页岩气构造地质学研究.ppt

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1、页岩气构造地质学研究页岩气构造地质学研究中国地质大学（北京）中国地质大学（北京）报告人：陈昭年报告人：陈昭年 丁文龙丁文龙二二O一一年一月五日一一年一月五日内容提纲内容提纲一、页岩气构造研究意义及主要内容一、页岩气构造研究意义及主要内容二、页岩气形成的区域构造背景分析二、页岩气形成的区域构造背景分析三、不同类型盆地页岩气藏特征三、不同类型盆地页岩气藏特征四、褶皱与断裂体系特征及形成演化四、褶皱与断裂体系特征及形成演化五、页岩气储层裂缝发育规律研究五、页岩气储层裂缝发育规律研究六、页岩气保存条件研究六、页岩气保存条件研究 二、页岩气形成的区域构造背景分析二、页岩气形成的区域构造背景分析二、页岩气

2、形成的区域构造背景分析二、页岩气形成的区域构造背景分析 1.1.研究富有机质页岩发育时期的大研究富有机质页岩发育时期的大地构造位置、古盆地类型和构造古地貌地构造位置、古盆地类型和构造古地貌（古地理）特征及其对页岩层发育的沉（古地理）特征及其对页岩层发育的沉积环境、岩性、厚度和分布的控制作用。积环境、岩性、厚度和分布的控制作用。2.2.分析在多期次构造运动和多种构分析在多期次构造运动和多种构造应力作用下，页岩发育地区的现今区造应力作用下，页岩发育地区的现今区域构造格架及其构造演化。域构造格架及其构造演化。二、页岩气形成的区域构造背景分析二、页岩气形成的区域构造背景分析二、页岩气形成的区域构造背景

3、分析二、页岩气形成的区域构造背景分析 页岩气的分布主要与原始沉积盆地所在的板块构造页岩气的分布主要与原始沉积盆地所在的板块构造位置有关，与后期的构造运动及逆冲断裂带活动有关。位置有关，与后期的构造运动及逆冲断裂带活动有关。前者控制了页岩的沉积和发育，后者控制了页岩的保前者控制了页岩的沉积和发育，后者控制了页岩的保存和分布。存和分布。纵观纵观北美产页岩气盆地北美产页岩气盆地分布的大地构造位置、盆地分布的大地构造位置、盆地类型和性质，页类型和性质，页岩气主要分布于岩气主要分布于阿巴拉契亚早古生代阿巴拉契亚早古生代逆冲褶皱带、马拉松逆冲褶皱带、马拉松-沃希托晚古生代逆冲褶皱带和沃希托晚古生代逆冲褶皱

4、带和科迪勒拉中生代逆冲褶皱带前缘的科迪勒拉中生代逆冲褶皱带前缘的前陆盆地前陆盆地及其相邻及其相邻地台之上的地台之上的克拉通盆地克拉通盆地。按时代可分为早古生代、晚古生代和中生代，分别发育在三个按时代可分为早古生代、晚古生代和中生代，分别发育在三个逆冲褶皱带的前缘。逆冲褶皱带的前缘。早古生代前陆盆地主要位于阿巴拉契亚褶皱带前缘，伴随造山带的隆起形成，早古生代前陆盆地主要位于阿巴拉契亚褶皱带前缘，伴随造山带的隆起形成，以以阿巴拉契亚盆地为代表。阿巴拉契亚盆地为代表。阿巴拉契亚褶皱带为加里东期北美板块和非洲板块碰撞形成的，阿巴拉契亚褶皱带为加里东期北美板块和非洲板块碰撞形成的，北东北东南西向展布，有

5、东倾的大逆掩断裂带为边界，造山带西侧为前陆盆地南西向展布，有东倾的大逆掩断裂带为边界，造山带西侧为前陆盆地。阿巴拉契亚盆地是早古生代发育起来的前陆盆地，主要有三次大的构造事件：阿巴拉契亚盆地是早古生代发育起来的前陆盆地，主要有三次大的构造事件：Taconic、Acadian和和Alleghanian构造运动。晚寒武世构造运动。晚寒武世早中奥陶世，为北美板块被动大陆边缘早中奥陶世，为北美板块被动大陆边缘的一部分，晚奥陶世，北美板块向古的一部分，晚奥陶世，北美板块向古Iapetus洋板块俯冲，导致洋板块俯冲，导致Taconic构造运动，形成构造运动，形成晚奥陶世前陆盆地；中晚泥盆世的陆晚奥陶世前陆

6、盆地；中晚泥盆世的陆-陆碰撞，导致陆碰撞，导致Acadian构造运动并形成泥盆纪前陆构造运动并形成泥盆纪前陆盆地；中石炭世的盆地；中石炭世的Alleghanian构造运动形成盆地现今的形态。构造运动形成盆地现今的形态。地层沉积在向东倾斜的地层沉积在向东倾斜的三期前陆盆地三期前陆盆地内，形成三套主要的沉积旋回，每一旋回底部内，形成三套主要的沉积旋回，每一旋回底部为碳质页岩、中部为碎屑岩、顶部为碳酸盐岩。沉积了奥陶系的为碳质页岩、中部为碎屑岩、顶部为碳酸盐岩。沉积了奥陶系的Utica页岩层、志留系的页岩层、志留系的Rochester Sodus/Williamson页岩层以及泥盆系的页岩层以及泥盆

