頁巖氣藏分布地質規律與特征

聶海寬，張金川

(中國地質大學(北京)教育部海相儲層演化與油氣富集機理重點實驗室，北京，100083)

頁巖氣是一種新型的非常規天然氣，不同學者對其概念、成藏機理及成藏條件等進行了研究[1-8]。頁巖氣是指主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，以吸附或游離狀態為主要存在方式的天然氣聚集。在頁巖氣藏中，天然氣也存在于夾層狀的粉砂巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖甚至砂巖地層中。頁巖氣為天然氣生成之后在源巖層內就近聚集的結果，表現為典型的“原地”成藏模式[4-7]。本文旨在對產頁巖氣盆地發育的區域構造背景和分布大地構造位置進行研究，進而得出頁巖氣藏分布地質規律與特征。本文作者在分析美國頁巖氣盆地分布規律的基礎上，對其分布的大地構造位置及盆地類型進行分類，認為產頁巖氣盆地主要位于阿巴拉契亞早古生代逆沖褶皺帶、馬拉松—沃希托晚古生代逆沖褶皺帶和科迪勒拉中生代逆沖褶皺帶前緣的前陸盆地及其相鄰地臺之上的克拉通盆地，在此基礎上分析了不同盆地類型中頁巖氣藏的特征及氣藏模式，并對我國主要前陸盆地和克拉通盆地的頁巖氣藏發育情況進行研究。

1 美國頁巖氣分布地質規律

美國已發現的產頁巖氣盆地主要分布在以阿巴拉契亞盆地為代表的東部早古生代前陸盆地帶、以福特沃斯盆地為代表的南部晚古生代前陸盆地帶和以圣胡安盆地為代表的西部中生代前陸盆地帶以及以密執安盆地和伊利諾斯盆地為代表的古生代—中生代克拉通盆地帶(圖1[1,9])。前陸盆地主要位于被動大陸邊緣且后期演化為褶皺帶的區域，克拉通盆地位于地臺之上，沉積了寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、密西西比系(下石炭統)、賓夕法尼亞系(上石炭統)和白堊系等地層的大量富含有機質的黑色頁巖，發育了大量的頁巖氣資源。前陸盆地頁巖氣的地質資源量和可采資源量分別占已發現的65.6%～75.7%和49.6%～58.1%，克拉通盆地分別占24.3%～34.4%和41.9%～50.4%[1]。

1.1 前陸盆地

前陸盆地是油氣的富集區，近10年所發現的52%相關油氣儲量都是在聚斂邊緣[10]。美國在前陸盆地不但找到了大量的常規油氣，而且找到了大量的非常規油氣即頁巖氣資源，這些前陸盆地按時代可分為早古生代、晚古生代和中生代，分別發育在3個逆沖褶皺帶的前緣。

1.1.1 早古生代前陸盆地

早古生代前陸盆地主要位于阿巴拉契亞逆沖褶皺帶前緣，伴隨造山帶的隆起形成，以阿巴拉契亞盆地為代表。阿巴拉契亞逆沖褶皺帶是加里東期北美板塊和非洲板塊碰撞形成的，呈北東—南西向展布，有東傾的大逆掩斷裂帶為邊界，造山帶西側為前陸盆地[11-12]。

阿巴拉契亞盆地是早古生代發育起來的前陸盆地，主要有3次大的構造事件：Taconic，Acadian和Alleghanian構造運動[1]。在晚寒武世—早中奧陶世，為北美板塊被動大陸邊緣的一部分；在晚奧陶世，北美板塊向古Iapetus洋板塊俯沖，導致Taconic構造運動，形成晚奧陶世前陸盆地；中晚泥盆世的陸-陸碰撞，導致Acadian構造運動并形成泥盆紀前陸盆地；中石炭世的 Alleghanian構造運動形成盆地現今的形態。地層沉積在向東傾斜的3期前陸盆地內，形成3套主要沉積旋回，每一旋回底部為碳質頁巖，中部為碎屑巖，頂部為碳酸鹽巖[1]。沉積了奧陶系的 Utica頁巖層、志留系的Rochester和Sodus/Williamson頁巖層以及泥盆系的 Marcellus/Millboro，Geneseo，Rhinestreet，Dunkirk和Ohio頁巖層，這些頁巖均具有有機碳含量高和成熟度高、埋藏淺等特點，且都發現了頁巖氣藏或頁巖氣顯示。該盆地的Big Sandy頁巖氣田發現于1915年，儲量963億m3，在1921—1985年期間，該氣田鉆了1萬多口頁巖氣井，生產了超過708億m3的天然氣[13]。

