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頁巖（Shale），沉積巖的一種，指主體由粒徑小于0.0625mm的顆粒構成的、頁理發育的細粒沉積巖。頁巖層理、層面構造較為明顯，具有低滲透性、吸附性、吸水膨脹性等物理特性；硬度普遍較低，一般在1.5～3，結構比較致密的，其普氏硬度系數可以達到4~5，有的硬質頁巖的硬度更高；表面光澤暗淡，含有機質的呈灰黑、黑色，含鐵的呈褐紅色、棕紅色、黃色或綠色，巖塊抗壓強度為19.61～68.65 MPa或更低，浸水后易發生軟化和膨脹，變形模量較小，抗滑穩定性極差。在兩堅硬巖石中夾有頁巖時，對水工建筑物的穩定性影響很大。

頁巖成分復雜，除黏土礦物（如高嶺石、蒙脫石、水云母、拜來石等）外，還含有許多石英、長石、云母以及鐵、鋁、錳的氧化物與氫氧化物等。頁巖的形成主要是泥質沉積物經過壓實、膠結、溶蝕、有機質成熟、黏土礦物轉化等成巖作用后，逐漸固結而成。根據其成分的不同，可分為黑色頁巖、碳質頁巖、硅質頁巖、鐵質頁巖、鈣質頁巖、砂質頁巖、油母頁巖等主要類型。其中鐵質頁巖可能成為鐵礦石，油母頁巖可以提煉石油，黑色頁巖可以作為石油的指示地層。在時間上，從震旦系到新近系不同年代地層均有發育；在空間上，不同國家和地區均有分布；在形成環境上，海相、陸相和海陸過渡相不同沉積環境均可形成，頁巖中也經常包含有古代動植物的化石。有時也有動物的足跡化石，甚至古代雨滴的痕跡都可能在頁巖中保存下來。

由于頁巖的低滲透性和不透水性，在地下水分布地區，頁巖往往能夠作為隔水層出現。同時，頁巖是頁巖氣、頁巖油等非常規油氣資源賦存的母體，既是生氣（油）源巖，也是儲集巖。非常規油氣資源作為清潔能源的重要組成部分，是保障能源安全、調整能源結構、推進能源轉型的重要基礎。未來，其將成為常規油氣資源的重要戰略接替。目前，關于頁巖的富集成藏理論、儲層改造技術、勘探開發技術等方面的研究已取得重要成果。

定義

頁巖（煤矸石），主體由粒徑小于0.0625mm的顆粒構成的、頁理發育的細粒沉積巖，是黏土巖的一種。黏土巖礦物學概念指以黏土礦物為主（含量＞50%）的沉積巖，結構概念指粒度在0.005mm或0.0039mm以下，甚至于在0.001mm以下的組分含量大于50%的沉積巖，具紋層或頁理構造的黏土巖為頁巖，否則為泥巖。

托特萊特（Tourtelot）曾對頁巖的成因及名詞的用法作過詳細的評述，指出“頁巖”這個術語原意是指具有紋理的黏土質巖石，多是由黏土、粉砂或粉泥的固結而形成的細屑沉積巖。

形成

物質基礎

頁巖的物質成分比較復雜，包括陸源礦物、自生礦物、生物碎屑以及有機質等不同類型的物質。

陸源礦物

碎屑礦物

頁巖中常含有一些黏土級別的碎屑礦物顆粒，多為石英、燧石、長石、云母，除此之外還會出現碳質碎屑、鐵類氧化物、硫化物以及少量的重礦物，其中最主要的碎屑礦物是石英和長石。這些碎屑礦物均是陸源區母巖機械破碎的產物，因此可以根據碎屑礦物的組成推斷物源區位置、母巖類型及成分等。在典型的黏土巖中，碎屑礦物的含量極少。據分析統計資料，黏土巖中的石英碎屑含量很少超過0.1%，幾乎全是單晶石英，圓度差，邊緣模糊，常呈伸長狀。