7、系的Marcellus/Millboro、Geneseo、Rhinestreet、Dunkirk、Ohio页岩层，这些页岩均具有有机碳含量高、成熟度高、埋藏页岩层，这些页岩均具有有机碳含量高、成熟度高、埋藏浅等特点，且都发现了页岩气藏或页岩气显示。该盆地的浅等特点，且都发现了页岩气藏或页岩气显示。该盆地的Big Sandy页岩气田发现于页岩气田发现于1915年，储量年，储量963亿立方米，在亿立方米，在1921-1985年期间，该气田钻了一万多口页岩气井，生年期间，该气田钻了一万多口页岩气井，生产了超过产了超过708亿立方米的天然气。亿立方米的天然气。前陆盆地前陆盆地1.美国页岩气盆地分布大地

8、构造背景分析与盆地类型美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型Shale gas basin distribution law in America早古生代早古生代前陆盆地前陆盆地晚古生代晚古生代前陆盆地前陆盆地中生代中生代前陆盆地前陆盆地克拉通盆地克拉通盆地美国东部阿巴拉契亚盆地页岩气构造地质条件美国东部阿巴拉契亚盆地页岩气构造地质条件1.美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型Shale gas basin distribution law in America早古生代早古生代前陆盆地前陆盆地晚古生代晚古生代前陆盆地前陆盆地中生代中生代前

9、陆盆地前陆盆地克拉通盆地克拉通盆地 晚古生代前陆盆地晚古生代前陆盆地主要是马拉松主要是马拉松沃希托造山运动形成的，沃希托造山运动形成的，该造山运动是由泛古大陆变形引起的北美板块和南美板块碰撞形该造山运动是由泛古大陆变形引起的北美板块和南美板块碰撞形成的，沿着与拗拉槽有关的薄弱处发生下坳沉降形成弧后前陆盆成的，沿着与拗拉槽有关的薄弱处发生下坳沉降形成弧后前陆盆地，地，主要包括福特沃斯、黑勇士、阿科马、二叠等盆地主要包括福特沃斯、黑勇士、阿科马、二叠等盆地，马拉松，马拉松-沃希托逆冲带构成了这类盆地靠近逆冲带的边界。这些盆地均在沃希托逆冲带构成了这类盆地靠近逆冲带的边界。这些盆地均在泥盆系和密西西

10、比系黑色页岩中发现了页岩气藏或页岩气显示，泥盆系和密西西比系黑色页岩中发现了页岩气藏或页岩气显示，资源量很大，具有代表性的是福特沃斯盆地。资源量很大，具有代表性的是福特沃斯盆地。福特沃斯盆地福特沃斯盆地是一个边缘陡、向北加深的盆地，主要地层有寒是一个边缘陡、向北加深的盆地，主要地层有寒武系、奥陶系、密西西比系、宾夕法尼亚系、二叠系和白垩系。武系、奥陶系、密西西比系、宾夕法尼亚系、二叠系和白垩系。寒武纪寒武纪晚奥陶世为被动大陆边缘沉积，大部分为碳酸盐岩沉积，晚奥陶世为被动大陆边缘沉积，大部分为碳酸盐岩沉积，密西西比纪为前陆沉积，沉积了密西西比纪为前陆沉积，沉积了Barnett组页岩层和组页岩层和

11、Chappel组、组、Marble Fall组等灰岩层，宾夕法尼亚纪，为代表与沃希托构造前组等灰岩层，宾夕法尼亚纪，为代表与沃希托构造前缘推进有关的沉降过程和盆地充填。该盆地的缘推进有关的沉降过程和盆地充填。该盆地的Newark East气田气田的储量居全美天然气田第三，产量居全美天然气田第二，是美国的储量居全美天然气田第三，产量居全美天然气田第二，是美国最大的页岩气田，占全美页岩气总产量的一半以上最大的页岩气田，占全美页岩气总产量的一半以上。前陆盆地前陆盆地1.美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型Shale gas basin distri

12、bution law in America早古生代早古生代前陆盆地前陆盆地晚古生代晚古生代前陆盆地前陆盆地中生代中生代前陆盆地前陆盆地克拉通盆地克拉通盆地 中生代前陆盆地中生代前陆盆地主要位于主要位于美国中西部美国中西部，是科迪勒拉逆冲褶皱带，是科迪勒拉逆冲褶皱带（法拉隆板块和北美板块碰撞形成）的一部分。该地区在前寒武（法拉隆板块和北美板块碰撞形成）的一部分。该地区在前寒武纪、寒武纪、奥陶纪为被动大陆边缘沉积，奥陶纪末到泥盆纪抬纪、寒武纪、奥陶纪为被动大陆边缘沉积，奥陶纪末到泥盆纪抬升剥蚀，密西西比纪为浅海沉积，宾夕法尼亚纪和二叠纪形成原升剥蚀，密西西比纪为浅海沉积，宾夕法尼亚纪和二叠纪形成原

13、始落基山，中侏罗世重新接收沉积，并在白垩纪海侵时期形成海始落基山，中侏罗世重新接收沉积，并在白垩纪海侵时期形成海道，南北海水相通，沉积了一套区域性的黑色页岩。白垩纪末发道，南北海水相通，沉积了一套区域性的黑色页岩。白垩纪末发生的拉腊米块断运动，形成目前山脉和盆地相间的盆山格局，生的拉腊米块断运动，形成目前山脉和盆地相间的盆山格局，这一类的盆地主要有这一类的盆地主要有圣胡安、帕拉多、丹佛、尤因塔、大绿河圣胡安、帕拉多、丹佛、尤因塔、大绿河等。其中在圣胡安、丹佛和尤因塔等盆地等。其中在圣胡安、丹佛和尤因塔等盆地的白垩系黑色页岩层发的白垩系黑色页岩层发现了页岩气藏。现了页岩气藏。最具代表性、储量产量