1.1.2 晚古生代前陸盆地

晚古生代前陸盆地主要是馬拉松—沃希托造山運動形成的，該造山運動是由泛古大陸變形引起的北美板塊和南美板塊碰撞形成[2]，沿著與拗拉槽有關的薄弱處發生下坳沉降形成弧后前陸盆地，主要包括福特沃斯、黑勇士、阿科馬、二疊等盆地[14]，馬拉松—沃希托逆沖帶構成了這類盆地靠近逆沖帶的邊界。這些盆地均在泥盆系和密西西比系黑色頁巖中有頁巖氣藏或頁巖氣顯示，資源量很大，具有代表性的是福特沃斯盆地。

福特沃斯盆地是一個邊緣陡、向北加深的盆地，主要地層有寒武系、奧陶系、密西西比系、賓夕法尼亞系、二疊系和白堊系[2]。寒武紀—晚奧陶世地層為被動大陸邊緣沉積，大部分為碳酸鹽巖沉積；密西西比紀地層為前陸沉積，沉積了 Barnett組頁巖層和Chappel組、Marble Fall組等灰巖層；賓夕法尼亞紀地層為與沃希托構造前緣推進有關的沉降過程和盆地充填。該盆地的Newark East氣田的儲量在全美天然氣田中居第 3，產量居全美天然氣田第 2[15]，是美國最大的頁巖氣田，占全美頁巖氣總產量的一半以上。

1.1.3 中生代前陸盆地

中生代前陸盆地主要位于美國中西部，是科迪勒拉逆沖褶皺帶(法拉隆板塊和北美板塊碰撞形成)的一部分。該地區在前寒武紀、寒武紀、奧陶紀為被動大陸邊緣沉積，在奧陶紀末至泥盆紀抬升剝蝕，在密西西比紀為淺海沉積，在賓夕法尼亞紀和二疊紀形成原始落基山，在中侏羅世重新沉積，并在白堊紀海侵時期形成海道，南北海水相通，沉積了一套區域性的黑色頁巖[11-12]。白堊紀末發生的拉臘米塊斷運動，形成目前山脈和盆地相間的盆山格局，這一類盆地主要有圣胡安、帕拉多、丹佛、尤因塔、大綠河等。其中，在圣胡安、丹佛和尤因塔等盆地的白堊系黑色頁巖層發現了頁巖氣藏。最具代表性、儲量和產量最大的是圣胡安盆地，該盆地橫跨科羅拉多州和新墨西哥州，是1個典型的不對稱盆地，南部較緩，北部較陡。按照地質時代和商業開發時間，該盆地的Lewis頁巖氣藏是美國形成年代最近的頁巖氣藏[1]。

1.2 克拉通盆地

產頁巖氣的克拉通盆地主要包括密執安盆地和伊利諾斯盆地，為內陸克拉通盆地。盆地基底為前寒武系，演化開始于早中寒武世超大陸裂解時期，從衰亡的裂谷拗拉槽或地塹開始，隨后演化為克拉通海灣。在裂谷演化階段后期，盆地進入熱沉降階段，在裂谷沉積地層上沉積了砂巖和碳酸鹽巖地層，在中奧陶世到中密西西比世，主要為巖石圈伸展的構造均衡沉降階段，且伸展范圍受早期裂谷范圍的限制，沉積較緩慢，富含有機質的黑色頁巖就是這一時期沉積的。在古生代的大部分時間里，這類盆地與阿克瑪、黑勇士等克拉通邊緣盆地是相通的，賓夕法尼亞紀晚期到白堊紀晚期的構造運動，造成了盆地現今的構造形態[16]。在這類盆地的泥盆系發現了大量的頁巖氣資源量，如密執安盆地的Antrim頁巖氣藏和伊利諾斯盆地的New Albany頁巖氣藏。

