中国页岩气勘探领域和发展方向

张金川 史 淼 王东升 仝忠正 侯旭东 牛嘉亮 李兴起 李中明 张 鹏 黄宇琪

1.自然资源部页岩气资源战略评价重点实验室•中国地质大学（北京） 2.河北地质大学 3.河南省地质调查院 4.六盘水师范学院

0 引言

我国富有机质页岩形成的地质时代长、发育层位多、沉积类型多、分布面积广，在不同沉积区内均可见其广泛分布，由此奠定了可观的页岩气资源量基础。经过10多年的尝试和实践，我国页岩气勘探开发取得了令人瞩目的成就：页岩气地质理论不断完善，勘探技术水平不断提高，开发生产能力逐年提升，创造了符合中国地质特色的页岩气地质理论，建立了有针对性的勘探开发技术体系。从无到有、从青涩到成熟，突破了一系列理论和技术难关，页岩气探明储量连年大幅度增长，年总产气量逐年攀升。2020年，我国页岩气探明地质储量和年总产气量分别突破了2×1012m3和200×108m3，页岩气产业能力和产气量在国际上名列前茅。但是，随着社会经济不断发展，我国对天然气的需求量日益增长，石油和天然气的对外依存度一直居高不下，加之环保要求日益严格。因此，勘探开发页岩气是缓解能源和环境压力的重要途径。

我国页岩气资源丰富，但地质条件复杂，页岩层厚、总有机碳含量（TOC）、有机质热演化程度（Ro）、后期构造保存等关键评价参数变化不一、大小悬殊，导致页岩地层含气性变化快、预测可控性差。目前，虽然已在全国多地获得了页岩气发现，但其中大部分地区仍未获得稳定的页岩气产量或实现产量突破。现有的页岩气产量构成单一，主要为四川盆地及其周缘的涪陵、长宁、威远、昭通、富顺、南川等勘探开发区，目的层系为上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组海相页岩。鄂尔多斯盆地的延安页岩气勘探开发区也有一定的产量贡献，目的层系为上三叠统延长组陆相页岩，以及上古生界中二叠统山西组和上石炭统本溪组海陆过渡相页岩。这就导致了我国页岩气后备储量的增长压力大，不仅影响到了我国页岩气的可持续性稳定发展，而且对页岩气成藏与分布的客观认识、页岩气勘探的系统评价也产生了重要的影响。为此，笔者以页岩气成藏机理分析为基础，结合我国特有的地质条件，对页岩气勘探的领域和方向进行了探讨，以期为推动中国页岩气产业快速发展提供帮助。

1 中国富有机质页岩发育特征

中国富有机质页岩的形成和发育主要受华北、扬子及塔里木3大板块共同控制。早古生代及其更早时期，各板块独立发展演化，形成了从华北板块到扬子板块和塔里木板块，最后到扬子板块的页岩发育中心转移，各自独立形成了进积—退积型的海相页岩沉积；早古生代末—晚古生代，3大板块同时隆升并发生拼合，形成了以海陆过渡相为主、兼有其他类型的复杂地质特点页岩，岩性变化快、砂岩—泥岩—页岩—石灰岩—煤层交替发育；中新生代，各板块内的分异化作用明显，陆相盆地叠合其上，湖相页岩广泛形成。

自中元古代以来，我国华北、扬子及塔里3大木板块不同程度地发育了十余套各种类型和地质特点的富有机质页岩，它们受全球海平面升降变化的影响而从海相逐渐转变为海陆过渡相和陆相[1]（图1）。

图1 我国3大板块主要富有机质页岩纵向分布图

1.1 沉积演化特征

从长城纪开始，华北板块在中—晚元古代发育了我国最古老的富有机质页岩层系。在寒武纪—奥陶纪时期经历了最广泛的海侵，从南东方向侵入的海水形成了多套富有机质海相页岩与碳酸盐岩。晚奥陶世则整体抬升，海水迅速由西部退出，整体进入剥蚀阶段。晚古生代，华北板块和扬子板块、塔里木板块发生拼合作用、整体沉降并接受沉积。早石炭世再次发生海侵，晚石炭世—二叠纪，华北板块整体沉降并逐渐转移为以海陆过渡相为主的沉积环境，形成特色的砂岩—泥岩—页岩—石灰岩—煤层组合。进入中生代，以华北板块中西部为沉积中心形成了三叠纪、侏罗纪及早白垩世页岩。晚白垩世，受太平洋板块的北西向俯冲影响，华北板块抬升，内部分异加剧，在板块东部出现北东—南西向断陷，古近纪形成了渤海湾盆地陆相页岩沉积的主体，产生了一系列分割性强、连续厚度大、沉积相变复杂的优质陆相页岩。总之，华北板块主要在其东北部发育了中—上元古界的海相中元古界下马岭组和蓟县系洪水庄组、在主体区发育了上古生界的海相石炭系—海陆过渡相中二叠统山西组和下二叠统太原组、在东部发育了陆相始新统沙河街组富有机质页岩。

