北美地區(qū)典型頁巖氣盆地成藏條件解剖

1、北美地區(qū)典型頁巖氣盆地成藏條件解剖1、阿巴拉契亞盆地俄亥俄頁巖系統(tǒng)（1）概況阿巴拉契亞盆地（Appalachian）位于美國的東部,面積280000平方公里，包括New York西部、Pennsylvania、West Virginia、Ohio、Kentucky和Tennessee州等，是美國發(fā)現(xiàn)頁巖氣最早的地方。俄亥俄（Ohio）頁巖發(fā)育在阿巴拉契壓盆地西部,分布在肯塔州東北部和俄亥俄州，是該盆地的主要頁巖區(qū)（圖2）。該區(qū)古生代沉積巖是個巨大的楔形體，總體上是富含有機(jī)質(zhì)頁巖、碎屑巖和碳酸鹽巖構(gòu)成的旋回沉積體。圖1 美國含頁巖氣盆地分布圖1953年，Hunter和Young對Ohio頁巖氣3

2、400口井統(tǒng)計，只有6%的井具有較高自然產(chǎn)能（平均無阻流量為2.98萬m2/d），主要原因是這些井的頁巖中天然裂縫網(wǎng)絡(luò)比較。其余94%的井平均產(chǎn)量為1726m3/d，經(jīng)爆破或壓裂改造后產(chǎn)量達(dá)8063m3/d，提高產(chǎn)量4倍多。1988年前，美國頁巖氣主要來自O(shè)hio頁巖氣系統(tǒng)。截止1999年末,該盆地鉆了多達(dá)21000口頁巖井。年產(chǎn)量將近34億m3。天然氣資源量58332566337億m3,技術(shù)性可采收資源量41067787億m3。每口井的成本$200000-$300000，完井成本$25$50。（2）構(gòu)造及沉積特征阿巴拉契亞盆地東臨Appalachian山脈，西瀕中部平原，構(gòu)造上屬于北美地臺和

3、阿巴拉契亞褶皺帶間的山前坳陷。伴隨Laurentian古陸經(jīng)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(jì)結(jié)晶巖為基底，古生代沉積巖呈巨大的楔形體(最大厚度12 000 m)埋藏于不對稱的、向東變深的前陸盆地中。寒武系和志留一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(jī)質(zhì)泥頁巖(主要為碳質(zhì)頁巖)、粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖、砂巖和碳酸鹽巖等形成34個沉積旋回構(gòu)成，每個旋回底部通常為富有機(jī)質(zhì)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(jì)Acadian造山運動下形成的碎屑巖楔形體內(nèi)（James,2000）。該頁巖層可再

4、分成由碳質(zhì)頁巖和較粗粒碎屑巖互層組成的五個次級旋迥(Ettensohn，1985)。它們是在阿卡德造山運動的動力作用下和Catskill三角洲的向西進(jìn)積中沉積下來的。圖2 阿巴拉契亞盆地西部中泥盆統(tǒng)下密西西比系剖面（據(jù)Moody等，1987）（3）頁巖氣成烴條件分析 頁巖分布特征阿巴拉契亞盆地中南部最老的泥盆紀(jì)頁巖層系屬于晚泥盆世。Antrim頁巖和New Albany大致為Chattanooga頁巖和Ohio頁巖的橫向同位層系（Matthews,1993）。在俄亥俄東邊和南邊,Huron段分岔。有的地區(qū)已經(jīng)被插入的灰色頁巖和粉砂巖分成兩個層。俄亥俄頁巖系統(tǒng)，覆蓋于Java 組之上(圖3)。由

5、三個巖性段組成：下部 Huron段為放射性黑色頁巖，中部Three Lick層為灰色與黑色互層的薄單元，上部Cleveland段為放射性黑色頁巖。俄亥俄頁巖礦物組成包括：石英、粘土、白云巖、重金屬礦（黃鐵礦）、有機(jī)物。圖2是西弗吉尼亞中部和西部產(chǎn)氣區(qū)泥盆紀(jì)頁巖層的地層剖面。中上泥盆統(tǒng)的分布面積約128，000mi2(331，520km2)，它們沿盆地邊緣出露地表。頁巖埋藏深度為6101520m，頁巖厚度一般在100400ft(30120m),泥盆系黑色頁巖最大厚度在賓夕尼亞州的中北部(圖3)(deWitt等，1993)。頁巖地球化學(xué)特征圖4表示Ohio頁巖下Huron段烴源巖有機(jī)碳等值線圖。從

6、鏡質(zhì)體反射率特征來看，下Huron段所有的有機(jī)質(zhì)基本上都是熱成熟的。有機(jī)質(zhì)類型以型干酪根為主，利于生成液態(tài)和氣態(tài)烴(Curtis和Faure，1997，1999)。總有機(jī)碳等值線所圈定的大部分產(chǎn)氣區(qū)包括西弗吉尼亞、東肯塔基和南俄亥俄(GRI，2000)。在西弗吉尼亞的Calhoun郡，下Huron段的下伏頁巖地層產(chǎn)氣，其放射性測井曲線讀數(shù)最大，這與其下伏泥頁巖層段有機(jī)碳含量較高（達(dá)2）相一致。由圖4可見，黑色頁巖所占比例、總有機(jī)碳含量和產(chǎn)氣率均向西增加，在靠近西弗吉尼亞邊界附近Kentucky郡的Big Sandy氣田處達(dá)到最大值。該氣田自1921年開始生產(chǎn)頁巖氣以來一直是阿巴拉契亞盆地產(chǎn)量最

7、高的頁巖氣田。圖3 中上泥盆統(tǒng)放射性黑色頁巖的總有效厚度圖(據(jù)deWitt等。1993)圖4 Ohio頁巖Huron段下部的總有機(jī)碳分布(據(jù)Curtis和Faure1997年資料修改)俄亥俄頁巖有機(jī)質(zhì)以開闊海相成因及Tasmanites來源為主。即干酪根類型以型和型為主。古海藻Tasmanites是黑色頁巖的重要的來源,其極度繁盛而且多期出現(xiàn),排除了水柱透光帶中的其它類型的生物群。Curtis和Faure(1997，1999)認(rèn)為，在塔康、阿卡德和阿勒格尼造山運動中，Rome地塹的邊界斷裂發(fā)生活化，在晚泥盆世淺內(nèi)陸海的洋底形成了許多地貌凹陷，與這些地貌凹陷相關(guān)的斷陷次盆地對Ohio頁巖下Hur