2 頁巖氣藏特征

縱觀產頁巖氣盆地分布的大地構造位置、盆地類型和性質，頁巖氣藏的各種特征也是有規律可循的。分布于前陸盆地的頁巖氣藏埋藏較深，壓力和成熟度較高，天然氣為熱成因，具有高氣體飽和度、低吸附氣含量(圣胡安盆地除外)、低孔滲、平緩的等溫吸附線和較高的開采成本等特點；而位于克拉通盆地的頁巖氣藏則埋藏較淺，壓力和成熟度較低，天然氣為生物成因或混合成因，具有低氣體飽和度、高吸附氣含量、高孔滲、陡峭的等溫吸附線、較低的開采成本等特點，頁巖氣藏模式也有較大差異。

2.1 前陸盆地頁巖氣藏特征

該類盆地一般存在被動大陸邊緣和前陸2個演化階段，均有利于形成頁巖氣藏所必需的頁巖發育，尤其是在層序格架的凝縮段。前陸盆地構造運動比較強，常規油氣難以保存，而頁巖氣藏具有抗破壞能力強的特點，因此，在前陸盆地即使沒有常規油氣發現的區域也可能會發現大量頁巖氣資源。

(1)被動陸緣上的前陸盆地一般發育 2套或多套頁巖層，即被動陸緣和前陸盆地2個階段的頁巖沉積，具有多層次的頁巖發育，具備形成頁巖氣藏良好的物質基礎。如阿巴拉契亞盆地奧陶系頁巖為被動陸緣沉積，而泥盆系頁巖為前陸盆地沉積。頁巖時代分布廣泛，從奧陶紀(阿巴拉契亞盆地的Utica頁巖)到白堊紀都有分布(圣胡安盆地的Lewis頁巖)。

(2)頁巖氣藏一般埋藏較深。主要分布在 3個深度段：

① 小于1.600 km。阿巴拉契亞盆地的Ohio頁巖氣藏和圣胡安盆地的 Lewis頁巖氣藏分布深度為0.915～1.524 km。

② 小于2.600 km。福特沃斯盆地的Barnett頁巖氣藏和阿科馬盆地的 Fayetteville (Arkansas)/Caney(Oklahoma)頁巖氣藏分布深度為1.981～2.591 km。

③ 小于3.600 km。如帕落杜羅盆地Bend頁巖氣藏、阿科馬盆地Woodford頁巖氣藏、黑勇士盆地Floyd頁巖氣藏中氣井的深度分別為 2.515～2.896，1.729～3.657和1.524～3.658 km。

由于埋藏比較深，氣藏的壓力一般較高，故具有輕微超壓的特點，如福特沃斯盆地Barnett頁巖氣藏的壓力梯度為12.21 kPa/m[17]。由于埋藏較深，故氣體飽和度較大，吸附氣含量較小，一般小于50%。

(3)頁巖成熟度較高。天然氣均為熱成因來源。阿巴拉契亞盆地頁巖成熟度Ro為0.5%～4.0%[18]，產氣區的維吉尼亞州和肯塔基州的成熟度變化范圍為0.6%～1.5%，在賓夕法尼亞州西部成熟度可達2.0%，西弗吉尼亞州南部成熟度可達4.0%，且只有在成熟度較高的區域才有頁巖氣產出[13]。福特沃斯盆地Barnett頁巖氣藏生產的干氣是在成熟度(Ro≥1.1%)較高時原油裂解形成的[3]，GTI(Gas Technology Institute)公布了Barnett頁巖氣藏產氣區的成熟度為1.0%～1.3%，實際上產氣區西部成熟度為 1.3%，東部成熟度為 2.1%，平均為1.7%[14-15]。圣胡安盆地Lewis頁巖的成熟度為1.6%～1.9%，也為高成熟度的頁巖氣藏。由此可見：前陸盆地頁巖氣藏中足夠高的頁巖成熟度是頁巖氣藏發育的關鍵，頁巖的高成熟度(＞2%)不是制約頁巖氣成藏的主要因素，相反，成熟度越高，越有利于頁巖氣藏的發育和開發。