14、最大的是圣胡安盆地最具代表性、储量产量最大的是圣胡安盆地，该，该盆地横跨科罗拉多州和新墨西哥州，是一个典型的不对称盆地，盆地横跨科罗拉多州和新墨西哥州，是一个典型的不对称盆地，南部较缓，北部较陡。按照地质时代和商业开发时间，南部较缓，北部较陡。按照地质时代和商业开发时间，该盆地的该盆地的Lewis页岩气藏都是美国最年轻的页岩气藏。页岩气藏都是美国最年轻的页岩气藏。前陆盆地前陆盆地1.美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型美国页岩气盆地分布大地构造背景分析与盆地类型Shale gas basin distribution law in America早古生代早古生代前陆盆地前陆盆地晚古生代

15、晚古生代前陆盆地前陆盆地中生代中生代前陆盆地前陆盆地克拉通盆地克拉通盆地 产产页页岩岩气气的的克克拉拉通通盆盆地地主主要要包包括括密密执执安安盆盆地地、伊伊利利诺诺斯斯盆盆地地和和威威利利斯斯顿顿盆盆地地。其其中中，密密执执安安盆盆地地和和伊伊利利诺诺斯斯盆盆地地是是内内陆陆克克拉拉通通盆盆地地，盆盆地地基基底底为为前前寒寒武武系系，演演化化开开始始于于早早中中寒寒武武世世超超大大陆陆裂裂解解时时期期，由由衰衰亡亡的的裂裂谷谷拗拗拉拉槽槽或或地地堑堑开开始始，随随后后演演化化为为一一克克拉拉通通海海湾湾。裂裂谷谷演演化化阶阶段段后后期期，盆盆地地开开始始热热沉沉降降阶阶段段，在在裂裂谷谷沉沉积

16、积地地层层之之上上沉沉积积了了砂砂岩岩和和碳碳酸酸盐盐岩岩地地层层，中中奥奥陶陶世世到到中中密密西西西西比比世世，主主要要为为岩岩石石圈圈伸伸展展的的构构造造均均衡衡沉沉降降阶阶段段，且且伸伸展展范范围围受受早早期期裂裂谷谷范范围围的的限限制制，沉沉积积相相对对缓缓慢慢，富富含含有有机机质质的的黑黑色色页页岩岩就就是是这这一一时时期期沉积的。沉积的。在在古古生生代代的的大大部部分分时时间间里里，该该盆盆地地和和阿阿克克玛玛、黑黑勇勇士士等等克克拉拉通通边边缘缘盆盆地地是是相相通通的的，石石炭炭纪纪晚晚期期到到白白垩垩纪纪晚晚期期的的构构造造运运动动，造造成成了了盆盆地地现现今今的的构构造造形形

17、态态。在在这这类类盆盆地地的的泥泥盆盆系系发发现现了了大大量量的的页页岩岩气气资资源源量量，如如密密执执安安盆盆地地的的Antrim页页岩岩气气藏藏和和伊伊利利诺诺斯斯盆盆地地的的New Albany页岩气藏。页岩气藏。克拉通盆地克拉通盆地与北美环加拿大地盾形成与北美环加拿大地盾形成一系列沉积盆地的格局不一系列沉积盆地的格局不同，同，中国分布着中国分布着扬子、华扬子、华北和塔里木三个交互影响北和塔里木三个交互影响的板块的板块，相互之间的共同，相互之间的共同作用决定了中国不同时期作用决定了中国不同时期沉积盆地及其中页岩的沉沉积盆地及其中页岩的沉积，积，后期的构造变动决定后期的构造变动决定了页岩现

18、今的宏观分布。了页岩现今的宏观分布。据李国玉等据李国玉等2.中国页岩气盆地分布中国页岩气盆地分布大地构造背景分析大地构造背景分析与盆地类型与盆地类型中国古生界板块与含油气盆地图中国古生界板块与含油气盆地图沁水沁水盆地盆地渤海湾盆地渤海湾盆地南华北南华北盆地盆地塔里木盆地塔里木盆地准噶尔盆地准噶尔盆地吐哈盆地吐哈盆地柴达木盆地柴达木盆地二连盆地二连盆地松辽盆地松辽盆地四川盆地四川盆地楚雄盆地楚雄盆地羌塘盆地羌塘盆地焉耆焉耆盆地盆地江汉盆地江汉盆地盆地盆地古生界发育区古生界发育区鄂尔多鄂尔多斯斯盆地盆地南南西西青青中中部部东东地地区区方方地地区区北北地地区区藏藏地地区区540km540km0 01

19、60km160km0 0 古生代，我国发育扬子、塔里木和华北古生代，我国发育扬子、塔里木和华北三大克拉通地台三大克拉通地台，地台上为典型的，地台上为典型的克拉通沉积，克拉通沉积，克拉通边缘早期为被动大陆边缘沉积，晚期为前陆沉积，发育克拉通边缘早期为被动大陆边缘沉积，晚期为前陆沉积，发育古生代、中生代前陆盆地和克拉通盆地古生代、中生代前陆盆地和克拉通盆地。克拉通盆地主要包括四川、华北和克拉通盆地主要包括四川、华北和塔里木，塔里木，但由于经历了漫长地质历史时期的改造，目前仅存四川、鄂尔多斯但由于经历了漫长地质历史时期的改造，目前仅存四川、鄂尔多斯和塔里木盆地中心地区。和塔里木盆地中心地区。古生代古

