全國頁巖氣資源潛力調查評價及有利區優選（2009-2011年）——2014年度國土資源科學技術獎一等獎成果
為了摸清我國頁巖氣資源潛力，掌握我國頁巖氣富集特點，推動我國頁巖氣勘探開發，更好地規劃、管理、保護和合理利用頁巖氣資源，為國家制定能源發展規劃提供科學依據，全國油氣資源戰略選區調查與評價專項中設立了“中國重點地區頁巖氣資源潛力及有利區優選”（2009-2010年）和“全國頁巖氣資源潛力調查評價及有利區優選”（2011年）項目，國土資源部油氣資源戰略研究中心組織實施，中國地質大學（北京）、中國石油天然氣股份有限公司勘探開發研究院、中國石油化工股份有限公司勘探開發研究院、中國地質調查局成都地質礦產研究所、重慶地質礦產研究院、中國石油化工股份有限公司勘探南方分公司、中國石油大學（北京）等27家單位共420余人參加了該項工作。主要完成人有張大偉、李玉喜、張金川、喬德武、姜文利、趙先良、吳裕根、潘繼平、董大忠、余謙、聶海寬、李大華、姜振學、張建鋒等。
項目圍繞推動我國頁巖氣勘探開發、促進能源結構優化、增強可持續供給能力的國家目標，堅持“統一組織、統一方法、統一標準、統一認識、統一進度”的原則，突出“創立理論方法和摸清家底”兩個重點，以“研究我國頁巖氣形成地質條件與富集規律，形成頁巖氣成藏地質理論與有效勘探評價技術，調查評價頁巖氣資源潛力和分布，優選頁巖氣有利區，開拓油氣資源新領域，為頁巖氣開發利用提供資源基礎，為加強頁巖氣管理提供支撐，整體推動我國頁巖氣勘探開發”為目標，采用多種手段，產學研結合，協同攻關，所取得的科技創新成果填補了我國頁巖氣領域的空白。
一、研究內容
國土資源部油氣資源戰略研究中心從2004年開始跟蹤國外頁巖氣發展動態，2005～2006年，重點研究我國海相頁巖發育特征，分析頁巖氣聚集地質條件；2007年重點研究我國海陸過渡相和陸相頁巖發育特征及其頁巖氣聚集地質條件；2008年在上揚子地區優選出頁巖氣富集遠景區。
2009年啟動并實施了“中國重點地區頁巖氣資源潛力及有利區帶優選”項目，對四川盆地及南方海相頁巖的頁巖氣聚集條件進行重點解剖，并實施了國家財政出資鉆探的第一口頁巖氣調查井——渝頁1井，獲得頁巖氣發現。
2010年設置了“川渝黔鄂”頁巖氣資源戰略調查先導試驗區，對四川盆地內、外頁巖氣富集條件開展調查評價先導試驗，摸索頁巖氣資源調查評價經驗，建立頁巖氣有利區優選和資源潛力評價方法、參數體系，總結頁巖氣資源調查評價工作流程；同時在蘇浙皖地區和北方部分地區開展頁巖氣資源前期調查研究。通過先導試驗工作，掌握了我國部分地區富有機質頁巖分布，確定了主力含氣層系，形成了頁巖氣資源調查評價工作流程，建立了頁巖氣資源潛力評價方法和有利區優選標準框架，總結了頁巖氣富集地質特點，優選出一批頁巖氣富集遠景區，為在全國開展頁巖氣資源潛力調查評價及有利區優選工作奠定了扎實的基礎。
2011年，為了盡快掌握我國頁巖氣資源的初步情況，全國油氣資源戰略選區項目中設置了“全國頁巖氣資源潛力調查評價及有利區優選”項目。將我國陸域劃分為五大區，即上揚子及滇黔桂區、中下揚子及東南區、華北及東北區、西北區、青藏區，在上揚子及滇黔桂區、中下揚子及東南區、華北及東北區、西北區內優選41個盆地，劃分為87個評價單元，優選了57個含氣頁巖層段開展頁巖氣資源調查評價及有利區優選；青藏區主要開展了頁巖氣資源前景調查。項目形成全國頁巖氣資源潛力調查評價及有利區優選總報告及附圖、附表冊，13份報告及附圖、附表冊，46個課題報告及附圖、附表冊，項目成果管理數據庫等工作成果。