早古生代，南方地区整体保持了北西高—南东低的古地形状态，使扬子板块（包含滇黔桂）长期保持了稳定的海水覆盖状态。从晚震旦世开始，规模性的北西向海侵发生，扬子板块整体进入了滨浅海—浅海状态，沉积了石灰岩、砂泥岩和页岩地层组合，形成了具有冰碛沉积特征的上震旦统陡山沱组页岩。早寒武世，海水深度加大，在深水陆棚条件下全区发育了下寒武统牛蹄塘组硅质页岩。碎屑岩和碳酸盐岩交替发育的过程一直维持至中奥陶世。晚奥陶和中志留世，包括滇黔桂在内的周缘逐渐抬升隆起，对扬子板块形成了半封闭式包围，扬子板块渐成晚奥陶世—早志留世沉降—沉积中心。由于陆缘物质输入较多，所形成的五峰组和龙马溪组页岩的内源石英含量明显降低，黏土质含量显著增加。晚志留世，扬子板块几乎为外屑物所填满，此时的海水由东西两侧退出，扬子板块主体进入剥蚀状态。早泥盆世，海水从广西方向向北侵入，在上扬子板块南缘的滇黔桂地区形成台—盆沉积体下的厚层状页岩。早二叠世，扬子板块再次接受海侵并被浅海所覆盖，主体形成碳酸盐岩沉积。晚二叠世，海水变浅，形成以三角洲相沉积充填为主的海陆过渡相环境，发育了砂岩—泥岩—页岩—石灰岩—煤层沉积。三叠纪，海水逐渐退出，蒸发性滨浅海环境及相关页岩出现。中侏罗世，海水全部退出扬子板块，在滇黔川一带形成陆相页岩沉积。晚侏罗世以后，扬子板块整体抬升，主要在围缘地区形成一系列中小型陆相页岩盆地。总之，扬子板块主要发育了海相陡山沱组、牛蹄塘组（筇竹寺组、荷塘组等）、五峰组和龙马溪组以及海陆过渡相上二叠统龙潭组、大隆组等页岩层系。

震旦纪以来，海水由北向南侵入塔里木板块，并在中寒武世—晚奥陶世达到海侵作用高峰，发育了大范围的浅海相碳酸盐岩与页岩组合，其中尤其以板块北部的早志留世浅海相碎屑岩系为代表。塔里木板块从早志留世开始隆升，至中晚志留世时整体浮出水面，仅在板块边缘发育了砂泥碎屑岩及碳酸盐岩沉积，这一沉积格局一直保持至晚石炭世末。二叠纪，塔里木板块再次隆升并开始了完全的陆相沉积，在板块西部的巴楚—和田地区形成了大面积分布的陆相页岩。晚白垩世，海水由西部入侵并沉积泻湖相页岩。古近纪，在塔里木板块东部形成大范围页岩。总之，塔里木板块发育的富有机质页岩主要有海相下寒武统玉尔吐斯组、下石炭统巴楚组和陆相古近系鄯善组和第四系七个泉组等页岩层系。

1.2 页岩气成藏条件

华北、扬子和塔里木3大板块各具特点，分别形成了独立的页岩框架体系。中—晚元古代，海侵活动主要发生在华北板块，页岩和砂岩、碳酸盐岩厚层状发育。其中，洪水庄组和下马岭组最大厚度可达140 m和300 m，页岩平均TOC分别为1.8%和2.2%，在京津冀辽一带形成了连片性规模发育。该时期形成的页岩经受了多期次构造运动，但页岩有机质Ro、埋藏深度及构造保存条件等在不同地区的表现差异明显。扬子板块广泛发育了震旦纪冰碛层页岩，陡山沱组页岩厚度为150 m，TOC介于0.2%～4.1%；虽然经受了多期次构造运动，保存条件受到明显影响，但仍然展现了良好的页岩气资源潜力。

早古生代发育的页岩主要来源于海相沉积，在华北、扬子和塔里木3大板块均有不同程度地发育，其中尤以扬子板块的水体最深，页岩发育最好。与全球最低海平面相对应的页岩是牛蹄塘组、五峰组及龙马溪组页岩。牛蹄塘组页岩生物硅含量高，局部锰、钒等金属元素含量高，常可见大型—巨型磷质结核、钙质结核和黄铁矿结核等，页岩厚度一般约为600 m，以深水陆棚相为主形成的页岩遍布了整个扬子板块。尽管页岩厚度稳定、TOC高（2.0%～12.0%），但Ro普遍较高，导致地层含气量总体偏低；而形成于半封闭性浅水陆棚的五峰组页岩区域厚度较小（3～5 m），与龙马溪组连续发育，共同构成了厚度介于30～164 m的优质页岩。五峰组和龙马溪组笔石页岩TOC一般介于1.5%～6.0%，Ro介于2.0%～3.5%。从底部开始向上，随着陆源碎屑输入明显增多，TOC降低明显。五峰组和龙马溪组页岩目前是我国页岩气的主力产层。

晚古生代，全球海平面逐渐上升，在华北、扬子和塔里木3大板块均形成了以海陆过渡相为主的页岩。泥盆系和石炭系页岩发育以滇黔桂为代表，在台盆体系的海相环境中形成了分隔明显、陆屑含量高的厚层状的页岩，页岩地层厚度大（累计可达2 000 m），Ro适中（2.0%～3.0%），TOC低（0.5%～2.5%）。尽管有机质富集程度制约了页岩地层的含气性，但页岩含气量仍可高至1.5～3.0 m3/t（现场快速测试），获得了良好的页岩气钻井发现。二叠系页岩大面积分布于华北板块（晚石炭世—早二叠世）和扬子板块（晚二叠世），分别以潮坪—潟湖体系和三角洲沉积体系为主，伴随有多套煤层、致密砂岩和石灰岩发育。页岩单层厚度薄（小于10 m），但累积厚度大（300 m）、TOC介于0.5%～2.7%，与煤层、致密砂岩及石灰岩形成了韵律递变的频繁互层，牟页1、港地1等多口井获得了页岩气及页岩气流。

