海陸過渡相頁巖氣層系沉積研究進展與頁巖氣新發現

董大忠，邱振，張磊夫，李樹新，張琴，李星濤，張素榮，劉翰林，王玉滿

1.中國石油勘探開發研究院，北京 100083

2.國家能源頁巖氣研發（實驗）中心，河北廊坊 065007

3.中國石油非常規油氣重點實驗室，河北廊坊 065007

4.中石油煤層氣有限責任公司，北京 100028

0 引言

我國發育3 類富有機質頁巖：海相頁巖、海陸過渡相頁巖、陸相頁巖[1]。目前海相頁巖氣已經實現規模高效開發，在四川盆地發現涪陵、長寧、威遠、昭通等千億方級大氣田，在川南地區形成我國石油工業史上第一個10萬億方級天然氣大氣區。我國海陸過渡相頁巖氣資源豐富，資源量約19.8×1012m3，占我國頁巖氣總資源量的25%，勘探開發潛力大[2]。近年來，中國石油、中國石化、自然資源部等針對海陸過渡相頁巖氣進行了積極探索，完鉆頁巖氣井100 余口，在石炭系、二疊系等多套頁巖地層發現頁巖氣[3-4]，展現出我國海陸過渡相頁巖氣良好的勘探開發前景。

目前海陸過渡相頁巖氣地質研究處在初期階段，已有研究集中在TOC含量、礦物組成、孔隙類型、含氣量等頁巖氣儲層特征方面，同時對海陸過渡相頁巖沉積環境、沉積模式、優質巖相類型等方面也開展了較多研究[4]，但目前仍缺少較為系統的非常規油氣沉積學研究[5-6]，如“海陸過渡相”究竟是指哪些沉積相還存在明顯分歧、海陸過渡環境富有機質頁巖發育特征與分布規律尚不清楚，以及富有機質頁巖沉積模式認識不統一等。本文通過厘定海陸過渡相相關概念與主要特征，梳理國內外典型海陸過渡相頁巖氣層系，歸納海陸過渡相富有機質頁巖沉積研究現狀與新進展，明確海陸過渡相頁巖氣勘探新發現，為海陸過渡相頁巖沉積基礎研究提供參考，推動海陸過渡相頁巖氣快速發展。

1 海陸過渡相概念與劃分

國內外沉積學界一般將沉積相劃分為3大類，即陸相、海相、海陸過渡相/海陸交互相（圖1）。海陸過渡相是海陸過渡環境的產物，在空間上處于海相環境與陸相環境的過渡帶，兼受海洋營力和大陸營力作用。但是，對于海陸過渡相（transitional facies）的劃分尚不完全一致（表1）。何幼斌等（2006）[7]認為海陸過渡相組包含2類沉積相：三角洲相和河口灣相。朱筱敏（2008）[8]認為海陸過渡相組包含5 類沉積相：三角洲相、潟湖相、障壁島相、潮坪相與河口灣相。姜在興（2010）[9]認為海陸過渡相組包含5 類沉積相：三角洲相、辮狀河三角洲相、扇三角洲相、河口灣相與濱岸相。林春明（2019）[10]認為海陸過渡相組包含2 類沉積相：三角洲相和河口灣相。馮增昭（2020）[11]認為海陸過渡相組包括2 類沉積相：三角洲相和河口灣相，并認為只有三角洲相是公認的海陸過渡相；潟湖相、障壁島相與潮坪相應歸屬于濱海相。Boggs（2012）[12]將沉積相劃分為陸相、海相與邊緣海相（marginal marine），“邊緣海相發育于海相與陸相之間”，等同于常用的海陸過渡相，包括6大類沉積相：三角洲相、海灘相、障壁島相、河口灣相、潟湖相與潮坪相。另外，北美部分學者還常用沉積體系（depositional system）概念來描述與沉積過程相關環境中形成的三維沉積體，與海陸過渡相相關的沉積體系包括：三角洲沉積體系和障壁海岸沉積體系[13-14]。

綜合國內外海陸過渡相/環境的劃分，充分考慮沉積學界共識和油氣勘探開發實際需要，本文將海陸過渡相劃分為5 類（圖1、表1）：三角洲相、河口灣相、潟湖相、障壁島相與潮坪相。

