中國頁巖氣成藏模式

張金川 李 振 王東升 許龍飛 李中明 牛嘉亮 陳 雷 孫宇航 李謙超 楊振坤 趙星旭 武向真 朗 岳

1.自然資源部頁巖氣資源戰(zhàn)略評價重點實驗室·中國地質(zhì)大學(xué)（北京） 2.河南省地質(zhì)調(diào)查院

0 引言

經(jīng)過近20年的努力探索和積極實踐，中國頁巖氣在理論技術(shù)和生產(chǎn)實踐方面均取得了豐碩成果，突破了傳統(tǒng)油氣地質(zhì)理論的束縛，擴(kuò)展了頁巖氣勘探開發(fā)新領(lǐng)域。國家級頁巖氣示范區(qū)的建立，推動了我國頁巖氣儲量、產(chǎn)量的快速提升。

2009年，威201井開鉆、渝頁1井發(fā)現(xiàn)了頁巖氣，國家能源局開始研究制定鼓勵頁巖氣勘探開發(fā)利用的政策方案，我國頁巖氣由此步入了勘探開發(fā)的快車道。2010年，威201井投產(chǎn)，全國頁巖氣資源評價與有利選區(qū)項目劃分出了“川渝黔鄂”先導(dǎo)試驗區(qū)。2011年，原國土資源部開啟了第一輪頁巖氣探礦權(quán)出讓招標(biāo)。2012年，國務(wù)院批準(zhǔn)頁巖氣為新發(fā)現(xiàn)礦種（第172個礦種），國家能源局發(fā)布《頁巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011—2015年）》，國土資源部發(fā)布我國頁巖氣資源潛力首次評價成果，并開展了第二輪頁巖氣探礦權(quán)招標(biāo)投標(biāo)，焦頁1HF井鉆獲高產(chǎn)頁巖氣流，國家發(fā)展和改革委員會（以下簡稱“發(fā)改委”）批準(zhǔn)設(shè)立長寧—威遠(yuǎn)、昭通國家級海相頁巖氣示范區(qū)和延安陸相國家級頁巖氣示范區(qū)。2013年，發(fā)改委正式批準(zhǔn)設(shè)立涪陵國家級頁巖氣示范區(qū)。此后，我國頁巖氣產(chǎn)量連創(chuàng)新高，至2017年，頁巖氣年產(chǎn)量超過加拿大，成為僅次于美國的全球第二大頁巖氣生產(chǎn)國。2020年我國頁巖氣年產(chǎn)量超過200×108m3、2021年又超過220×108m3，頁巖氣已經(jīng)成為中國天然氣增儲上產(chǎn)的重要組成部分。

我國已經(jīng)建成了多個國家級頁巖氣開發(fā)示范區(qū)，突出頁巖氣地質(zhì)理論、工程技術(shù)及開發(fā)生產(chǎn)等關(guān)鍵問題，有針對性地解決了不同地區(qū)和類型頁巖氣增儲上產(chǎn)一系列技術(shù)難題并形成了自主創(chuàng)新體系，加快了頁巖氣產(chǎn)業(yè)化步伐，獲得了頁巖氣開發(fā)的規(guī)模性效益，提升了國家頁巖氣勘探開發(fā)整體技術(shù)水平。經(jīng)過多方努力和探索，我國已經(jīng)在不同地區(qū)部署了一批頁巖氣探礦權(quán)區(qū)塊，形成了頁巖氣勘探開發(fā)重點區(qū)域，發(fā)現(xiàn)了一批頁巖氣潛在領(lǐng)域和目標(biāo)。截至目前，不同類型的頁巖氣藏仍在不斷被發(fā)現(xiàn)之中。

中國頁巖氣主要發(fā)育在揚子、華北、塔里木等板塊約束下的多期次活動構(gòu)造背景中，頁巖形成時代和環(huán)境、保存狀態(tài)、有機(jī)地球化學(xué)條件、儲集物性參數(shù)及含氣性等均表現(xiàn)出了變化的復(fù)雜性和高度的不確定性[1]。不同地區(qū)和類型的頁巖形成了多種頁巖氣成藏模式，頁巖氣富集主控因素各異。以海相頁巖為主，前人建立了不同地區(qū)和層系的頁巖氣富集地質(zhì)模式[2-11]。盡管中國頁巖氣在地質(zhì)理論和勘探開發(fā)方面都取得了重大進(jìn)展，但是對于頁巖氣成藏地質(zhì)特殊性和富集規(guī)律性方面的研究仍然較為薄弱，影響了對頁巖氣遠(yuǎn)景區(qū)、有利區(qū)及甜點區(qū)的優(yōu)選和資源潛力評價，也在一定程度上制約了對頁巖氣的勘探研究及系統(tǒng)認(rèn)識。為此，筆者針對中國頁巖氣成藏模式開展了研究，以期豐富和完善頁巖氣勘探理論和方法。

1 中國頁巖氣發(fā)育地質(zhì)背景

經(jīng)過晉寧、興凱、加里東、海西、印支、燕山及喜馬拉雅等一系列構(gòu)造運動，我國頁巖沉積逐漸由大陸邊緣、廣海相轉(zhuǎn)變?yōu)榕璧叵啵瑥闹性糯绻派⑼砉派街行律来涡纬闪瞬煌愋秃吞攸c的頁巖。

華北板塊最早從羅迪尼亞超大陸解體出來[12-13]，其變質(zhì)作用停止于呂梁運動。在中晚元古代的燕遼運動期間，主要在板塊北部形成了以潮間、潮下、潟湖及陸棚為主要特點的濱淺海相，沉積了中、新元古界串嶺溝組、洪水莊組及下馬嶺組等頁巖。進(jìn)入早古生代，板塊向南東方向傾覆，主要在板塊東南角形成了可與揚子板塊對比的早寒武世頁巖。晚古生代則以陸表海相為主，主要形成了潮坪、潟湖、三角洲等沉積環(huán)境下的海陸過渡相煤系頁巖，石炭系—二疊系本溪組、太原組及山西組等鈣質(zhì)和砂質(zhì)頁巖、粉砂巖、石灰?guī)r及煤層交替出現(xiàn)，分布廣泛。至中生代—新生代，則形成以深湖、半深湖、（扇）三角洲及泛濫平原等為主的陸相頁巖，可與砂巖、粉砂巖、煤及碳酸鹽巖等夾互層。

華南地區(qū)最古老的頁巖見于上揚子板塊西南緣，為夾于兩套冰磧層之間的南華系大塘坡組，巖性為夾薄層狀石灰?guī)r或白云巖透鏡體的含錳頁巖、碳質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、黑色粉砂巖及硬錳礦薄層。在晚震旦世、早寒武世及晚奧陶世—早志留世，以揚子板塊為主體形成了從廣海陸棚相到半封閉海灣相的3套頁巖。至晚古生代，海水由南向北侵入華南地區(qū)，泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)及二疊紀(jì)先后沉積了深水頁巖—硅質(zhì)巖—碳酸鹽巖（塘丁組、納標(biāo)組、羅富組及榴江組）、濱海沼澤相至濱淺海相碳質(zhì)頁巖—灰黑色泥晶石灰?guī)r—砂質(zhì)頁巖夾煤層（巖關(guān)組、大塘組及梁山組）、陸棚相—三角洲相碳質(zhì)頁巖—碳酸鹽巖—硅質(zhì)巖夾煤層（孤峰組、龍?zhí)督M及大隆組），沉積范圍逐漸增大。晚三疊世海水退出，侏羅紀(jì)以來發(fā)育湖相沉積。