黏土礦物

黏土礦物是一種含水的硅酸鹽或鋁硅酸鹽礦物，在頁巖中常見的黏土礦物是高嶺石、埃洛石、蒙皂石、伊來石、綠泥石。

高嶺石屬于高嶺石族典型的礦物代表，主要成分為Al4(Si4O10)(OH)8，三斜晶系，多為隱晶質致密塊狀或土狀集合體。高嶺石通常為白色，因混有雜質可能出現深淺不同的黃、褐、紅、綠、藍等各種顏色。相對密度為2.61g/cm3，硬度在2.0～3.5，易被捏碎成粉末，加水具有可塑性。長時間沸騰下能完全溶于H2S04，不溶于稀鹽酸。高嶺石加熱會脫水失重，其結構水主要在400～525℃脫失，在400℃以下和525℃以上無顯著脫水現象。

埃洛石族有埃洛石、鐵埃洛石、變埃洛石三種主要礦物，和高嶺石類似，又名多水高嶺石、敘永石，單斜晶系，是一種硅酸鹽礦物。埃洛石的化學式為Al2(Si2O5)(OH)4·(1~2)H2O，與高嶺石類似，但埃洛石的堆積方式不同于高嶺石。埃洛石是典型的風化作用的產物，在風化殼中常與高嶺石、三水鋁石和水鋁英石等共生。

蒙皂石族包括蒙皂石、拜來石、囊滑石、皂石四種主要礦物，又名“膠嶺石”或“微晶高嶺石”，晶體結構屬于2:1型層狀硅酸鹽，其成分為(Al2，Mg3)(Si4O10)(OH)2·nH2O，其中H2O為層間水，數量可因外界溫度不同而變化，從而使其晶體膨脹或收縮，但晶格并不改變。目前已證明其成分中的Al被其他陽離子代換得越少，其晶體的膨脹收縮性越強。蒙皂石常與伊來石、埃洛石、高嶺石共生，另外在基性巖風化殼和其有關的沉積物中還經常與海泡石族礦物共生。

伊利石族包括伊利石、海緣石兩種主要礦物。伊利石的成分可寫作K＜1(Al,Fe,Mg)2[(Si,Al)4O10]·nH2O，伊利石主要是在氣溫稍低的條件下由長石、云母等鋁硅酸鹽礦物化學分解而成。當氣候變得濕熱的時候，化學風化作用會進行得更徹底，堿性離子(K+)會被帶走，伊利石將進一步分解為高嶺石。伊利石也可以形成于低溫熱蝕變作用或成巖、后生作用階段由其他黏土礦物轉變而來。

綠泥石可分為正綠泥石（富鎂綠泥石）和鱗綠泥石（富鐵綠泥石）。正綠泥石的成分可寫作(Mg,Fe)6-p(Al,Fe)p[(Al,Fe)pSi4-pO10](OH)8，常見的礦物有葉綠泥石、斜綠泥石、鐵綠泥石、脆晶綠泥石、頻綠泥石等。鱗綠泥石的成分可寫作(Fe,Mg)n-p(Fe,Al)p[(Fe,Al)pSi4-pO10](OH)?(n-2)·xH2O，其中n值常為5，p值比正綠泥石的大，常見的礦物有鮞綠泥石、細鱗綠泥石等。綠泥石主要是中、低溫熱液作用、淺變質作用和沉積作用的產物，富鐵綠泥石主要沉積在鐵礦中，海相沉積環境下多產生綠泥石。綠泥石的單晶形態呈薄六角板狀或葉片狀，常見粒徑為2～3mm；集合體有葉片組成的蜂窩狀、玫瑰花朵狀、絨球狀、針葉狀和疊片狀。一般針葉狀綠泥石多呈孔隙襯墊包于顆粒表面，絨球狀和玫瑰花狀的綠泥石則充填在孔隙中。

海泡石族包括海泡石、凹凸棒石、坡縷石三類主要礦物。海泡石是一種纖維狀的含水硅酸鎂，斜方晶系或單斜晶系，電鏡下具層鏈狀結構，化學式為Mg8(H2O)4(Si6O16)2(OH)4·8H2O。干燥狀態下脆性強，收縮率低、可塑性好、比表面積大、吸附性強，可溶于鹽酸，質輕。海泡石具有極強的吸附、脫色和分散等性能，熱穩定性極高，耐高溫性可達1500～1700℃。海泡石具有非金屬礦物中最大的比表面積（最高可達900m2/g）和獨特的孔道結構，是公認的吸附能力最強的黏土礦物。海泡石經常和海相石灰巖伴生。