三角洲（delta）是河流入海時，由于坡度減緩，流速降低，形成的三角形態沉積體，在空間上位于海相環境和陸相環境的過渡地帶，受河流營力和潮汐營力的共同作用，是公認的海陸過渡相。河口灣（estuary）是被海水淹沒的河口，是河流水流與潮汐水流的匯合處，一般為向海擴展的漏斗狀的狹長海灣，具有淡水、咸水混合的特征。潮坪是靠近海岸、周期性地遭受潮汐作用的陸地。一般認為，按照水動力強弱可將潮坪相劃分為潮上帶、潮間帶與潮下帶[16]。潮上帶為低能帶，水體滯留，泥質含量最多，發育水平層理；潮下帶被波浪反復沖洗，能量較高，砂質含量最高，發育沙丘交錯層理。潮汐層理是鑒定潮汐沉積的充分必要條件，魚骨狀雙向交錯層理是潮汐沉積最明顯的標志[17]。潟湖是平行海/湖岸線，由障壁島或者珊瑚礁隔擋而因此與海/湖水體隔離的區域，受氣候與淡水供給控制。潟湖可分為淡水潟湖與咸化潟湖兩類。當物源充足時，潟湖可轉變為潮坪環境，二者不易區分。此外，潟湖又通常與障壁島伴生發育，一般在障壁島后的向陸一側發育潟湖，因此常被合稱為障壁島—潟湖相。

圖1 海陸過渡沉積相組合分布示意圖（據文獻[15]修改）Fig.1 Diagram showing the distribution of transitional facies (modified from reference[15])

表1 海陸過渡相劃分一覽表Table 1 Classification of transitional facies

2 國外典型海陸過渡相頁巖氣層系

全球已知的頁巖油氣產層以海相頁巖占絕對優勢，海陸過渡相頁巖報道相對較少[18-19]，僅限于美國粉河、墨西哥灣、薩克拉門托、圣胡安與澳大利亞北卡那封、波拿巴等盆地中新生代頁巖（表2）[3-4,18-32]。粉河盆地中新生代海陸過渡相為頁巖、灰巖、砂巖、煤層互層，以III型干酪根為主，煤層氣資源量（0.17～1.1）×1012m3，少量頁巖油氣[18-19]。墨西哥灣盆地、薩克拉門托盆地等中新生代盆地經歷了海相、海陸過渡相、陸相的連續演化過程，以常規油氣為主，局部發育頁巖油氣。美國圣胡安盆地、澳大利亞北卡那封盆地與波拿巴盆地是已知發現或潛在海陸過渡相頁巖氣的重要盆地。

2.1 美國圣胡安盆地白堊系

圣胡安盆地位于美國西部落基山地區的科羅拉多州西南部和新墨西哥州西北部，發現于1947年，面積19 425 km2，是美國煤層氣和頁巖氣開發較成功的盆地，煤層氣開采始于1850 年代，頁巖氣開采始于1990 年代，產層上白堊統Lewis 頁巖，是美國傳統的五大頁巖氣產氣層之一，資源量2.74×1012m3[19]，頁巖氣井單井產量2 831～5 663 m3。Lewis 頁巖厚60～90 m，埋深915～1 828 m，平均厚度425 m，有機質類型以III 型為主，TOC 含量0.45%～2.5%，平均1.3%，Ro為68%～1.88%，孔隙度平均3.0%～5.5%，硅質含量平均56%，含氣量0.42～1.27 m3/t，以吸附氣為主[33]。由于III 型干酪根反映有機質以陸源為主，該頁巖層系被認為是典型的海陸過渡相頁巖。近年來也有一些研究認為Lewis 頁巖為一套完整的三角洲—淺水陸棚—深水陸坡—深水盆地體系沉積，水深為40～450 m，陸棚相與陸坡相頁巖是重要的頁巖氣儲層，而三角洲相僅占很少比例[34-36]。

2.2 澳大利亞北卡那封盆地三疊系與波拿巴盆地侏羅系

北卡那封盆地位于澳大利亞西北陸架的最南端，面積34.35×104km2，地層最大厚度15 000 m，是澳大利亞重要的石油天然氣盆地，也是世界上主要的富氣盆地之一，發現了194 個油氣田，探明石油可采儲量1 637×104t，天然氣可采儲量3.6×1012m3。該盆地三疊系—侏羅系發育多套烴源巖，其中上三疊統Mungaroo組頁巖是主要烴源巖，品質最好，為碳質頁巖和煤巖，干酪根類型為II—III 型，TOC 含量平均2.7%，被認為是海陸過渡相三角洲平原沼澤沉積[31]。

波拿巴盆地位于澳大利亞西北大陸邊緣，面積27×104km2，已發現多個油氣藏，既產油又產氣，烴源巖發育層位為中侏羅統Elang組、上侏羅統Frigate組碳質頁巖與煤巖，干酪根類型為II—III 型，TOC 平均含量為1%～2%，為海陸過渡相三角洲平原和前三角洲沉積[32]。