塔里木板塊在中元古代—晚元古代形成了以間冰期濱淺海相為主的頁巖，沉積厚度大、地層巖性雜，分別出現(xiàn)了照壁山組和特瑞愛肯組、育肯溝組和水泉組[14]兩次從碎屑巖向碳酸鹽巖方向的轉(zhuǎn)變，形成了頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖、砂巖和鈣質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r、薄層石灰?guī)r、白云質(zhì)石灰?guī)r等巖性組合。早中寒武世和中晚奧陶世，形成了與揚子板塊有一定可比性的陸棚、蒸發(fā)潟湖及封閉—半封閉海灣相頁巖。石炭紀(jì)至二疊紀(jì)，主要發(fā)育濱海沼澤相、河流沼澤相碳質(zhì)頁巖和前三角洲相頁巖。至中生代，侏羅系的陸盆沼澤相、半深湖相及深湖相煤系頁巖發(fā)育。

從中元古代到新生代，我國發(fā)育了多套不同類型和特點的富有機(jī)質(zhì)頁巖層系。這些層系先后形成于海相、海陸過渡相和陸相。海相富有機(jī)質(zhì)頁巖是目前我國頁巖氣勘探開發(fā)的重點層系，具有分布穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)層段厚度大、有機(jī)質(zhì)類型好、熱演化程度高、脆性礦物含量高等特點，受后期構(gòu)造運動的影響，其保存條件及含氣性變化較大。發(fā)育在四川盆地及其周緣的上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組海相頁巖是我國頁巖氣勘探發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn)實踐的主要層系，目前仍然是我國頁巖氣增儲上產(chǎn)的主要目的層系。該套地層的發(fā)育主要受加里東運動的影響，受限于川中、黔中及雪峰山隆起，形成了以封閉—半封閉深水陸棚相為主的頁巖沉積，優(yōu)質(zhì)頁巖集中段厚度一般超過30 m，富順—永川地區(qū)達(dá)到68 m[5]。

海陸過渡相頁巖主要形成于水體較淺的動蕩環(huán)境中，石炭—二疊系潮坪、潟湖或三角洲相的頁巖、致密砂巖、碳酸鹽巖及煤頻繁互層。頁巖黏土礦物含量高，地層連續(xù)，累計烴源巖厚度一般介于50～180 m[15]，埋藏深度變化大。頁巖在平面和剖面上的連續(xù)性都較差，地層普遍含有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)類型以腐殖型（以下簡稱Ⅲ型）為主兼有偏腐殖混合型（以下簡稱Ⅱ2型），有機(jī)質(zhì)成熟度（Ro）普遍較高。

陸相富有機(jī)質(zhì)頁巖分布于不同規(guī)模的盆地中，有機(jī)質(zhì)類型較全，可分為不含煤型和含煤型兩種。前者頁巖主要發(fā)育在深湖、半深湖環(huán)境中，頁巖厚度大，其中常可夾有粉砂巖或與粉砂巖互層，也可與碳酸鹽巖過渡，有機(jī)質(zhì)類型主要為腐泥型（以下簡稱Ⅰ型）或偏腐泥混合型（以下簡稱Ⅱ1型）；后者主要發(fā)育在沖積扇—河流—濱淺湖相沉積體系中，頁巖常與致密砂巖和煤互層，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ1或Ⅲ型為主，即便是較低的有機(jī)質(zhì)成熟度也有可能形成頁巖氣藏。陸相頁巖形成時代較晚，構(gòu)造保存條件相對較好，但石英含量和Ro普遍較低。

2 中國頁巖氣發(fā)育地質(zhì)特征與成藏模式

2.1 盆地類型與頁巖氣發(fā)育地質(zhì)條件

2.1.1 前陸盆地

造山帶與克拉通之間的相向運動決定了其間沉積產(chǎn)物的發(fā)育和分布，前陸盆地沉積主體為陸源碎屑的海盆或陸盆，缺乏火山活動和海相碳酸鹽巖沉積。前陸盆地包含了從海相到陸相的巨厚沉積物，可以分解為初期的陸源性和遠(yuǎn)洋性頁巖、早期巨厚的陸源碎屑質(zhì)復(fù)理石、晚期的陸相磨拉石沉積。盆地形成早期沉積了物源主要來自克拉通的深水相復(fù)理石，由泥巖、鈣質(zhì)頁巖、砂質(zhì)頁巖等巨厚沉積物組成，夾少量泥灰?guī)r、石灰?guī)r或礫巖。作為海相濁積產(chǎn)物，規(guī)則、單調(diào)、巨厚、互層狀的砂巖和頁巖韻律層明顯，其中的石英含量高、成分成熟度高。對于中小型前陸盆地，可以形成煤及煤系頁巖，是頁巖氣發(fā)育的有利層系。盆地發(fā)育晚期主要沉積了巨厚的磨拉石，沉積環(huán)境從海相向陸相轉(zhuǎn)變，淺海、濱淺海、三角洲或陸相相變急劇，物源主要來自造山帶的巖屑，頁巖、砂巖及礫巖等沉積物粒度逐漸變粗，磨圓度、分選性及韻律性變差，少量發(fā)育泥灰?guī)r、煤層或其他碳酸鹽類沉積物。

前陸盆地沉積過程中，沉積水體逐漸變淺，沉積物粒度不斷變粗。其中，前淵是前陸盆地的沉積中心，可形成盆地初期的深海相、早期的深海—淺海相、晚期的淺海相或陸相沉積，對應(yīng)形成深海相、淺海陸棚相、淺湖相及三角洲相等頁巖及煤系頁巖。前陸盆地楔形地層厚度大，頁巖類型多、埋深大，形成時代早、保存條件好，有機(jī)質(zhì)類型多樣、熱演化程度高，是頁巖氣形成與分布的主要類型（表1、2）。

表1 不同類型盆地中的頁巖發(fā)育特征表

阿巴拉契亞盆地（Appalachian Basin）是美國頁巖氣產(chǎn)出的重要代表，泥盆系Ohio海相頁巖主要形成深水陸棚、陸坡及三角洲等沉積環(huán)境，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型有機(jī)質(zhì)均有發(fā)育，TOC介于0.5%～23%，Ro介于0.4%～4.0%[1,24]，是美國最早開始生產(chǎn)頁巖氣的盆地。我國中西部地區(qū)發(fā)育了一系列前陸盆地，包括準(zhǔn)噶爾盆地南緣、庫車盆地、塔西南盆地、吐哈盆地、鄂爾多斯盆地西緣、四川盆地西部坳陷（以下簡稱川西坳陷）、楚雄盆地等（表2），頁巖和煤系頁巖多發(fā)育在深淺湖、（扇）三角洲等環(huán)境中，可與粉砂巖、泥質(zhì)砂巖、細(xì)砂巖及煤等互層，其分布受盆地構(gòu)造、沉積演化等因素的控制，是頁巖氣發(fā)育和分布的主要遠(yuǎn)景區(qū)。

