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頁巖氣是怎樣生成的?

2019-10-30 9:16:17 來源:中國礦業報 作者:林 拓

頁巖氣是綠色清潔能源,是一種主要存在于頁巖地層中的非常規天然氣,在我國重慶、四川等地已經實現了商業化生產。那么,如此大規模的頁巖氣在自然界是怎么形成的呢?

頁巖氣主要是自生自儲式的天然氣聚集,頁巖里賦存的有機質是頁巖氣生成的物質基礎,頁巖地層是頁巖氣聚集的主要載體,這就意味著頁巖氣在地層中沒有經過油氣運移或只有很短距離的油氣運移。相對于頁巖氣的有效保存,頁巖氣的生成是頁巖氣藏形成的基本保障。

頁巖氣的生成包括了物質來源、成因機制及生成產物等。和常規天然氣不同,頁巖氣生成的物質來源主要是頁巖里賦存的有機質,有機質中有機碳含量達到0.1%即可成為頁巖氣的物質來源,有機質類型多樣,Ⅰ型、Ⅱ型或Ⅲ型干酪根均可。在成因機制方面,頁巖氣包括了熱成因氣、生物成因氣及其混合。

熱成因氣是頁巖氣藏最為常見的類型,我國已發現的頁巖氣富集地區多為這種類型,如重慶涪陵志留系頁巖氣、四川威遠志留系頁巖氣、湖北宜昌寒武系、震旦系頁巖氣。頁巖中的有機質在達到一定的熱成熟度時形成頁巖氣,Ⅰ型、Ⅱ型干酪根首先形成石油、瀝青等產物,當熱演化程度加深達到Ro大于1.2%時,原油進一步發生熱裂解而形成天然氣;Ⅲ型干酪根在熱成熟度大于0.5%時即可發生有機質熱降解作用,可直接生成頁巖氣。一般而言,埋藏越大(壓力越大)、時代越老(時間越久),頁巖有機質成熟度會越高,壓力和時間具有很強的相互補償作用。這和生米做成熟飯的過程類似:如使用壓力大的高壓鍋,米飯成熟的時間可縮短;如使用壓力小的普通鍋,做熟米飯則需要更長的時間;而長時間持續給高壓鍋加溫,則米飯過成熟而燒焦,如同頁巖有機質的碳化而不能生成頁巖氣。

生物成因氣指在微生物作用下生成的所有的天然氣,甲烷含量一般在99%以上,來源較為廣泛,頁巖中腐殖型和腐泥型有機質均可以被微生物降解而生成生物氣。生物成因氣和酵母發面的機制類似:面團隔絕空氣創造厭氧條件,在酵母這種微生物的作用下,面團有機物分解而釋放氣體(不同的是發面釋放的是二氧化碳而不是甲烷)。在頁巖成巖作用時,地層處于低溫、厭氧條件下,微生物大量繁殖,頁巖中的有機質在微生物的生物化學作用下,形成大量的甲烷氣體。

當然,規模化的頁巖氣聚集受很多因素的影響和制約,如頁巖分布規模、有機質豐度、有機質成熟度、頁巖儲集條件、頁巖構造保存條件。其中,頁巖氣的生成是不可或缺的必要和基礎條件。□

(作者單位:中國地質調查局油氣資源調查中心)

網站編輯:宮莉

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