中新生代盆地油气勘探程度普遍较高，所发育的页岩表现为典型的陆相特征，主要为湖盆体系中的深湖、浅湖及三角洲沉积产物，其分布严格受盆地限制。尽管页岩的分隔性较强，但沉积厚度巨大（大于1 000 m），可形成体积规模巨大的页岩及页岩与致密砂岩、煤岩组合沉积体，TOC高（1.5%～2.8%），腐泥型、混合型、腐殖型干酪根均可出现。特别是其后期构造保存条件好，在有机质热演化及其他条件满足时，有望获得页岩气的规模性突破，也是我国页岩气发育的重要类型。

随着全球海平面的升降变化和区域构造运动的发生，不同时期内所形成的多类型富有机质页岩叠加发育、深埋变质或遭受剥蚀，经受了不同特点和强度的构造改造，导致我国广泛分布的复杂页岩体系更加复杂。自元古代以来，扬子、华北、塔里木3大板块先后不同程度地经受了晋宁、兴凯、加里东、海西、印支、燕山及喜马拉雅等构造运动，开启了3大板块的被动大陆边缘、克拉通、前陆及断陷盆地形成与演化阶段[6]，在多地形成了不同时代和属性特征的叠合盆地。尽管从海到陆的沉积演化和不同地区页岩的形成分布宏观规律清楚，但沉积变迁、物源输入、海底热液、生物繁盛、沉降—沉积中心迁移、海水侵入等沉积影响因素众多，埋藏过程、大地热流、地温梯度及地层水活动等约束了页岩的成岩作用，抬升剥蚀、断裂破坏、形变褶皱及岩浆活动等控制了页岩的后期保存条件变化，多重因素的共同作用导致页岩分布具有明显的多样性和复杂性，导致页岩的矿物组成、有机地球化学条件、储集物性及含气性等方面各有不同。

2 中国页岩气勘探新领域

回顾我国的页岩气发展历史，大致走过了理论酝酿和准备（2003—2009年）、区域勘探和工业实践（2009—2012年）、勘探评价与工业开发（2012年—至今）等阶段，就页岩气发育的成藏机理、富集主控因素、发育地质模式及资源前景等问题，前人开展了大量研究并建立了南方海相页岩气成藏模式[7-17]，并逐渐形成了富有我国地质特色的页岩气地质理论，发展了页岩含气性评价、甜点预测及资源评价等页岩气勘探评价系列方法和技术。与此同时，我国的页岩气装备和工程技术也逐步成熟，页岩气年产量一路走高。2012年页岩气投产，2013年我国页岩气产量达到2×108m3，2018年产气量超过了100×108m3，2020年产气量超过了200×108m3，页岩气年产量在天然气年总产量中的占比超过10%。目前，以五峰组—龙马溪组为主要目的层，已在四川盆地及其周缘建立了涪陵、长宁—威远等多个千亿立方米级储量的海相页岩气田，页岩气成为我国天然气产量增长的重要领域。

除了四川盆地及其周缘的五峰组—龙马溪组海相优质页岩以外，分布范围广、面积大的陆相和海陆过渡相也是页岩气勘探重要领域，鄂尔多斯盆地的下寺湾—直罗和云岩—延川区块已获得了重大突破。此外，深层页岩气、常压页岩气、煤系地层页岩气、中小型盆地页岩气等领域也发育了厚度大、TOC高、综合地质条件好、勘探潜力大的富有机质页岩。

2.1 页岩气勘探领域

2.1.1 海相页岩气

海相沉积对我国地层分布和页岩发育产生了明显的控制作用，大致可分为早古生代主导、晚古生代控制及中新生代影响3个基本阶段。早古生代，华北、扬子及塔里木3大板块均淹没或沉浮于古大洋之中，形成了大面积分布的海相页岩；华北板块的陆表海一直持续到中奥陶世结束，随后上升为陆，海相页岩发育条件整体较差。塔里木板块一直持续为浅海，其东南部在早中奥陶世时抬升为陆，晚奥陶世时整体成陆，有海相页岩形成和发育的良好地质条件；扬子板块（含滇黔桂）长期为海，虽然从晚奥陶世开始其面积明显缩小并形成半封闭海湾，在志留纪结束时整体抬升为陆，但这并没有影响优质页岩的形成和发育。晚古生代，华北、扬子及塔里木3大板块处于从海向陆的逐渐转变过程中，形成了以海陆过渡相为主的页岩。华北板块和塔里木板块长期为陆，但在晚石炭世重新形成浅海，尽管时间短暂，但为海陆过渡相和陆相页岩的形成创造了有利条件；扬子板块则逐渐接受来自南方的海水侵入，滨浅海范围不断扩大并逐渐形成浅海，至晚二叠世盛行发育海陆交互相页岩。中新生代，除扬子板块在滇渝川地区维持一段时间的残留蒸发海（至中三叠世）以外，3大板块全部上升为陆。在陆相盆地中形成演化过程，常可受局部海侵影响并形成优质页岩。

海相页岩是我国目前页岩气勘探实践和开发生产的主体，具有以下基本特点：①原始沉积条件稳定，页岩范围大、厚度大、连续性强（牛蹄塘组页岩厚度约为600 m，龙马溪组页岩厚度为135 m[18]），但经受复杂构造运动后导致现今页岩在分布连续性、埋藏深度等方面变化大。②TOC高且稳定（牛蹄塘组页岩TOC介于2.0%～12.0%、龙马溪组页岩TOC介于1.5%～6.0%），有机质类型为腐泥型和偏腐泥混合型，热演化程度高（牛蹄塘组页岩Ro介于2.5%～4.5%，龙马溪组页岩Ro介于2.0%～3.5%），产气量大。但页岩演化时间长、经历构造运动多、改造破坏作用强，现今的页岩含气量及地层压力主要受后期保存条件影响。③页岩脆性矿物含量高、黏土矿物含量少。石英、长石平均含量为68.6%，黏土矿物平均含量为25.6%[19]。④页岩孔隙度一般介于1.6%～13.9%（含裂缝孔隙度），其中以有机孔缝发育为特征。根据有机质热演化程度，有机孔分别表现为圆形—近似圆形、椭长形—长条形、套叠形—蜂窝状。页岩含气量一般介于1.2～7.8 m3/t，游离气吸附气比值（以下简称游吸比）高。

