年全国非常规油气产量占油气总产量的23%,2020年非常规油气产量接近7 000万吨油当量,标志着中国进入非常规油气革命发展新阶段。非常规油气沉积学作为非常规油气地质学理论体系的重要组成部分之一,受到越来越多的关注和重视,形成了“陆相深水砂质碎屑流等重力流沉积模式”、“海陆相富有机质页岩沉积模式”、“细粒沉积岩发育微纳米级孔喉系统”、“多地质事件沉积耦合形成非常规油气甜点区（段）”等重要认识。专辑主要是由从事非常规油气相关的沉积学专家对中国近几年非常规油气层系沉积研究新进展的系统性和及时性总结,内容涵盖了鄂尔多斯、四川、松辽、渤海湾、准噶尔等近50个大中型及中小型含油气盆地,地层时代跨度自元古代至新生代,涉及致密油/页岩油、页岩气、致密气、煤层气、油页岩油等非常规油气层系（段）近30个。这些研究成果为我国非常规油气资源勘探开发提供了重要理论基础与技术支撑。提出未来非常规油气沉积学需以非常规油气工业开发的“甜点箱体”和“甜点群”为重点研究方向,指导非常规油气资源高效勘探开发。     

陆相湖盆深水重力流混合事件层沉积及沉积学意义

重力流混合事件层在陆相湖盆广泛发育,其形成和分布对理解重力流沉积演化过程及重力流沉积常规与非常规油气勘探开发意义重大.以涠西南凹陷流沙港组一段和鄂尔多斯盆地延长组7段重力流沉积为研究对象,分析湖盆重力流混合事件层的沉积特征、类型、成因及沉积模式,并进一步探讨其地质意义.湖盆主要发育滑动、滑塌重力驱动块体搬运沉积和砂质碎屑流、泥质碎屑流、高密度浊流和低密度浊流等重力流流体沉积,同时广泛发育重力流混合事件层沉积.湖盆重力流混合事件层包含多层结构、双层结构和频繁互层三种大的类型;其中,双层结构的重力流混合事件层进一步根据上下两个沉积单元厚度的差异可细分为两个亚类.多层结构的混合事件层主要为流体侵蚀或砂体液化成因,多发育于混合事件层沉积近端;双层结构与频繁互层结构的混合事件层主要为流体减速膨胀、泥质碎屑流中碎屑颗粒的差异沉降成因,多发育于混合事件层沉积远端.相同沉积单元组成的沉积层在垂向上的规律叠置是岩芯中识别重力流混合事件层沉积的可靠依据;在未明确其沉积过程的情况下可能会导致沉积信息的错误解读.同时,重力流混合事件层的发育会导致重力流沉积非均质性增强,不利于常规油气的储集;但是,重力流混合事件层形成的细粒沉积物是非常规油气"甜点"区发育的优势沉积岩相组合类型.     

泥质重力流沉积研究进展及其页岩油气地质意义--以东营凹陷古近系沙河街组三段为例

页岩油气的勘探开发推动了泥页岩沉积机理研究的快速发展,使得细粒物质的搬运和沉积成为当今沉积学界和油气工业界共同关注的焦点。尽管海洋环境下的泥质重力流沉积研究成果频见报道,但有关我国新生代湖泊环境中的泥质重力流沉积尚未引起沉积学界的关注。故本文在国内外相关文献调研基础上,以岩芯观察和薄片鉴定为重点,分析了渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组三段湖相泥质重力流沉积特征;探讨了湖相泥质重力流沉积的形成机制;以期为湖泊沉积学研究和陆相页岩油气开发提供参考。研究发现,东营凹陷古近系沙河街组三段发育泥质块体流、泥质碎屑流、泥质浊流及泥质异重流等多种重力流沉积类型;泥质滑塌岩、泥质碎屑岩、泥质浊积岩和泥质异重岩在时空上可以共生共存。认为泥质沉积物可以在动荡水体和较强水动力条件下沉淀;泥质重力流沉积在深水沉积区占有重要地位;泥质重力流对于泥页岩中的粗粒碎屑物质、有机质的搬运和沉积以及有机质的埋藏起到重要作用,因而具有重要的非常规油气地质意义。     