二、主要成果
1. 創立了我國頁巖氣形成與富集地質理論。首次系統研究了我國海相、海陸過渡相、陸相富有機質頁巖和頁巖氣特征，揭示了高過成熟度海相、中低成熟度陸相及廣泛分布的海陸過渡相頁巖氣富集機理，形成了具有中國特色的頁巖氣地質理論。
我國頁巖氣地質條件復雜，含氣頁巖分布廣、層系多、類型多樣。在揚子及滇黔桂、西北地區下古生界，主體發育了高過成熟海相含氣頁巖；在華北及西南等地區主要發育了上古生界海陸過渡相煤系含氣頁巖；中新生界陸相盆地內主要發育中低成熟度湖相含氣頁巖。自下古生界至新生界10個層系中形成了近60個含氣頁巖層段。
全球性、區域性缺氧事件形成了穩定分布的海相富有機質頁巖層系，原始有機質以腐泥型干酪根為主，海進旋回決定了有效頁巖層段主體發育在頁巖層系下段。高有機碳含量可以補償其他條件的不足，高-過熱演化程度以干氣生成為主，但有機質熱演化上限（Ro）為4.0%。頁巖單層厚度大、分布穩定，頁巖氣儲層致密，具有一定的自封閉能力和相對較好的頁巖氣保存條件，在保存條件較好的沉積盆地區及保存條件較差的地層殘留區均可形成頁巖氣富集。儲層微裂縫及有機質生烴微孔隙發育，埋藏深度適中、保存條件較好的地區是頁巖氣有利區。
上古生界海陸過渡相含氣頁巖原始有機質以偏生氣的腐殖型干酪根為主，同等條件下的吸附能力遠大于腐泥型干酪根。該套地層在全國范圍內均有分布，累計厚度大，但單層厚度小，泥頁巖有機碳含量普遍較高并形成“高碳泥巖”，在較低成熟度條件下即可直接生成大量天然氣。震蕩性變化的沉積環境導致產生了泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥頁巖及煤層的頻繁互層，構成了上古生界含氣頁巖發育的基本特征，常可形成頁巖氣、煤層氣和致密氣、甚至常規儲層氣的共伴生。頁巖中的粘土礦物含量明顯偏高，儲集空間以微觀孔、縫為主，總含氣量可達到較高水平。
中新生界陸相含氣頁巖主要分布于沉積連續、繼承性發育的湖相盆地中，頁巖分布受盆地沉降-沉積中心控制，橫向變化較快，從盆地中心向盆地邊緣，從深湖向半深湖、濱淺湖方向，富含有機質頁巖沉積厚度逐漸減小，有機質類型從腐泥型遞變為腐殖型，有機碳含量從高到低漸變，在目前熱成熟作用普遍較低情況下，可分別形成頁巖氣、頁巖油氣共伴生以及頁巖油。
2. 創新性提出了我國頁巖氣地質分區，分區建立了以首批頁巖地層標準剖面為代表的57個含氣頁巖層段典型剖面，創建了頁巖氣富集地質模式，實施了一批頁巖氣資源調查井，發現了我國首批頁巖氣。
根據大地構造格局和頁巖氣發育地質條件，將我國陸域劃分為各具特色的南方區、華北-東北區、西北區、青藏區四大頁巖氣地質區。南方區頁巖氣自寒武系至古近系均有發育，發育層位多達15個，海相、海陸過渡相、陸相均有發育。華北-東北區頁巖氣主要發育在上古生界海陸過度相和中新生界陸相地層，主要層位19個。西北區頁巖氣主要發育在下古生界海相、上古生界和中生界陸相地層，主要層位18。青藏區以中生界海相厚層頁巖為主，主要層位5個。
南方地區海相含氣頁巖分布連續、穩定且規模較大，偏生油型腐泥質干酪根和高有機碳含量保證了高過成熟度條件下天然氣在厚層頁巖地層中的有效賦存。不論是下寒武統還是下志留統，有效的富含天然氣層段集中分布在層系底部或下部，有機碳含量高、地層厚度大、埋藏適中、保存條件好的裂縫或微孔發育區是頁巖氣富集的有利區；海陸過度相含氣頁巖以龍潭組煤系地層為代表，巖性復雜，厚度大，頁巖、煤層、粉砂巖普遍含氣。陸相含油氣頁巖主要發育在四川、江漢、蘇北等沉積盆地內，以頁巖氣、頁巖油同時聚集為特征。