表2 我國典型前陸盆地（坳陷）頁巖參數(shù)表

2.1.2 克拉通盆地

典型的克拉通盆地多形成于構(gòu)造相對穩(wěn)定的應(yīng)力薄弱帶，在褶皺變質(zhì)基底之上發(fā)育面積大、厚度小、巖性變化復(fù)雜的沉積蓋層。受沉積條件的影響，可以形成火山巖、碳酸鹽巖及碎屑巖等巖石地層序列。當(dāng)氣候溫濕、沉降速度加快、沉積水深加大時，碎屑沉積由紅層、鐵質(zhì)巖、鋁土巖、石英巖、砂質(zhì)巖等轉(zhuǎn)變?yōu)楹杭懊合淀搸r，在盆地沉積中心處形成富有機(jī)質(zhì)頁巖。

克拉通盆地沉降幅度較小、沉積水體較淺，頁巖常可形成于淺海、濱海（三角洲、潟湖、潮坪、沼澤等）、沖積平原等沉積環(huán)境中，頁巖、粉砂巖、砂巖及煤等地層巖性厚度變化復(fù)雜，黏土礦物含量高。頁巖層數(shù)較多，厚度變化較大。其中的有機(jī)質(zhì)類型受沉積環(huán)境的影響，早古生代海相以Ⅰ型為主，晚古生代海陸過渡相以Ⅲ型為主，中新生代陸相可見Ⅱ型。晚古生代特殊的巖性組合及Ⅲ型干酪根的發(fā)育，使頁巖氣以吸附狀態(tài)為主。TOC變化較大，多介于0.5%～2.0%，最高可達(dá)20%。由于構(gòu)造變動和巖漿活動均較弱，目前的有機(jī)質(zhì)成熟度普遍偏低，多介于0.4%～2.5%。

伊利諾斯（泥盆系New Albany頁巖）和圣胡安（白堊系Lewis頁巖）盆地均屬于該類型，是美國頁巖氣的重要產(chǎn)區(qū)。我國克拉通盆地主要發(fā)育海相和海陸過渡相富有機(jī)質(zhì)頁巖，厚度大、有機(jī)碳含量高、熱演化成熟度高（表3）。其中，沁水、南華北及鄂爾多斯（石炭—二疊系太原組、山西組頁巖）等盆地的頁巖氣成藏地質(zhì)條件具有可比性。這些克拉通盆地的后期構(gòu)造運動強(qiáng)烈，改造作用明顯，有機(jī)質(zhì)熱演化成熟度明顯提高，頁巖氣保存條件受到了不利的影響。

表3 我國典型克拉通盆地頁巖參數(shù)表

2.1.3 裂陷盆地

裂陷盆地包括大洋、陸間、陸內(nèi)等多種類型，渤海灣、蘇北、江漢等盆地均主要屬于陸內(nèi)裂谷。從中生代末開始，中國東部地區(qū)即進(jìn)入裂陷盆地發(fā)育階段。在盆地形成之初，裂陷和火山活動強(qiáng)烈，盆地內(nèi)主要為干旱背景下的洪積扇、沖積扇、河流及沼澤等沉積環(huán)境，接受火山碎屑巖、底礫巖、砂巖及局部煤等沉積，頁巖欠發(fā)育。盆地發(fā)育早期，基底沉降作用明顯，在斷陷深處形成以深湖相、半深湖相、淺湖相為主的頁巖沉積，間夾濁積、三角洲等粗屑物，頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖及細(xì)砂巖等交替變化，可出現(xiàn)石灰質(zhì)和白云質(zhì)，形成鈣質(zhì)頁巖、白云質(zhì)頁巖，甚至碳酸鹽巖。頁巖厚度大但巖性變化快，TOC高但Ro低，孔滲物性好但黏土含量高，盡管埋藏深度較大，但仍屬于盆地中發(fā)育最好的頁巖。演化中期的盆地基底沉降速度減緩，沉積物加載速率變快，沉積水體變淺，出現(xiàn)濱淺湖相、三角洲相等沉積環(huán)境，粗屑沉積物增加，阻礙頁巖發(fā)育。至晚期，河流相為主的沉積環(huán)境難以形成規(guī)模性的高品質(zhì)頁巖。

陸內(nèi)裂陷盆地中，深湖相、淺湖相頁巖主要發(fā)育在深部斷陷中，頁巖厚度大、連續(xù)性好，黏土礦物含量高，總有機(jī)碳含量穩(wěn)定，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅰ型或Ⅱ型為主。三角洲相頁巖主要發(fā)育在盆地演化中期，厚度薄、巖性雜、變化快，Ⅲ型為主的有機(jī)質(zhì)在較低的熱演化成熟度條件下即可生氣并形成頁巖氣。較高的地溫梯度加快了有機(jī)質(zhì)的成熟。中新生代裂陷盆地中的頁巖有機(jī)質(zhì)目前均主要處于生油狀態(tài)，但埋藏更深處的有機(jī)質(zhì)熱演化程度明顯升高，可進(jìn)入生氣狀態(tài)并形成頁巖氣。

墨西哥灣盆地北緣為被動大陸邊緣裂陷盆地，上侏羅統(tǒng)Haynesville頁巖沉積于深水陸棚相，TOC介于0.5%～4.0%，Ro介于1.2%～3.0%，含氣量介于2.8～9.3 m3/t[30]，是北美目前單井產(chǎn)氣量最高的頁巖層系。我國東部地區(qū)主要發(fā)育了中、新生代裂陷盆地，頁巖主要來自于裂陷早期發(fā)育的深湖相、半深湖相及淺湖相，有機(jī)質(zhì)熱演化程度低（表4）。深部斷陷中的頁巖成熟度不斷增加，有望形成深層頁巖氣。

表4 我國典型裂陷盆地頁巖參數(shù)表

2.1.4 大陸邊緣沉積區(qū)

在古生代及其更早的地質(zhì)歷史時期，我國接受了以大陸邊緣沉積為主的廣泛性頁巖沉積。早古生代，在南方地區(qū)沉積了以陸棚相為主的晚震旦世至早寒武世、晚奧陶世至早志留世頁巖，前者為廣海陸棚相，兼有潮坪相、潟湖相及臺地相發(fā)育含磷硅質(zhì)巖、磷塊巖、硅質(zhì)頁巖、砂質(zhì)—粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖、鈣質(zhì)頁巖、碳質(zhì)頁巖、泥質(zhì)石灰?guī)r、含磷碳酸鹽巖等，含黃鐵礦、磷結(jié)核及鎳、鉬、銅、鈷、釩、鈾等多種金屬元素；后者為局限陸棚相，為灰黑色碳質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖夾粉砂巖和硅質(zhì)巖，局部含鈷和錳。向上粉砂質(zhì)含量逐漸增多，或以泥質(zhì)石灰?guī)r為主。

晚古生代，主要在石炭紀(jì)—二疊紀(jì)沉積了陸表海相頁巖。泥盆系頁巖主要發(fā)育在桂北—黔南地區(qū)，沉積于淺海陸棚相—局限海臺地相，為頁巖、碳質(zhì)頁巖、粉砂巖、泥質(zhì)石灰?guī)r、硅質(zhì)巖及細(xì)砂巖等。揚子地臺石炭紀(jì)頁巖沉積于濱淺海相、沼澤相環(huán)境中，為硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r及石灰?guī)r、粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖及碳質(zhì)頁巖等；二疊紀(jì)沉積淺海陸棚相、三角洲相、潟湖相及沼澤相硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁巖、硅質(zhì)石灰?guī)r、粉砂質(zhì)頁巖、粉砂巖、鈣質(zhì)頁巖、碳質(zhì)頁巖及煤等。華北板塊石炭紀(jì)頁巖沉積于淺海相、濱岸沼澤相，為頁巖、砂巖、石灰?guī)r、碳質(zhì)頁巖及煤層等互層；二疊紀(jì)頁巖沉積于三角洲相、潟湖相、沼澤相，主要為頁巖、石灰?guī)r、泥質(zhì)石灰?guī)r、粉砂巖、砂巖、碳質(zhì)頁巖及煤。