我国自2009年发现页岩气以来，已在以四川盆地及围缘为中心的广大扬子地区（含滇黔桂等）完成了一大批地质勘探井（调查井、风险探井、参数评价井等）和生产开发井（试验井、生产井等），在五峰组—龙马溪组页岩中获得了一系列勘探发现、高产气井及页岩气田，建成了数个千亿立方米级储量页岩气田，形成了页岩气产业发展的主体。五峰组—龙马溪组页岩仍将是未来一段时间页岩气勘探的主体，但区域性分布较广的牛蹄塘组和陡山沱组（及其对应层位）和仅在黔桂地区局部发育的中泥盆统罗富组和下石炭统旧司组等页岩已获得了页岩气发现，是值得进一步拓展探索的领域。

2.1.2 陆相页岩气

自中生代以来，我国普遍开始发育陆相湖盆，形成了深湖、半深湖、浅湖及（扇）三角洲沉积体系。在大型深水湖盆中，盆地形成早期的沉降—沉积中心是深湖、半深湖及浅湖厚层—巨厚层富有机质页岩发育的有利场所，向盆地边缘方向对应为三角洲相薄层或互层状页岩发育区，或可见泥质石灰岩/白云岩、灰质/白云质页岩等。从盆地沉积的深水区到浅水区，大致对应沉积了从腐泥型到混合型、再到腐殖型干酪根有机质。腐泥型、混合型和腐殖型干酪根生气分别对应于不同的Ro（埋藏深度），拓宽了盆地页岩的生气窗口，为盆地页岩在纵向上从深到浅、在平面上从中心到边缘的连续生气、生烃产物（页岩油气）的多样化及页岩气藏的广泛发育创造了有利条件。在浅水湖盆中，盆地多为滨浅湖、三角洲或扇三角洲等充填，常形成砂岩—煤层—泥岩—页岩韵律或互层，TOC高且多为腐殖型干酪根，其厚层状页岩是有利的页岩气目的层。

陆相盆地地形平坦、地貌简单，地表条件好，常规油气勘探程度高，基础资料丰富，基础设施及勘探开发施工条件优越，是页岩气勘探的重要领域。陆相页岩气普遍具有以下特点：①盆地多形成于中新生代，地层时代新，沉积速度快，页岩厚度可逾千米，但横向连续性差。虽有构造回返运动，但盆地内断裂欠发育，后期构造保存条件好。②盆地沉积相和TOC变化快，有机质类型多，Ro普遍偏低，页岩油气可同时发育，可见异常高压。③页岩沉积受盆地、坳陷或凹陷控制，分布分隔性强，多为页岩—泥岩—砂岩或页岩—泥岩—砂岩—煤层频繁互层。矿物成分复杂且外源供给占比高，石英含量较低（20.0%～50.0%）但黏土矿物及长石、碳酸盐矿物占比高。鄂尔多斯盆地甘泉地区延长组长7段和四川盆地元坝地区下侏罗统自流井组页岩黏土矿物含量分别介于37.4%～72.8%[20]、40.5%～51.3%[21]。④页岩成岩作用程度低，层理缝和粒间孔发育但缺乏有机孔，页岩孔隙度整体偏低。川东北地区自流井组大安寨段页岩孔隙度介于2.15%～6.77%[22]。由于页岩热演化程度低、总生气量小，故含气量偏低（0.5～3.0 m3/t）。但当成熟有机质含量增加时，页岩含气量明显增加。

尽管目前尚未在陆相页岩地层中获得商业性页岩气流，但已有越来越多的证据表明，陆相盆地、坳陷或凹陷的沉降—沉积中心、构造斜坡带或深埋部位是页岩气发育的有利方向。自2011年延长石油公司在鄂尔多斯盆地甘泉县实施了柳坪177井以来，目前已在鄂尔多斯盆地三叠系和四川盆地侏罗系页岩地层中钻获工业性页岩气流。其中，鄂尔多斯盆地长7段页岩气单井日产量超过5.0×104m3；四川盆地大安寨段页岩气单井最高日产量逾50.0×104m3，元坝地区元坝21井大安寨段、复兴地区复页HF-10井自流井组东岳庙段、建南地区建页HF-1井东岳庙段页岩气最高日产量分别达到了50.7×104m3、5.6×104m3、1.2×104m3[23-24]；渤海湾盆地岐口凹陷新港57井在沙河街组三段页岩获日产气量为13.7×104m3、凝析油量为3.5 t的工业油气流[25-26]；松辽盆地梨树断陷JLSY1井在下白垩统沙河子组压裂获日产7.6×104m3的高产页岩气流。其他盆地或凹陷的页岩地层也见多处页岩气钻井显示。

