（本文发表于2026年第3期）
第一作者简介
高平，教授、博士生导师，长期从事非常规油气地质与评价教学和研究工作。在页岩气地质学领域，主持了国家自然科学基金（青年 + 面上）、中央高校青年教师科研创新能力支持项目、中国石油科技创新基金等多项课题，作为研究骨干参加了国家自然科学基金重点项目、企业创新发展联合基金项目等多项重大研究项目，在海相优质页岩形成机理以及页岩气成储机制等方面取得了重要的创新性成果；以第一作者或通信作者在Earth-Science Reviews 、AAPG Bulletin 、Chemical Geology 等国内外期刊发表学术论文 40 余篇，获得广泛引用与高度评价，入选 2025 年度中国知网高被引学者；担任 Scientific Reports 编委,以及Journal of Earth Science、 Unconventional Resources、《石油与天然气地质》《天然气工业》《石油实验地质》等期刊青年编委。
一块被判“死刑”的石头
> 起落尽藏曙光 视觉中国/供
如果把时间拨回20多年前，中国南方地下埋藏的那些黑色页岩，还是地质学家眼中一块早已被判了“死刑”的石头。
在传统石油地质理论中，页岩是油气的“母亲”。当有机质经过漫长的地质演化，逐渐成熟并生成油气后，这些油气会从页岩中运移出来，聚集到砂岩、碳酸盐岩等储层中，形成人们熟知的油气田。然而，当页岩经历过高温、高压的长期改造，其有机质成熟度过高时，就被称为“过成熟页岩”。按照当时的认识，这类岩石中的有机质早已“燃烧殆尽”，所有能生成的油气都已逃逸，剩下的只是一块毫无价值的碳质残渣。
特别是在中国南方地区，由于经历了复杂而漫长的构造运动，大量海相页岩埋藏深、演化程度高，远超常规页岩气富集的理想区间。许多国外学者甚至断言，这些页岩地层已经“过熟”，不具备形成大型页岩气藏的条件。换句话说，这些黑色岩石在理论上已经被宣判了资源潜力的“死刑”。
> 华南地区下寒武统“过成熟页岩”
然而，这些被西方理论判了“死刑”的石头，却在中国人手中得以“复活”。2012年，涪陵焦石坝区块焦页1井获得高产工业气流，拉开了中国过成熟页岩气勘探开发的序幕。随后，威远、长宁、昭通等区块相继突破，证明过成熟页岩不仅能产气，还能形成大规模的商业气田。
如今，这块曾经被抛弃的石头，已经成为保障中国能源安全的重要基石。截至2025年，我国页岩气年产量突破250亿立方米，其中95%以上来自过成熟页岩气田。这一成就不仅改写了全球页岩气地质理论，更走出了一条具有中国特色的能源勘探之路。本文将深入解析页岩的内部结构，回顾它从无人看好的低效岩层，蜕变为潜力十足的“能源新星”的传奇故事。
> 页岩气功勋井——焦页1HF井
（图片来源于百度百科）
“三高”标签下的中国页岩
要解释中国过成熟页岩气为何如此特殊，首先需要回答一个问题：页岩气究竟是什么?