3 國內典型海陸過渡相頁巖氣層系

盡管我國頁巖氣主要產自五峰組—龍馬溪組海相頁巖，但在鄂爾多斯、四川、渤海灣、柴達木等盆地已證實存在海陸過渡相頁巖氣。這些盆地的海陸過渡相頁巖氣層系主要為石炭系—二疊系頁巖（表2）。

3.1 鄂爾多斯盆地石炭—二疊系太原組與山西組

鄂爾多斯盆地是我國大型含油氣盆地之一，沉積巖厚度5 000～10 000 m，面積37×104km2，油氣勘探開發始于二十世紀初，已發現侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、奧陶系等多套產油氣層系。近年來，二疊系太原組、山西組鉆井不斷發現頁巖氣流。目前對于鄂爾多斯盆地石炭—二疊系沉積相主要有陸相與海陸過渡相兩種認識，多數學者認為鄂爾多斯盆

地太原組—山西組整體為海陸過渡相沉積，但在不同地區分布存在差異[4,37]。近年來隨著石油天然氣勘探開發力度的不斷加大，大量勘探資料與地球化學分析測試資料表明，鄂爾多斯盆地東緣山西組為一套陸表海沉積的頁巖層系，發育多套海陸過渡相富有機質頁巖（圖2a，d），累計厚度43.5～187.3 m，平均厚度88.6 m，有機質類型以Ⅱ—Ⅲ型為主，富有機質頁巖段TOC 含量平均4.91%。太原組為障壁島—碳酸鹽臺地相沉積，山西組以三角洲相、潟湖相沉積為主[4,38-41]，本溪組為海陸過渡相障壁海岸—潟湖沉積體系[42-45]，發育大套厚層灰巖及頁巖地層（圖2b，e）。

表2 主要海陸過渡相頁巖特征Table 2 Characteristics of main transitional shales

圖2 海陸過渡相頁巖露頭、巖芯及鏡下特征（a）山西組黑色富有機質頁巖巖芯照片，頁理發育，大吉51井，2 286 m；（b）本溪組頁巖露頭，陜西韓城剖面；（c）龍潭組頁巖巖芯照片，天東004-X3井，4 121 m；（d）山西組頁巖單偏光薄片，大吉3-4井，2 159.5 m；（e）本溪組頁巖單偏光薄片，陜西韓城剖面；（f）龍潭組頁巖單偏光薄片，蒲西1井，3 740 m；（h）山西組頁巖掃描電鏡，黃鐵礦晶間孔，大吉3-4井，2 039.95 m；（i）山西組頁巖掃描電鏡，微裂縫，大吉3-4井，2 146.93 m；（j）山西組頁巖掃描電鏡，有機質孔，大吉3-4井，2 138.88 mFig.2 Outcrop, core and microscopic-scale characteristics of transitional shales

3.2 南華北盆地石炭—二疊系太原組與山西組

南華北盆地位于華北古板塊南緣，為中生界和古生界的疊合型盆地，面積13×104km2，中牟凹陷為南華北盆地主要構造單元，石炭系—二疊系海陸過渡相富有機質頁巖累計厚度22～370 m，埋深2 800～3 500 m。山西組頁巖厚度43 m，以III型干酪根為主，平均TOC含量為1.49%～2.58%，Ro為2.6%～3.4%，石英含量34%～68%，平均為50%，平均黏土礦物含量56%[20]。太原組頁巖厚度30～175 m，平均TOC 含量為2.67%，平均石英礦物含量為17%～53%，平均為45.6%。太原組、山西組頁巖為潟湖相與三角洲平原相沉積[20]。

3.3 渤海灣盆地石炭—二疊系太原組與山西組

渤海灣盆地石炭—二疊系海陸過渡相頁巖主要是太原組、山西組，太原組與山西組平均脆性礦物含量分別為45.4%與48.9%；TOC含量2%～4%；以III型和II2型干酪根為主，平面上由南向北逐漸降低；富有機質頁巖單層厚度≤25 m，頁巖連續累積厚度≥35 m，但側向厚度變化較大[21]。太原組整體為潮坪—潟湖—障壁島相，山西組整體為淺水三角洲相[22]，富有機質頁巖發育于潟湖相、沼澤相[22]。