从近几年的页岩气勘探实践情况看，我国具备规模陆相页岩气的资源基础。陆相页岩气可采资源量约占页岩气总可采资源量的31.6%[27]，广泛分布于西北、华北及东北、上扬子及滇黔桂、中下扬子及东南区的中新生代盆地中，尤其以鄂尔多斯（延长组）、四川（自流井组）、塔里木（中侏罗统西山窑组）、准噶尔（中二叠统芦草沟组）、吐哈（西山窑组）、三塘湖（芦草沟组）、柴达木（古近系—新近系下、上干柴沟组）、渤海湾（古近系孔店组—沙河街组）、江汉（古近系潜江组）、松辽（白垩系青山口组）等盆地为代表，页岩气资源勘探前景乐观。

低熟（Ro介于0.3%～0.6%）页岩气是陆相页岩气中的重要类型，它形成于温度和压力较低的早中期成岩阶段，是页岩有机质在构造应力和黏土矿物催化作用下，通过脱羧、脱氨等脱基团作用和缩聚作用所形成[28]。低熟页岩气埋藏较浅（1 500～2 500 m）、孔渗性较好、含气量较低，主要分布在中新生代陆相盆地中，以四川、鄂尔多斯、渤海湾、松辽、塔里木、准噶尔等盆地侏罗系、白垩系、古近系等为主。2020年，重庆丰都的泰页1井侏罗系中浅层湖相页岩（埋深为2 400 m）水平段经压裂测试获得日产量为7.5×104m3页岩气、9.8 m3页岩油[29]。地温梯度较高的东部地区盆地和沉积稳定的西部地区盆地有望在盆地的边缘或中浅部实现勘探突破。

2.1.3 海陆过渡相页岩气

晚古生代，3大板块发生拼合作用，海水逐渐退却，在区域地形比较低缓平坦的华北和扬子板块沉积了广泛的海陆过渡相页岩。

华北板块海陆过渡相沉积发生时间较早，障壁沉积体系和偏陆相过渡特征明显。晚石炭世末—早二叠世初，华北板块迅速从海陆过渡的滨浅海（砂岩—泥岩—页岩—煤层—碳酸盐岩）转变为内陆开阔盆地，在南华北地区形成近海盆地，并发育砂岩—泥岩—页岩—煤层沉积层系；至晚二叠世，盆地转变为以河湖相为主的砂岩—泥岩内陆盆地阶段。此时的南华北地区也转变为内陆盆地特点，但煤层仍然发育。故华北板块海陆过渡相页岩发育时代较早，且以滨浅海或内陆开阔盆地为基本特征，主要形成了近岸陆棚—潮坪—潟湖—沼泽沉积（本溪组）、潮坪—潟湖（港湾及三角洲）—滨海沼泽—浅海沉积（太原组）、潮坪—潟湖（三角洲）—滨海沼泽—分流平原—河道沉积（山西组），由海向陆的环境转变特征明显。扬子地台海陆过渡相沉积发生时间较晚，在属性上更加偏向于海相（偏海相过渡环境），区域上的沉积分异特征和“灰厚煤薄”特征明显。从早二叠世到晚二叠世，扬子地台浅海范围迅速缩小，仅在桂湘鄂地区形成残留浅海，而在滇黔桂—上扬子和琼粤湘—下扬子地区形成海陆过渡相含煤硅质组合沉积，进一步向东，在粤浙闽西部形成海陆过渡相含煤砂泥质组合沉积；晚二叠世沉积相主要为以砂岩—泥岩—页岩—煤层—碳酸盐岩地层组合为特点的海陆过渡相，包括了滨岸沼泽、三角洲/潟湖、开阔台地及浅海等（龙潭期）；晚二叠世末，扬子地区再次海侵，形成了陆棚、深水盆地等沉积环境，泥岩—页岩—硅质页岩—硅质岩发育（大隆组）。

海陆过渡相页岩具有以下特征：①沉积环境动荡，沉积微相变迁较快，沉积水动力强度变化较快，主要形成于板块拼合、联合大陆形成期间（受海西—印支构造变动控制），形成时代较为集中，分布面积大。②岩石类型多、地层累积厚度大，纵向上的砂岩—泥岩—页岩—煤层—碳酸盐岩是海陆过渡相页岩地层层系的基本组合。地层有机质以腐殖型为主，可见少量偏腐殖混合型。从泥岩到页岩，TOC变化快（0.1%～10.0%），碳质页岩TOC可超过20.0%。晚古生代的海陆过渡相页岩Ro变化较快，多处于成熟—高熟—过成熟阶段。③黏土矿物及不稳定的矿物成分占比高，黏土矿物以伊利石/蒙脱石间层矿物和高岭石矿物为主，脆性矿物含量介于30.0%～60.0%。页岩各种主要参数变化较快，参数的分布范围宽缓。④整体表现为基质孔渗条件差，常见矿物粒间孔和不规则分布的矿物转化缝、脱水缝、收缩缝等成岩裂缝，缺乏有机孔，页岩孔隙度一般介于0.7%～6.3%。页岩有机质的吸附能力强，含气量变化较快（0.2～5.5 m3/t），游吸比偏低。页岩气的富集不仅受构造保存条件影响，而且还与有机质岩石的表面润湿性变化条件（成岩保存）关系密切。

海陆过渡相页岩分布范围广、面积大、资源潜力大，页岩气可采资源量约占页岩气总可采资源量的35.8%[28]。扬子板块二叠系（龙潭组、梁山组）富有机质页岩的分布面积介于20.0×104～50.0×104km2[30]；华北板块仅鄂尔多斯、南华北、沁水及渤海湾等盆地内的石炭系—二叠系（太原组、山西组）富有机质页岩的分布面积就超过了33.5×104km2[30]。另外，在我国已发现的常规天然气中，50%以上储量贡献的气源岩为海陆过渡相页岩[31]。