简单来说，页岩气是一种储存在页岩中的天然气。页岩是一种由细小泥质颗粒沉积形成的沉积岩，颗粒极细，致密得像一块压实的泥板。在漫长的地质历史中，海洋或湖泊中的藻类、微生物等有机质被埋藏在这些沉积物里，随着温度和压力不断升高，逐渐转化为石油和天然气。与常规天然气不同，页岩气并没有大规模迁移到其他储层中形成独立气藏，而是大量滞留在页岩内部，以吸附态附着在页岩有机质表面，或以游离态储存在页岩本身的纳米级孔隙和微裂缝之中。因此，页岩既是天然气的“生产车间”，也是天然气的“存储仓库”，这种“自生自储”的特点是页岩气最显著的特征。
> 常规天然气藏和页岩气藏的区别
21世纪初，北美凭借页岩气革命重塑了全球能源格局，其成功的关键是找到了一批“黄金页岩”——它们形成于晚古生代—中生代，有机质成熟度适中，处于天然气大量生成且储层保存条件较好的“黄金窗口期”。这些页岩埋深浅、构造简单，如同平整铺开的“天然气海绵”，采用水平井结合水力压裂技术就能实现高效开采。然而，当人们试图将北美经验复制到中国时，却发现中国页岩完全是另一番模样。中国页岩气资源主要分布于四川盆地及其周缘早古生代海相页岩中，如志留系龙马溪组。这些页岩形成于4.4亿年前，比北美许多页岩更加古老。更重要的是，它们经历了漫长而复杂的地质演化过程，长期受到深埋、高温和多期构造运动影响。用一句形象的话来说，北美页岩还处于“壮年”，而中国页岩已经进入“高龄阶段”。这种特殊背景使中国页岩普遍带有鲜明的“三高”标签：高演化程度、高埋深和高构造复杂程度。
高演化程度在页岩气研究中，科学家常用镜质体反射率（R₀）来衡量有机质的成熟程度。R₀值越高，意味着有机质经历的热演化程度越高。北美主力页岩气层的R₀值通常为1.0%~1.5%，而中国南方海相页岩的R₀值普遍超过2.5%，许多地区达到3%~4%。如果把有机质演化过程比作烹饪食物，那么北美页岩中的有机质可以理解为“恰到好处的成熟”，而中国许多页岩中的有机质则像被长时间高温烘烤过的食材，已经进入“过熟”甚至“烤焦（石墨化）”状态。按照传统认识，较高的热演化程度有利于有机质充分转化为天然气，也就是说，这些页岩在很早以前可能已经产生过大量天然气。但是，如果有机质热演化程度过高，也会带来更多问题：一方面，可以继续转化成天然气的“原料”已经被消耗殆尽，现在再产生天然气的能力就会明显变弱；另一方面，有机质长期处在高温高压环境中，再加上埋深继续增大，可能会破坏原有的天然气储存空间，使已经形成的天然气难以长期保存下来。因此，高演化程度一直被视为中国页岩气勘探面临的最大障碍之一。
高埋深美国许多页岩气开发区的埋深通常在1 000~3 000米，而中国海相页岩普遍埋藏更深。四川盆地大量页岩气层位埋深超过3 000米，不少区块达到4 000米以上，部分深层甚至超过5 000米。但是，页岩埋藏得越深，意味着地层所承受的上覆压力越强。经过漫长时间的“重压”，页岩中的孔隙空间会被不断被挤压，能够储存天然气的空间随之减少，储气能力也会受到影响。与此同时，深层环境下的地层压力和温度均较高，钻井和压裂施工难度显著增加。对于工程技术人员来说，深层页岩开发犹如在地下数千米深处进行一场精密的“外科手术”，每钻进一步都需要更高的成本和技术代价作为支撑。
高构造复杂程度如果说北美页岩“生活”在一个相对平静的地质环境中，那么，中国南方页岩则经历了一场又一场剧烈的“地壳风暴”。过去数亿年间，中国南方地区先后经历了加里东、海西、印支、燕山和喜马拉雅等多期强烈的构造运动，原本完整的页岩层被无数断层切割得支离破碎，变成了一块块大小不一、高低错落的“拼图”碎片。这种复杂的构造条件带来了两大难题：一是页岩层的连续性被破坏，很多地方原本几十米厚的页岩层被断层错断，只残留几米甚至完全缺失；二是构造运动导致部分页岩层被抬升到浅部或地表，天然气通过断层和裂缝大量散失，无法形成商业气藏。因此，中国页岩气勘探不能像北美那样“大面积铺开”，只能像“侦探破案”一样，在“破碎的拼图”中寻找气藏。
受与生俱来的“三高”地质条件约束，我国页岩气不能照搬北美的发展模式，必须走出一条独立自主的创新之路。
去实验室和井场找答案
如果说发现中国过成熟页岩气是一场颠覆传统认知的革命，那么接下来的问题则更加棘手：这些被认为已经“过熟”的页岩，为什么还能保存如此丰富的天然气?