大幅度的深埋作用使頁巖有機(jī)質(zhì)進(jìn)入高過成熟熱演化階段，強(qiáng)烈的多期次構(gòu)造運動產(chǎn)生了大幅度的抬升及剝蝕，使頁巖的現(xiàn)今生氣能力、構(gòu)造保存條件等因素成為制約頁巖氣富集的主要因素。較之于盆地沉積，大陸邊緣沉積環(huán)境相對穩(wěn)定、地層連續(xù)性強(qiáng)、頁巖分布規(guī)模大，石英等脆性礦物含量高，巖性成分穩(wěn)定。頁巖有機(jī)質(zhì)類型多樣，TOC多介于1.0%～5.0%，有利于頁巖氣的富集，但Ro一般介于2.0%～4.0%，后期構(gòu)造運動強(qiáng)烈，保存條件變化較大（表5）。

表5 我國典型古生代大陸邊緣沉積區(qū)頁巖參數(shù)表

2.2 特殊類型頁巖氣

2.2.1 裂陷槽

裂陷槽（克拉通邊緣裂陷）形成于伸展作用下的拉張或地塹活動，在其晚期擴(kuò)大的過程中可以形成巨厚的沉積蓋層，槽軸中心為富有機(jī)質(zhì)頁巖發(fā)育的有利場所。我國裂陷槽主要形成于中新元古代、震旦紀(jì)—奧陶紀(jì)和泥盆紀(jì)—三疊紀(jì)時期，揚子地臺主要為震旦紀(jì)—奧陶紀(jì)和泥盆紀(jì)—三疊紀(jì)裂陷槽，塔里木地臺主要發(fā)育震旦紀(jì)—奧陶紀(jì)裂陷槽，塔里木西南區(qū)、伊寧地塊、吐魯番—哈密地塊北緣、佳木斯—布列亞一帶發(fā)育泥盆紀(jì)—三疊紀(jì)裂陷槽，薊遼陸核發(fā)育中新元古代裂陷槽[38]。

四川盆地筇竹寺組富有機(jī)質(zhì)頁巖的發(fā)育主要受拉張槽的控制[39]，德陽—安岳裂陷槽形成于震旦紀(jì)—早寒武世，發(fā)育規(guī)模大，GS17井揭示了槽內(nèi)厚度超過500 m的下寒武統(tǒng)筇竹寺組富有機(jī)質(zhì)頁巖[40]，并有多段氣測異常（圖1-a）。貴州埡紫羅裂陷槽發(fā)育于晚古生代，消亡于燕山期。位于其西北緣的黔水地1井揭示了臺盆相和深水盆地相的下石炭統(tǒng)打屋壩組頁巖，累計厚度為149.13 m，平均TOC為1.02%，平均含氣量為1.05 m3/t，壓裂后獲得工業(yè)氣流[47]。貴州水城—紫云裂陷槽對石炭系頁巖具有明顯的控制作用，其中段位于黔南的紫云地區(qū)，打屋壩組頁巖TOC介于1.03%～3.97%，第一段黑色頁巖最大厚度達(dá)到212 m[48]。燕遼裂陷槽為華北板塊北緣的中元古界頁巖沉積區(qū)，分布于太行山中北段至燕山一線，富有機(jī)質(zhì)頁巖主要發(fā)育于長城系串嶺溝組和薊縣系洪水莊組，冀北地區(qū)承淺1井洪水莊組頁巖TOC一般超過2.0%，巖心見頁巖油。

圖1 特殊類型頁巖氣成藏模式圖

2.2.2 構(gòu)造相對穩(wěn)定區(qū)

盡管晚古生代及其更老地層中的頁巖發(fā)育規(guī)模大、地質(zhì)條件好，但中新生代的多期復(fù)雜構(gòu)造運動對先期頁巖產(chǎn)生了強(qiáng)烈改造及破壞作用，深埋、抬升、形變、剝蝕等作用對頁巖氣保存條件產(chǎn)生了重要影響，地層連續(xù)性強(qiáng)、構(gòu)造破壞影響弱、頁巖氣保存條件好的相對穩(wěn)定區(qū)是頁巖氣富集成藏預(yù)測及選區(qū)的重要方向。

頁巖氣的保存分為沉積和構(gòu)造兩個方面的因素，頁巖沉積后連續(xù)、厚層的蓋層沉積是頁巖氣保存的直接條件，不含有機(jī)質(zhì)的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、碳酸鹽巖、膏巖及其復(fù)雜的巖性組合毛細(xì)管壓力大，減緩了頁巖氣的逸散作用，有利于頁巖氣的直接封蓋和保存。恰當(dāng)?shù)穆裆睢⒑线m的構(gòu)造位置、欠發(fā)育的斷裂及停滯的地下水條件等，減少了頁巖氣的逃逸，有利于頁巖氣的保存和富集。

下?lián)P子地區(qū)構(gòu)造活動強(qiáng)烈、斷裂分布密集、地層破壞嚴(yán)重，對頁巖氣富集產(chǎn)生了重大影響。在南陵盆地南緣水東向斜實施的港地1井[42]位于南京坳陷帶（圖1-b），二疊系和三疊系地層連續(xù)沉積，向斜內(nèi)擠壓作用的影響較小，構(gòu)造簡單，保存條件具有明顯的優(yōu)勢。發(fā)育富有機(jī)質(zhì)頁巖的二疊系大隆組和龍?zhí)督M之上連續(xù)沉積大套石灰?guī)r，為頁巖氣成藏提供了良好的保存條件。鉆井揭示，大隆組富有機(jī)質(zhì)頁巖厚度為70 m，TOC平均為2.0%，含氣量介于0.5～1.5 m3/t，浸水實驗顯示出良好的含氣性[42]。黔北地區(qū)整體處于抬升剝蝕破壞區(qū)，牛蹄塘組頁巖地層破碎嚴(yán)重。其中的岑鞏區(qū)塊四周被前寒武系古隆起所包圍，剛性的古隆起在很大程度上屏蔽了外來的構(gòu)造應(yīng)力，使該區(qū)塊的頁巖氣得以良好保存，岑頁1、天星1等井均獲得了良好的頁巖氣發(fā)現(xiàn)。