3.4 四川盆地二疊系龍潭組

龍潭組是我國南方地區一套重要的烴源巖層系，在四川盆地廣泛發育和穩定分布，為一套海陸過渡相環境沉積，由深灰色—黑色頁巖、灰質頁巖及炭質頁巖組成，普遍夾薄煤層。四川盆地川東地區龍潭組海陸過渡相主要為黑色頁巖（圖2c，f）與薄層粉砂巖、煤層互層。黑色頁巖單層厚度5～40 m，累計厚度60～290 m，TOC 含量平均為2.43%，有機質類型以II—III 型為主。富有機質頁巖主要發育于障壁島—潟湖相、三角洲前緣相，其中障壁島—潟湖相頁巖規模最大[23-25]。川南地區龍潭組海陸過渡相頁巖厚度55～157 m，TOC 含量平均為5.34%，以III 型干酪根為主，為潮坪—潟湖、沼澤、三角洲沉積[23-25]。

3.5 湘中盆地二疊系龍潭組與大隆組

湘中盆地二疊系龍潭組-大隆組發育厚約80 m頁巖[26-28]。漣源凹陷龍潭組頁巖厚度為24 m，有機質類型主要為II—III型。大隆組中部發育富有機質的鈣質頁巖，厚度約50 m，有機質類型主要為II型。湘中凹陷大隆組—龍潭組頁巖以硅質頁巖為主，生物成因硅含量較高；以II型干酪根為主，TOC 平均含量為2.63%。湘中盆地二疊系龍潭組—大隆組頁巖整體為潟湖—沼澤—濱海沉積[26-28,46]。

4 海陸過渡相頁巖氣沉積研究進展

海陸過渡相頁巖主要發育于三角洲相、潟湖相、河口灣相與潮坪相，障壁島相以砂巖為主。潮坪相由于水體較淺，受潮汐淘洗，氧化條件不利于有機質保存，一般認為不是富有機質頁巖的發育相。富有機質頁巖主要發育于三角洲相與潟湖相。

4.1 富有機質頁巖發育環境

4.1.1 三角洲相頁巖

三角洲相是典型的海陸過渡相（表1），沉積學界一般將三角洲相劃分為三角洲平原亞相、三角洲前緣亞相、前三角洲亞相。三角洲前緣以河口壩等砂質沉積體為主，頁巖較少發育。目前已在三角洲前緣砂巖中發現了大量的天然氣，包括孟加拉灣恒河三角洲、澳大利亞西北大陸架、尼羅河三角洲等世界知名的產氣區[47]，其烴源巖均為三角洲平原亞相與前三角洲亞相頁巖，III型干酪根生成了豐富的天然氣。我國南海新生界已發現約340個油氣田，油氣主要富集于三角洲相—海相沉積體系中，三角洲平原是烴源巖發育的主要場所，干酪根類型以III 型為主[29-30]。對南海深水區4個盆地的統計表明，三角洲平原烴源巖包括碳質頁巖與暗色頁巖，TOC 平均含量分別為19.8%和1.58%[29-30]。

前三角洲環境中淡水與咸水混合，浮游生物大量繁殖，勃發時可造成前三角洲貧氧環境，整體有機質來源豐富、黏土含量高、沉積速率低、水動力弱，具備有機質保存的各種有效條件[17]。前三角洲厚層頁巖由于有機質含量高，往往是油氣勘探的重點關注對象。雖然目前尚未見到關于三角洲相頁巖油氣勘探開發的報道，但考慮到三角洲相頁巖厚度大、分布面積廣、有機質含量高，作為烴源巖的巨大生烴能力已被證實，未來有可能成為海陸過渡相頁巖氣的有利產區，其頁巖油氣資源潛力有待深入探索。

4.1.2 潟湖相頁巖

潟湖是平行海/湖岸線，由障壁島或者珊瑚礁隔擋而與海/湖水體隔離的區域，可分為障壁島潟湖與珊瑚礁潟湖兩種。在熱帶開放海地區可見珊瑚礁潟湖，但多數潟湖與障壁島伴生發育，常稱為障壁—潟湖相/障壁—潟湖體系。潟湖相發育于陸表海靠近古陸一側，富有機質頁巖以黑色頁巖、粉砂質頁巖為主，發育水平層理，生物擾動常見，Chondrites遺跡化石發育，常見菱鐵礦結核。當潟湖發育到一定程度時，可出現水體雙層結構，下部水體鹽度、密度高，逐漸缺氧后細菌大量繁殖且產生H2S，易形成還原環境，黃鐵礦發育，有利于有機質沉積富集與保存。在潮濕氣候條件下，封閉的障壁島—潮坪—潟湖體系亦可發育大套煤層，潮坪中平坦的泥坪是發育煤層的最佳場所[48]。