20、生代克拉通盆地克拉通盆地主要包括主要包括四川、华北四川、华北和塔里木盆地和塔里木盆地1准噶尔盆地周缘前陆盆地（晚古生代）；准噶尔盆地周缘前陆盆地（晚古生代）；2塔里木北缘前陆盆地（晚古生代塔里木北缘前陆盆地（晚古生代+中生代）；中生代）；3塔里木南缘前陆盆地（早古生代塔里木南缘前陆盆地（早古生代+中生代）；中生代）；4北祁连山造山带前陆盆地（早古生代）；北祁连山造山带前陆盆地（早古生代）；5鄂西前陆盆地（古生代鄂西前陆盆地（古生代+中生代）；中生代）；6、7、8中生代南方北前陆盆地带：上、中、下扬子北中生代南方北前陆盆地带：上、中、下扬子北缘前陆盆地；缘前陆盆地；9中生代南方南前陆盆地带：兰坪

21、一思茅、十万大山、楚雄、南盘江、桂东南、中生代南方南前陆盆地带：兰坪一思茅、十万大山、楚雄、南盘江、桂东南、川东川东-湘鄂西、湘赣等；湘鄂西、湘赣等；10江南雪峰山北缘前陆盆地（早古生代）江南雪峰山北缘前陆盆地（早古生代）中国主要克拉通盆地和前陆盆地发育分布图中国主要克拉通盆地和前陆盆地发育分布图 Main craton basin and foreland basin development in China 中国南方海相页岩发育分布区主要位于青藏高原东缘上扬子中国南方海相页岩发育分布区主要位于青藏高原东缘上扬子地区的四川盆地及其周缘。该地区盆山体系包括龙门山褶皱带、地区的四川盆地及其周缘。

22、该地区盆山体系包括龙门山褶皱带、四川盆地、川东、川北、川南隔档式断褶带和湘鄂西隆褶带及江四川盆地、川东、川北、川南隔档式断褶带和湘鄂西隆褶带及江南隆起。盆山体系结构包括前震旦系基底和震旦系三叠系的海南隆起。盆山体系结构包括前震旦系基底和震旦系三叠系的海相沉积地层及中新生代陆相沉积地层。相沉积地层及中新生代陆相沉积地层。青藏高原东缘上扬子地区的四川盆地及其周缘早期页岩层系青藏高原东缘上扬子地区的四川盆地及其周缘早期页岩层系的发育及分布受控于加里东期印支期华南（扬子）板块的构造的发育及分布受控于加里东期印支期华南（扬子）板块的构造演化，自震旦纪以来，整体经历了多期构造运动。演化，自震旦纪以来，整体

23、经历了多期构造运动。震旦纪震旦纪早中早中奥陶世为被动大陆边缘，中晚奥陶世至志留纪为前陆盆地，代表奥陶世为被动大陆边缘，中晚奥陶世至志留纪为前陆盆地，代表扬子、塔里木和华北大陆块与周边洋盆的盆山转换。扬子地台在扬子、塔里木和华北大陆块与周边洋盆的盆山转换。扬子地台在加里东晚期，华南洋向江绍一带俯冲、消减形成江南造山带、雪加里东晚期，华南洋向江绍一带俯冲、消减形成江南造山带、雪峰山造山带并与黔中和牛首山古隆起相连，在造山带前缘形成前峰山造山带并与黔中和牛首山古隆起相连，在造山带前缘形成前陆盆地。陆盆地。盆山体系演化及其对前陆盆地形成的控制作用盆山体系演化及其对前陆盆地形成的控制作用 早古生代前陆盆

24、地早古生代前陆盆地主要发育在加里东晚期，塔里木、四川和鄂主要发育在加里东晚期，塔里木、四川和鄂尔多斯古生代海相盆地具有相似的地质演化，泛大陆解体后，震尔多斯古生代海相盆地具有相似的地质演化，泛大陆解体后，震旦纪旦纪早中奥陶世为被动大陆边缘，中晚奥陶世至志留纪为前陆早中奥陶世为被动大陆边缘，中晚奥陶世至志留纪为前陆盆地，代表三大陆块与周边洋盆的盆山转换。扬子地台在加里东盆地，代表三大陆块与周边洋盆的盆山转换。扬子地台在加里东晚期，华南洋向江绍一带俯冲、消减形成江南造山带、雪峰山造晚期，华南洋向江绍一带俯冲、消减形成江南造山带、雪峰山造山带并与黔中和牛首山古隆起相连，在造山带前缘形成前陆盆地。山带

25、并与黔中和牛首山古隆起相连，在造山带前缘形成前陆盆地。早志留世，秦岭洋与华北地块和塔里木地块以及柴达木地块碰早志留世，秦岭洋与华北地块和塔里木地块以及柴达木地块碰撞，也形成一系列前陆盆地，如北祁连山前陆盆地。鄂尔多斯盆撞，也形成一系列前陆盆地，如北祁连山前陆盆地。鄂尔多斯盆地西缘和南缘是在元古界秦祁贺三叉裂谷基础上发育的早元古代地西缘和南缘是在元古界秦祁贺三叉裂谷基础上发育的早元古代被动大陆边缘，中奥陶世至中石炭世秦祁海槽向东、向北方向俯被动大陆边缘，中奥陶世至中石炭世秦祁海槽向东、向北方向俯冲碰撞，形成前陆盆地。塔里木盆地南缘志留至泥盆纪也存在周冲碰撞，形成前陆盆地。塔里木盆地南缘志留至泥盆