2.2.3 深層與淺層

隨著我國頁巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不斷深入，深層頁巖氣（埋深逾3 000 m或3 500 m）已成為后續(xù)頁巖氣勘探開發(fā)實踐的深化方向和領(lǐng)域，四川盆地焦頁147-2HF井的井深已經(jīng)突破7 000 m。深層條件下，地溫場、地應(yīng)力場和流體場顯著不同于淺部，高溫高壓條件下的頁巖具有塑性強(qiáng)、孔滲低、壓力系數(shù)高和含氣性好等特點，反映保存條件好、游離氣含量高、地層能量強(qiáng)。我國深層頁巖氣資源主要分布于四川、鄂爾多斯、塔里木、準(zhǔn)噶爾、渤海灣及松遼等大中型盆地的沉降—沉積中心（盆控沉積和大陸邊緣沉積）及其周緣地區(qū)（大陸邊緣沉積），預(yù)測埋深介于3 000～6 000 m的頁巖氣地質(zhì)資源量為115.72×1012m3[49]。大中型盆地的沉降—沉積中心處頁巖厚度大、埋藏深度大、有機(jī)質(zhì)含量高，是深層頁巖氣發(fā)育的有利目標(biāo)。渤海灣盆地歧口凹陷板橋次凹斜坡區(qū)沙三段頁巖埋深一般超過3 500 m（圖1-c），壓力系數(shù)一般超過1.2，隨著埋深的增加，依次出現(xiàn)溶解氣、濕氣和干氣[43]。

美國東部地區(qū)早期發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn)的頁巖氣均為淺層頁巖氣。當(dāng)埋藏深度不足2 000 m時，頁巖主要表現(xiàn)為地層壓力小、保存條件差、含氣量整體偏低且以吸附氣為主等特點。若要使頁巖氣具有足夠的生產(chǎn)能力，則要求頁巖厚度大、有機(jī)質(zhì)含量高、熱演化成熟度適中、構(gòu)造位置恰當(dāng)?shù)惹疤釛l件。

原生型淺層頁巖氣多為低熟氣或生物氣，頁巖中Ⅰ型干酪根成熟度低、成巖作用弱、孔滲性好、吸附氣和溶解氣含量高，主要見于中、新生代盆地中，包括阜新盆地和鄂爾多斯盆地南部等（表6）。繼生型淺層頁巖氣主要發(fā)育于中生代之前的地層中，頁巖厚度大、有機(jī)質(zhì)含量高、熱演化程度適中、儲集物性差，較晚的區(qū)域構(gòu)造抬升、恰當(dāng)?shù)臉?gòu)造背景（位置、裂縫等）及有效的封蓋層保持了頁巖的含氣量。太陽背斜淺層頁巖氣田位于四川盆地南緣外部的構(gòu)造復(fù)雜區(qū)（圖1-d），含氣頁巖埋深主要在2 000 m以淺，含氣量介于1.8～11.5 m3/t[44-45]。

表6 典型地區(qū)淺層頁巖氣相關(guān)參數(shù)表

2.2.4 海陸過渡相

主要由于陸表海的發(fā)育，我國海陸過渡相頁巖有著最大面積的分布。這些頁巖主要發(fā)育在晚古生代，可廣泛見于中國不同的地質(zhì)單元區(qū)。其中，華北地區(qū)的石炭系—二疊系頁巖以潮坪相、潟湖相、沼澤相沉積為主，兼有三角洲相發(fā)育，海陸過渡相頁巖的陸相沉積特征更為明顯，常與細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、碳酸鹽巖及煤層等形成巨厚互層。南方地區(qū)海陸過渡相頁巖沉積以三角洲相為主，兼有潮坪相、潟湖相、沼澤相發(fā)育，海陸過渡相頁巖的海相沉積特征更為明顯，地層中的碳酸鹽巖更加發(fā)育。

海陸過渡相地層巖性變化復(fù)雜，泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、頁巖及煤層中均可有不同豐度的有機(jī)質(zhì)分布。當(dāng)這些地層組合進(jìn)入熱成熟狀態(tài)后，所有巖性地層的表面潤濕性均將有可能發(fā)生從親水向憎水方向的轉(zhuǎn)變。這些地層中以Ⅲ型為主的有機(jī)質(zhì)總生氣能力相對較小，頁巖高含氣量的出現(xiàn)難度較大。晚古生代頁巖中的有機(jī)質(zhì)熱演化程度高、后期構(gòu)造變動強(qiáng)，對頁巖氣富集產(chǎn)生了不利的影響。同時，Ⅲ型有機(jī)質(zhì)生氣持續(xù)時間長，對甲烷氣體的吸附能力強(qiáng)，加之海陸過渡相頁巖黏土礦物含量高、孔滲物性條件差，增強(qiáng)了吸附相頁巖氣的賦存及保存能力。

現(xiàn)實勘探過程中，海陸過渡相頁巖通常表現(xiàn)為地層普遍含氣性，盡管含氣量不高，但含氣地層段長，儲集物性好的地層段可以獲得較高的含氣量，與地層巖性變化趨勢吻合。對于海陸過渡相，有連續(xù)沉積地層疊覆、熱演化程度相對較低、物性條件好的深層或超深層、斷裂破壞程度較輕、處于有利構(gòu)造部位的區(qū)域，是頁巖氣富集的基本方向。上覆缺乏有機(jī)質(zhì)的直接封蓋層、下伏生氣量大的煤層、本身富含有機(jī)質(zhì)的頁巖及其相鄰的粉砂質(zhì)頁巖段是剖面上頁巖氣富集的主要“甜點”目標(biāo)。滿足或部分滿足上述條件的牟頁1、鄂頁1等井，均獲得了良好的頁巖氣發(fā)現(xiàn)。

2.2.5 中小型盆地

我國發(fā)育數(shù)量眾多、分布廣泛、大小不等、類型多樣的中小型盆地，具備發(fā)育可觀頁巖氣資源量的基本地質(zhì)條件。這些盆地分布面積雖小，但沉積巖體積規(guī)模則有可能變化較大。當(dāng)沉積水體較淺時，可普遍發(fā)育河流、扇三角洲和濱淺湖環(huán)境下形成的煤系地層頁巖，盆地總體沉積厚度較小；當(dāng)有深水沉積發(fā)生時，可在盆地深部沉積中心處形成厚度大、有機(jī)質(zhì)含量高且分布穩(wěn)定的半深湖—深湖相頁巖，形成“小而肥”的頁巖氣富集。

由于構(gòu)造地質(zhì)背景的差異，我國不同地區(qū)發(fā)育不同類型的中小型盆地，西部地區(qū)主要為前陸和山間盆地，而東部則以裂谷盆地為主。東北地區(qū)阜新盆地為小型湖盆，DY-1井和FY-1井揭示了下白堊統(tǒng)沙海組和九佛堂組頁巖氣的存在（圖1-f），并且FY-1井在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)了井噴現(xiàn)象。西北地區(qū)吐哈盆地為中型盆地（圖1-g），下侏羅統(tǒng)八道灣組（J1b）、三工河組（J1s）和中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x）為富有機(jī)質(zhì)頁巖發(fā)育的主要層位，該地層為河流和湖泊環(huán)境下形成的含煤碎屑巖沉積，厚度介于100～600 m，頁巖TOC一般介于0.5%～20.0%[20]。我國中小型盆地主要發(fā)育中新生代地層，疊伏于其下的石炭系—二疊系形成于海陸過渡相沉積環(huán)境，適宜頁巖氣、煤層氣和致密砂巖氣的綜合勘探（圖1-e）。

2.2.6 巖漿侵入?yún)^(qū)