石炭系、二叠系海陆过渡相页岩气资源丰富，目前已有100余口井发现页岩气[32]。鄂尔多斯盆地云页平1井山西组页岩含气量介于0.6～4.1 m3/t，压裂测试日产气量为2.0×104m3；云页平3井山西组压裂测试日产气量为5.3×104m3；镇钾1井（直井）太原组压裂测试日产气量为5.7×104m3，鄂页1井太原组压裂测试日产气量为2.0×104m3，神木SM0-5井太原组压裂测试日产气量为0.7×104m3[33]。此外，盆地东缘尚有多口直井在太原组、山西组页岩中测试日产气量介于0.1×104～0.2×104m3。南华北盆地牟页1井太原组现场解析含气量介于0.4～4.9 m3/t，压裂后测试日产气量为0.1×104m3（直井）；郑东页2井太原组压裂测试日产气量为0.4×104m3（直井）；尉参1井太原组现场解析含气量介于0.2～5.5 m3/t[34]。沁水盆地SX-306井山西组页岩现场解析含气量介于0.4～5.5 m3/t[35]。南方地区也获得了广泛的海陆过渡相页岩气显示。湖南湘页1井大隆组现场解析含气量介于0.2～1.4 m3/t，压裂测试日产气量为0.1×104m3；湘中邵阳拗陷2015H-D3井龙潭组现场解析含气量介于0.5～2.4 m3/t[36]。湖北鄂建页1井龙潭组和鹤地1井大隆组现场解析含气量最大值分别为大于10.0 m3/t和4.4 m3/t[17]。贵州西页1、东神页1、方页1及金沙页1等井龙潭组现场析含气量分别为4.9～19.2 m3/t、0.6～8.8 m3/t、1.3～5.6 m3/t、2.1～4.5 m3/t[37-38]。安徽港地1井大隆组和泾页1井龙潭组页岩现场解析含气量分别为0.5～7.5 m3/t和 0 ～ 9.3 m3/t[39]。

海陆过渡相页岩发育范围广、分布面积大、累计厚度大，各主要参数变化大，构架了复杂的页岩气成藏条件，为页岩气勘探带来了较大的不确定性。目前盆地内的（包括晚古生代和中新生代）海陆过渡相页岩通常具有稳定时间早、构造埋藏及上覆盖层条件好、后期构造破坏影响小等特点，页岩发育条件好、构造背景稳定、上覆盖层发育良好的区域是海陆过渡相页岩气发育的有利方向。

2.2 页岩气勘探方向

2.2.1 深层页岩气

现今所指的深层页岩气均为埋藏深度意义上的页岩气，与时代所约束的层位没有关系，一般理解为埋深超过3 000 m或3 500 m[40]。深层的界线与“生烃”门限相对应，深层页岩气对应于地质历史上的曾经深层和现今仍然处于深层状态的页岩气两种。由于复杂的构造运动历史，华北板块上古生界页岩和扬子板块下古生界页岩等均经历了长期的深埋藏地质过程，尽管现今埋藏深度较小或者直接暴露地表，但地质埋藏历史过程中的深度可逾万米或者更深，页岩成岩作用可能变质或者浅变质而形成板岩；经过深埋后大幅抬升的页岩遭受了强烈地构造运动改造，而现今仍处于深埋状态的未变质页岩，包括古生界页岩或者限于盆地的中新生界页岩，具有更好的保存条件和更高的含气量。

深层页岩的现今埋藏深度大，不论其历史上是否处于更大的埋藏深度，页岩气都具有以下特点：①随着埋深加大，页岩中矿物颗粒之间的自由水和颗粒表面的束缚水先后被排出。当页岩埋深达到深层时，黏土矿物晶体层（层间水）和结构内部的水（结构水）在高温条件下逐渐脱去，在页岩内部原生水逐渐减少的同时，黏土矿物发生转变。由于压实、排水及其他成岩作用，页岩孔隙度低，一般不超过10.0%。②形成于酸性淋滤条件下的高岭石（族）黏土矿物随着埋藏深度的增加而转变为蒙脱石，进而转变为伊利石，增加了页岩的胶结作用。伊蒙转化过程会释放Si4+、Ca2+、Na+、Fe2+和Mg2+，产生石英析出、促进高岭石向绿泥石转化、方解石向铁白云石或菱铁矿转化、促进钠长石化。当埋藏深度超过3 000 m时，蒙脱石大部分转变为伊蒙混层，蒙脱石骤减，高岭石趋于消失，但伊利石含量变化较小。与此同时，钾长石、方解石含量锐减至消失，绿泥石含量有所增加。③地层温度高、压力大，促进了有机质的生烃转化作用，不仅使干酪根生成油气，有利于中新生代陆相盆地中的有机质生气，而且还可以使固体沥青再次转化为甲烷，有利于古生界页岩高成熟页岩继续生气。深埋作用条件下，页岩中的有机质向烃类转化并产生大量有机酸，长期的浸泡作用将产生强烈的溶蚀作用，可在碳酸盐岩矿物和石英表面形成普遍存在的溶蚀孔或溶蚀缝，直接增加页岩的孔隙度和渗透性。④由于组成页岩的矿物颗粒较小且形状不规则，压实过程中易发生黏土矿物的变形作用，导致埋藏状态时也难见定向排列结构。对于片状形黏土矿物，由于受沉积时水动力及矿物重心结构、极性结构、所携带电荷结构等的影响，呈现为随机排列的纸卡或杂乱排列结构，定向性特征不明显。至深埋藏压实作用阶段，虽出现定向性排列趋势，但仍不明显。当埋藏深度更大时，黏土矿物排列的定向性渐趋明显，主要与应力场条件、矿物转化及变质作用等因素有关。