華北-東北區以上古生界海陸過渡相和中新生界陸相中低成熟度頁巖為代表。上古生界海陸過渡相含氣頁巖主要發育在華北板塊內，多與煤層、致密砂巖和灰巖層互層。陸相含油氣頁巖限于盆地內發育，沉積相變較快，含氣頁巖分布層系多、累計厚度大，但有機質成熟度整體偏低，可分別形成頁巖氣、頁巖油氣或頁巖油，盆地盆地沉積中心區、斜坡帶、構造轉折端、富有機質層段與致密砂巖夾層發育帶等是頁巖氣發育的有利區。
西北地區海相含氣頁巖發育在下古生界，主要分布在塔里木盆地，頁巖有機質成熟度適中，但頁巖埋深、厚度和有機質含量均變化較大。陸相含油氣頁巖主要形成于上古生界和中、新生界。古生界含油氣頁巖厚度大、白云質成分含量高，中生界包括煤系地層含氣頁巖和湖相含油氣頁巖，煤系含氣頁巖地層累計厚度大、有機質豐度高；湖相含油氣頁巖單層厚度大，橫向變化較快，有機碳含量高。由于區域地溫梯度低，有機質成熟度普遍較低。有機質含量高、熱演化程度較高、碳酸鹽礦物含量高、含氣量較高、埋深適中的凹陷區是頁巖氣發育有利區。
3. 建立了以條件概率體積法為代表的頁巖氣資源評價方法體系，建立了有利區優選的多因素疊合與綜合分析法。研發了頁巖氣資源調查評價技術方法，建立了頁巖氣評價參數體系，形成了系列技術規程。
針對我國地質特點和頁巖氣富集機理特征，將體積法、FORSPAN法、概率法有機結合，建立了適用于我國現階段頁巖氣資源潛力評價的條件概率體積法，并制定了各項參數選取規范。以地質條件和工程條件為主要考慮因素，制定了頁巖氣可采系數確定方法。以頁巖氣地質和可采條件為依據，在統計分析我國頁巖氣相關參數基礎上，建立了有利區優選的多因素疊合與綜合分析法。通過“川渝黔鄂”頁巖氣資源調查先導試驗區的實踐探索，首次確定了頁巖氣資源調查評價和有利區優選工作技術流程。即：(1)確定頁巖氣目標層系，圈定頁巖氣潛在發育區；(2)在頁巖氣目標層系內，利用有機地化和含氣性等指標，識別、劃分含氣頁巖層段；(3)根據含氣頁巖層段空間分布，確定含氣頁巖層段的發育規模，預測頁巖氣有利區；(4)采用統一方法參數，開展各利區內頁巖油氣資源潛力評價，(5)匯總各有利區頁巖氣資源評價結果，得到各大區及全國頁巖氣資源潛力；（6）總結頁巖油氣富集地質規律，結合含氣頁巖層段脆性、地應力、地表條件分析，判斷各有利區頁巖氣開發前景。制定了頁巖氣資源調查評價的野外地質調查、試驗分析測試、圖件編制等技術規程20個。
4. 系統評價了我國頁巖氣資源潛力，優選出180個頁巖氣有利區。我國陸上頁巖氣地質資源潛力134.42萬億立方米，可采資源潛力25.08萬億立方米(不含青藏區）。首次預測了我國頁巖氣儲量和產量增長趨勢，指出了川東、川南等上揚子地區為近期勘探突破區。
評價結果表明，我國陸域（不包括青藏地區）頁巖氣地質資源潛力134.42×1012m3，可采資源潛力25.08×1012m3。其中，上揚子及滇黔桂區地質資源為62.56×1012m3，可采資源為9.94×1012m3，分別占全國總資源的46%、39.63%；華北及東北區地質資源為26.79×1012m3，可采資源為6.70×1012m3，分別占全國總量的20%、26.70%；中下揚子及東南區地質資源為25.16×1012m3，可采資源為4.64×1012m3，分別占全國總量的19%、18.49%；西北區地質資源為19.90×1012m3，可采資源為3.81×1012m3，分別占全國總量的15%、15.19%。全國頁巖氣資源主要分布在四川、重慶、新疆、貴州、湖北、湖南、陜西等省區，這7個省（區、市）占全國頁巖氣總資源的68.87%。頁巖氣地質資源主要分布在下古生界，其次為上古生界和中生界，新生界最少，分別占43.58%、24.66%、28.82%和2.94%。按500m-1500m、1500m-3000m 和3000m-4500m深度，分別占22.42%、36.94%和40.46%。