火山灰沉积与页岩有机质富集关系探讨——以五峰组—龙马溪组含气页岩为例

现代火山活动喷发形成的火山灰沉降到海水中能够提高海洋表层生产力、促进浮游生物繁盛,有利于有机质形成与富集沉积。而地质历史时期火山灰（斑脱岩）沉积与有机质富集关系研究相对较少,且存在着争议。以我国华南地区奥陶纪-志留纪转折期五峰组-龙马溪组页岩为例,开展含火山灰页岩层段与正常沉积的页岩层段的TOC含量、古生产力、氧化还原条件等对比分析,以探讨两者之间关系。研究结果初步表明:火山灰对高生产力背景的海洋区域影响相对较弱,对其有机质富集的促进作用不明显,而沉积水体氧化还原条件（富氧-贫氧-缺氧变化）与有机质含量关系密切,是这一时期有机质富集的主控因素。由于火山活动对沉积环境影响是十分复杂的过程,未来需要利用地质、地球化学等多种测试手段,开展更高分辨率（如厘米级、毫米级尺度）综合对比研究,精细解剖火山活动对有机质形成及富集作用的影响。火山活动相关的沉积事件是非常规油气沉积学重要研究内容之一,厘定它与页岩有机质富集关系,对我国页岩油气等非常规油气勘探开发具有重要意义。     

海陆过渡相页岩气层系沉积研究进展与页岩气新发现

四川盆地海相页岩气成功规模效益开发,使我国页岩气跨入了高速发展的快车道,确立了页岩气在我国能源安全保障中的重要战略地位。我国海陆过渡相页岩气资源丰富,有望成为我国页岩气增储上产的现实领域。目前海陆过渡相页岩气勘探开发和地质评价还处在初期阶段,海陆过渡相富有机质页岩发育特征与分布、沉积模式、有机质富集机理等非常规油气沉积学相关研究有待深入。通过系统厘定海陆过渡相相关概念与特征,明确了国内外典型海陆过渡相页岩气层系;系统总结海陆过渡相页岩沉积研究现状与新进展,揭示了海陆过渡相中富有机质页岩有利发育环境、主要沉积模式和页岩气储层基本特征。系统梳理鄂尔多斯、四川、渤海湾等盆地海陆过渡相页岩气勘探开发新发现,指出了我国海陆过渡相页岩气具有良好勘探开发前景。海陆过渡相页岩层系常伴有煤层,可进行页岩气、煤层气等联合开采,实现“体积开发”,以期有效推动我国天然气产业高质量大发展。     

全球页岩油形成分布潜力及中国陆相页岩油理论技术进展

全球非常规页岩层系油气资源丰富,富有机质页岩主要沉积在劳亚构造域和特提斯构造域的上侏罗统、渐新统—中新统、白垩系和上泥盆统4套页岩层系内。交汇分析北美典型页岩油区块产量与R_o数据关系,提出R_o为0.7%作为低熟页岩油和中高熟页岩油的界限,系统评价了全球116个盆地157套页岩层系中高熟页岩油、低熟页岩油技术可采资源量约2 512亿t,主要分布在北美洲、南美洲、北非和俄罗斯,以前陆盆地中新界、克拉通盆地古生界、裂谷盆地和被动大陆边缘盆地的中生界为主。海相页岩油受显生宙以来的海侵影响,富集在稳定克拉通和前陆等类型盆地中,具大面积稳定分布、成熟度适中等特征;陆相页岩油受暖室期气候影响,主要在坳陷、断陷等类型盆地中发育,以微纳米级无机孔隙和微页理裂缝为主要储渗空间通道,具有沉积相横向变化大、“甜点区段”局部富集等特征。中国石油工业正经历从“陆相页岩生油”向“陆相页岩产油”转变,初步形成源岩油气“进源找油”地质理论、陆相页岩油高效勘探及低成本开发技术体系,推动中国陆相页岩油取得重要突破。着力加强应用基础理论研究与关键技术攻关,构建地质-工程一体化模式,...     