由于深层页岩生气（热裂解）、储集（微裂缝）及保存（异常高压）条件优越，深层页岩具有更好的页岩气成藏条件。深层页岩气在我国有着广泛的发育和分布，但目前主要集中在四川盆地及其周缘。2018年完成的阳页2井（页岩埋深5 200 m）陡山沱组压裂测试获得了日产气量为5.5×104m3的产气效果（无阻流量为19.8×104m3/d）；2018年发现的威荣页岩气田实现了埋深为3 800 m的深层页岩气开发；2019年完钻的东页深1井（水平井）完钻井深6 062 m（垂深4 259 m），五峰组—龙马溪组经压裂测试获日产气量为31.2×104m3的高产工业气流。川东南地区深层页岩发现了至少8.3×1012m3的页岩气资源，获得的页岩气资源至少2.6×1012m3，表明深层页岩气资源丰富[40]。

四川盆地及其周缘是目前深层页岩气勘探开发的重点地区，其五峰组—龙马溪组海相页岩储层具有TOC高和孔隙度高的特征，TOC超过3.0%的页岩厚度介于10～20 m，孔隙度介于3%～8%[10,16,18]。其明显特征是页岩厚度稳定、有机孔发育、构造保存条件好、分布面积大；分布于中新生代盆地沉降—沉积中心部位的湖相页岩有机质目前正开始或已经处于生气阶段，大部分的大中型盆地均具有深层页岩气富集条件，包括塔里木、准噶尔、吐哈、四川、鄂尔多斯、南华北、松辽、渤海湾、江汉等盆地。其明显特征是页岩累积厚度巨大、有机质类型多样、后期构造改造作用影响小，值得高度重视。海陆过渡相页岩在华北板块和扬子板块均有大面积发育，其中不乏深层的存在和连续分布，主要发育在以上古生界为主要目的层的盆地（鄂尔多斯、南华北、沁水等盆地）、中新生代烃源岩叠合发育的盆地（四川、渤海湾等盆地）及残留区（上扬子、中下扬子等），其明显特征是分布范围广、地层岩性变化快、有机质以生气为主、页岩成岩裂缝发育，是我国页岩气勘探的重要领域。

2.2.2 中小型盆地页岩气

中小型盆地的面积一般小于10×104km2，主要包括了东部地区的中新生代断陷盆地、中西部地区以中生代为主的前陆或山间盆地、南方地区以新生代为主的断陷盆地等。这些中小型盆地常以大中型盆地为中心形成裙带式或卫星式关联，构成一系列相关盆地的群状分布。中小型盆地的形成和分布极其复杂，可分为较大和较小沉积古水深两种盆地，前者发育湖相页岩，而后者发育（扇）三角洲煤系地层页岩。其中，中生代时期所发育的中小型盆地页岩发育条件更好，具有“南早北晚”特征，即南方地区多发育于三叠纪（兰坪—思茅、楚雄、十万大山等盆地），北方地区多发育于侏罗纪（吐哈、雅布赖、海拉尔等盆地），有从西向东逐渐变新趋势（阜新盆地白垩纪、三江盆地古近纪等）。由于分布面积小，勘探纵深小，中小型盆地的页岩气资源潜力长期未被重视。

尽管中小型盆地发育面积较小，但盆地地表平坦，湖相页岩或（扇）三角洲相含煤页岩累积厚度可以达到数百米，腐殖型或以腐殖型为主的页岩生气所要求的门槛较低，页岩目的层系的埋藏深度一般较浅，后期构造保存条件好，是页岩气勘探发展的又一重要领域。特别是，页岩气常与煤层气、致密砂岩气等同盆共生，不同类型非常规天然气在平面和剖面上叠置共存，资源丰度大，易于形成类似于美国圣胡安盆地的多类型（页岩气、煤层气、致密砂岩气及常规储层气）连续型天然气分布。

目前，已在个别中小型盆地中获得了良好勘探效果。滦平盆地滦页1井下白垩统西瓜园组经压裂后见工业油气流。桂中盆地钻井在井深248.3 m的下石炭统寺门组页岩中见井涌及天然气喷漏，日产气量介于0.3×104～0.4×104m3。阜新盆地下白垩统沙海组和九佛堂组页岩有机质以混合型—腐殖型为主，东页1井沙海组TOC介于0.3%～9.1%，平均值为2.6%，饱和吸附气量介于2.1～3.7 m3/t；阜页1井沙海组和九佛堂组TOC介于0.3%～3.4%，平均值为1.6%，钻井过程中发生井喷；辽阜地2井沙海组浅层（埋深为886 m）钻获日产油15.3 m3；阜参2、阜气1、梁4、阜页1等钻井中发现油气显示[27]，其页岩气资源可期。除此之外，其他许多中小型盆地钻井中也有页岩气显示，证明了页岩气资源的存在，有望通过进一步的实践获得工业突破。

中新生代富有机质页岩发育的中小型盆地由于保存条件好而成为有利勘探对象，这些盆地发育时间长、有利于形成厚—巨厚层状的富有机质页岩层。作为卫星盆地，中小型盆地常与其所围绕分布的大中型盆地在沉积、地层、构造及含油气方面具有相似性，相邻的中小型盆地之间也常具有相似性，深湖、半深湖、浅湖、（扇）三角洲及泥碳沼泽发育的盆地具有良好的富有机质页岩发育条件，其中深层尤其值得关注。西部地区的伊宁、焉耆、吐哈及敦煌等盆地，中部地区的楚雄、南盘江、六盘山等盆地，东部地区的洞庭、苏北、阜新等盆地均是页岩气发育的有利目标。