除高嶺石、埃洛石、蒙皂石、伊來石、綠泥石、海泡石外，黏土礦物還包括硅酸水凝膠、水化氫氧化鐵、水化氫氧化鋁、水鋁石英等非晶質礦物。

自生礦物

自生礦物是指巖石中孤立分散的礦物晶體，對碎屑物不起膠結作用的一類礦物。自生礦物是在沉積巖形成（沉積和成巖）的過程中生成的，主要是鐵、錳、鋁的氧化物和氫氧化物礦物、碳酸鹽礦物、硅酸鹽礦物、黏土礦物及氧化硅礦物等，也有一些石膏、黃鐵礦、磷灰石和石鹽等。

自生粒狀礦物

頁巖中的自生粒狀礦物包括鐵、錳、鋁的氧化物或氫氧化物礦物（赤鐵礦、褐鐵礦、水針鐵礦、軟錳礦、水鋁石等）、碳酸鹽礦物（方解石、白云石、菱鐵礦等）、硅酸鹽礦物（正長石、鈉長石、培長石等）、氧化硅礦物（蛋白石、自生石英等）、氯化物礦物（石鹽、鉀鹽等）、硬石膏（石膏、硫酸鈣）、磷酸鹽礦物（磷灰石）等，礦物形態呈粒狀，顆粒直徑一般都比較小。礦物生成的形態主要與組成頁巖的化學成分、沉積和成巖環境（溫度、壓力、pH值）有關。如黃鐵礦一般呈草莓狀、團塊狀、結合狀，或者呈自形相對較好的立方體狀發育。

自生黏土礦物

自生黏土礦物是碎屑巖中重要的填隙物，自生黏土礦物的主要類型包括高嶺石、蒙皂石、伊來石、綠泥石等。自生黏土礦物的形成主要是頁巖在成巖過程中，由于地層中的水體與頁巖中所含的黏土礦物或硅酸鹽礦物在特定的溫壓條件下發生化學反應，從而形成了新的黏土礦物，如高嶺石、蒙皂石的伊利石化和綠泥石化。自生黏土礦物的賦存狀態是指黏土礦物分布特征及其與巖石骨架顆粒之間的相互關系，主要表征黏土礦物在頁巖礦物間或孔隙中的存在位置，以及黏土礦物本身的聚集狀態。一般可借助掃描電鏡、X射線行射、電子探針和微區礦物分析儀等表征手段對自生黏土礦物進行分析。

生物碎屑

生物碎屑是指經過搬運和磨蝕或在沉積盆地形成的生物化石碎屑及完整的生物化石個體，一般也泛指生物死后的骨骼殼體等形成的碎屑，后與沉積物一起沉積成巖，包括動物碎屑或完整個體、植物碎片或完整個體。在頁巖中，生物碎屑既是有機質的組成部分，也是巖石礦物組成的一部分。生物碎屑構成的空間形態的顯微結構可歸納為四種類型：粒狀結構、纖狀結構（柱狀結構）、片狀結構及單晶結構。

針對早古生界頁巖氣研究發現，硅質含量和有機質含量、含氣量之間呈正相關，由此推測該部分硅質可能與生物成因有關，生物成因硅（有機硅）也是富有機質頁巖重要的組成部分。頁巖中存在的生物成因硅，對頁巖氣富集和開發具有非常重要的意義。一方面，生物成因硅質含量與有機質含量之間存在正相關關系，由于硅質生物生長發育需要大量的硅，使得生物發育的水體富含硅質，同時由于硅質生物死亡后埋藏和保存，有利于形成富有機質頁巖。另一方面，生物成因硅質作為脆性礦物的一種，對頁巖巖石力學性質有影響。頁巖硅質含量越高，脆性越強，越有利于壓裂改造，從而形成復雜的裂縫網絡，改善頁巖的滲透性。