典型潟湖沉積可見于華北二疊系太原組—山西組、湘中下石炭統測水組、川東二疊系龍潭組等[17,37,48-49]。石炭紀—二疊紀，華北板塊廣泛發育陸表海沉積體系，障壁島—潟湖環境分布范圍大，富有機質頁巖發育、厚度大、有機質豐度高[17,50-51]。南華北盆地太原組潟湖相黑色頁巖TOC 含量0.95%～8.04%，平均2.67%[20,46]，鄂爾多斯盆地東緣山西組下部潟湖相頁巖連續厚度約30～40 m，TOC 含量1%～12%，平均3.6%（圖3）。南方揚子板塊二疊紀陸表海體系也廣泛發育，二疊系龍潭組中障壁—潟湖相頁巖TOC平均含量為3.57%，有機質轉化系數A/C值為0.08～2.54，是最優勢的頁巖氣富集段，頁巖氣聚集規模較大[25]。在二疊系龍潭組障壁—潟湖相頁巖上部發育良好煤巖，有利于頁巖氣的保存，可進行煤層氣與頁巖氣聯合開采，實現“體積開發”[37]。

圖3 鄂東大寧吉縣地區大吉3-4 井山西組海陸過渡相頁巖沉積綜合柱狀圖Fig.3 Transitional facies DJ 3-4 well in the Shanxi Formation in the Daning-Jixian area, eastern Ordos Basin

4.2 富有機質頁巖沉積模式

迄今，針對海陸過渡相富有機質頁巖沉積模式的探索相對較少，本文以鄂爾多斯盆地東緣二疊系山西組海陸過渡相富有機質頁巖為重點，提出了富有機質頁巖沉積模式。

鄂爾多斯盆地東緣大寧—吉縣地區大吉3-4 井鉆遇本溪組、太原組與山西組（圖3）。山西組山2段厚度50.5 m，其中黑色頁巖累計厚度36 m，占比大于70%，粉砂巖、細砂巖、中—粗砂巖單層厚度小于3 m，累計厚度約10 m，占比小于30%。

潟湖相頁巖主要發育在上下兩個層段2 135～2 145 m、2 155～2 165 m，連續厚度均為10 m左右，發育水平層理、菱鐵礦結核；附近的鄉寧剖面發現海相腕足類、放射蟲等化石，反映了間歇性海水侵入。2 131～2 137 m發育中—細砂巖，底部見明顯侵蝕面，砂巖發育雙向交錯層理，為潮道相沉積。高精度地球化學數據顯示（圖3），太原組灰巖Sr/Ba與Sr/Cu值高，顯示明顯的海相沉積特征。山西組頁巖具有高TOC 含量，與高Ni/Co、U/Th、Sr/Ba、Sr/Cu 等比值，反映平靜、半咸水—咸水弱還原水體、溫暖濕潤氣候，指示為弱水動力、弱還原的潟湖沉積環境，有利于有機質沉積富集與保存。2 135～2 145 m頁巖段TOC含量與Ni/Co、U/Th、Sr/Ba、Sr/Cu 等比值均高于2 155～2 165 m頁巖段，海水侵入的特征更明顯，反映障壁島潮道口環境受海水影響程度更大，海水通過潮道口進入潟湖，形成半咸水-咸水環境。

綜合巖相組合、沉積構造、地化參數、古生物特征等，認為鄂爾多斯盆地東緣大寧—吉縣地區山西組為典型的障壁島—潟湖沉積模式，垂向上整體以細粒成分為主，富有機質頁巖連續厚度大，一般大于10 m，整體為潟湖相沉積。可識別出三種巖相組合（圖3，圖4）：1）障壁島潮汐水道相砂巖+潟湖相頁巖組合，2）三角洲河口壩相砂巖+潟湖相頁巖組合，3）沖溢扇相砂巖+潟湖相頁巖組合。其中，潮汐水道相砂巖為三套中—細砂巖疊置，單層厚度2～4 m，分別呈現向上變細韻律，砂體純凈、分選性好。砂巖中發育典型的魚骨狀雙向交錯層理，與下覆頁巖突變接觸，反映了潮汐環境下水體反復沖刷簸選。三角洲河口壩相為一套約3 m厚的細砂巖，單層厚度小于1 m，整體呈現明顯的向上變厚、向上變粗韻律，發育塊狀層理、槽狀交錯層理，是一套典型的三角洲平原—河口壩沉積序列。沖溢扇相為厚約1 m的細砂巖，層理不明顯，為暴風浪時海水越過障壁島橫沖向陸方的潟湖一側而形成，分選中等，見貝殼碎屑，周邊泥坪環境有利于煤層形成。