巖漿侵入對頁巖氣的形成、氣體組分及保存條件等具有重要影響，對頁巖的物質(zhì)組成和儲層物性也具有改造作用。巖漿巖侵入體一定范圍內(nèi)的巖石受到局部加熱，形成變質(zhì)暈，有機(jī)質(zhì)成熟度從緊鄰侵入體接觸變質(zhì)導(dǎo)致的石墨化逐漸降低至未受巖漿活動干擾的背景值。巖漿烘烤加熱加速了頁巖有機(jī)質(zhì)的成熟和生烴作用，巖漿冷卻結(jié)晶過程中部分幔源揮發(fā)氣體進(jìn)入頁巖氣藏，可能導(dǎo)致幔源二氧化碳、氮氣、氫氣和氦氣等特殊氣體成分在氣藏中的局部富集。巖漿侵入也引起了頁巖礦物成分的變化，靠近巖漿侵入體的頁巖黏土含量降低，石英含量增加，并伴隨變質(zhì)礦物出現(xiàn)。頁巖儲層因巖漿熱效應(yīng)而產(chǎn)生不同期次的裂縫發(fā)育和孔隙結(jié)構(gòu)變化，不利于頁巖氣保存。從更大的區(qū)域尺度上來看，大規(guī)模的巖床型巖漿侵入體則有可能成為頁巖氣藏區(qū)域性蓋層，有利于頁巖氣富集。

中生代火成巖在我國許多地區(qū)均有分布，侵入體巖性以酸性深成侵入巖——花崗巖和基性淺成侵入巖——輝綠巖為代表。河北宣化盆地燕山期巖漿以斷層為通道順層侵入中侏羅統(tǒng)下花園組地層，形成輝綠巖巖床侵入巖體。該侵入體影響范圍上下均超過15 m，靠近侵入巖體頁巖Ro＞4.0%，并在巖床下部形成頁巖氣藏（圖1-h）。

2.3 頁巖氣成藏地質(zhì)模式與分類

游離相天然氣（常規(guī)天然氣和致密砂巖氣等）的賦存和聚集主要取決于蓋層或遮擋介質(zhì)的毛細(xì)管壓力，同時還受壓差和天然氣濃度的影響，服從蓋層物性封閉、地層壓力封閉及烴氣濃度封閉原理。吸附相天然氣（煤層氣）的賦存和富集主要取決于吸附劑、壓力及濃度，同樣服從地層壓力封閉及烴氣濃度封閉原理。頁巖氣主要由吸附氣和游離氣所組成，毛細(xì)管力、壓力和濃度仍然是影響天然氣濃度的主要因素，恰當(dāng)?shù)姆忾]作用、上覆蓋層或斷層遮擋等條件仍然是有益的；當(dāng)頁巖氣成藏條件與背斜、斷層等“圈閉”條件相互疊加時，易于形成頁巖氣富集區(qū)或甜點。根據(jù)已有的鉆探發(fā)現(xiàn)，頁巖氣成藏地質(zhì)模式可歸納為構(gòu)造型和地層型兩類（圖2），前者主要受構(gòu)造形態(tài)的控制，而后者主要受地層巖性變化的影響。

2.3.1 構(gòu)造影響型

受多種應(yīng)力作用，頁巖發(fā)生區(qū)域或局部形變而產(chǎn)生背斜，有可能形成有利的頁巖氣富集。拱張或擠壓作用可沿背斜軸部產(chǎn)生張性斷裂及其相關(guān)裂縫，為頁巖氣提供儲集空間。擠壓作用強(qiáng)烈，則形成沿背斜軸延伸的封閉性逆斷層，提供頁巖氣封閉條件。拱升作用產(chǎn)生的背斜，則有利于形成相對穩(wěn)定的地質(zhì)單元，有益于頁巖氣保存。根據(jù)形態(tài)，背斜型頁巖氣聚集單元可分為尖陡、寬緩等類型。渝東南地區(qū)鍋廠壩背斜呈現(xiàn)出尖陡狀特點，背斜核部的逆斷層產(chǎn)生了良好的封閉作用，使渝頁1井在100余米埋深處即見到良好的頁巖氣顯示。涪陵頁巖氣田[2,7]位于背斜基礎(chǔ)之上，焦頁1井獲得工業(yè)發(fā)現(xiàn)，與其獨特的構(gòu)造背景及優(yōu)越的保存條件密不可分。介于尖陡、寬緩兩者之間的背斜數(shù)量眾多，為頁巖氣富集提供了良好的場所。

古地形隆起、推覆擠壓、后期褶皺抬升及巖漿體侵入等因素均有可能產(chǎn)生頁巖斜坡，原生的頁巖斜坡依附穩(wěn)定的地質(zhì)塊體而生，構(gòu)造穩(wěn)定性好，具有向下楔形增厚、有機(jī)碳含量逐漸增加、熱演化程度不斷提高等特點，頁巖氣富集地質(zhì)條件趨于有利。在下古生界頁巖普遍達(dá)到高過成熟的南方地區(qū)，沿古隆起斜坡發(fā)育的頁巖因其沉降幅度較小而使頁巖熱演化程度相對較低，因地質(zhì)塊體的穩(wěn)定而得到了良好保存，使頁巖保存了較高的含氣量。后期因構(gòu)造隆升或形變而產(chǎn)生的斜坡不改變原始沉積的頁巖厚度，但由于經(jīng)受了相對較小的破壞作用而使頁巖氣具有良好的保存條件。宜昌—秭歸地區(qū)的震旦系和寒武系頁巖、黔北地區(qū)的寒武系和奧陶系—志留系頁巖均已獲得了重要的頁巖氣發(fā)現(xiàn)。

向斜是盆地中頁巖發(fā)育條件良好的地區(qū)，具有頁巖沉積厚度大、有機(jī)質(zhì)含量高、封蓋及保存條件好等頁巖氣富集優(yōu)勢。較之于前者，殘留向斜形成于頁巖沉積后，其中的頁巖厚度變化不大，頁巖氣成藏條件主要取決于原始的沉積環(huán)境。除了抬升和剝蝕作用外，區(qū)域擠壓與掀斜作用的結(jié)果是在以四川盆地東南緣為代表的地區(qū)形成了一系列殘留向斜。這些向斜保留了頁巖地層的完整性和含氣性，特別是在向斜兩翼下部和中心處具有更高的含氣量。岑頁1、彭頁1及安頁1等井已經(jīng)證實，殘留向斜是頁巖氣富集的有利場所，頁巖氣含量、保存條件及資源潛力等參數(shù)與向斜規(guī)模呈正相關(guān)，向斜中心的含氣條件和單井產(chǎn)氣量都明顯優(yōu)于翼部。

斷層及其相關(guān)裂縫提供了頁巖氣富集的空間場所，形成了特殊的頁巖氣富集模式。拉張背景下的正斷層及相關(guān)裂縫提供了更多的頁巖氣儲集空間，區(qū)域擠壓作用下的逆斷層提高了頁巖氣的封閉能力，推覆性斷層改善了頁巖氣的保存條件。當(dāng)埋藏深度較淺時，斷裂發(fā)育是頁巖氣保存的不利因素，但當(dāng)斷裂發(fā)生在較大深度時，斷裂有可能成為頁巖氣富集的有利場所。進(jìn)一步，斷裂帶在區(qū)域上控制了頁巖氣的有利分布方向。在美國，阿巴拉契亞逆沖斷裂帶西緣、馬拉松—沃希托逆沖斷裂帶北緣、科迪勒拉逆沖斷裂帶東緣，富集了美國幾乎所有的頁巖氣。在我國，龍門山斷裂帶以東、鄂爾多斯西緣斷裂帶以東、秦嶺—大別山斷裂帶以南等地區(qū)，是頁巖氣發(fā)育的有利方向。