有機質

頁巖中常含有數量不等的有機化合物質，而有機物的豐度以巖石中剩余有機碳含量氨基酸總量及氨基酸總量與剩余有機碳的比值作為衡量標準。剩余有機碳、氨基酸總量越高，氨基酸總量與剩余有機碳比值越低，則有機質豐度越高，頁巖的生烴能力越強，烴源巖品質越好。由于有機物在受限制的環境下易于保存，此類頁巖多呈深灰、灰黑、黑色，多形成于安靜、低能的還原環境，如潟湖、海灣、海湖、深水盆地。這種環境也有利于硫化鐵的生成，因此硫化鐵礦物（如二硫化鐵）常與富有機質的暗色泥頁巖共生。

干酪根是頁巖中的主要有機質，占沉積有機質的90%～98%，具有不溶性。干酪根的類型可以根據有機質的顯微組分通過TI指數（干酪根類型指數）來判斷，顯微組分主要包括腐泥組、鏡質組、殼質組、惰質組四大類。腐泥組包括藻質體和無定形體；鏡質組包括結構鏡質體和無結構鏡質體；殼質組包括孢粉體、樹脂體、角質體、木栓體、表皮體；惰質組包括絲質體。

形成過程

成巖階段

頁巖的成巖階段指泥質沉積物沉積后經各種成巖作用改造直至變質作用之前所經歷的不同地質歷史演化階段，可劃分為同生成巖階段、早成巖階段、中成巖階段、晚成巖階段和表生成巖階段。

同生成巖階段是指沉積物沉積后尚未完全脫離上覆水體時發生的變化與作用的時期。

早成巖階段指沉積物已基本上與上覆水體脫離，在一定的溫度、壓力條件下，使沉積物固結成巖。該階段以壓實、脫水等物理作用以及氧化還原化學作用為主。以淺埋、低溫、有機質不成熟、存在大量膨脹性黏土礦物為特點。

沉積物處于有效埋藏深度以下（有效埋藏深度是指上覆層不僅完全覆蓋下伏沉積層，并隔斷下伏層內粒間水與底水的聯系），以各種膠結作用為主。該階段溫度普遍小于240℃，有機質處于成熟-高成熟階段，可生成大量油氣，黏土礦物大量脫水，蒙脫石向伊來石轉變。

巖石在較高溫度（240～400℃）及壓力下，向變質方向發展，有機質過成熟，烴類裂解，片狀礦物形成，伊利石在黏土礦物中占絕對優勢。

表生成巖階段是指處于某一成巖階段弱固結或固結的碎屑巖，因構造抬升而暴露或接近地表，受到大氣淡水的溶蝕，發生變化與作用的階段。

成巖作用

在成巖階段內，沉積物和沉積巖的物質成分和結構構造均發生一系列變化，通常將此期間內引起沉積物和沉積巖發生變化的作用統稱為成巖作用。頁巖的成巖作用主要有壓實作用、膠結作用、溶蝕作用、有機質成熟作用、黏土礦物轉化作用等，這些作用都是相互聯系和影響的，其綜合效應影響和控制著頁巖的發育歷史。

壓實作用或物理成巖作用是指泥質沉積物沉積后在其上覆水體或沉積層的重荷下，或在構造變形應力的作用下，發生水分排出、孔隙度降低、體積縮小的作用。從整體上看，泥質沉積物中的壓實作用是泥頁巖中最重要的成巖作用，可以發生在成巖作用的各個時期，在沉積物埋藏的早期階段表現得比較明顯。它不僅使泥質沉積物固結成巖，而且使巖石的組成、結構和物性都發生變化。泥頁巖壓實作用主要有兩種結構上的變化：①孔隙水被排出、孔隙度減小；②原生絮凝團被壓破，形成趨于平行排列的片狀質點。

膠結作用是指從溶液中以化學方式沉淀出物質，把碎屑顆粒和泥質物質膠結在一起的作用。這類化學沉淀物質在泥頁巖中起膠結作用，稱膠結物；但也有部分只是孤立分散的礦物晶體，對碎屑物不起膠結作用，這類礦物稱為自生礦物。

泥頁巖中的膠結物是在顆粒之間的孔隙水中化學沉淀出來的物質，一般是在成巖階段形成的，在巖石中的含量不能大于50%。常見的膠結物有氧化硅礦物（主要是石英）、碳酸鹽礦物（主要是方解石、白云石）、硬石膏（主要是石膏）、磷酸鹽類礦物（主要是磷灰石和膠磷礦）。泥頁巖中的自生礦物在巖石中呈孤立零散狀或結核狀分布，對碎屑顆粒不起膠結作用，大多數也是在成巖階段形成的。這些自生礦物的種類多與膠結物相同，只是數量很少，無法產生膠結的效果。此外，還有其他一些常見的自生礦物，如黃鐵礦、白鐵礦等。

