撰文/周道容（中國地質調查局南京地質調查中心）
我們人類共同的母親——地球，已經約46億歲了。在她漫長的歲月中，孕育了無數的生命。
許多生物雖然已經消亡，但也在積極地貢獻自己的餘熱，將自己分解後的 “養分”反哺於地球母親，以有機質的形式廣泛存在於黑色的石頭——泥頁岩裡。這些黑色石頭，有些具有類似書頁的薄層理構造，被稱之為頁岩。
可別小看這些不起眼的傢伙，我們平時汽車用的汽油、燒飯的天然氣、化纖材料的原料等等，絕大部分都是來自於這些泥頁岩體內。
泥頁岩如何生成石油和天然氣？
剛開始的時候，那些死去的生物（浮游植物、細菌、高等植物、浮游動物等）連同於水中的泥沙慢慢沉降、堆積並被埋藏下來。隨著時間推移，埋藏深度逐漸增加，溫度不斷升高，這些原先鬆散的沉積物，慢慢被壓實逐漸固結，最終形成岩石。
同時那些保存在裡面的生物，絕大部分慢慢地分解、重新組合並演化形成新的有機化合物，如腐殖酸、乾酪根等，極少一部分也會以化石的形式存在。
乾酪根的形態
這些新形成的化合物，尤其是乾酪根，成為泥頁岩的重要成分，是生成石油和天然氣的主要物質。根據其組分的差異，又將它們分為三種類型：I型乾酪根、II型乾酪根及III型乾酪根。
如果溫度適宜，I型和II型乾酪根將分解形成石油和部分天然氣，而III型乾酪根直接形成天然氣；當溫度升高到一定程度後，那些之前已經形成的石油也將逐漸裂解為天然氣。
這些生成的石油和天然氣，一部分脫離母體，運移到其它岩石中儲存；一部分仍然保留於泥頁岩中，稱之為頁岩油或頁岩氣。
頁岩氣可以為我們做什麼？
我們常說的頁岩氣，就是指賦存於以富有機質頁岩為主的頁岩中的非常規天然氣。它可以有多種方式賦存 ：一部分以遊離態賦存、一部分以吸附狀態賦存於乾酪根及黏土顆粒表面等，還有極少量以溶解狀態賦存於乾酪根及瀝青質中。
由於頁岩氣主要成分為甲烷（CH4），燃燒後除生成二氧化碳（CO2）和水（H2O）外，基本沒有其他有害物質，被認為一種低碳環保的清潔能源。
因此，在我國以煤炭為主的能源消費結構中，提高天然氣及頁岩氣的消費佔比，會大大降低汙染物的排放，利於環境保護。
頁岩氣，想說愛你不容易！
現在，隨著我們對能源需求的增加，對清潔能源需求的加大，作為清潔能源的頁岩氣就引起了地質學家們的重視。但是，要把頁岩氣從泥頁岩中開發出來，並不是一件容易的事情。
1勘探難度大
在頁岩氣的調查勘探階段，我們需要針對泥頁岩發育的地層開展調查研究。主要包括：
明確泥頁岩所形成的時代；
其厚度及展布範圍；
研究泥頁岩有機質含量和類型及熱演化程度；
泥頁岩的微觀儲層結構及礦物組成特徵。
以此全面評價它的生氣、儲氣能力。
中國頁岩氣儲量分佈
需要注意的是，生成的頁岩氣要保存下來還需要一個穩定的環境，因此我們還需要結合這個區域的演化背景，尋找一個相對穩定區。
只有經過重重勘探，我們才有可能發現含氣的泥頁岩地層。而最終這套泥頁岩層能不能含氣，還需要通過地質鑽探、錄井、測井及現場含氣性測試等來驗證。
2開採有秘笈
因為泥頁岩很緻密，它的孔隙和裂縫都很微小，要想把它裡面的氣體大規模排出並實現經濟開採，需要人為給地層注水增加壓力，把泥頁岩層壓裂使得裡面微裂縫和孔隙連通起來，從而加大氣體排出，這就是勘探開發過程中的水力壓裂技術。
壓裂，通俗地說就是把頁岩氣從石頭縫裡“擠”出來，被專家稱之為打開頁岩氣“庫藏”的“鑰匙”。
水力壓裂技術原理
同時，為了增大接觸面積，在鑽井過程中，一般採取沿地層展布方向鑽探的水平井鑽井技術。
在後期的開採過程中，為了儘可能提高頁岩氣的開發效率、降低開發成本、減少對環境的影響，通常採用在一個井場鑽多口井，進行批量化作業的“井工廠”模式進行開發。
水平井多段壓裂及壓裂場景
頁岩氣的勘探和開發是一個極其複雜、系統的工程，是一個需要多學科、多人員密切配合的工程，同時還要積極創新，這樣才能將這些黑色石頭生成的氣體開採出來，送到千家萬戶，造福社會。
閱讀更多 知識就是力量雜誌 的文章