2.3.2 巖性地層型

除了頁巖氣的吸附機(jī)理以外，富有機(jī)質(zhì)頁巖儲集空間以微納米孔隙為主，由孔喉半徑所決定的毛細(xì)管力大，當(dāng)憎水性頁巖上覆親水性巖層時足以形成自封閉的頁巖氣富集，在很大程度上能夠擺脫巖性組合、構(gòu)造形態(tài)及斷層遮擋等常規(guī)天然氣成藏條件的約束和影響，在沒有常規(guī)“圈閉”的情況下形成頁巖氣藏。從巖性控制頁巖氣成藏的角度看，頁巖上覆蓋層沉積越及時、頁巖與蓋層的潤濕性差異越明顯、頁巖單層厚度越大，越有利于頁巖氣富集。盡管我國下古生界頁巖的有機(jī)質(zhì)熱演化程度高，但典型的海相頁巖及其上覆地層沉積連續(xù)性強(qiáng)、巖性變化差異大、頁巖單層厚度大，最大限度地滿足了頁巖氣成藏與富集的原始條件。尤其是在沉積演化的活躍時期，更加豐富了頁巖氣富集類型，安場向斜揭示了多種頁巖與石灰?guī)r的組合關(guān)系模式，安頁1井發(fā)育了以頁巖氣為基礎(chǔ)的“四層樓”含氣組合[11]。

我國上古生界的海陸過渡相頁巖沉積相變快，濱淺海相、三角洲相、潮坪相、潟湖相、沼澤相等沉積環(huán)境造就了頁巖、致密砂巖、碳酸鹽巖及煤系的交替發(fā)育及韻律組合，地層中產(chǎn)生了分布廣泛但豐度變化大、以Ⅲ型為主的有機(jī)質(zhì)，部分地區(qū)已進(jìn)入高過成熟熱演化階段。盡管煤系頁巖地層的連續(xù)厚度大、蓋層沉積覆蓋連續(xù)，但頁巖與上覆地層之間的毛細(xì)管力差值變小，弱化了頁巖氣的有效保存，需要增加地層壓力（如埋藏深度）來對頁巖氣富集條件進(jìn)行補充。在南華北盆地，太原組—山西組以碳質(zhì)頁巖、鈣泥質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖、石灰?guī)r及薄煤線等為主，TOC一般介于0.04%～10.00%，Ro介于0.6%～4.9%（表3），頁巖含氣量介于0.4 ～ 4.4 m3/t（表 7）。

陸相頁巖主要見于深湖相、半深湖相及淺湖相，也可見于（扇）三角洲相、沼澤相等沉積環(huán)境，地層以頁巖、粉砂質(zhì)頁巖和鈣質(zhì)頁巖為主，淺水沉積可見碳質(zhì)頁巖及煤層等。從盆地邊緣到沉積中心，地層厚度和頁巖厚度急劇增大，有機(jī)質(zhì)類型對應(yīng)的也從Ⅲ型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)棰蛐蜕踔立裥汀３练e速率快、頁巖厚度大、巖性變化急、儲層非均質(zhì)較強(qiáng)、黏土礦物含量高等，是陸相頁巖發(fā)育的基本特點。陸相盆地主要形成于中、新生代，成盆時代晚、沉積地層新、有機(jī)質(zhì)熱演化程度低，目前以頁巖油勘探和發(fā)現(xiàn)為主；盆地深部有機(jī)質(zhì)進(jìn)入生氣階段、地層壓力高、含氣條件好，是頁巖氣發(fā)育的有利方向，已在渤海灣盆地多口鉆井中獲得了驗證。

3 頁巖氣成藏地質(zhì)主控因素

3.1 沉積作用提供了頁巖及頁巖氣形成的物質(zhì)條件

沉積環(huán)境奠定了頁巖和頁巖氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，影響頁巖厚度、分布范圍、礦物成分、初始物性、有機(jī)質(zhì)含量和有機(jī)質(zhì)類型等頁巖氣地質(zhì)參數(shù)。海相環(huán)境形成的頁巖具有厚度大、分布廣泛、有機(jī)質(zhì)和脆性礦物含量高的特點，深水陸棚相、斜坡相、部分盆地相形成硅質(zhì)和碳質(zhì)含量高的富有機(jī)質(zhì)頁巖，而淺水陸棚相沉積環(huán)境則多發(fā)育粉砂質(zhì)、鈣質(zhì)及泥質(zhì)頁巖。海陸過渡相富有機(jī)質(zhì)頁巖主要形成于潮坪相、潟湖相和三角洲相的沉積環(huán)境，地層具有巖性變化快、單層厚度小、累計厚度大、普遍含煤等特點，可以形成以頁巖氣、煤層氣和致密砂巖氣為主體的煤系地層氣。陸相環(huán)境中形成的頁巖泥質(zhì)含量高，部分含有較高的砂質(zhì)、粉砂質(zhì)、鈣質(zhì)和白云質(zhì)，深湖相和半深湖相是形成大規(guī)模頁巖油氣儲層的有利環(huán)境，而濱淺湖相、扇三角洲相和河流相等環(huán)境形成的頁

巖則多伴有煤層的出現(xiàn)。在我國，海相頁巖主要分布于中上元古界和下古生界，海陸過渡相和陸相頁巖分布于上古生界和中新生界。目前，國內(nèi)外成功開發(fā)利用的頁巖氣多發(fā)育于海相地層和少部分陸相地層（表7）。此外，沉積期的特殊地質(zhì)事件（如火山活動、熱液作用、突發(fā)海侵事件、生命大爆發(fā)/生命大滅絕、缺氧事件、極冷/極熱事件等）對富有機(jī)質(zhì)頁巖的形成具有重要意義，也是頁巖氣地質(zhì)與基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)交叉和深化的研究方向。

表7 國內(nèi)外典型地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖儲層發(fā)育特征對比表

表7 國內(nèi)外典型地區(qū)富有機(jī)質(zhì)頁巖儲層發(fā)育特征對比表（續(xù)）

3.2 成巖作用控制了有機(jī)質(zhì)生烴和儲層演化

成巖作用方式及結(jié)果在很大程度上影響了頁巖的生氣和物性條件變化。壓實、膠結(jié)、溶解及重結(jié)晶等作用是頁巖有機(jī)質(zhì)生烴和儲層演化的主要原因，表現(xiàn)為在地層溫壓的作用下發(fā)生礦物轉(zhuǎn)化、物性改變、有機(jī)質(zhì)成熟及頁巖含氣等。地層溫壓的增加和低溫反應(yīng)的放熱促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的生烴，某些元素的溶解、搬運或沉淀促進(jìn)或抑制了頁巖中有機(jī)質(zhì)按照Tissot生烴模式進(jìn)行生氣。不同演化階段的有機(jī)質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和烴類產(chǎn)物各不相同，對應(yīng)的頁巖氣賦存能力和特點也表現(xiàn)出顯著的差異性，頁巖氣成藏呈現(xiàn)遞變的機(jī)理序列[54]。有機(jī)質(zhì)成熟度達(dá)到死亡生烴之前，頁巖生烴能力下降，而生氮氣和二氧化碳?xì)獾南鄬δ芰υ鰪?qiáng)，富集頁巖氣的能力急劇下降，對應(yīng)的Ro一般不超過3.5%（表7）。