(4)裂縫有助于頁巖層中吸附于礦物和(或)有機質表面的天然氣吸附和解吸[1]。裂縫對頁巖氣藏具有雙重作用：一方面，裂縫為天然氣和水通過黑色頁巖層向井筒運移提供通道；另一方面，如果裂縫規模過大，可能導致天然氣散失或氣層與水層相通。由于前陸盆地構造運動比較強，裂縫比較發育，裂縫可能對頁巖氣藏的發育和生產起到一定程度的制約作用，例如，Bowker[17]認為：福特沃斯盆地 Barnett頁巖氣藏裂縫非常發育的區域，天然氣的生產速度最低，高產井基本上都分布在裂縫不太發育之處。因此，前陸盆地頁巖氣藏的勘探不是尋找裂縫，而是尋找高氣體含量、易擴散及能進行壓裂的頁巖氣區，該類頁巖氣藏并不是“裂縫性氣藏”，而是可以被壓裂的頁巖氣藏。

(5)前陸盆地的頁巖氣藏形成了以福特沃斯盆地Newark East氣田Barnett頁巖氣藏為代表的氣藏模式(圖2[17])。位于Barnett頁巖上覆的Marble Falls組、Chappel組(主要分布在Newark East氣田西部)、夾層的 Forestburg組以及其下伏的 Viola/Simpson組或Ellenburger組等灰巖隔層的存在，形成幾套致密的隔板層，把大量原始和誘發裂縫限制在 Barnett頁巖內部，不利于烴類氣體的排出，但有利于頁巖氣井的生產。在Marble Falls等致密灰巖層缺失的地方，鉆井可能導致壓裂能量散失或水淹(裂縫連通飽含水的灰巖層和氣層)，所以，Barnett頁巖及其上下地層的巖性和物性特征是該氣藏被成功勘探開發的關鍵，是確定“甜點”的關鍵因素。最近，在該類頁巖氣藏開發中，采用水平井技術在某種程度上降低了這種影響。

這些致密灰巖層在一定程度上起到了“蓋層”或“隔層”的作用，阻止Barnett頁巖排烴，致使在Barnett頁巖中保存了大量的烴類氣體。這種上下被 Marble Falls組、Ellenburge組或Viola組/Simpson組及中間夾層Forestburg組等致密灰巖層“封閉”的頁巖層，成為一種獨特的頁巖氣藏模式。Barnett頁巖氣藏的成功勘探開發為美國及世界其他地區頁巖氣藏的勘探開發積累了大量的經驗。按照Barnett頁巖氣藏模式在馬拉松—沃希托、阿巴拉契亞逆沖褶皺帶前緣的黑勇士、阿科馬、二疊以及阿巴拉契亞等盆地均發現了大量的頁巖氣資源，如阿巴拉契亞盆地泥盆系 Marcellus頁巖，上下分別為Tully，Onondaga或Huntersville灰巖層所“封閉”，并被Puecell灰巖層分為上、下2段，是Banett頁巖氣藏模式的又一佐證。

圖2 福特沃斯盆地Barnett頁巖氣藏模式圖(據文獻[17]修改)Fig.2 Barnett shale gas reservoir accumulation model of Fort Worth Basin (revised according to Ref.[17])

2.2 克拉通盆地頁巖氣藏特征

(1)位于克拉通盆地的頁巖氣藏主要分布在盆地邊緣較淺的部位，近年來在伊利諾斯盆地較深部位也發現了頁巖氣藏。但就頁巖發育的情況看，盆地中心比邊緣更有利于頁巖氣藏的發育。

(2)與前陸盆地的頁巖氣藏相比，位于克拉通盆地的頁巖氣藏埋藏普遍較淺，目前在該類盆地發現的頁巖氣藏通常小于 1.000 km，伊利諾斯盆地 New Albany頁巖氣藏和密執安盆地 Antrim頁巖氣藏大約有9 000口井，深度范圍為200～610 m。由于埋藏比較淺，氣體飽和度較低，相應的吸附氣含量較高，一般大于50%，如密執安盆地Antrim頁巖氣藏的吸附氣含量高達70%。