值得注意的是，障壁島相、潮汐水道相與河道相、三角洲分流河道相具有相似的沉積學特征。例如，潮道沉積具有明顯的侵蝕下切面，砂體發育交錯、板狀層理，整體呈現向上變細的韻律，多層潮溝砂巖疊置，厚度可達30～40 m[53]?？紤]到障壁—潮坪—潟湖體系與河流—三角洲體系在巖性組合、沉積構造、古生物組合、遺跡化石、地球化學參數等多方面的相似性，障壁島—潟湖體系有時被誤認為河流—三角洲體系[17]。因此，在對石炭—二疊系海陸過渡相沉積研究時應重點注意。

現代潟湖沉積研究表明：珊瑚礁潟湖水深一般不超過60 m，印度洋Mayotte 島潟湖的水深最大，為92 m。潟湖寬度最大100 km，平均20 km。障壁島—潟湖一般為長條形，全球13%的海岸線發育障壁島—潟湖體系[54]（表3），潟湖面積可超過10×104km2。美國東海岸約1/2 的海岸線發育障壁—潟湖沉積體系，障壁島連續長度達1 500 km，障壁島后向陸方向發育一系列復合潟湖。潟湖沉積速率較大，美國Texas潟湖沉積速率約為0.01 m/年[54]。中國亦發育大量潟湖現代沉積，有些海岸線障壁島—潟湖的比例超過20%，例如灤河三角洲、山東半島、長江三角洲等[50]。

潟湖的發育受構造、氣候、海平面控制，可以因河流、三角洲沉積物輸入而改變。在干旱封閉的潟湖中，當蒸發量大于輸入量時，發育石膏、鹽巖以及干縮裂紋等相關沉積構造。半封閉或有大型海侵導致海水輸入時，古生物組合、水體鹽度都將受到明顯影響。

上述現代沉積研究可知（圖5），海陸過渡地區障壁島—潟湖體系的發育程度、發育規?？赡苓h超目前的認識，潟湖相頁巖是重要的頁巖氣有利相帶。

4.3 頁巖氣儲層特征

鄂爾多斯和四川盆地30 余口井統計表明：海陸過渡相頁巖具備形成優質頁巖氣儲層的基本條件，即存在高TOC 含量頁巖集中段，發育微納米級孔—縫體系，富含石英等脆性礦物，含氣量高，地層壓力適中等[4]。據鄂爾多斯盆地東緣大吉51井，山西組山2段頁巖厚40～80 m，TOC含量1.0%～3.0%，其中潟湖相頁巖段TOC含量2%～12%，平均3.7%。Ro為1.5%～2.6%，處于生氣高峰階段。鄂爾多斯盆地東緣大吉3-4井山2段頁巖厚36 m，TOC含量1%～12%，其中潟湖相頁巖段TOC 含量4.2%～15%，平均5.7%，Ro為1.6%～3%，生氣潛力大。

圖4 鄂爾多斯盆地東緣海陸過渡相富有機質頁巖沉積模式（據文獻[52]修改）Fig.4 Sedimentary model for the organic-rich shales of transitional facies in eastern Ordos Basin (modified from reference [52])

表3 全球障壁島—潟湖海岸線分布Table 3 Global barrier-lagoon coastline distribution

海相頁巖中有機質孔是優勢儲集空間孔隙類型之一，海陸過渡相頁巖中有機質孔、無機質孔均衡發育，有機質孔隙比例相對海相要低。198個樣品分析結果（圖6a），海陸過渡相頁巖氣儲層孔隙孔體積14.9～26.7 uL/g，小于海相頁巖14.3～35.8 μL/g，高于陸相頁巖2.4～25.6 μL/g。390個樣品分析結果（圖6b），海陸過渡相頁巖氣儲層孔隙孔徑分布5～11.4 nm，其中潟湖相頁巖儲層孔隙分布2～50 nm。海陸過渡相頁巖與海相頁巖儲層孔隙的孔徑相當4.6～11.1 nm，小于陸相頁巖儲層孔隙孔徑5.8～20.3 nm。海陸過渡相頁巖孔隙度0.7%～6.3%（圖6c），與陸相頁巖2.1%～5.2%相當，小于海相頁巖2.1%～7.4%。其中潟湖相頁巖儲層孔隙度1.2%～9%，平均2.53%。