这些问题没有现成答案。为了找到答案，科学家们将目光投向了实验室。从显微镜下观察纳米级孔隙，到高温高压条件下模拟实验，再到井场验证生产数据，一场持续多年的探索就此展开。
“催熟”页岩
页岩在地下经历的演化过程，动辄需要数千万年甚至上亿年。显然，我们无法等待如此漫长的时间。于是，大家想到一个办法：把地质历史“压缩”到实验室里。
通过高温高压热模拟装置，将页岩样品密封在黄金管中，并放入特制反应釜，随后逐步升高温度和压力，模拟页岩埋深处于地下3 000米到9 000米的演化过程。实验开始时，大家原本以为会看到孔隙不断减少、储层质量持续恶化的结果。然而，扫描电子显微镜下的观察却让大家倍感意外。
随着热演化程度提高，大量有机质开始裂解生气。在这一过程中，有机质内部并非简单坍塌，而是逐渐形成数量惊人的纳米级孔隙。这些孔隙直径往往只有几十到几百纳米，相当于头发丝直径的千分之一甚至万分之一。这些纳米级孔隙如同蜂窝一般密布于有机质颗粒内部，形成有机孔网络，为天然气提供了重要的储集场所。更重要的是，这些孔隙并不是页岩原本就有的，而是在有机质热裂解过程中逐渐形成的。换句话说，当页岩进入高成熟和过成熟阶段时，一边在大量生气，一边又在创造新的储存空间。这意味着过成熟页岩并非资源枯竭的“废墟”，而更像是经历深度改造后的“地下海绵”。这与传统认识截然不同。
> 页岩有机质颗粒中发育大量纳米级孔隙
寻找“甜点”区
解决了“为什么有气”的问题之后，新的问题接踵而至——并非所有页岩都富气。
在同一套地层中，有的钻井能钻获高产工业气流，有的钻井却表现平平。对于石油勘探而言，真正重要的问题是：如何在广阔的地下空间里快速找到最富气、最容易开发的区域?石油勘探学家将这样的优质区域称为“甜点”区。寻找“甜点”区，就像在巨大的地下迷宫里寻找宝藏。而地质学家的任务，就是找到能够指示“甜点”区位置的地球化学“指纹”。
有机质含量 丰富的有机质意味着更强的生气能力，这是形成页岩气藏的物质基础。最初，人们普遍认为页岩有机质含量越高越好。但随着数据积累，大家发现事实远比想象复杂。有些有机质含量很高的页岩，产气效果并不理想；而有些有机质含量中等的页岩，却能够获得高产工业气流。
有机质热演化程度 成熟度过低，气体生成不足，过高则可能造成部分页岩气损失，因此，不同演化阶段对应着不同的富气特征。研究表明，中国南方海相页岩在成熟度约2.5% ~ 3.5%R₀值时具有较好的储层品质，而当R₀值超过约3.5% 以后，由于深埋导致页岩中有效储气孔隙数量开始明显下降，页岩气勘探风险随之增加。
储层孔隙结构 页岩中纳米级孔隙的发育程度直接决定了天然气能够储存多少。室内实验分析和勘探实践都表明，孔隙发育程度不仅与有机质含量和矿物组成密切相关，还受成熟度的影响。优质的页岩储层往往是有机质含量、成熟度与孔隙保存状态之间达到最佳平衡的结果。
然而，真正决定我国南方页岩气“甜点”区的关键因素，是地层保存条件。北美页岩大多形成于构造相对稳定地区，而中国南方地区经历了长期而复杂的构造运动。断裂、褶皱和抬升作用不仅塑造了如今的地貌，也深刻影响着天然气保存条件。通过对四川盆地及周缘地区大量样品与钻井资料的分析发现，页岩含气量往往并不完全受生气能力控制，而与保存条件密切相关。构造简单、保存条件好的地区，页岩能够保持较高压力系统和较高含气量；而断裂发育、构造破坏严重的地区，即使生气条件良好，也可能因天然气逸散而难以形成高产气藏。
于是，一个新的认识逐渐形成：中国南方页岩气“甜点”区，不是单纯由“生气能力”决定的，而是“生气—储气—保气”各环节共同作用的结果。这些指标组合在一起，就构成了识别“甜点”区的地球化学“指纹”。
> 四川盆地页岩气田分布图
验证数据
科学研究真正的价值，不仅在于解释现象，更在于解决实际问题。随着认识不断深入，科学家们开始尝试把实验室成果转化为可应用的评价方法。