26、纪也存在周缘前陆盆地。缘前陆盆地。早古生代早古生代-前陆盆地前陆盆地 晚古生代前陆盆地晚古生代前陆盆地主要发育在主要发育在滇黔贵地区、塔里木滇黔贵地区、塔里木北缘及准噶尔盆地周缘，北缘及准噶尔盆地周缘，主要发生在泥盆纪和二叠纪。主要发生在泥盆纪和二叠纪。中奥陶世中奥陶世志留纪武夷、闽台微陆块向华南古板块拼贴志留纪武夷、闽台微陆块向华南古板块拼贴时，广西时，广西“钦防海槽钦防海槽”和和“十万大山十万大山”盆地区处于盆地区处于“残残留被动大陆边缘盆地留被动大陆边缘盆地”演化阶段，其后经历了早泥盆世演化阶段，其后经历了早泥盆世残留洋盆地、晚古生代特提斯被动大陆边缘盆地，到晚残留洋盆地、晚古生代特提斯

27、被动大陆边缘盆地，到晚二叠世早期转变为前陆盆地。二叠世早期转变为前陆盆地。塔里木北部塔里木北部周缘前陆盆地发育于泥盆纪末至早三叠世期周缘前陆盆地发育于泥盆纪末至早三叠世期间。间。准噶尔盆地准噶尔盆地周缘在二叠纪也演化为前陆盆地。周缘在二叠纪也演化为前陆盆地。晚古生代晚古生代-前陆盆地前陆盆地 中中生生代代前前陆陆盆盆地地主主要要分分布布在在南南方方和和中中西西部部地地区区。中中生生代代早早期期的的印印支支运运动动是是主主要要的的构构造造变变形形期期和和被被动动大大陆陆边边缘缘向向前前陆陆盆盆地地演演化化的的转转折折阶阶段段。华华南南板板块块裂裂解解为为扬扬子子板板块块和和东东南南板板块块，由由

28、台台地地沉沉积积转转变变为为前前陆陆沉沉积积，在在扬扬子子板板块块南南北北缘缘逐逐渐渐形形成成南南北北两两条条前前陆陆盆盆地地带带。北北带带主主要要由由上上扬扬子子（龙龙门门山山、西西昌昌和和楚楚雄雄前前陆陆盆盆地地）、中中扬扬子子北北部部（大大巴巴山山和和桐桐柏柏山山前前陆陆盆盆地地）、下下扬扬子子（宁宁镇镇前前陆陆盆盆地地）三三个个周周缘缘前前陆陆盆盆地地群群及及合合肥肥冲冲断断前前渊渊盆盆地地构构成成，南南带带主主要要由由兰兰坪坪一一思思茅茅、十十万万大大山山、楚楚雄雄、南南盘盘江江、桂桂东东南南等等弧弧后后前前陆陆盆盆地地及及川川东东-湘鄂西、湘赣等陆内造山带形成的类前陆盆地群构成。湘

29、鄂西、湘赣等陆内造山带形成的类前陆盆地群构成。中中西西部部前前陆陆冲冲断断带带属属于于特特提提斯斯北北缘缘盆盆地地群群，有有统统一一的的大大地地构构造造背背景景、位位置置与与古古气气候候带带在在鄂鄂尔尔多多斯斯盆盆地地西西缘缘也也形形成成了了中中生生代代前前陆盆地。陆盆地。塔里木地台周缘中、新生代前陆盆地塔里木地台周缘中、新生代前陆盆地十分发育，代表性的有十分发育，代表性的有塔西南、喀什、叶城、库车及且未等，主要分布在天山、昆仑及塔西南、喀什、叶城、库车及且未等，主要分布在天山、昆仑及阿尔金造山带与塔里木克拉通盆地边缘相接地区阿尔金造山带与塔里木克拉通盆地边缘相接地区。中生代中生代-前陆盆地前

30、陆盆地 与与美美国国主主要要产产页页岩岩气气盆盆地地相相比比，我我国国的的前前陆陆盆盆地地和和克克拉拉通通盆盆地地经经历历了了加加里里东东、海海西西两两大大构构造造旋旋回回，又又就就经经历历了了中中生生代代构构造造运运动动的的改改造造，原原有有的的前前渊渊沉沉积积连连同同下下伏伏的的地地台台沉沉积积一一起起卷卷入入冲冲断断褶褶皱皱变变动动改改造造之之中中，被被后后期期构构造造运运动动改改造造的的面目全非。面目全非。如如在在扬扬子子地地台台，印印支支期期前前陆陆除除龙龙门门山山前前经经长长期期演演化化保保持持良良好好外外，仅仅楚楚雄雄、西西昌昌和和大大巴巴山山前前仍仍存存在在构构造造盆盆地地，其

31、其它它中中下下扬扬子子区区本本质质上上已已完完全全转转成成褶褶皱皱冲冲断断构构造造带带，残残余余的的向向斜斜非非常常有有限限。古古生生代代的的江江南南-雪雪峰峰北北缘缘前前陆陆区区也也被被改改造造的的面面目目全全非非。在在这这样样的的构构造造背背景景之之下下，常常规规油油气气难难以以保保存存，而而页页岩岩气气具具有有抗抗破破坏坏能能力力强强的的特特点点，在在常常规规油油气气不不能能发发育育的的地地区区，其其仍仍有有很很好好的的发发育育条条件件，因因此此，在在这些地区，页岩气可能是打开勘探突破的关键所在。这些地区，页岩气可能是打开勘探突破的关键所在。页页岩岩层层系系的的后后期期（新新生生代代）改