8、on 段和West Falls群的Rhinestreet頁巖段中藻類有機(jī)質(zhì)的保存有明顯的控制作用(圖4)。這些斷陷次盆地可能由于其水循環(huán)條件差而限制了氧的補(bǔ)給。有機(jī)質(zhì)的保存條件也因為盆地上方水體中Tasmanites等藻類的周期性繁殖而變好。這些藻類的繁殖由于消耗分子氧使有機(jī)質(zhì)大量富集，從而保存了藻類物質(zhì)。Algeo(2008)提出Appalachian盆地中部泥盆系一密西西比系頁巖是前陸盆地局限深水沉積產(chǎn)物。泥盆系Ohio頁巖沉積期，構(gòu)造運動導(dǎo)致相對海平面下降，局限程度增強(qiáng)，晚泥盆紀(jì)一早石炭紀(jì)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(jī)質(zhì)得以保存，TOC較

9、高，形成New York幾百米厚黑色頁巖，Kentucky東北部減薄為5090m。Zeilinki和McIver（1982）運用TAI值描繪了阿巴拉契亞盆地上泥盆統(tǒng)的熱成熟度范圍，指出盆地西部的巖石對于原油的生成是未成熟的,因此生成的數(shù)量比較有限。大多數(shù)地區(qū)的黑色頁巖層序是過成熟的,因而基本上沒有生成液態(tài)烴類的可能。盆地的中間部位既有高質(zhì)量的源巖又有適當(dāng)?shù)臒岢墒於?因而具有頁巖氣商業(yè)性開采潛力?？偟膩砜?，該頁巖系統(tǒng)的Ro值介于0.41.3%（表1）。表1 阿巴拉契亞盆地俄亥俄頁巖地質(zhì)、地球化學(xué)和儲量參數(shù)表參數(shù)名稱參數(shù)數(shù)值參數(shù)名稱參數(shù)數(shù)值盆地類型山前坳陷層位泥盆系頁巖分布面積（km2）414,4

10、00埋藏深度（m）600-1500總厚度（m）90-300純頁巖厚度（m）9-30TOC含量（）0-4.7干酪根類型型和型為主熱成熟度（Ro，）0.4-1.3巖井溫度（）100總孔隙度（）4.7含氣孔隙度（）2.0壓力梯度（psi/ft）0.150.40氣藏壓力（psi）5002000含氣量（標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/t）60100吸附氣含量（）50儲量豐度（億m3/km2）0.55-1.09采收率（）1020頁巖巖石礦物學(xué)及儲層特征Ohio頁巖礦物組成中，碳酸鹽巖含量較低，小于25；石英、長石和黃鐵礦含量2080，粘土含量在2080之間，與Barnett頁巖相比，Ohio頁巖粘土礦物含量較高，而石英、長

11、石及黃鐵礦含量較低（圖5）。圖5 頁巖儲層巖石礦物組成三角圖（李新景等，2009）Big Sandy氣田以O(shè)hio組Huron段為主力產(chǎn)層，高產(chǎn)井多沿北東方向分布，與高角度多組裂縫發(fā)育緊密相關(guān)，裂縫不發(fā)育地區(qū)往往低產(chǎn)。裂縫網(wǎng)絡(luò)的形成主要受地質(zhì)時期地殼應(yīng)力作用強(qiáng)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。因此眾多研究認(rèn)為，這一地區(qū)頁巖氣產(chǎn)量主要控制因素是有機(jī)質(zhì)含量、熱成熟度、天然裂縫展布以及黑色頁巖與

12、灰色頁巖空間分布關(guān)系。（4）頁巖氣的生產(chǎn)情況根據(jù)Hunter等(1953)的早期研究，3400口井中只有6的井未采用增產(chǎn)措施完井。這些井可能發(fā)育天然裂縫網(wǎng)絡(luò)，其平均無阻日產(chǎn)量為1,055103ft3。其余94 的井完井后無可觀產(chǎn)量，平均日產(chǎn)量僅61103 ft3。這些井后來用早期的油田射孔技術(shù)進(jìn)行了增產(chǎn)處理，氣井采取增產(chǎn)措施后，其平均日產(chǎn)量約285103立方英尺，比采取增產(chǎn)措施前提高了4倍多，認(rèn)為射孔提高了裂縫孔隙度和滲透率，因而能產(chǎn)出有商業(yè)價值的天然氣。目前，氣井通常用液態(tài)氮泡沫和砂支撐劑進(jìn)行壓裂(Milici，1993)。Big Sandy氣田是阿巴拉契盆地頁巖氣歷史累計產(chǎn)量最高地區(qū)。絕大

13、多數(shù)來自上泥盆系頁巖氣，現(xiàn)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5101800m，測井孔隙度1.511%，平均4.4%。1996年該區(qū)估算原始地質(zhì)儲量5660108m3，可采儲量962108m3，剩余可采儲量255108m3，估計單井極限可采儲量141042260104m，平均250104m3。1994年以前，美國頁巖氣主要產(chǎn)自O(shè)hio頁巖，直到密歇根盆地鉆探工作的迅速發(fā)展使Antrim 頁巖的氣產(chǎn)量位居全美之首時為止。2、福特沃斯盆地巴尼特頁巖系統(tǒng)（1）概況福特沃斯（Fort Wor

14、th）盆地是得克薩斯中北部地區(qū)的一個南北向延伸的淺的地塹，面積大約為15000mi2（38100km2）。該盆地密西西比系巴尼特（Barnett）頁巖為一個頁巖氣系統(tǒng)，由層狀硅質(zhì)泥巖、層狀泥質(zhì)灰泥巖以及骨架泥質(zhì)泥?；?guī)r混合組成。早在20世紀(jì)50年代，美國Fort Worth盆地密西西比系Barnett頁巖就見到良好氣顯示；1981年，Mitchell 能源公司大膽地對Barnett頁巖段進(jìn)行了氮氣泡沫壓裂改造，從而發(fā)現(xiàn)了Barnett頁巖氣田。隨著鉆完井技術(shù)的不斷改進(jìn)，氣田的面積不斷擴(kuò)大，產(chǎn)量飛速增長。2007年,Fort Worth 盆地近8500口Barnett頁巖氣生產(chǎn)井的年產(chǎn)量為305

15、.6108m3,自1982年投產(chǎn)以來累計產(chǎn)氣1018.8108m3。（2）構(gòu)造及沉積特征福特沃斯盆地是晚古生代沃希托（Quachita）造山運動形成的幾個弧后前陸盆地之一，沃希托造山運動是由泛古大陸變形引起的板塊碰撞(北美板塊和南美板塊)形成逆沖斷層的主要事件（Thompson et al，1988）。盆地東部邊界為沃希托逆沖褶皺帶，北部邊界是基底邊界斷層控制的紅河背斜（Red River Arch）和曼斯特背斜(Muenster Arch)，西部邊界為本德背斜（Bend Arch）、東部陸棚等一系列坡度較緩的正向構(gòu)造，南部邊界為大草原隆起(Llano uplift)。盆地的軸大致與組成盆地北