圖5 全球現代障壁島—潟湖海岸分布（據文獻[54]修改）Fig.5 Global barrier-lagoon coastline distribution (modified from reference [54])

海陸過渡相頁巖黏土礦物含量30%～60%，石英+長石的含量30%～40%（圖6d），其中潟湖相頁巖石英+長石含量30%～62%，平均38%。海陸過渡相垂向上頁巖、粉砂巖、砂巖、煤巖互層，夾于頁巖之間的粉砂巖、砂巖夾層可提高可壓性。事實上，脆性較低的頁巖也可以是優質的產層，如北美Niobrara頁巖中夾高孔高滲的白堊為主要產層，阿根廷Vaca Muerta頁巖脆性指數比Los Molles頁巖低，但頁巖油氣主要產自Vaca Muerta頁巖[55]。

鄂東緣海陸過渡相頁巖含氣量為1.38～5.66 m3/t，平均2.63 m3/t[4]。四川盆地龍潭組總含氣量0.56～8.78 m3/t，平均2.02 m3/t[3]。海陸過渡相頁巖埋深相對較淺，鄂爾多斯盆地東緣石樓西地區埋深1 600～2 600 m，壓力系數0.95～1.05，以常壓為主[3]。

由上可知，受海陸交互環境影響，海陸過渡相頁巖儲層非均質性強，潟湖相頁巖整體有機質含量高，生氣潛力大，儲層中含粉砂巖、砂巖等夾層，可成為有利產氣層的重要組成部分，且有利于水力壓裂。因此，海陸過渡相頁巖氣勘探開發應主要聚焦于潟湖相富有機質頁巖及整套頁巖層系。

5 海陸過渡相頁巖氣新發現及前景

5.1 海陸過渡相頁巖氣新發現

我國油氣勘探家及相關學者們高度關注頁巖油氣資源潛力和勘探開發前景。北美頁巖油氣資源以海相頁巖層系為主[56-59]（圖7），海陸過渡相頁巖氣僅在圣胡安等盆地白堊系Lewis 頁巖中有生產。近年來，我國頁巖氣勘探開發在海陸過渡相頁巖氣取得了一系列新發現（圖7～9、表4），主要石油企業、自然資源部等在鄂爾多斯盆地東部太原組、山西組實施了大量鉆探，獲得了直井最高測試產量超過0.5×104m3/d、水平井最高測試產量超過6×104m3/d 的工業頁巖氣流。南華北盆地中牟凹陷山西組、湘中漣源凹陷龍潭組3口井獲穩定的低產頁巖氣流。沁水盆地、中揚子地區、下揚子地區及四川盆地等地區及盆地所鉆評價井二疊系均見良好頁巖氣顯示，巖芯實測含氣量最高達到8.78 m3/t。此外，四川盆地川東北、川東南50多口常規天然氣老井二疊系龍潭組頁巖段氣測異常、井涌、井噴等非?；钴S的氣顯示。上述勘探成果充分展現了我國海陸過渡相良好的頁巖氣資源潛力和勘探前景。

圖6 海陸過渡相、海相、陸相頁巖氣儲層（a）孔體積、（b）孔徑、（c）孔隙度、（d）礦物含量統計圖Fig.6 Pores characteristics, porosity and mineral composition of transitional, marine, and continental shale gas

圖7 全球典型頁巖氣層系與巖性組合Fig.7 Lithological associations of global typical shale gas strata

表4 我國海陸過渡相頁巖氣勘探成果統計表Table 4 Explorational results of main Chinese transitional shale gas

我國海陸過渡相頁巖氣勘探開發程度非常低，整體處在早期評價階段。目前主要以我國鄂爾多斯盆地為重點，在其東緣山西組開展了大量勘探開發工作，一批直井與水平井測試獲工業頁巖氣流，多口水平井投入生產，達到工業生產標準，初步實現了海陸過渡相頁巖氣勘探突破，發現了山2 3亞段底部發育海陸過渡相頁巖氣“甜點”段。針對該頁巖氣“甜點”段，2019 年中國石油完鉆了海陸過渡相頁巖氣水平井—吉平1H 井（圖9）。該井水平段長1 760 m，含氣頁巖累計長度1 427 m，含氣頁巖鉆遇率81.08%。該井2020 年8 月24 日投產，截止2020年12 月14 日，累計產氣288.8×104m3，折日產氣量2.7×104m3，最高日產量3.65×104m3，預測動態可采儲量6 484×104m3，單井EUR 為4 440×104m3，展示出良好開發前景。