32、改造造则则主主要要受受控控于于印印度度亚亚洲洲大大陆陆碰碰撞撞等等多多个个阶阶段段、多多期期次次的的板板块块构构造造运运动动事事件件，特特别别是是印印度度大大陆陆与与欧欧亚亚大大陆陆的的碰碰撞撞和和持持续续的的陆陆陆陆汇汇聚聚作作用用在在亚亚洲洲大大陆陆产产生生了了广广泛泛的的陆陆内内变变形形，这这种种变变形形不不仅仅只只限限于于青青藏藏高高原原、喜喜马马拉拉雅雅、及及其其向向北北延延展展的的碰碰撞撞轴轴向向地地带带，还还波波及及到到偏偏离离碰碰撞撞轴轴向向带带的外围地区，如华南和华北地区等。的外围地区，如华南和华北地区等。中国前陆盆地和克拉通盆地特征中国前陆盆地和克拉通盆地特征 有有利利于于

33、页页岩岩发发育育的的大大地地构构造造背背景景必必须须与与有有利利的的古古气气候候和和古古环环境境结结合合才才具具备备形形成成大大规规模模油油气气的的物物质质基基础础。与与美美国国有有利利于于页页岩岩气气藏藏发发育育的的前前陆陆和和克克拉拉通通盆盆地地对对应应的的是是有有利利于于黑黑色色页页岩岩沉沉积积的的古古气气候候和和古古环环境境，已已经经发发现现页页岩岩气气藏藏的的页页岩岩主主要要为为被被动动大大陆陆边边缘缘沉沉积积、前陆挠曲形成的滞留环境沉积和克拉通内坳陷沉积等。前陆挠曲形成的滞留环境沉积和克拉通内坳陷沉积等。1 1）被动大陆边缘沉积）被动大陆边缘沉积 包括包括被动大陆边缘裂谷和缓坡陆棚

34、环境被动大陆边缘裂谷和缓坡陆棚环境，该环境一般被上升洋流控制，通，该环境一般被上升洋流控制，通常携带生物大量繁殖所需要的营养物质，表层海水中生物大繁殖量、死亡后在常携带生物大量繁殖所需要的营养物质，表层海水中生物大繁殖量、死亡后在海底迅速大量堆积，耗尽海底中的氧形成强还原环境，有利于有机质保存。在海底迅速大量堆积，耗尽海底中的氧形成强还原环境，有利于有机质保存。在这样大地构造背景以及与之匹配的沉积环境上，沉积了大套富含有机质的黑色这样大地构造背景以及与之匹配的沉积环境上，沉积了大套富含有机质的黑色页岩，其中最有利于页岩气藏发育的部位是水进体系域的密集段，如在大绿河页岩，其中最有利于页岩气藏发育

35、的部位是水进体系域的密集段，如在大绿河盆地盆地LewisLewis页岩页岩Asquith MarkerAsquith Marker段和阿巴拉契亚盆地奥陶系段和阿巴拉契亚盆地奥陶系UticaUtica页岩中均发现页岩中均发现了页岩气藏或页岩气显示。了页岩气藏或页岩气显示。我国南方扬子地台周缘的寒武系和奥陶系也均发育密集段沉积的黑色页岩，我国南方扬子地台周缘的寒武系和奥陶系也均发育密集段沉积的黑色页岩，具备形成页岩气藏的物质基础。具备形成页岩气藏的物质基础。3 区域构造背景演化与盆地类型及其对页岩沉积和成藏的控制作用区域构造背景演化与盆地类型及其对页岩沉积和成藏的控制作用 2）前陆挠曲形成的滞留环

36、境沉积）前陆挠曲形成的滞留环境沉积 前陆挠曲形成滞留盆地，阻止了水的侧向流动，表层含氧水前陆挠曲形成滞留盆地，阻止了水的侧向流动，表层含氧水与深层水的混合受阻，有利于还原环境的形成。如阿巴拉契亚盆与深层水的混合受阻，有利于还原环境的形成。如阿巴拉契亚盆地泥盆系黑色页岩和以福特沃斯盆地为代表的南部晚古生代前陆地泥盆系黑色页岩和以福特沃斯盆地为代表的南部晚古生代前陆盆地泥盆系盆地泥盆系密西西比系黑色页岩均属于这类沉积。密西西比系黑色页岩均属于这类沉积。中晚奥陶世中晚奥陶世早志留世，南方地区江南早志留世，南方地区江南-雪峰山一带为前陆隆雪峰山一带为前陆隆起带，隆起带以西、以北形成滞留盆地，上、中、下

37、扬子原浅水起带，隆起带以西、以北形成滞留盆地，上、中、下扬子原浅水碳酸盐台地被富含笔石的黑色页岩覆盖。下三叠统和上三叠统的碳酸盐台地被富含笔石的黑色页岩覆盖。下三叠统和上三叠统的黑色页岩也形成于这种环境。黑色页岩也形成于这种环境。3）克拉通内坳陷沉积）克拉通内坳陷沉积 泥盆纪时期，随着相对海平面的上升，密执安盆地和伊利诺泥盆纪时期，随着相对海平面的上升，密执安盆地和伊利诺斯盆地被海水淹没，成为页岩沉积的浅海环境，这一时期形成的斯盆地被海水淹没，成为页岩沉积的浅海环境，这一时期形成的泥盆系富含有机质的黑色页岩在从加拿大中西部到美国东南部的泥盆系富含有机质的黑色页岩在从加拿大中西部到美国东南部的北