16、部東北部邊界的Muenster穹隆平行，然后向南彎曲與Quachita構(gòu)造帶前緣平行（圖6）。在賓夕法尼亞早期和中期， Quachita褶皺帶向東隆升造成構(gòu)造脊線及由此形成的盆地邊界反向地向西和西北方向偏移（Tai，1979）。紅河和曼斯特背斜以斷層為邊界的基底的抬升形成了盆地的北部邊界。這些構(gòu)造特征是北西走向的Amarillo-Wichita隆起的延伸部分，是Quachita擠壓過程中基底斷層伴隨Oklahoma（俄克拉荷馬）造山運動而重新復(fù)活造成的（Walper，1977，1982）。福特沃斯盆地發(fā)育的地層主要有寒武系、奧陶系、密西西比系、賓夕法尼亞系、二疊系和白堊系。下古生界上部為一區(qū)域

17、性角度不整合，盆地內(nèi)缺失志留系和泥盆系。上密西西比統(tǒng)和下賓夕法尼亞統(tǒng)表現(xiàn)為連續(xù)沉積，但在某些地區(qū)可能為平行不整合(如在曼斯特隆起附近)。古生界根據(jù)構(gòu)造演化歷史可大致分為3段：寒武系上奧陶統(tǒng)，為被動大陸邊緣的地臺沉積，包括Riley-Wilberns組、Ellenburger組、Viola組和Simpson組；中上密西西比統(tǒng)，為沿俄克拉荷馬坳拉槽構(gòu)造運動產(chǎn)生沉降過程的早期沉積，包括Chappel組、Barnett頁巖組和Marble Falls組下段；賓夕法尼亞系，代表了與沃希托逆沖褶皺帶前緣推進(jìn)有關(guān)的主要沉降過程和盆地充填，主要是陸源碎屑沉積，包括Marble Falls組上段和Atoka組等

18、。圖6 福特沃斯盆地構(gòu)造圖及Barnett頁巖氣主要產(chǎn)氣區(qū)分布圖 在盆地的東北部，Barnett 頁巖被Forest burg 灰?guī)r分隔為上、下兩部分（圖7）。Barnett頁巖頂面構(gòu)造為一單斜，氣藏不受構(gòu)造控制，面積約15500 km2 ，埋深大于1850 m ，可采資源量2.661012 m3 (USGS，2008) 。氣田可分為兩個區(qū): 核心區(qū)，Barnett頁巖下部發(fā)育有Viola灰?guī)r，頁巖厚度大于107 m；外圍區(qū)，缺失Viola 灰?guī)r，Barnett頁巖直接與飽含水的下奧陶統(tǒng)Ellenburger組灰?guī)r接觸，頁巖厚度大于30m。（3）頁巖氣成烴條件分析 頁巖分布特征 Barnett

19、含氣頁巖由石灰質(zhì)頁巖、黏土頁巖、石英質(zhì)頁巖和含白云石頁巖組成，底部常常包含一層薄薄(3 m)的富含磷酸鹽物質(zhì)的區(qū)帶,主要是磷灰石，向盆地的北部，富含有機(jī)質(zhì)的黑色頁巖相變?yōu)楦缓妓猁}相，碳酸鹽物質(zhì)可能是由一系列洪流導(dǎo)致的碎屑流沉積。Barnett頁巖的厚度和巖性在盆地范圍內(nèi)是變化的,東北部最厚(圖8-A)，并包含了一層向南和向西迅速變薄的灰?guī)r。Barnett頁巖層的北部被紅河穹隆和門斯特穹隆所限，南部和東南部被沃希托逆沖褶皺帶所限。在盆地北部，Barnett頁巖平均厚91m，在門斯特隆起附近盆地最深處頁巖的厚度超過305 m。在Newark East氣田的北部和東北部，Barnett頁巖的碳酸鹽

20、含量大量增加，主要是因為波浪和水流把盆地西部Capple礁的碳酸鹽碎屑運移到此處，使Barnett頁巖下段的細(xì)粒鈣質(zhì)物質(zhì)相當(dāng)豐富。Barnett頁巖向西、向南迅速變薄，在大草原隆起區(qū)域其厚度只有幾米到十幾米，如在Lampasas縣和San Saba縣境內(nèi)沿大草原隆起出露的地層厚915 m，并且富含油氣。Barnett頁巖在下列地區(qū)是缺失的：a北部和北東部紅河隆起和門斯特隆起被剝蝕區(qū)域；b南部沿大草原隆起區(qū)域；c西部剝蝕區(qū)域。圖7 福特沃斯盆地奧陶系至賓夕法尼亞系主要地層A地層剖面示意圖 B 主要地層單元的電纜測井圖頁巖地球化學(xué)特征Barnett頁巖可分為5種巖性：黑色頁巖、粒狀灰?guī)r、鈣質(zhì)黑色頁

21、巖、白云質(zhì)黑色頁巖、含磷質(zhì)黑色頁巖。有機(jī)質(zhì)豐度隨巖性的不同發(fā)生變化，在富含黏土的層段有機(jī)質(zhì)豐度最高，而且成熟的地下標(biāo)本和不成熟的露頭標(biāo)本有很大差別。對不同深度鉆井巖屑的分析結(jié)果表明，其有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%5%之間，平均為2.5%3.5%，巖心分析數(shù)據(jù)通常比鉆井巖屑分析的高，為4%5%（Bowke等，2003；Jarvie等，2007）。Jarvie等（2003）和Pollastro等（2004）測得San Saba縣和Lampasas縣Barnett頁巖露頭樣品的有機(jī)碳含量高達(dá)12%。雖然Barnett頁巖的有機(jī)碳含量變化較大，但總體來說其有機(jī)碳含量很高，平均大于2%，表明高有機(jī)質(zhì)豐度Barn