(3)頁巖氣藏以低成熟度和高、低成熟度混合為特征，如密執安盆地Antrim頁巖氣藏為低成熟度的頁巖氣藏，而伊利諾斯盆地New Albany頁巖氣藏為高、低成熟度混合的頁巖氣藏。低成熟度的頁巖氣藏的成因主要是生物成因，為埋藏后抬升經歷淡水淋濾而形成的第2次生氣[1,19]。密執安盆地Antrim頁巖的成熟度為0.4%～0.6%[19]，處在生物氣生成階段，為低成熟度的頁巖氣藏。而 Comer等[20]通過對伊利諾斯盆地New Albany頁巖氣藏甲烷氣體的δ13C分析，發現來自盆地南部深層的天然氣都是熱成因，而來自盆地北部相對淺層的天然氣為熱成因和生物成因的混合，為高、低成熟度混合的頁巖氣藏。

(4)克拉通盆地的構造變動較弱，裂縫欠發育，因此，裂縫的發育程度是決定頁巖氣藏品質的重要因素，裂縫發育好的氣藏，品質也較好，反之，則較差。如密執安盆地和伊利諾斯盆地的頁巖就是尋找裂縫較發育的區域(在其他地質條件相似的情況下)，并且大部分井還需壓裂才能獲得較大產能。

(5)克拉通盆地的構造形態為四周高、中間低，這種形態決定了淡水由盆地邊緣向中心注入，成為克拉通盆地1種典型的頁巖氣藏模式(圖3)。Martini等[19]認為在更新世時期，大氣降水充注到富含有機質且裂縫發育的Antrim頁巖，極大地促進了生物甲烷氣的生成，在密執安盆地北部和西部邊緣形成了大量的該類氣藏。伊利諾斯盆地亦為此類頁巖氣藏。

圖3 密執安盆地Antrim頁巖氣藏模式圖Fig.3 Antrim shale gas reservoir accumulation model of Michigan Basin

3 我國頁巖氣發育條件

美國頁巖氣藏基本上分布在古生代、中生代被動陸緣演化為前陸盆地的區域和克拉通臺地區，而我國在漫長的地質歷史時期也發育多種相似類型的盆地。這些盆地所處的大地構造位置、類型、性質及頁巖時代、沉積環境、地化指標等與美國的盆地極其相似，雖然中美各時代的盆地具體性質不同，地臺區周邊造山帶逆轉的時代不同，形成的盆地類型稍有差異，但是，勘探實踐表明，盆地中油氣的分布及地質特征是有規律可循的。因此，在類比的基礎上研究我國盆地與美國主要產頁巖氣盆地的相似性，認為我國廣泛存在頁巖氣藏發育的空間。

3.1 相似的盆地類型及大地構造位置

古生代我國發育揚子、塔里木和華北三大克拉通地臺，地臺上為典型的克拉通沉積，克拉通邊緣早期為被動大陸邊緣沉積，晚期為前陸沉積，發育古生代、中生代前陸盆地和克拉通盆地。克拉通盆地主要包括四川、華北和塔里木，但由于經歷了漫長地質歷史時期的改造，目前僅存四川、鄂爾多斯和塔里木盆地中心地區。

3.1.1 早古生代前陸盆地

早古生代前陸盆地主要發育在加里東晚期，塔里木、四川和鄂爾多斯古生代海相盆地具有相似的地質演化，泛大陸解體后，震旦紀—早中奧陶世為被動大陸邊緣，中晚奧陶世至志留紀為前陸盆地，代表三大陸塊與周邊洋盆的盆山轉換[21-22]。揚子地臺在加里東晚期，華南洋向江紹一帶俯沖、消減形成江南造山帶、雪峰山造山帶并與黔中和牛首山古隆起相連，在造山帶前緣形成前陸盆地[22-23]。在早志留世，秦嶺洋與華北地塊、塔里木地塊以及柴達木地塊碰撞，也形成一系列前陸盆地[22]，如北祁連山前陸盆地。鄂爾多斯盆地西緣和南緣是在元古界秦祁賀三叉裂谷基礎上發育的早元古代被動大陸邊緣，中奧陶世至中石炭世秦祁海槽向東、向北方向俯沖碰撞，形成前陸盆地[24]。塔里木盆地南緣志留紀至泥盆紀存在周緣前陸盆地[25-26]。