在大量实验成果基础上，科学家们将有机质丰度、成熟度、孔隙结构、矿物组成、压力系数和保存条件等参数进行综合集成，构建出一套适用于中国南方过成熟页岩的“甜点”区评价体系。随后，将这些参数与测井资料、地震资料及生产数据结合，对目标区块进行精细预测。在计算机三维地质模型中，地下数千米深处的页岩层被逐渐“透明化”。哪里有机质最丰富，哪里孔隙最发育，哪里保存条件最好，哪里更可能形成高产井，都能够通过模型进行预测。对于石油勘探学家来说，这些成果就像一张地下导航图。过去，寻找优质储层更多依赖经验判断；如今，则可以利用多学科数据进行定量评价。更令人振奋的是，这些研究成果在涪陵、威荣、长宁多个页岩气区块的实际应用中得到了验证，预测出的有利区与实际高产井分布高度吻合，从而发现了一个又一个页岩气田。
回望来路，我国地质学家寻找的并不仅仅是页岩气，而是一种新的认识。从高压釜里的热模拟实验，到扫描电子显微镜下的纳米级孔隙；从岩心样品中的地球化学参数，到地下数千米深处的钻井靶体，科学家们一步步揭开了过成熟页岩富气的秘密。那块曾经被认为已经“死亡”的石头，并没有失去价值。相反，它用数亿年的地质演化告诉我们：有时候，科学进步并不仅仅在于发现新的东西，也是重新理解那些早已存在却被误解的事物。
石头终于“吐气”了
2012年以后，随着四川盆地及周缘地区一批页岩气井相继获得高产工业气流，中国页岩气勘探开发迎来了真正意义上的突破。那些曾经被认为“过熟”“无效”的古老页岩，终于用源源不断涌出的天然气证明了自己的价值。
很多人以为，页岩气发现的关键在于水平钻井和水力压裂。事实上，在钻井工程开始之前，地质工作早已悄悄展开，正确的地质认识始终是工程成功的前提。在地下深处，页岩气藏并不像常规气藏那样集中在某一个“圈闭”里，而是广泛分布在地下厚厚的页岩层中。天然气在哪里富集，以什么形式存在，哪些区域保存最好，哪些层段最有潜力，这些问题都需要地质研究给出答案。只有看清地下，钻井工程才知道井该打多深、往哪里打。某种意义上说，地质学家的研究工作就是为钻头装上一双能够看清地下的“眼睛”。
随着认识不断深入，中国页岩气勘探开发逐渐驶入快车道。如今，我国页岩气年产量已经稳定在250亿立方米以上，累计产气量突破1 900亿立方米，位居全球第二，仅次于美国。这些数字看上去简单，但每一个数字背后，都凝聚着无数科研工作者和工程技术人员的努力。有人在实验室里观察纳米孔隙，有人在野外翻山越岭采集样品，有人在计算机前建立地质模型，有人在页岩气钻探与开发的井场昼夜值守。地质、地球化学、地震、测井、钻井、压裂……一个个学科、一支支团队共同接力，才让埋藏数亿年的天然气最终走进千家万户。
回顾反思，这段故事其实始于一个看似简单的问题：为什么这些已经“过熟”的页岩还能富集天然气?当时，这个问题与传统认识并不一致，甚至有些“反常识”。但科学探索往往就是这样，真正的发现常常诞生于那些不愿轻易接受标准答案的人。幸运的是，我国地质学家并没有将已有结论当作终点，而是选择继续追问。多年以后回头看，正是这份执着的追问，让那块曾经不被看好的石头，终于开口“吐气”了。
> 页岩气从黑色页岩中“跑”出来了
“双碳”时代的新使命
很多人会问，在风电、光伏等可再生能源快速发展的今天，为什么还要继续研究页岩气?答案其实很简单：能源转型不是一场百米冲刺，而是一场持续数十年的接力赛。在这场接力赛中，页岩气正在承担新的角色和使命。
给能源转型搭一块“跳板”
实现“双碳”目标，并不意味着明天就能完全告别化石能源。对于中国这样一个能源消费大国来说，从以煤炭为主的能源结构逐步过渡到以可再生能源为主体的能源体系，需要一个循序渐进的过程。在这一过程中，天然气虽属化石能源，但与煤炭相比，其燃烧产生的二氧化碳更少，几乎不排放二氧化硫和烟尘，在保障能源供应的同时能够显著降低环境负荷，特别是在风电和光伏出力波动较大的情况下，天然气发电还能发挥灵活调峰作用，为新能源大规模接入提供支撑。因此，天然气在保障能源供应和支撑新能源接入方面发挥着过渡作用。
目前，我国常规天然气资源增长空间有限，而页岩气则成为最现实且最具潜力的补充力量。经过十余年的发展，页岩气已经成为我国天然气增储上产的重要来源，其产量已超全国天然气总产量的十分之一，且仍在持续增长。