22、ett頁巖氣藏被成功勘探開發(fā)的重要因素。Barnett組富有機(jī)質(zhì)黑色頁巖主要由含鈣硅質(zhì)頁巖和含黏土灰質(zhì)泥巖構(gòu)成，夾薄層生物骨架殘骸，具有低于風(fēng)暴浪基面和低氧帶(OMZ)的缺氧一厭氧特征，與開放海溝通有限。沉積物主要為半遠(yuǎn)洋軟泥和生物骨架殘骸，沉積營力基本上通過濁流、泥石流、密度流等懸浮機(jī)制完成，屬于靜水深斜坡一盆地相(Robert等，2007)。圖8福特沃斯盆地Barnett頁巖厚度圖 (A)和成熟度等值線圖 (B) (據(jù)聶海寬等，2009)Barnett頁巖有機(jī)質(zhì)以易于生油的型干酪根為主。在鏡質(zhì)反射率Ro小于1.1%時，以生油為主、生氣為輔。干氣區(qū)主要分布在盆地東北部和沖斷帶前緣，這些地區(qū)埋

23、藏較深,成熟度較高，Ro超過1.1%1.4%，處在生氣窗內(nèi)，如Wise縣生產(chǎn)的伴生濕氣的Ro為1.1%，干氣的Ro在1.4%以上；油區(qū)主要分布在盆地北部和西部成熟度較低的區(qū)域，Ro為0.6%0.7%；在氣區(qū)和油區(qū)之間是過渡帶，既產(chǎn)油又產(chǎn)濕氣，Ro在0.6%1.1%之間（圖8B）。天然氣技術(shù)研究所GTI公布Barnett頁巖氣藏產(chǎn)氣區(qū)頁巖的Ro為1.0%1.3%，實際上產(chǎn)氣區(qū)的Ro西部為1.3%，東部2.1%，平均為1.7%。從烴源巖的埋藏史及熱演化圖上來看，福特沃斯盆地Barnett頁巖經(jīng)歷了賓夕法尼亞紀(jì)二疊紀(jì)快速沉降和埋深時期、晚二疊世中晚白堊世恒溫階段（只是在中白堊世才被加快埋深的短暫時期

24、打斷）、晚白堊世古近紀(jì)的抬升剝蝕三個階段。Barnett頁巖從晚賓西法尼亞世開始生烴,在二疊紀(jì)、三疊紀(jì)和侏羅紀(jì)達(dá)到生烴高峰，并一直延續(xù)到白堊紀(jì)末（圖9）。圖9福特沃斯盆地Eastland縣單井埋深史圖（Montgomery等，2005）頁巖的儲層特征已有的資料表明，有生產(chǎn)能力的、富含有機(jī)質(zhì)的Barnett頁巖的孔隙度為5%6%，滲透率低于0.0110-3m2，平均吼道半徑小于0.005m，平均含水飽和度為25%，但隨碳酸鹽含量的增加而迅速升高。Barnett頁巖含有天然裂縫，孔隙度和滲透率伴隨有機(jī)質(zhì)成熟而增大，并導(dǎo)致微裂縫的生成。頁巖儲層的孔隙度和滲透率極低，非均質(zhì)性極強(qiáng)，頁巖氣藏中的游離氣主

25、要儲集在頁巖基質(zhì)孔隙和裂縫等儲層中。Barnett頁巖氣藏天然氣的賦存方式主要包括游離態(tài)和吸附態(tài)兩種，（Bowker等，2007）利用Newark East氣田南部Johnson縣Chevron地區(qū)Mildred Atlas 1井的巖心樣品進(jìn)行罐裝解析氣量的分析表明，在氣田常規(guī)氣藏條件下(20.7027.58MPa)，Barnett頁巖中吸附氣的體積含量為2.973.26 m3/t，高于早期分析的數(shù)據(jù)。Humble Geochemical公司近期研究Sims 2井的資料后指出，計算的氣體體積含量實際上超過Mildred Atlas 1井，而這兩口井的總有機(jī)碳含量接近，分別為4. 79%和4.7

26、7%（Martineau等，2007）。在Denton縣的Mitchell Energy KathyKeel 3井殘余有機(jī)碳含量為5.2%，吸附氣體積含量為3.40 m3/t，占天然氣總體積含量(5.57 m3/t)的61%（Montgomery等，2005）。圖10所示的甲烷等溫吸附顯示，在壓力為3800psi下，吸附氣的含量為60125scf/t，占總氣量的3550%。吸附氣和游離氣的平均含量分別為85scf/t和105scf/t，分別占總氣量的45%和55%。綜合多口井的資料可以看出，Barnett頁巖氣藏中有40%60%的天然氣以吸附態(tài)賦存于頁巖中，比早期研究的數(shù)據(jù)大很多，說明Barn

27、ett頁巖比以前認(rèn)為的有更大的資源儲量潛力。圖10 Barnett頁巖樣品等溫吸附曲線頁巖的巖石礦物學(xué)特征Barnett頁巖在巖性上主要由硅質(zhì)頁巖、灰?guī)r和少量的白云巖組成。總體上，該套地層二氧化硅含量相對富集（30-50%，體積百分含量），粘土礦物的含量相對較少（35%）(圖11)。根據(jù)Bowker(2002)的研究，這些粘土主要為含微量蒙皂石的伊利石。粘土粉砂結(jié)晶石英是Barnett巖層的主要礦物，局部常見碳酸鹽巖和少量黃鐵礦和磷灰石。Barnett地層的碳酸鹽巖主要以化石層的形式存在。根據(jù)礦物、結(jié)構(gòu)、生物和構(gòu)造等，Barnett 頁巖的巖相主要劃分為3種:層狀硅質(zhì)泥巖、薄片狀灰泥和含生物碎

28、屑的泥粒灰?guī)r。各巖相普遍富集黃鐵礦和磷酸鹽，常見碳酸鹽巖團(tuán)塊。與石英和方解石相比，由于黏土礦物有較多的微孔隙和較大的表面積，因此對氣體有較強(qiáng)的吸附能力，但是當(dāng)水飽和的情況下，吸附能力要大大降低。石英含量的增加將提高巖石的脆性。圖11 Barnett地層的礦物組成三角圖（4）氣藏特征及天然氣成因1981年，Mitchell能源開發(fā)公司（MEDC）開始從福特沃斯盆地密西西比系的Barnett頁巖產(chǎn)商業(yè)性天然氣。其主要產(chǎn)區(qū)是Newark East氣田，但目前MEDC和其他作業(yè)者在其它地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了商業(yè)性頁巖氣產(chǎn)層（Hill和Nelson，2000； Williams，2002）。在Newark Eas

29、t氣田Barnett頁巖的埋藏深度為6500-8500英尺（1981-2591m），Barnett頁巖的厚度為300-500英尺（92-152米），頁巖有效厚度50-200英尺（15-61m）。在Newark East氣田，具有輕微的超壓（0.52psi/ft），在6500-8500英尺（1982-2592米）深度含氣飽和度達(dá)75%。與其它的頁巖產(chǎn)層相比，Barnett頁巖有幾個特點：（1）Barnett頁巖氣產(chǎn)自比較深的深度，因此具有比其它頁巖氣藏更高的壓力；（2） Barnett頁巖氣完全是熱成熟成因的，并且在盆地的大部分地區(qū)是與液態(tài)石油伴生的；（3）Barnett頁巖經(jīng)歷了復(fù)雜的多期的熱