5.2 海陸過渡相頁巖氣前景展望

我國海陸過渡相頁巖集中發育在石炭—二疊系，主要分布在華北板塊、揚子板塊的盆地中（圖7，圖8）。華北板塊石炭紀—二疊紀海陸過渡相頁巖的富集受陸表海環境控制，呈廣覆式分布，具東西延展、南北分異的特征[60-61]。陸表海環境下臺地體系、障壁—潟湖體系、潮坪—三角洲體系呈帶狀分布（圖10），巖性為灰巖、頁巖、砂巖、煤層等交互。華北板塊障壁沙壩廣泛分布，板塊中部總體為潟湖沉積環境[60-61]，頁巖氣勘探開發有利領域廣闊。

南方揚子板塊二疊紀經歷了持續性的海侵過程，海侵來自于北西與南西兩個方向。受康滇古陸抬升的影響，形成了上揚子地區整體西高東低的格局，由西向東依次發育陸相沖積—河流沉積體系、海陸過渡相三角洲—潮坪、潟湖沉積體系、海相碳酸鹽臺地沉積體系[46]。四川盆地二疊系沉積環境自西南向東北依次為河流、沼澤、潮坪—潟湖、臺地和陸棚[3]，龍潭組海陸過渡相頁巖主要分布在川中—川南，富有機質頁巖厚度20～80 m，展布面積約18×104km2，是海陸過渡相頁巖氣勘探開發的重要領域。

圖8 中國海陸過渡相典型頁巖氣井與有利區預測圖（據文獻[37]修改）Fig.8 Typical transitional facies shale gas wells and prediction of favorable areas in China (modified from reference[37])

圖9 鄂爾多斯盆地典型頁巖氣井地質特征與生產特征（a）大吉51井測井解釋成果圖；（b）吉平1H井測井解釋成果圖；（c）吉平1H井生產曲線Fig.9 Geological and production characteristics of typical transitional shale gas well in the Ordos Basin

圖10 華北地區石炭—二疊紀陸表海古地理格局（據文獻[17]修改）Fig.10 Carboniferous-Permian epi-continental paleogeographic pattern in the north China (modified from reference[17])

同時，全球多個大產氣區，例如埃及尼羅河三角洲、緬甸伊洛瓦底三角洲、孟加拉灣恒河三角洲、澳大利亞西北陸架等，烴源巖都是海陸過渡相碳質頁巖、煤巖，III型干酪根產出了豐富的天然氣[29-30,47]。國內多位學者提出海陸過渡相烴源巖是大陸邊緣盆地最有利的烴源巖類型，成藏條件優越[29-30]，海陸過渡相烴源巖以III型干酪根為主，生烴（氣）能力強，可能是未來頁巖氣勘探開發的重要接替層系。

6 結論

（1）海陸過渡相是海陸過渡環境的產物，空間上處于海相環境與陸相環境的過渡帶，劃分為5 類：三角洲相、河口灣相、障壁島相、潟湖相與潮坪相。國外海陸過渡相頁巖氣層系僅見于少數盆地的中新生界，我國海陸過渡相頁巖氣層系較多，且集中發育在石炭系—二疊系，主要分布在鄂爾多斯盆地與四川盆地。

（2）海陸過渡相富有機質頁巖主要發育在潟湖相、前三角洲亞相與三角洲平原亞相，尤以潟湖相為主。潟湖相分布面積大，是富有機質頁巖沉積的最有利相帶，具備形成頁巖氣“甜點”儲層的關鍵條件。海陸過渡相富有機質頁巖沉積模式為障壁島—潟湖沉積模式，即障壁島有利于形成封閉—半封閉的潟湖水體環境，并造成潟湖水體分層，底部形成缺氧條件，促進有機質大規模沉積富集與保存。

（3）我國海陸過渡相頁巖氣勘探開發程度非常低，整體處在早期評價階段，近些年來通過加強勘探取得了一系列新發現。鄂爾多斯盆地東緣已初步實現了海陸過渡相頁巖氣勘探突破。我國海陸過渡相富有機質頁巖在鄂爾多斯和四川等盆地廣覆式分布，具備良好的頁巖氣資源潛力和勘探開發前景。海陸過渡相頁巖層系常與煤層伴生，可實現頁巖氣與煤層氣“體積開發”，有助于我國天然氣產業高質量大發展。

致謝 本文在研究和撰寫過程中，得到中國石油勘探開發研究院、國家能源頁巖氣研發（實驗）中心、中石油煤層氣有限責任公司的大力支持,以及中國科學院鄒才能院士、戴金星院士的悉心指導，在此一并致謝。