3.1.2 晚古生代前陸盆地

晚古生代前陸盆地主要發育在滇黔貴地區、塔里木北緣及準噶爾盆地周緣，主要發生在泥盆紀和二疊紀。中奧陶世—志留紀武夷、閩臺微陸塊向華南古板塊拼貼時，廣西“欽防海槽”和“十萬大山”盆地區處于“殘留被動大陸邊緣盆地”演化階段，其后經歷了早泥盆世殘留洋盆地、晚古生代特提斯被動大陸邊緣盆地，到晚二疊世早期轉變為前陸盆地[22]。塔里木北部周緣前陸盆地發育于泥盆紀末至早三疊世期間[27]。準噶爾盆地周緣在二疊紀也演化為前陸盆地[28]。

3.1.3 中生代前陸盆地

中生代前陸盆地主要分布在南方和中西部地區。中生代早期的印支運動是主要的構造變形期和被動大陸邊緣向前陸盆地演化的轉折階段。華南板塊裂解為揚子板塊和東南板塊，由臺地沉積轉變為前陸沉積，在揚子板塊南北緣逐漸形成南北 2條前陸盆地帶[22,29]。北帶主要由上揚子(龍門山)、中揚子北部(大巴山和桐柏山前陸盆地)、下揚子(寧鎮前陸盆地)3個周緣前陸盆地群及合肥沖斷前淵盆地構成；南帶主要由蘭坪—思茅、十萬大山、楚雄、南盤江、桂東南等弧后前陸盆地及渝東—湘鄂西、湘贛等陸內造山帶形成的類前陸盆地群構成。中西部前陸沖斷帶屬于特提斯北緣盆地群，有統一的大地構造背景、位置與古氣候帶[25]。在鄂爾多斯盆地西緣也形成了中生代前陸盆地[25]。塔里木地臺周緣中新生代前陸盆地十分發育，代表性的地區有塔西南、喀什、葉城、庫車及且未等，主要分布在天山、昆侖山及阿爾金造山帶與塔里木克拉通盆地邊緣相接地區[25,30]。

與美國主要產頁巖氣盆地相比，我國的前陸盆地和克拉通盆地經歷了加里東、海西兩大構造旋回，又經歷了中生代構造運動的改造，原有的前淵沉積連同下伏的地臺沉積一起卷入沖斷褶皺變動改造之中，被后期構造運動改造得面目全非。如在揚子地臺，印支期前陸除龍門山前經長期演化保持良好外，僅楚雄、西昌和大巴山前仍存在構造盆地，中下揚子區本質上已完全轉成褶皺沖斷構造帶[22]。古生代的江南—雪峰北緣前陸區也被改造得面目全非。在這樣的構造背景之下，常規油氣難以保存，而頁巖氣具有抗破壞能力強的特點，在常規油氣不能發育的地區，其仍有很好的發育條件，因此，在這些地區，頁巖氣可能是進行勘探的關鍵所在。

3.2 相似的頁巖沉積環境

有利的大地構造背景必須與有利的古氣候和古環境結合才具備形成大規模油氣的物質基礎[31]。與美國有利于頁巖氣藏發育的前陸盆地和克拉通盆地對應的是有利于黑色頁巖沉積的古氣候和古環境，已經發現頁巖氣藏的頁巖主要為被動大陸邊緣沉積、前陸撓曲形成的滯留環境沉積和克拉通內坳陷沉積等。

3.2.1 被動大陸邊緣沉積

包括被動大陸邊緣裂谷和緩坡陸棚環境，該環境一般被上升洋流控制，通常攜帶生物大量繁殖所需要的營養物質，表層海水中生物大量繁殖、死亡后在海底迅速大量堆積，耗盡海底中的氧形成強還原環境，有利于有機質保存。在這樣的大地構造背景以及與之匹配的沉積環境之上，沉積了大套富含有機質的黑色頁巖，其中最有利于頁巖氣藏發育的部位是水進體系域的凝縮段，如在大綠河盆地 Lewis頁巖 Asquith Marker段[32]和阿巴拉契亞盆地奧陶系Utica頁巖[33]中均發現了頁巖氣藏或頁巖氣顯示。我國南方揚子地臺周緣的寒武系和奧陶系也均發育凝縮段沉積的黑色頁巖[22]，具備形成頁巖氣藏的物質基礎。