30、歷史；（4）天然裂縫并不發(fā)育，甚至在有些情況下，天然裂縫甚至?xí)p低水井的性能。對Newark East氣田Barnett頁巖氣的4個樣品的測試分析顯示（Ronald等，2007），天然氣組分以甲烷為主，占到氣體總體積的 77.8290.90%，平均84.70%；重?zé)N含量變化范圍較寬，介于3.1119.07%，平均9.86,干燥系數(shù)（C1/C1-5）0.800.97，揭示該氣田的天然氣不僅有濕氣，而且有干氣，這與該氣田Barnett頁巖成熟度具有較大的變化范圍相一致；非烴氣體含量較低，主要為氮氣和二氧化碳，平均分別占到氣體組成的2.75%和1.65%。天然氣的甲、乙烷碳同位素分別介于-47.59

31、 -41.13、-32.71 -29.52，揭示該區(qū)的天然氣為源自腐泥型母質(zhì)的油型氣，天然氣組分偏干，但甲烷碳同位素明顯偏輕，揭示該區(qū)天然氣以熱成因天然氣為主，并有生物成因天然氣的混入。3、密執(zhí)安盆地安特里姆頁巖系統(tǒng)（1）概況密執(zhí)安(Michigan)盆地位于美國中西部地區(qū)的密執(zhí)安湖與休倫湖之間，陸上面積約9104km2。盆地油氣勘探始于2O世紀(jì)20年代，發(fā)現(xiàn)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(biāo)，8O年代初期為深部奧陶系，中后期泥盆系A(chǔ)ntrim頁巖。即油氣大部分產(chǎn)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

32、和Dundee石灰?guī)r，志留系Satina和Niagara石灰?guī)r以及奧陶系Trenton和BlackRiver石灰?guī)r等，上泥盆統(tǒng)Antrim 裂縫性頁巖也產(chǎn)天然氣。目前，安特里姆頁巖氣的開發(fā)集中在盆地北部（圖12）。Antrim 頁巖的天然氣生產(chǎn)至少在短期內(nèi)已趨于穩(wěn)定。盆地北部頁巖產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)井9382口，日產(chǎn)1042104m3。1998年產(chǎn)量高峰過后，氣田年遞減率45，單井，單井9，據(jù)此估計2030年累計產(chǎn)量約1 246108m3。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(xiàn)今仍處于持續(xù)充注階段（Martini等，1998），有利于實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可采，適于中小規(guī)模企

33、業(yè)開發(fā)。圖12 密執(zhí)安盆地位置圖圖13 密執(zhí)安盆地綜合地層層序（2）構(gòu)造沉積特征密執(zhí)安(Michigan)盆地是一個近似環(huán)形的內(nèi)克拉通盆地。北側(cè)和東南側(cè)向盆地中心陡傾，西側(cè)和西南側(cè)較緩，盆地中部平坦開闊，內(nèi)部以一系列密集分布的北西軸向的褶皺為主，伴以走向相同為數(shù)不多的斷裂構(gòu)造。該盆地與它臨近的克拉通盆地的界線是一些大的拱曲，盆地稍不對稱地向北傾斜。盆內(nèi)主要構(gòu)造為西北東南向。盆地主要的沉降期開始于早奧陶世,目前盆地的構(gòu)造方向是在密西西比紀(jì)晚期至賓夕法尼亞紀(jì)形成。Quinland等（1984）認(rèn)為可能是阿勒格尼海西造山運動導(dǎo)致彎曲的前陸沉降，形成了盆地目前的構(gòu)造面貌。地層剖面以古生代地層為主（圖1

34、3），寒武系以海相碎屑巖沉積為主，早奧陶世至早泥盆世以碳酸鹽巖沉積為主，其中，碳酸鹽巖段包括志留系和泥盆系厚層蒸發(fā)巖。石炭系以碎屑巖沉積占統(tǒng)治地位。在盆地中心部位還殘留有小規(guī)模的侏羅系陸源碎屑圖14 Antrim頁巖自然伽馬測井曲線（據(jù)Matthews，1993；Decker，1992）沉積。Antrim頁巖屬于廣布于中晚泥盆世古北美大陸的富含有機(jī)質(zhì)的頁巖沉積系統(tǒng)的一部分，Antrim頁巖及共生的泥盆紀(jì)密西西比紀(jì)巖層的厚度為900英尺（274m）。在現(xiàn)代構(gòu)造盆地中心，安特里姆頁巖底部的埋深約2400英尺（732m）（Matthews，1993）。（3）頁巖氣成烴條件分析 頁巖分布特征Antri

35、m頁巖的已知最大厚度為650ft（195m），它與下伏的Traverse群為過渡關(guān)系，與上覆的和側(cè)向相鄰的密執(zhí)安盆地西部的Ellsworth頁巖、盆地中央Sunbury頁巖、盆地東部的Bedford頁巖、Berea砂巖和Sunbury層序形成指狀交錯。 Antrim頁巖的地層相對單一（圖14），頁巖分布于下段，由Lachine、Paxton和Norwood三個頁巖段組成。Lachine和Norwood頁巖為黑色，是主要產(chǎn)層；Paxton頁巖為灰色，一般不作為產(chǎn)層。3個頁巖段在整個盆地均有分布，且厚度變化不大。鉆井通常在Antrim頁巖下部的Lachine和Norwood段完井，其累積厚度約16

36、0英尺（49m）(圖15)。Lachine頁巖頂部埋深1501000m，頁巖厚2227m，平均24m； Norwood頁巖厚49m，平均6m。圖15 下Antrim頁巖等厚圖（據(jù)Matthews，1993）（單位ft）頁巖地球化學(xué)特征Antrim頁巖總有機(jī)碳含量為0.524%，平均8%。干酪根富氫而偏于生油。熱成熟度指標(biāo)Ro值為0.4%0.6%，由盆地四周向盆地中心逐漸增高，鏡質(zhì)組反射率等值線與埋深等值線變化趨勢相同。Antrim頁巖下部的Paxton段為泥狀灰?guī)r（lime mudstone）和灰色頁巖互層（Martini 等，1998），總有機(jī)碳含量為0.3-8%。頁巖的儲層特征 圖16 三