38、美地台广泛分布。北美地台广泛分布。我国的四川、鄂尔多斯和塔里木等盆地的黑我国的四川、鄂尔多斯和塔里木等盆地的黑色页岩也为此类沉积环境的沉积。色页岩也为此类沉积环境的沉积。3 区域构造背景演化与盆地类型及其对页岩沉积和成藏的控制作用区域构造背景演化与盆地类型及其对页岩沉积和成藏的控制作用 2）前陆挠曲形成的滞留环境沉积）前陆挠曲形成的滞留环境沉积 前陆挠曲形成滞留盆地，阻止了水的侧向流动，表层含氧水前陆挠曲形成滞留盆地，阻止了水的侧向流动，表层含氧水与深层水的混合受阻，有利于还原环境的形成。如阿巴拉契亚盆与深层水的混合受阻，有利于还原环境的形成。如阿巴拉契亚盆地泥盆系黑色页岩和以福特沃斯盆地为代

39、表的南部晚古生代前陆地泥盆系黑色页岩和以福特沃斯盆地为代表的南部晚古生代前陆盆地泥盆系盆地泥盆系密西西比系黑色页岩均属于这类沉积。密西西比系黑色页岩均属于这类沉积。中晚奥陶世中晚奥陶世早志留世，南方地区江南早志留世，南方地区江南-雪峰山一带为前陆隆雪峰山一带为前陆隆起带，隆起带以西、以北形成滞留盆地，上、中、下扬子原浅水起带，隆起带以西、以北形成滞留盆地，上、中、下扬子原浅水碳酸盐台地被富含笔石的黑色页岩覆盖。下三叠统和上三叠统的碳酸盐台地被富含笔石的黑色页岩覆盖。下三叠统和上三叠统的黑色页岩也形成于这种环境。黑色页岩也形成于这种环境。3）克拉通内坳陷沉积）克拉通内坳陷沉积 泥盆纪时期，随着相

40、对海平面的上升，密执安盆地和伊利诺泥盆纪时期，随着相对海平面的上升，密执安盆地和伊利诺斯盆地被海水淹没，成为页岩沉积的浅海环境，这一时期形成的斯盆地被海水淹没，成为页岩沉积的浅海环境，这一时期形成的泥盆系富含有机质的黑色页岩在从加拿大中西部到美国东南部的泥盆系富含有机质的黑色页岩在从加拿大中西部到美国东南部的北美地台广泛分布。北美地台广泛分布。我国的四川、鄂尔多斯和塔里木等盆地的黑我国的四川、鄂尔多斯和塔里木等盆地的黑色页岩也为此类沉积环境的沉积。色页岩也为此类沉积环境的沉积。3 区域构造背景演化与盆地类型及其对页岩沉积和成藏的控制作用区域构造背景演化与盆地类型及其对页岩沉积和成藏的控制作用3

41、 区域构造背景演化与盆地类型及其对页岩沉积和成藏的控制作用区域构造背景演化与盆地类型及其对页岩沉积和成藏的控制作用 海相黑色页海相黑色页岩一般形成于上岩一般形成于上述三种沉积环境，述三种沉积环境，且多与碳酸盐岩且多与碳酸盐岩伴生，其分布往伴生，其分布往往广、很稳定。往广、很稳定。根据前人对根据前人对中国含油气盆地中国含油气盆地的岩相古地理和的岩相古地理和烃源岩的研究结烃源岩的研究结果，果，从中、晚元从中、晚元古代至新生代的古代至新生代的不同时期，均在不同时期，均在不同地区、不同不同地区、不同程度发育海相暗程度发育海相暗色页岩色页岩 3 区域构造背景演化与盆地类型及其对页岩沉积和成藏的控制作用区

42、域构造背景演化与盆地类型及其对页岩沉积和成藏的控制作用 以我国南方古生代为例，沉积了克拉通内坳陷、被动大陆边以我国南方古生代为例，沉积了克拉通内坳陷、被动大陆边缘的寒武系黑色页岩和前陆挠曲阶段的奥陶系缘的寒武系黑色页岩和前陆挠曲阶段的奥陶系-志留系黑色页岩。志留系黑色页岩。寒武系黑色页岩主要发育在梅树村期和筇竹寺期最大海侵时，寒武系黑色页岩主要发育在梅树村期和筇竹寺期最大海侵时，表现为最大凝缩层沉积特征，发育了筇竹寺组和沧浪铺组及其表现为最大凝缩层沉积特征，发育了筇竹寺组和沧浪铺组及其相当层位的黑色页岩。奥陶纪为南方构造和沉积演化的变革期，相当层位的黑色页岩。奥陶纪为南方构造和沉积演化的变革期

43、，被动大陆边缘转为前陆盆地，奥陶系被动大陆边缘转为前陆盆地，奥陶系志留系五峰组、龙马溪志留系五峰组、龙马溪组为黑色、深灰色碳质、硅质泥页岩。组为黑色、深灰色碳质、硅质泥页岩。与美国主要产页岩气页岩相比，寒武系、奥陶系、志留系黑与美国主要产页岩气页岩相比，寒武系、奥陶系、志留系黑色页岩具有有机碳含量高、成熟度高、厚度大等特点（表），色页岩具有有机碳含量高、成熟度高、厚度大等特点（表），具备页岩气藏发育的良好条件。值得一提的是，在南方普遍演具备页岩气藏发育的良好条件。值得一提的是，在南方普遍演化程度较高的情况下，局部存在演化程度较低且适合页岩气发化程度较高的情况下，局部存在演化程度较低且适合页岩气

44、发育的地区，如江南隆起边缘，北缘的成熟度育的地区，如江南隆起边缘，北缘的成熟度Ro为为0.611.3%，南缘的成熟度南缘的成熟度Ro为为1.32%，下寒武统在黄平、都匀地区也仅，下寒武统在黄平、都匀地区也仅1.872%，这些地区是页岩气藏发育最有利的地区。，这些地区是页岩气藏发育最有利的地区。3 区域构造背景演化与盆地类型及其对页岩沉积和成藏的控制作用区域构造背景演化与盆地类型及其对页岩沉积和成藏的控制作用（据（据Curtis,2002;Hill et al.,2002;Montgomery et al.,2005;Bowker,2007;马力等马力等,2004）我国主要海相页岩与世界部分海相