溶蝕作用是巖石中的組分在成巖過程中被流體局部溶解的作用。溶蝕作用產生的次生孔隙以碳酸根溶蝕和長石溶蝕為主，形成粒內溶孔。按溶蝕的原因可分為有機酸溶蝕和碳酸溶蝕。有機酸對鋁硅酸鹽、碳酸鹽和二氧化硅均可產生溶蝕作用，對鋁硅酸鹽的溶蝕主要通過羧酸陰離子對鋁的絡合，對碳酸鹽的溶蝕主要是通過形成具有一定溶解度的羧酸鈣。碳酸主要對碳酸鹽產生溶蝕作用。有機酸的溶蝕能力是碳酸溶蝕能力的幾倍到幾十倍甚至上百倍。

有機質成熟作用是在溫度的作用下有機質發生熱演化的作用。在沉積盆地中原始有機質伴隨其他礦物沉積后，隨著埋藏深度逐漸加大，地溫不斷升高，在缺氧的還原環境下，有機質逐漸發生一系列的變化。由于在不同深度范圍內，有機質所處的環境和所受的動力因素不同，致使有機質所發生的反應性質及形成的主要產物都有明顯的區別。有機質的成熟度可以通過一系列的指標來衡量，目前常用的指標是鏡質體反射率。

高嶺石的形成與轉化

高嶺石的產狀有的分布于長石顆粒表面，有的分布于裂縫及顆粒孔隙中以及在碳酸鹽巖的溶孔、溶洞中。其成因與酸性水介質（有機酸和二氧化碳或與表生淋濾作用）有關。在埋藏過程中形成的高嶺石晶形較好，呈書頁狀或蠕蟲狀，其結晶度較好。在表生作用下高嶺石結晶相對較細，晶體較分散，結晶度也較差。

高嶺石的轉化：①高嶺石在120-150℃變得不穩定，在有鉀條件下將向伊來石轉變；②在富鐵、鐵環境下向綠泥石轉化；③在酸性水介質且在較高溫度下向地開石轉化。

蒙皂石的轉化

隨著埋深和溫度的增加，泥頁巖中的蒙皂石將逐漸向伊利石/蒙皂石（I/S）或綠泥石/蒙皂石（C/S）混層轉變，在這過程中伴隨著泥巖中孔隙水和層間水的脫出。蒙皂石存在兩種演化途徑，即在富鉀的水介質條件下向I/S混層轉變，或在富鎂的條件下向C/S轉變。

結構構造

頁巖結構

頁巖結構是指組成巖石的各種組分的形狀、大小、結晶程度以及顆粒之間的關系。依據顆粒大小及相對含量，采用“三級命名法”將富有機質頁巖的結構分為泥質結構、含粉砂泥質結構、粉砂泥質結構。

泥質結構也稱“黏土結構”，是指幾乎全部由極細小（粒徑<0.0039mm）的泥級黏土和碎屑組成，砂級（粒徑0.0625～2mm）或粉砂級（0.0039～0.0625mm）碎屑小于10%的結構；具有泥質結構的巖石通常致密均一、質地柔軟，用手觸摸有滑膩感，用小刀切刮時，切面光滑，常呈魚鱗狀或貝殼狀斷口。

含粉砂泥質結構是指泥級顆粒（粒徑<0.039mm）含量為75%～90%，砂級或粉砂級顆粒含量在10%～25%的頁巖結構。含粉砂泥質結構用手觸摸具有粗糙感，刀切面不平整，斷口粗糙。