全國共優選出頁巖氣有利區180個,累計面積為111.49×104km2，疊合面積為66.93××104km2。其中，上揚子及滇黔桂區有利區累計面積62.42×104km2，占全國總量56%；中下揚子及東南區累計面積為17.44×104km2，占16%；華北及東北區累計面積27.01×104km2，占全國總量24%；西北區累計面積4.62×104km2，占全國總量4%。按照已獲得頁巖氣工業氣流、獲得頁巖氣氣流及顯示、各項指標表示有頁巖氣聚集三個層次對有利區進行了分類。獲得頁巖氣工業氣流的Ⅰ類有利區有川東、川南、鄂爾多斯等11個，面積10.18×104km2，其中礁石壩、長寧、威遠取得頁巖氣開發突破，形成產能；獲得頁巖氣氣流及顯示的Ⅱ類有利區有渝東南、黔北、鄂西等89個，面積80.90×104km2；各項指標表示有頁巖氣聚集Ⅲ類有利區80個，面積20.39×104km2。
三、成果應用情況
項目緊緊圍繞國家需求、資源管理需求、企業需求，取得的成果得到了及時轉化應用，對國家制定發展規劃、進行能源管理體制改革以及促進頁巖氣勘探開發起到了推動作用。
1．項目取得的理論認識、方法技術和研究思路，為全國頁巖氣地質研究、調查評價及勘探開發奠定了理論和方法基礎，直接推進了我國頁巖氣產業的形成和發展。項目成果為貴州省、重慶市組織各自省市的頁巖氣資源調查評價和開發試驗項目直接提供了頁巖氣主力含氣層系、頁巖氣資源潛力評價方法和有利區優選標準。
2．項目對頁巖氣特殊性的認識和首口頁巖氣發現井渝頁1井的資料數據，為向國家申報頁巖氣新礦種提供了基礎依據。頁巖氣新礦種的確立，為改革我國油氣管理體制提供了切入點，為多種投資主體進入頁巖氣領域創造了條件。兩輪頁巖氣招標引入17家非油氣企業，帶動投資128億元，推動了我國頁巖氣勘探開發。頁巖氣的勘探開發發展，推動了頁巖氣工程服務、裝備制造、管網建設及國際合作等領域的發展，形成了全新的經濟增長點。
3．項目優選出的頁巖氣有利目標區和評價的資源潛力，為企業進行頁巖氣勘探開發提供了重點靶區，推動了我國重點有利區頁巖氣的商業性突破和規�；_發進程。中石化南方勘探公司在涪陵焦石壩等地區取得了頁巖氣勘探重大突破，項目成果為此提供了資源和地質依據。
4．依據項目成果資料，國家及有關部門制定了《頁巖氣發展規劃2011-2015年》和相關政策，國家國土資源管理部門加強了頁巖氣資源管理，實施了兩輪頁巖氣探礦權出讓招標。依據該項目優選出的有利區，劃定了24個招標區塊，為兩輪頁巖氣探礦權出讓招標提供了基礎支撐。
5．開拓了頁巖氣研究新領域，帶動產出了一大批科技成果，培育了我國油氣新學科，培養了我國首批頁巖氣專業人才，提升了我國頁巖氣科技的核心競爭力和國際地位。中國地質調查局在2012～2014年部署頁巖氣調查工作和實施的探井中，充分考慮和使用了該項目的頁巖氣資源潛力及有利區優選的成果。
整體來看，全國頁巖氣資源潛力調查評價及有利區優選工作是一項規模大、難度高、探索性強的工作，具有戰略性、指導性和引領性。該項成果是我國現階段頁巖氣資源潛力的客觀反映，提升了我國頁巖氣資源調查評價水平，促進了頁巖氣勘探開發，提高了油氣資源保障能力。
