页岩气藏天然气赋存方式、储存空间和保存条件的地球化学研究

页岩气是一重要的非常规天然气资源，是集天然气的生成、储集和封盖于富有机质泥岩于一体的含油气系统。页岩气主要以游离气和吸附气的方式赋存于富有机质的、低孔隙度和极低渗透率的泥岩中。有机质对页岩气的储存和保存起到重要的作用。本项目拟以四川盆地志留系泥岩为例，并与美国Fort Worth 盆地Barnett 页岩对比，通过一系列地球化学手段，包括金管成烃模拟动力学、等温吸附模拟、岩石热解分析，从物质平衡出发，研究在酐酪根或者原油裂解形成天然气的过程中，有机质演化提供的空间与游离气保存的关系。研究有机质类型、丰度、成熟度对吸附气的影响，通过不同温度和压力下吸附动力学研究，建立吸附量、吸附平衡常数与有机质丰度和有机质特性的定量关系。本研究建立的有机质演化（温度）与游离气保存的动力学模型，有机质丰度和特性与吸附气保存的动力学模型将为我国页岩气的勘探和资源评价提供科学依据、方法和模型。

“页岩气藏天然气赋存方式、储存空间和保存条件的地球化学研究”课题，在3年的实施过程中，按照课题任务书的要求，在扬子地区开展了地质调查，采集了野外露头剖面6个，和钻井剖面2个。其中上奥陶统五峰组——下志留统龙马溪组露头剖面3个，钻井剖面1个。寒武系筇竹寺组露头剖面1个，钻井剖面1个。共计采集样品430件，完成各种分析化验1000多项次，发表与页岩气相关论文6篇，其中2篇SCI、2篇EI和2篇核心，待发表文章6篇。共有5名研究生（其中博士2人、硕士3人）和1名博士后参加课题的研究。形成了一支在页岩气地球化学研究方面中青年研究队伍。圆满完成了课题设计的任务，并取得如下三个方面的研究进展：（1）通过野外观测、矿物学、有机地球化学、碳同位素地球化学、元素地球化学、以及页岩含气量分析测量，建立了四川盆地古生界奥陶系五峰组、志留系龙马溪组泥岩有机质富集模式，发现页岩含气量与其有机质丰度呈正相关，有机质为气体的保存提供了空间和流动连通渠道。综合评价认为四川盆地下古生界奥陶系五峰组、志留系龙马溪组下部为有利的页岩气富集层段。（2）通过实际测量甲烷在有机质和粘土矿物吸附等温曲线，表明有机质丰度、类型和成熟度决定了气体的吸附量和吸附平衡；认为有机质对吸附气的影响可用吸附热力学参数来量化，有机质对甲烷的吸附亲和力较粘土矿物大；实验证实影响岩石吸水量的主要因素为粘土矿物含量。由此推断在实际地质条件下甲烷优先被吸附于有机质表面，粘土矿物表面则主要被水占据。（3）采用高温高压模拟研究，提出高成熟度条件下残留油裂解是页岩气的主要来源，为南方盆地高成熟度页岩成因和评价研究提供了理论依据，岩石小柱体金管模拟实验和SEM孔隙显微成像表明有机孔的形成、发育及特征与有机质成烃演化的阶段性密切相关。这些认识对我国南方古生界高演化海相页岩气的勘探具有重要的指导作用。与北美页岩气盆地相比，我国下古生界海相泥岩热演化程度明显偏高（Ro%>2.0），本研究为国际上高演化阶段页岩气的研究提供了成因、来源及富集机制的理论评价基础和独特范例。