从这个意义上说，页岩气不仅是一种能源，更是为能源转型发展争取了必要的时间和空间。
狙击看不见的温室杀手
不过，天然气并不等于“零碳”。天然气的主要成分是甲烷，而甲烷恰恰是一种强效温室气体。研究表明，在100年的时间尺度上，其温室效应约为二氧化碳的28 ~ 34倍。如果甲烷未经燃烧直接进入大气，对气候变化的影响远比人们想象的更大。
在页岩气开发过程中，钻井、测试、集输及处理环节都可能产生甲烷泄漏；设备放空、管线逸散和火炬燃烧不完全等过程，也都是容易被忽视的甲烷排放源。因此，今天的页岩气研究已经不仅仅关注“产多少气”，还要关注“排多少甲烷”。
近年来，科学家们已经开始将研究视野扩展到页岩气开发全生命周期的甲烷排放监测中。从井场生产到管网输送，从设备运行到末端利用，通过卫星遥感、地面监测和模型评估等多种手段，尽可能识别出每一个潜在排放环节，并以此提出更加精细化的管控方案。因为真正的清洁能源，不只是燃烧时更清洁，更要在整个开发利用过程中实现低碳排放。换句话说，页岩气“清洁”使命，需要依靠全过程、闭环式管理来实现。
> 页岩气开发全生命周期甲烷排放监测过程
向地球更深处“问气”
与此同时，页岩气勘探开发也正在进入新的阶段。
中浅层的页岩气资源终究是有限的。随着开发不断深入，人们开始把目光投向地下更深处。今天，越来越多的页岩气勘探目标已经进入3 500米以深的深层领域，部分地区甚至瞄准深度4 500米以上的超深层。然而，深度增加并不仅仅意味着钻得更深。在那里，地层温度显著升高，高温环境可能使常规压裂液性能下降；极高的挤压地应力则会让人工压裂裂缝更难形成和保持张开状态，仿佛刚刚打开的裂缝又被重新“焊死”。与此同时，深层页岩中的气体赋存状态、孔隙演化机制和流动规律，也与浅层存在明显差异。这些问题看似属于基础科学研究，却直接决定着未来深层页岩气能否实现高效开发。
目前，大量研究人员正在攻关深层—超深层页岩气相关的基础科学问题，希望回答深层—超深层条件下页岩气如何形成、如何保存，以及如何流动等关键科学问题。这些问题如果得不到解决，未来的深层页岩气开发则会像在黑暗中射箭，难以实现精准突破。
从被判“死刑”的石头，到支撑国家能源安全的重要资源，再到服务“双碳”目标和深层能源开发的新力量，页岩气的故事仍在继续。然而，对于地质工作者来说，我们的使命依然没有改变——继续向地下更深处追问答案。
> 我国页岩气勘探开发正迈向深层与超深层
石头不语 科学有声
回望从前，页岩气的发展历程像是一场漫长的认知革命。曾经，由于过高的成熟度和复杂的地质背景，中国南方页岩长期被认为“没有希望”。而今，这些古老页岩已经成为我国天然气增储上产的重要力量。页岩气的逆袭，本质上并不是一块石头突然改变了自己，而是人类对这块石头的认知发生了改变。科学发展的过程，从来不是简单地积累知识，而是在不断质疑、修正和超越已有认知中接近真相。
长期以来，很多人认为地质学是在寻找答案。但事实上，地质学首先是在提出问题。十几年前，当我国地质学家面对那些成熟度极高的页岩时，一个看似简单的问题摆在眼前：高成熟页岩到底还有没有气?为了回答这个问题，科学家们在实验室里观察纳米级孔隙，在高压釜中模拟数亿年的演化过程，在野外和井场之间反复验证。直到今天，我们也只是给出了一个阶段性的答案。因为科学研究从来不是终点，而是一场不断接近答案的旅程。
对于年轻读者来说，页岩气的故事远未结束。深层、超深层、陆相页岩、新区带、新层系……地下世界仍然隐藏着无数未知。那些沉默了数亿年的岩石里，还有许多问题等待被发现，许多规律等待被揭示。也许未来某一天，解开这些谜题的人，正是今天读到这篇文章的你。
石头不会说话，但科学会留下回声。而每一次勇敢的追问，都会让这份回声传得更远。
作者： 高平 肖贤明 万廷瑞
编辑： 何陈临秋
排版： 刘欣潼
审核： 常 艳
官网： https://zrzykpywh.magtechjournal.com
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