粉砂泥質結構是指泥級顆粒含量為50%～75%，砂級或粉砂級顆粒含量為25%～50%的頁巖結構。粉砂泥質結構用手觸摸具有明顯的顆粒，肉眼可見砂粒，參差狀斷口。

頁巖構造

頁巖構造是指組成巖石的各種組分的排列及空間充填方式。與其他碎屑巖類似，頁巖的構造可分為宏觀構造和顯微構造兩大類。

宏觀構造主要包括各種層理構造以及層面構造。具體來說，前者包括水平層理、水平波狀層理、塊狀層理、紋層狀薄互層層理等；后者包括泥裂、雨痕、印痕、蟲跡等。

水平層理是富有機質頁巖中很常見的一種構造，指示靜水環境。在炭質泥巖類與硅質泥巖類中，紋層常由黃鐵礦組成，單個紋層厚度一般為1～2mm；在泥灰巖與鈣質頁巖中，紋層厚度不足0.5mm，由黑色炭泥質物質組成。

水平波狀層理多分布在含炭的粉砂巖和泥質巖類中，主要是由粉砂質和炭泥質的含量不同所呈現出來的斷斷續續的微細水平波狀層理，指示弱水動力條件。

塊狀層理多見于硅質巖中，層內不顯示任何層理特征，巖石的巖性、粒度、顏色均一。這種層理的形成可能有兩種情況，一是由于物質的種類和供應長期沒有發生變化，沉積速度長期穩定形成；二是由于生物擾動的影響致使砂泥重新分配形成均一的層理。

紋層狀薄互層層理主要是由于沉積物質粗細不同或有機質含量不同造成的，較粗的質點可達粉砂級，少量可達粗砂級。它們常由呈生物交代結構的黃鐵礦顯示或由有機質碎屑組成，這種層理可能是由于不同的沉積物組分沉積速度不同所形成的。

顯微構造是指在顯微鏡下頁巖表現出來的微觀構造，通常包括顯微氈狀構造、顯微定向構造。

顯微氈狀構造是指由極細小的鱗片狀或纖維狀礦物錯綜交織雜亂排列而成的構造，在正交光下轉動載物臺，纖體隔行掃描消光。

顯微定向構造是指由極細小的鱗片狀或纖維狀礦物沿層面定向排列而成的構造，在正交光下同時消光。

主要特征

物理特征

頁巖具有黏土巖的一般特性，包括低滲透性、吸附性、吸水膨脹性等。頁巖硬度一般在1.5～3，結構較為致密的頁巖硬度可以達到4～5，但普遍硬度較低；表面光澤暗淡，含有機質的呈灰黑、黑色，含鐵的呈褐紅色、棕紅色、黃色或綠色。巖塊抗壓強度為19.61～68.65 MPa或更低。

巖石的滲透性是指在水壓力作用下，巖石的孔隙和裂隙透過水的能力。頁巖由于顆粒細小，顆粒之間僅能形成微小的毛細管孔隙，其直徑<0.2μm。在這種孔隙中，因流體與介質分子之間的巨大引力，在常溫、常壓條件下，液體在其中難以流動。在地下水分布地區，頁巖往往能夠作為隔水層出現。

吸附性是指黏土礦物具有從周圍介質中吸附各種離子、放射性元素及有機色素的能力。由于黏土礦物分子間力相互作用而產生的吸附稱為物理吸附，與黏土的分散性有關；由黏土顆粒與介質的離子交換而產生的吸附被稱為離子交換吸附，與黏土礦物的晶體結構有關。

吸水膨脹性是指頁巖吸水后體積增大的特性，黏土礦物具有極強的吸水能力，它是黏土礦物水化作用的表現。黏土礦物的水化作用可以分為兩個階段，第一階段是黏土吸附的交換性陽離子的水化，第二階段是黏土礦物晶體層面的水化。頁巖中的蒙皂石吸水膨脹性能最強。

一般稱斷裂前的塑性變形量在5%以下的材料為脆性材料，脆性材料在彈性范圍內或彈性變形后立即破裂，即在破裂前沒有或有極小的塑性變形，材料的這種性質稱為脆性。頁巖由于其礦物組成一般由石英、長石、黃鐵礦、碳酸鹽巖類礦物等組成，在受到外力作用時，一般會在較短時間內發生破裂，或很少通過塑性變形而發生破裂，具有一定的脆性。其脆性程度一般由脆性礦物組成的比例、巖石的力學性質等因素決定。