3.2.2 前陸撓曲形成的滯留環境沉積

前陸撓曲形成滯留盆地，阻止了水的側向流動，表層含氧水與深層水的混合受阻，有利于還原環境的形成。如阿巴拉契亞盆地泥盆系黑色頁巖和以福特沃斯盆地為代表的南部晚古生代前陸盆地泥盆系—密西西比系黑色頁巖均屬于這類沉積。在中晚奧陶世—早志留世，南方地區黔中—江南—雪峰山一帶為前陸隆起帶，隆起帶以西、以北形成滯留盆地，上、中、下揚子原淺水碳酸鹽臺地被富含筆石的黑色頁巖覆蓋。三疊系的黑色頁巖也形成于這種環境。

3.2.3 克拉通內坳陷沉積

在泥盆紀時期，隨著相對海平面的上升，密執安盆地和伊利諾斯盆地被海水淹沒，成為頁巖沉積的淺海環境，在這一時期形成的泥盆系富含有機質的黑色頁巖在從加拿大中西部到美國東南部的北美地臺廣泛分布。我國的四川、鄂爾多斯和塔里木等盆地的古生界部分黑色頁巖也在此類沉積環境中沉積。

海相黑色頁巖一般形成于上述三種沉積環境，且多與碳酸鹽巖伴生，其分布往往很廣、很穩定。根據前人對中國含油氣盆地的巖相古地理和烴源巖的研究結果，從中、晚元古代至中生代的不同時期，均在不同地區不同程度地發育海相暗色頁巖(圖5)。

以我國南方古生代為例，沉積了克拉通內坳陷、被動大陸邊緣的寒武系黑色頁巖和前陸撓曲階段的奧陶系—志留系黑色頁巖。寒武系黑色頁巖主要發育在梅樹村期和筇竹寺期最大海侵時，表現為最大凝縮層沉積特征，發育了筇竹寺組和滄浪鋪組及其相當層位的黑色頁巖[22]。奧陶紀為南方構造和沉積演化的變革期，被動大陸邊緣轉為前陸盆地，奧陶系五峰組—志留系龍馬溪組為黑色、深灰色碳質、硅質泥頁巖。與美國主要產頁巖氣頁巖相比，寒武系、奧陶系、志留系黑色頁巖具有有機碳含量高、成熟度高、厚度大等特點(表1[21])，具備頁巖氣藏發育的良好條件。值得一提的是：在南方普遍演化程度較高的情況下，局部存在演化程度較低且適合頁巖氣藏發育的地區，如江南隆起邊緣，北緣的成熟度Ro為0.6%～1.3%，南緣的成熟度Ro為1.3%～2.0%，下寒武統在黃平、都勻地區也僅為1.9%～2.0%[22]，這些地區是頁巖氣藏發育最有利的地區。

圖5 中國主要盆地海相頁巖發育(據文獻[21]修改)Fig.5 Major marine basin shale development in China (revised according to Ref.[21])

表1 我國主要海相頁巖與世界部分海相頁巖剩余有機碳含量對比表Table 1 Comparison of total organic carbon between China major marine shale and some of the world's marine shale

4 結論

(1)美國產頁巖氣盆地主要分布在被動大陸邊緣演化為前陸盆地的區域和克拉通臺地區。按照盆地類型可分為前陸盆地和克拉通盆地。

(2)江南雪峰山北緣、鄂西及塔里木南緣等早古生代前陸盆地，準噶爾盆地周緣、“欽防海槽”和“十萬大山”等晚古生代前陸盆地，揚子板塊南北2條前陸盆地帶等中生代前陸盆地以及塔里木、四川和鄂爾多斯等克拉通盆地都具備頁巖氣藏發育的條件。

(3)盡管頁巖氣藏的抗破壞性較強，阿巴拉契亞等古生代前陸盆地在后期構造運動中也被強烈改造，但均發現大量的頁巖氣資源，因此，有必要對我國前陸盆地頁巖氣進行研究。

(4)從產頁巖氣盆地分布的大地構造位置和盆地類型來看，在構造運動較強的前陸盆地和構造活動較弱的克拉通盆地都有頁巖氣藏發育，照此特征預測，在裂谷盆地中黑色頁巖發育較好的區域，也應該有頁巖氣藏發育。因此，諸如松遼盆地和渤海灣盆地之類的中新生代裂谷盆地的頁巖氣藏不容忽視。

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