Progress in China's Unconventional Oil & Gas Exploration and Development and Theoretical Technologies

The new century has witnessed a strategic breakthrough in unconventional oil gas.Hydrocarbon accumulated in micro-/nano-scale pore throat shale systems has become an important domain that could replace current oil gas resources.Unconventional oil gas plays an increasingly important role in our energy demand.Tight gas,CBM,heavy oil and asphaltic sand have served as a key domain of exploration development,with tight oil becoming a 'bright spot' domain and shale gas becoming a 'hotspot' domain.China has made great breakthroughs in unconventional oil gas resources,such as tight gas,shale gas,tight oil and CBM,and great progress in oil shale,gas hydrate,heavy oil and oil sand.China has an estimated(223-263)×10~8t of unconventional oil resources and(890-1260)×l0~(12)m~3 of gas resources.China has made a breakthrough for progress in unconventional oil gas study.New progress achieved in fine-grained sedimentary studies related to continental open lacustrine basin large-scale shallow-water delta sand bodies,lacustrine basin central sandy clastic flow sediments and marine-continental fine-grained sediments provide a theoretical basis for the formation and distribution of basin central reservoir bodies.Great breakthroughs have been made in unconventional reservoir geology in respect of research methodology technology,multi-scale data merging and physical simulation of formation conditions.Overall characterization of unconventional reservoirs via multi-method and multi-scale becomes increasingly popular and facilitates the rapid development of unconventional oil gas geological theory,method and technology.The formation of innovative,continuous hydrocarbon accumulation theory,the establishment of the framework of the unconventional oil gas geological theory system,and the determination of the implications,geological feature,formation mechanism,distribution rule and core technology of unconventional oil gas geological study lays a theoretical foundation for extensive unconventional oil gas exploration and development.Theories and technologies of unconventional oil gas exploration and development developed rapidly,including some key evaluation techniques such as 'sweet spot zone' integrated evaluation and a six-property evaluation technique that uses hydrocarbon source,lithology,physical property,brittleness,hydrocarbon potential and stress anisotropy,and some key development engineering technologies including micro-seismic monitoring,horizontal drilling completion and "factory-like" operation pattern, "man-made reservoir" development,which have facilitated the innovative development of unconventional oil gas.These breakthroughs define a new understanding in four aspects:①theoretical innovation;② key technologies;③ complete market mechanism and national policy support;and ④ well-developed ground infrastructure,which are significant for prolonging the life cycle of petroleum industry,accelerating the upgrade and development of theories and technologies and altering the global traditional energy structure.     

非常规油气地质调查工程进展与主要成果

中国地质调查局油气资源调查中心牵头组织实施的“非常规油气地质调查工程”,开展了黑龙江省鸡西地区煤系气地质调查、松辽盆地及外围油页岩地质调查、松辽盆地西斜坡油砂原位试采工程、陆域天然气水合物地质调查与祁连山木里天然气水合物野外长期观测站建设、陕西关中地区氦气地质调查和非常规油气资源国情调研等工作,获取了大量基础数据,取得了黑鸡地1井、黑鸡地3井、黑鸡地4井等一系列突破性成果和重要进展,初步掌握了我国油页岩、油砂、陆域天然气水合物、氦气以及鸡西盆地煤系气等非常规油气资源潜力。该工程在煤系气、油页岩、氦气等领域产生重要影响,提振了非常规油气勘探开发信心,推动了科技创新与地质调查深度融合,促进了非常规油气学科发展。