45、页岩剩余有机碳含量对比表我国主要海相页岩与世界部分海相页岩剩余有机碳含量对比表 内容提纲内容提纲一、页岩气构造研究意义及主要内容一、页岩气构造研究意义及主要内容二、页岩气形成的区域构造背景分析二、页岩气形成的区域构造背景分析三、不同类型盆地页岩气藏特征三、不同类型盆地页岩气藏特征四、褶皱与断裂体系特征及形成演化四、褶皱与断裂体系特征及形成演化五、页岩气储层裂缝发育规律研究五、页岩气储层裂缝发育规律研究六、页岩气保存条件研究六、页岩气保存条件研究 三、不同类型盆地页岩气藏特征三、不同类型盆地页岩气藏特征 分布于分布于前陆盆地前陆盆地的的页岩气藏埋藏较深、页岩气藏埋藏较深、压力较高、成熟度较压力较

46、高、成熟度较高、天然气为热成因、高、天然气为热成因、高气体饱和度、低吸高气体饱和度、低吸附气含量（圣胡安盆附气含量（圣胡安盆地除外）、低孔渗、地除外）、低孔渗、平缓的等温吸附线、平缓的等温吸附线、开采成本较高；开采成本较高；而位于而位于克拉通盆地克拉通盆地的页岩气藏则埋藏较的页岩气藏则埋藏较浅，压力较低、成熟浅，压力较低、成熟度较低、天然气是生度较低、天然气是生物成因或混合成因的、物成因或混合成因的、低气体饱和度、高吸低气体饱和度、高吸附气含量、高孔渗、附气含量、高孔渗、陡峭的等温吸附线、陡峭的等温吸附线、开采成本较低，页岩开采成本较低，页岩气藏的成藏模式也有气藏的成藏模式也有较大差异较大差异

47、 。纵观美国产页岩气盆地分布的大地纵观美国产页岩气盆地分布的大地构造位置、盆地类型和性质，页岩气藏构造位置、盆地类型和性质，页岩气藏 的各种特征也是有规律可循的。的各种特征也是有规律可循的。三、不同类型盆地页岩气藏特征三、不同类型盆地页岩气藏特征 前陆盆地和克拉通盆地页岩气藏特征对比前陆盆地和克拉通盆地页岩气藏特征对比 三、不同类型盆地页岩气藏特征三、不同类型盆地页岩气藏特征 该类盆地一般存在被动大陆边缘和前陆两个演化阶段，均有该类盆地一般存在被动大陆边缘和前陆两个演化阶段，均有利于形成页岩气藏所必须的页岩发育，尤其是在层序格架的密集利于形成页岩气藏所必须的页岩发育，尤其是在层序格架的密集段。

48、前陆盆地构造运动比较强，常规油气难以保存，而页岩气藏段。前陆盆地构造运动比较强，常规油气难以保存，而页岩气藏具有抗破坏能力强的特点，因此，在前陆盆地即使没有常规油气具有抗破坏能力强的特点，因此，在前陆盆地即使没有常规油气发现的区域也可能有大量页岩气资源发现。发现的区域也可能有大量页岩气资源发现。（1 1）被动陆缘上的前陆盆地一般发育两套或多套页岩层，即被动陆缘和前）被动陆缘上的前陆盆地一般发育两套或多套页岩层，即被动陆缘和前陆盆地两个阶段的页岩沉积，具有多层次的页岩发育，具备形成页岩气藏良好陆盆地两个阶段的页岩沉积，具有多层次的页岩发育，具备形成页岩气藏良好的物质基础。的物质基础。（2 2）页

49、岩气藏一般埋藏较深。由于埋藏比较深，前陆盆地页岩气藏的压）页岩气藏一般埋藏较深。由于埋藏比较深，前陆盆地页岩气藏的压力一般较高，具有轻微超压的特点，如福特沃斯盆地力一般较高，具有轻微超压的特点，如福特沃斯盆地BarnettBarnett页岩气藏的压力页岩气藏的压力为为12.21kpa/m12.21kpa/m。由于埋藏较深，气体饱和度较大，吸附气所占比例较小，一般。由于埋藏较深，气体饱和度较大，吸附气所占比例较小，一般小于小于50%50%。（3 3）页岩成熟度较高，天然气均为热成因来源。前陆盆地页岩气藏中足）页岩成熟度较高，天然气均为热成因来源。前陆盆地页岩气藏中足够高的页岩成熟度才是页岩气藏发

50、育的关键，页岩的高成熟度（够高的页岩成熟度才是页岩气藏发育的关键，页岩的高成熟度（2%2%）不是制）不是制约页岩气成藏的主要因素，相反，成熟度越高越有利于页岩气藏的发育和生产约页岩气成藏的主要因素，相反，成熟度越高越有利于页岩气藏的发育和生产 。前陆盆地页岩气藏特征前陆盆地页岩气藏特征三、不同类型盆地页岩气藏特征三、不同类型盆地页岩气藏特征 （4）裂缝有助于页岩层中吸附于矿物和（或）有机质表面的）裂缝有助于页岩层中吸附于矿物和（或）有机质表面的天然气吸附和解析。天然气吸附和解析。裂缝对页岩气藏具有双重作用，一方面裂缝为天然气和水通裂缝对页岩气藏具有双重作用，一方面裂缝为天然气和水通过黑色页岩层