37、口井的裂縫特征及其產(chǎn)量對比圖Antrim頁巖的基質(zhì)孔隙度為9%，基質(zhì)滲透率很低，大約為10-610-9，其滲透性主要由廣泛發(fā)育的外生構(gòu)造裂縫系統(tǒng)提供，裂縫間距一般為0.30.6m?？刂茪猱a(chǎn)能的主要地質(zhì)因素為外生裂縫的密度及其走向的分散性，裂縫條數(shù)越多，裂縫走向越分散，氣產(chǎn)量越高（圖16）。Antrim頁巖既是生氣層，也是儲氣層，吸附作用是氣在頁巖中儲集的主要機(jī)理。以吸附狀態(tài)存在于該頁巖基質(zhì)中的氣量占?xì)獾刭|(zhì)儲量的70%，其余30%以游離狀態(tài)存在于基質(zhì)孔隙和天然裂縫中。Antrim頁巖的實測氣量為0.54.6m3/t頁巖，平均2.1 m3/t頁巖. Antrim頁巖對氣的吸附能力與頁巖的總有機(jī)碳含

38、量具有明顯的正相關(guān)系（圖17）。頁巖的巖石礦物學(xué)特征Antrim頁巖Lachine和Norwood段巖黑色頁巖富含石英（2041%微晶石英和風(fēng)成粉砂），有大量的白云巖和石灰?guī)r結(jié)核，以及碳酸鹽巖、硫化物和硫酸鹽膠結(jié)物。Antrim頁巖下部的Paxton段為泥狀灰?guī)r和灰色頁巖互層，硅酸鹽占7-30%。在北部生產(chǎn)區(qū)，發(fā)現(xiàn)了兩組主要的天然裂縫，一組為北西向，另一組為北東向，其傾角近于垂直或垂直。這些裂縫通常未被膠結(jié)或者僅有很薄的方解石包覆層。圖17 Antrim頁巖的等溫吸附曲線（a）和總有機(jī)碳含量與含氣量關(guān)系圖（b）（4）氣藏特征及天然氣成因下Antrim頁巖中的大型構(gòu)造相對簡單（圖18），頁巖含油

39、氣系統(tǒng)屬隱蔽型圈閉。頁巖埋藏深度為600-2400ft,頁巖有效厚度70120ft，井底溫度75F，儲層壓力400psi，壓力梯度0.35psi/ft，氣井產(chǎn)量40500103ft3，天然氣地質(zhì)儲量615109ft3/mi2(Hill等，2000) 。Antrim 頁巖氣似乎具有雙重成因，即干酪根經(jīng)熱成熟作用而形成的熱成因氣和甲烷菌代謝活動形成的微生物成因氣(即生物成因氣)。根據(jù)Martini等(1998)對地層水化學(xué)、采出氣和地質(zhì)歷史的綜合研究結(jié)果，北部生產(chǎn)區(qū)的采出氣應(yīng)以微生物氣為主；十分發(fā)育的裂縫網(wǎng)絡(luò)不僅使Antrim 頁巖內(nèi)的天然氣和原生水發(fā)生運移，而且使其中有上覆更新統(tǒng)冰磧物含水層中的

40、含菌雨水侵入。甲烷和共生地層水的氘(重氫)同位素組成(D)為天然氣的細(xì)菌甲烷成因提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。這與Antrim黑色頁巖熱成熟度Ro較低(0.40.6%)，未進(jìn)入生油窗，埋深較淺（120600m）、高角度裂縫發(fā)育相一致。Martini等(1998)認(rèn)為裂縫發(fā)育和冰川作用之間存在動態(tài)關(guān)系，即多次冰席載荷形成的水力壓頭加速了先存天然裂縫的膨脹并使其中有雨水補(bǔ)給從而有利于甲烷成因氣的生成。根據(jù)甲烷乙烷+丙烷比值以及采出乙烷的碳同位素組成，Antrim 頁巖中也有少量(20)的熱成因氣。熱成因氣組分在向盆方向，即向干酪根熱成熟度增加的方向而不斷增加。圖18 下Antrim頁巖底部構(gòu)造圖（Crusi

41、s，2002）4、伊利諾斯盆地新奧爾巴尼頁巖系統(tǒng)（1）概況伊利諾斯(Illinois)盆地位于美國中東部地區(qū)，包括伊利諾斯州南部、印第安那州西南部以及肯塔基州的西部地區(qū),面積約60000mi2(26.5萬平方公里)。盆地東部和南部分別與Cincinnati隆起和Pascola隆起為界，西部和西北部分別以O(shè)zark穹隆和密西西比河隆起為界，東北部以Kankakee隆起為界（圖19）。新奧爾巴尼（New Albany）富含有機(jī)質(zhì)褐黑色、灰黑色頁巖在盆地分布廣泛，頁巖氣資源量在24352億立方米(NPC, 1980)45307億立方米(NPC, 1992)，技術(shù)性可采資源量在538億立方米(NPC,

42、 1992)5437億立方米(USGS, 1995)變化。每口井的成本為$125,000$150,000間變化，完井成本$25000。圖19 Illinois盆地地理位置圖該頁巖層系天然氣的生產(chǎn)始于1858年，鉆探活動一直持續(xù)到上個世紀(jì)30年代。受高天然氣價格的驅(qū)動，上個世紀(jì)90年代該區(qū)頁巖氣的勘探又活躍起來，并完鉆了400多口生產(chǎn)井大多數(shù)井鉆探在Harrison郡，一般鉆探深度在5001100ft，天然氣產(chǎn)量分布在（20450）103ft3/d. 近年來，Daviess郡及其周圍地區(qū)成為了新奧爾巴尼頁巖勘探的熱點。但是總體上而言，該區(qū)頁巖氣的勘探遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如密執(zhí)安(Michigan)盆地和阿巴拉

43、契亞盆地活躍。（2）構(gòu)造沉積特征伊利諾斯盆地是北美主要克拉通盆地之一，是在裂谷復(fù)合體上逐漸發(fā)展為克拉通海灣的多期盆地，主要形成于古生代。以往獲得的地質(zhì)和地球物理資料表明，盆地始于前寒武紀(jì)末或早寒武世超大陸解體形成的夭折裂谷（Keller等，1983；Braile等，1986）。早寒武世中寒武世為裂谷盆地階段，隨后構(gòu)造背景在裂谷基礎(chǔ)上變成寬闊的克拉通盆地。古生代期于時間，原伊利諾斯盆地經(jīng)歷了多階段的沉降。盆地和下伏的裂谷復(fù)合體主要為大約100000平方英里（415000km2）的碳酸鹽和硅質(zhì)碎屑巖充填。板塊構(gòu)造沿北美東部和南部邊緣相互作用，幾度使裂谷活化，并且強(qiáng)烈地影響了盆地的沉降、沉積、地質(zhì)構(gòu)