2.2.3 其他领域

2.2.3.1 浅层页岩气

浅层页岩气（埋深小于2 000 m）有原生型和继承型两种。前者以生物成因气为主，地层埋藏浅、页岩时代新（第四系、新近系等），TOC低，成岩作用弱，孔渗物性好，地层含水量高，盖层条件差；后者是浅层页岩气的主要类型，主要源于对先存页岩气藏的抬升改造，页岩时代老，TOC高，储集物性差，构造保存弱。浅层页岩气通常具有埋藏深度小、保存条件差、页岩含气量低、地层压力低、整装储量少等特点。由于构造抬升等原因，原本深埋的页岩气藏被抬升至2 000 m以浅，甚至几百米，导致地层压力和含气量等指标均明显下降。当原始页岩气成藏条件好、页岩含气量高、抬升活动时代新、地层整体上升且上升速度快、盖层条件好或保存条件好时，有助于浅层页岩气藏形成。

目前，四川盆地昭通页岩示范区太阳背斜五峰组—龙马溪组实现了浅层页岩气突破（含气量介于1.3～6.2 m3/t，平均值为3.0 m3/t）。2017年，太阳背斜2口老井浅层页岩（埋深小于1 000 m）压裂测试获得工业气流；2018年，国内第一口浅层页岩气水平井阳102H1-1井压裂测试日产气量为6.3×104m3。目前，太阳背斜已开发的页岩储层埋深介于700～1 800 m，有效开发面积约为127 km2，页岩气探明储量为1 000×108m3[41]。此外，东昆仑八宝山盆地八页1井上三叠统八宝山组（顶界埋深为300 m）钻获页岩气。

与地层埋藏浅、页岩含气量低等特点相对应，浅层页岩气的开发成本也相应降低，具有钻井周期短、建产速度快、投资成本低等优点，是实现程度较高的一类页岩气勘探发展方向。浅层页岩气发育的关键在于优质的先天条件和后期保存，构造改造弱、保存条件好或优质的生物产气条件是浅层页岩气富集的有利指向，滇黔桂—上扬子地区和生物气发育的柴达木、准噶尔、渤海湾、松辽等盆地以及鄂、湘、赣、苏、浙、闽、粤等地区发育的中小型盆地，是浅层页岩气勘探的有利方向。

2.2.3.2 中—上元古界页岩气

作为中国沉积最早的页岩，中—上元古界页岩气发育的地质条件和资源分布值得重视，它们主要分布在中—上扬子地区、华北（京、津、冀、辽）地区及塔里木盆地，分布面积大、单层及连续页岩厚度大、页岩TOC高。华北地区中元古界大量液态油苗和扬子地区震旦系大型气藏的发现，均说明了元古界油气的资源潜力。但由于经历的地质演化时代长、构造运动多、后期改造强，导致保存条件差，许多地区遭受了强烈的抬升暴露及剥蚀，早期生成的烃类大量散失。中上扬子及其周缘（川、渝、黔、鄂、湘）地区的陡山沱组页岩和华北（京、津、冀、辽）地区的洪水庄组和下马岭组页岩气勘探前景值得关注。另外，塔里木盆地的南华系可能存在高TOC页岩。

3 结论

我国页岩气勘探可分为3大领域多个方向，在海相、陆相及海陆过渡相3大领域基础上对华北、扬子及塔里木3大板块分别进行针对性分析、研判，对页岩气的不同方向进行评价研究，有益于宏观把握我国页岩气勘探开发发展方向。加强不同方向并侧重中间过渡类型页岩气勘探研究，将是我国页岩气勘探发展的重要内容。

1）海相页岩地层沉积稳定，单层厚度大、TOC高、有机孔缝发育，页岩气整体成藏条件好。其五峰组—龙马溪组页岩气成藏条件最优，不论是盆地内还是盆地外、深层还是中浅层、超压区还是常压区，仍将是未来一段时间页岩气勘探开发的主体；中上扬子地区的牛蹄塘组和陡山沱组、滇黔桂地区的罗富组和旧司组、华北地区的洪水庄组和下马岭组等页岩，由于Ro高、TOC低、构造保存条件差等原因而影响了其页岩气的进一步突破，可作为战略方向予以重视。

2）陆相页岩主要分布于中新生代盆地，页岩层理缝和粒间孔发育，多类型有机质与其热演化程度的匹配常使页岩气与页岩油共生。无论盆地是中生代还是新生代、深水相还是浅水相、热裂解气还是生物气、深层还是中浅层、页岩气还是页岩油，都将是值得进一步探索的重要领域。地层沉积变化快但累计厚度大，横向稳定性差但构造保存条件好，Ro低，有机质类型多，大中型盆地的构造深部位和斜坡部位、中小型盆地的沉降—沉积中心是陆相页岩气勘探的两大重要方向。

3）海陆过渡相页岩主要形成于晚石炭世—二叠纪，虽然华北和扬子板块略有差异，但页岩与砂岩、泥岩、煤层及碳酸盐岩地层之间的旋回组合基本相似。页岩有机质分布范围广，成岩裂缝发育，成岩与生气作用有利于页岩气成藏但岩性组合与润湿性改变导致了页岩气的逸散，构造保存与成岩保存是该类型页岩气富集的两大要素。该类页岩气评价的各主要参数变化大，但无论是有障壁岛（潮坪—潟湖）还是无障壁岛（三角洲）沉积体系、大中型叠合盆地还是中小型残留盆地，盖层发育且构造保存条件好的深层是海陆过渡相页岩气发育的有利方向。