成巖作用過程中伴隨著礦物的轉(zhuǎn)化和自生礦物的形成，如蒙脫石先經(jīng)歷伊蒙混層繼而向伊利石轉(zhuǎn)化、草莓狀黃鐵礦通過微晶的持續(xù)生長可向自形黃鐵礦進(jìn)行轉(zhuǎn)化、黏土礦物釋放的硅質(zhì)經(jīng)過沉淀可形成自生石英或石英的次生加大等，使頁巖儲集物性趨于變差。成巖作用對頁巖孔縫系統(tǒng)和儲層物性的影響表現(xiàn)在正反兩個方面的效應(yīng)：一方面使得頁巖原生繼承性的孔縫系統(tǒng)受到改造，導(dǎo)致儲層物性變差；而另一方面形成了壓實縫、層理縫、收縮縫和超壓縫等成巖縫，方解石、白云石、石英和長石等可溶性礦物經(jīng)溶解作用形成了次生孔隙，對頁巖儲集物性又有改善作用。伴隨著成巖作用的發(fā)生，頁巖孔隙逐漸由礦物粒間孔、晶間孔為主轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)質(zhì)孔為主，頁巖氣儲集空間也漸次從孔隙轉(zhuǎn)向裂縫。

3.3 蓋層封閉性和構(gòu)造改造決定了頁巖地層的含氣性

頁巖儲層封閉性包括頁巖自身封閉性、頂?shù)装寮皡^(qū)域蓋層的封閉性，涉及地層組合、巖性變化、厚度分布、孔滲及潤濕性等。連續(xù)沉積的上覆地層、恰當(dāng)?shù)捻數(shù)装宸飧簟⒆銐虻纳w層厚度、致密的孔滲物性及親水性，為頁巖氣提供了良好的封閉性。四川盆地上奧陶統(tǒng)五峰組—下志留統(tǒng)龍馬溪組具有形成大型頁巖氣富集的封閉條件，其上覆與產(chǎn)氣層連續(xù)沉積的直接蓋層（LM5及以上筆石帶）為黃綠—深灰色頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)粉砂巖和石灰?guī)r，具有較低的孔隙度、比表面積和吸附能力[4,55]，間接蓋層為區(qū)域性分布的中下三疊統(tǒng)膏巖和頁巖，下伏巖性致密的石灰?guī)r及瘤狀灰?guī)r，上覆和下伏致密地層厚度大，封閉能力強(qiáng)。在南華北盆地，覆蓋于石炭系太原組—二疊系山西組海陸過渡相頁巖之上的石灰?guī)r和泥巖可以作為物性封閉的蓋層，但與富有機(jī)質(zhì)頁巖互層的煤層、石灰?guī)r、致密砂巖等均含有不同豐度的有機(jī)質(zhì)和不同強(qiáng)度的生烴能力，改變了封蓋層的毛細(xì)管力作用方向并對頁巖氣的封閉性產(chǎn)生了弱化作用，故優(yōu)質(zhì)封蓋層是該類頁巖氣發(fā)育的關(guān)鍵因素。

后期構(gòu)造主要通過地層升降、褶皺斷裂、巖漿侵入及由此所衍生的地層剝蝕、變質(zhì)演化、頁巖碎裂、壓力降低、水洗氧化等地質(zhì)作用對頁巖地層的含氣量產(chǎn)生降低性影響，遭受破壞作用影響的頁巖構(gòu)造變化復(fù)雜、地層壓力降低、地層水礦化度降低、含氣量降低。除特殊構(gòu)造區(qū)域或部位以外，遭受破壞頁巖中的游離氣含量降低，導(dǎo)致游離氣量與吸附氣量的比值減小，總含氣量降低。構(gòu)造作用會對頁巖儲層進(jìn)行改造[8]，并且脆性剪切作用下的頁巖會產(chǎn)生微裂縫和大的孔隙促進(jìn)頁巖氣的解吸、擴(kuò)散和運移，而塑性變形則會增加頁巖比表面積，提高吸附能力[56]。作為頁巖氣逃逸的結(jié)果，地層壓力系數(shù)減小，地層水和部分空氣混入，地層水化學(xué)成分發(fā)生顯著變化，總礦化度變小。渝東南地區(qū)五峰組—龍馬溪組頁巖保存條件變化較大，地層水化學(xué)指示了這一變化的程度。NaHCO3和Na2SO4型地層水暗示了受到大氣水貫通的影響，而CaCl2水型地層水則指示了未與外界相互接觸、地層水礦化度高、頁巖氣保存條件好[57]。頁巖裂縫中的氣液兩相包裹體類型、均一溫度和形成時間等信息可以在一定程度上反映頁巖氣保存條件[58]。

4 結(jié)論

1）我國頁巖氣發(fā)育地質(zhì)條件豐富多樣[59-60]，除了目前已經(jīng)獲得工業(yè)產(chǎn)能的大陸邊緣型沉積頁巖外，中、新生代前陸、克拉通、裂谷等盆地類型同樣沉積了巨厚的富有機(jī)質(zhì)頁巖。這些盆地中的陸相頁巖時代較新、有機(jī)質(zhì)熱演化程度較低，但深構(gòu)造部位長期處于沉降—沉積中心，頁巖厚度大，有機(jī)質(zhì)豐度高、類型好，熱演化程度較高，是頁巖氣富集的有利方向。

2）除現(xiàn)今盆地之下所疊伏的大陸邊緣相頁巖區(qū)以外，長城紀(jì)至三疊紀(jì)發(fā)育的裂陷槽、前中生代沉積區(qū)構(gòu)造變動相對穩(wěn)定區(qū)、大陸邊緣沉積與盆地沉積區(qū)的構(gòu)造深部位、高有機(jī)碳含量的淺埋區(qū)、埋藏及成藏組合條件好的海陸過渡相、中小型盆地中的煤系頁巖及接受巖漿侵入影響的中低熱演化程度頁巖等在中國分布廣泛，各具頁巖氣富集成藏特色，是后續(xù)頁巖氣工作中值得關(guān)注的重點方向。

3）根據(jù)我國已有的鉆探發(fā)現(xiàn)，可以將頁巖氣成藏模式歸納為構(gòu)造型和地層型兩大類。前者主要受構(gòu)造形態(tài)影響和控制，頁巖含氣量變化與構(gòu)造樣式、構(gòu)造位置等因素有關(guān)；后者主要受地層巖性變化影響，頁巖含氣量變化主要與巖性組合、封蓋層、潤濕性等因素有關(guān)。上述兩大類頁巖氣富集模式可以進(jìn)一步細(xì)分為18小類。

4）頁巖氣的富集是沉積、成巖、后期構(gòu)造運動等多方面地質(zhì)因素綜合作用的結(jié)果。沉積作用奠定了頁巖氣富集的物質(zhì)基礎(chǔ)，成巖作用約束了頁巖氣的生成和頁巖儲集物性的演化，蓋層封閉性和后期構(gòu)造運動決定了頁巖的含氣性。有利的沉積環(huán)境、適宜的熱演化程度、良好的蓋層封閉性和構(gòu)造保存條件是頁巖氣富集的必要前提。