44、造的、地下流體運移以及現(xiàn)代地震活動。構(gòu)造長軸方向為北偏西,向北隆起。盆地發(fā)育多個背斜褶皺,南翼發(fā)生斷裂切割,斷裂呈東西向分布。許多斷裂切割到古生界地層深部。伊利諾斯盆地沉積的古生界地層厚度約4800m，大都為海相淺水沉積。物源區(qū)在盆地西部、北部和東部的隆起上。古生界巖層主要由白云石組成，其次為灰?guī)r、頁巖、砂巖、礫巖、硬石膏和煤系（圖20）。盆地南部在古生界之上不整合覆蓋了更年輕的地層。 在近地表處沉積了近30米冰磧層。對頁巖氣的勘探有影響。冰磧層之下為賓夕法尼亞系,頁巖層下伏層為泥盆系灰?guī)r。新奧爾巴尼大致為Chattanooga頁巖和俄亥俄頁巖的橫向同位層系（Matthews,1993）圖20

45、 伊利諾斯盆地地層柱狀圖 （3）頁巖氣成烴條件分析 頁巖分布特征New Albany頁巖分布于伊利諾斯盆地中伊利諾斯州的東南部、印第安南州的西南部及肯塔基州的西北部，屬于上泥盆統(tǒng)密西西比系，上下為Chouteau灰?guī)r和Lingle灰?guī)r限制，厚度100400ft（30122m）,深度一般在6004900ft(1821494m) (Hassenmueller等,1994)。頁巖最大厚度位于伊利諾斯州東南部的Hardin 郡及肯塔基州西部Crittenden郡，厚度大于460ft,這些地區(qū)位于南部沉積中心；另一個頁巖厚度較大的區(qū)域位于愛荷華州東南部和伊利諾斯州中西部地區(qū)，位于這兩個沉積中心之間的伊利

46、諾斯中部地區(qū)，頁巖厚度較薄，小于120ft，在伊利諾斯中東部從Champaign和Vermilion郡到 Coles和 Edgar 郡一帶，頁巖厚度小于80ft.頁巖地球化學(xué)特征New Albany頁巖有機(jī)碳含量無論是縱向上還是橫向上變化都較大，從0.120%不等。Stevenson等(1969)對伊利諾斯New Albany下部50ft的350個樣品的測試分析結(jié)果表明，樣品平均有機(jī)碳含量達(dá)到4，且從盆地中部到盆地西部密西西比河邊緣一帶，有機(jī)碳含量從9變化到小于1。伊利諾斯該套頁巖層系上部Saverton和Hannibal段頁巖以及印第安南東南部Selmier段頁巖有機(jī)碳含量相對較低，介于12

47、 (Frost, 1980)。伊利諾斯Selmier段和Sweetland Creek段頁巖有機(jī)碳含量平均含量在2.5 6.5% (Frost, 1980)。 Leininger(1981)曾報道過Indiana州Clark郡薄層富有機(jī)質(zhì)頁巖有機(jī)碳含量高到25。Grassy Creek段頁巖在伊利諾斯盆地西北部有機(jī)碳含量為25，但在其它地區(qū)有機(jī)碳平均含量在59。印第安納州西南部10口鉆井巖芯的分析顯示，Clegg Creek段頁巖有機(jī)碳含量在10.413.7%(Hasenmueller等, 1987). Barrows等（1980）對New Albany頁巖有機(jī)巖石學(xué)的研究表明，干酪根有機(jī)顯微

48、組分中9095為無定型有機(jī)質(zhì)，鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組和惰質(zhì)組僅占到510%. Chou等（1991）對159個樣品的巖石裂解分析表明，New Albany以典型的混合型（型）母質(zhì)為主（圖21），不僅利于生油而且也有利于生氣。油源對比研究表明，New Albany頁巖也是伊利諾斯盆地賓夕發(fā)尼亞系、密西西比系、泥盆系和志留系儲層原油的主要來源 (Chou等, 1991; Hatch等, 1991).223口井New Albany頁巖樣品的平均Ro 介于0.441.50%。熱演化程度最高的地區(qū)為伊利諾斯東南Hardin郡Hicks穹隆，最低的地區(qū)為伊利諾斯中部Logan郡和Sangamon郡以及印第安納州H

49、arrison郡。Ro小于0.5%的地區(qū)主要分布在盆地西部及北部的隱伏露頭帶。沿著Cottage Grove和Rough Creek斷裂系統(tǒng)，可將盆地分為成熟度截然不同的兩個區(qū)域，這兩個地區(qū)具有不同的埋藏深度與Ro關(guān)系，陰影部分Ro小于0.80，代表了盆地北部3/4的地區(qū)，變化趨勢線右邊的數(shù)據(jù)代表了位于伊利諾斯盆地東南部螢石斷裂復(fù)合體分布帶附近的樣品，反映了區(qū)域性熱液作用引起的源巖熱演化程度的異常變化（圖22）。圖21 伊利諾斯盆地New Albany頁巖范氏圖解（據(jù)Chou等，1991)圖22 伊利諾斯盆地New Albany頁巖平均隨意鏡質(zhì)體反射率與埋藏深度的變化關(guān)系頁巖的儲層特征New

50、Albany頁巖基質(zhì)孔隙度和滲透率較低?？纤軨hristian郡巖芯孔隙度來看，介于0.53.1%之間，平均1.8%；印第安納州Sullivan郡頁巖孔隙度介于0.69.3%之間。基質(zhì)滲透率在印第安納州Clark郡頁巖巖芯為2.510-6 1.9md，幾何平均值為1.410-3md。頁巖天然裂縫發(fā)育，為頁巖氣的賦存提供了有利的儲集空間。New Albany頁巖中的天然氣為裂縫和基質(zhì)孔隙中的游離氣以及干酪根和粘土顆粒表面的吸附氣(Walter等，2000)。研究表明，商業(yè)性天然氣產(chǎn)出與斷裂和褶皺引起的破裂作用以及碳酸鹽建造上的頁巖披覆作用相關(guān)(Hassenmueller和Zupparm，19

51、99)。根據(jù)Hill等（2000）的資料，印第安納州Harrison郡New Albany頁巖的氣含量為4080ft3/t，其中4060以吸附態(tài)存在。頁巖的巖石礦物學(xué)特征New Albany頁巖的組成礦物有：石英、粘土礦物、白云石、方解石以及少量的黃鐵礦和白鐵礦，此外還含有少量的鉀長石、斜長石、白云母以及微量的磷灰石等其它重礦物（圖23）。粘土礦物組成中以伊利石、綠泥石及伊蒙混層為主，其中又以伊利石為主，綠泥石分布比較普遍，但含量一般在1020，伊蒙混層含量小于3。Shaffer等(1981) 認(rèn)為印第安納州New Albany頁巖的伊利石與綠泥石比例大致為6.53.5。 石英含量比較豐富，但

52、粒徑從不到2 m90m不等。圖23 印第安納州2口鉆井New Albany頁巖巖芯的巖石礦物組成（Shaffer等，1981)（4）氣藏特征及天然氣成因根據(jù)Hill等（2000）對印第安納州Harrison郡New Albany頁巖生產(chǎn)區(qū)的研究，頁巖埋藏深度6004900ft，厚度一般為100400ft，有效厚度50100ft,井底溫度80105，總孔隙度1014，充水孔隙度為48，儲層壓力為300600psi，壓力梯度0.43psi/ft，氣產(chǎn)量為1050ft3/d，水產(chǎn)量為5500ft3/d，天然氣地質(zhì)儲量710109ft3/mi2.伊利諾斯盆地New Albany頁巖氣組分以甲烷占絕對優(yōu)

53、勢，重?zé)N含量具有較大變化，氣體干燥系數(shù)(C1/C1-5)變化范圍很寬，從0.490.99不等，表明該盆地New Albany頁巖氣不僅有原油伴生氣（在肯塔基州中南部的New Albany中差少量原油），而且有典型的干氣。從天然氣的烷烴碳同位素特征來看，13C1介于-41.7 -56.0(Coleman, 1980)，表明該區(qū)的頁巖氣具有生物成因和熱成因兩種類型(圖24)。隨著天然氣中甲烷含量的減少及重?zé)N含量的增多，13C1變大，表明New Albany淺層頁巖氣藏重含有一定量的生物成因氣，但以與原油相伴生的熱成因氣為主，這與該套頁巖的成熟度相一致。圖24 New Albany頁巖氣C1/C1-

54、5與13C1關(guān)系圖 (Nancy等，1994)5、圣胡安盆地劉易斯頁巖系統(tǒng)（1）概況圣胡安（San Juan）盆地位于新墨西哥州西北部和科羅拉多州西南部(圖26)，是落山基地區(qū)最南部的盆地，也是目前世界上煤層氣產(chǎn)量最高的盆地，面積約51800km2。圣胡安盆地煤層氣的工業(yè)生產(chǎn)始于19世紀(jì)50年代早期，但是直到上世紀(jì)8O年代晚期和90年代早期，煤層氣的勘探和開發(fā)才得到發(fā)展。到2000年，煤層氣的儲量達(dá)到4400億m3，占美國干氣總儲量的8.8%，年產(chǎn)量（400億m3）占美國干氣年度總產(chǎn)量的9.2。2000年，產(chǎn)自圣胡安盆地晚白堊世的弗魯特蘭組(Fruitland)煤層的煤層氣320億立方米，約占

55、美國煤層氣產(chǎn)量的80。截至2000年，圣胡安盆地已累計生產(chǎn)煤層氣2000億m3。圖25 圣胡安盆地地理位置圖分布在圣胡安盆地中部的劉易斯頁巖（Lewis Shale）的頁巖氣生產(chǎn)始于二十世紀(jì)九十年代晚期，無論劉易斯頁巖的地質(zhì)年代（白堊系），還是頁巖氣商業(yè)開發(fā)時間，在美國五大頁巖氣系統(tǒng)中都是最年輕的頁巖氣勘探目標(biāo)。雖然劉易斯頁巖與俄亥俄頁巖、安特里姆頁巖相比頁巖氣產(chǎn)量仍然有較大差距，但是近年來產(chǎn)量增加很快。劉易斯頁巖勘探區(qū)是最大的盆地中心連續(xù)型氣藏，面積為2849 km2，頁巖氣資源為1530054600億m3。與煤層氣相比，頁巖氣單井日產(chǎn)量較小。劉易斯頁巖單井日產(chǎn)氣量28315663m3，并每

56、年以6速度穩(wěn)定下降，井密度為8口/km2 。（2）構(gòu)造及沉積特征圣胡安盆地是一個非對稱的構(gòu)造凹陷，近似圓形，軸線為北西向，盆地類型為陸緣坳陷，頁巖分布面積2849km2。地層產(chǎn)狀在盆地中部平緩，東翼和北翼陡窄，西翼呈平緩臺階，南翼為Chaco斜坡，有大致呈放射狀的褶皺背斜。盆地內(nèi)部構(gòu)造不復(fù)雜，僅僅是較新的地層輕微褶皺，盆地斜坡相當(dāng)平緩，在盆地南翼，傾斜度小于1.5。沿著盆地邊緣展布的構(gòu)造包括西部和西北部的Hogback單斜、北部的San Juan隆起、東南部的Nacimiento隆起、南部和西南部的Chaco斜坡和Zuni隆起。圣胡安盆地的形成是拉臘米構(gòu)造活動的產(chǎn)物，拉臘米活動自晚白堊世開始，

57、延續(xù)到始新世。漸新世期間的區(qū)域拉張伴隨火山溢流，形成了火山巖，對盆地的油氣生成模式有直接影響（Laubach等，1994；Scott等，1994）。區(qū)域隆升作用始于中新世，一直延續(xù)到今。隆升導(dǎo)致地層剝蝕，并使倒轉(zhuǎn)的Pictured Cliffs砂巖層和Fruitland組出露地表。圣胡安盆地的地層包括寒武系到第三系。其中晚白堊世是盆地發(fā)育的重要階段。白堊紀(jì)晚期，目前的圣胡安盆地區(qū)示西部陸內(nèi)海的西緣，該陸內(nèi)海自墨西哥灣一直延伸到加拿大的北冰洋，由于白堊紀(jì)岸線向西北遷移，該部位連續(xù)沉積了陸架（Lewis頁巖）、濱岸（Pictured Cliffs砂巖）以及陸相（Fruitland組）地層（Ayers等，2002）。上白堊統(tǒng)地層自下而上依次為： Lewis頁巖、Pictured Cliffs砂巖、Fruiland煤系地層、Kirtland頁巖段、古新世的Ojo Alamo砂巖（圖26）。 圖26 圣胡安盆地地層柱狀圖（Huffman）Lewis頁巖是7400萬年前遠(yuǎn)離晚白堊系濱海沉積的一套細(xì)粒沉