頁巖抗風化能力較弱，在地形上往往因侵蝕形成低山、谷地。

化學特征

頁巖的化學特征包括有機地球化學特征和無機化合物地球化學特征兩大類。有機地球化學特征包括頁巖的有機碳含量、有機質類型及頁巖的成熟度。無機地球化學特征是指頁巖無機化學成分，包括SiO2、Al2O3、H2O。一般情況下，頁巖的SiO2含量為45%～80%，Al2O3含量為12%～25%，Fe2O3含量為2%～10%，CaO含量為0.2%～12%，MgO含量為0.1%～5%，自然界存在的頁巖，其化學成分含量變化也是比較大的。頁巖的平均化學成分與巖漿巖的平均化學成分相似，而一些單成分的黏土質頁巖則彼此相差較大，如高嶺石頁巖中Al2O3含量較高，MgO在海泡石中最為富集，伊來石含量較高的頁巖中K2O含量較高，因此黏土礦物的成分對頁巖的化學性質影響很大。

頁巖的敏感性是指泥頁巖的孔隙度和滲透率等物理參數隨環境條件（溫度、壓力）和流動條件（流速、酸、堿、鹽和水等）改變而改變的性質。一般頁巖因流體流動速度變化，會引起頁巖儲層中微粒遷移而堵塞喉道，導致儲層巖石滲透率發生變化。頁巖一般會因礦化水的注入而引起儲層黏土膨脹、分散、遷移，會使得滲透通道發生變化，導致儲層巖石滲透率發生變化。由于含有一定含量的碳酸鹽巖成分和黏土成分，頁巖與酸液或堿液接觸，會發生沉淀或者分散現象，也會導致儲層滲透率發生變化。一般，由于構造或者應力作用，頁巖會發生應力形變，孔喉通道、裂縫形態等也會發生張開或閉合變化，引起儲層滲透性發生變化。

含油氣性是指儲集層孔隙中油氣的相對數量。頁巖中一般含有不同含量的有機質，同時也因有機質含量的不同和物性條件的差異而呈現一定的油氣顯示。在陸相、海相和海陸過渡相不同沉積環境形成的頁巖，有機質的類型和含量一般有所不同。同時，地質年代和熱演化過程對頁巖有機質的演化和生烴有較大影響。由于含有機質頁巖具有一定的生烴能力，同時頁巖本身也具有一定的儲集性能，一般在頁巖中會有烴類殘留、顯示含油氣性。

頁巖的環境指示性是指頁巖中的礦物成分及含量對沉積環境、風化和氣候環境有指示意義。一般，黏土礦物等易風化礦物含量較高，指示離物源較遠；石英等難風化礦物含量較高，指示離物源較近。同時由礦物的顆粒形態、排列方式、膠結程度及特殊礦物的含量等也能判斷其沉積環境。

主要分類

按主要成分劃分

硅質頁巖是指SiO2含量在85%以上的頁巖，含有較多的玉髓、蛋白石等，可逐漸過渡為生物化學成因的硅質巖。硅質頁巖中的硅質并非碎屑石英，其硅質來源有陸源的SiO2膠體、海底火山噴發的硅質頁巖、生物成因的硅質頁巖，其中生物成因的硅質頁巖，如硅藻土頁巖有很高的工業應用價值，廣泛地用作食品工業的漂白劑、凈化劑和橡膠工業的充填劑。硅質頁巖風化形成的土壤與石英砂巖形成的土壤類似，植物養分較少。

鐵質頁巖是一種含少量鐵的氧化物、氫氧化物及菱鐵礦、海綠石、綠泥石等的頁巖。若含三價鐵的氧化物、氫氧化物時，巖石呈紅色、紫紅色，產于陸相、過渡相的紅色巖系中。若含二價鐵的硅酸鹽（海綠石等）、硫化鐵（黃鐵礦）時，巖石呈綠色，多產于海相巖系中。鐵質頁巖在紅層和煤系地層中較常見。

鈣質頁巖是指富含碳酸鈣（CaCO3）且含量不超過25%的頁巖，遇鹽酸起泡。鈣質頁巖分布很廣，常見于陸相、過渡相的紅色巖系中，也可見于海相、潟湖相的鈣泥質巖系中，如四川省三疊系及侏羅系的頁巖中常含鈣質。

碳質頁巖是一種含大量分散的碳化有機質的頁巖。因含有大量分散的碳化有機質組分而顯黑色，巖石較松軟，能染手。碳質頁巖生成于湖泊一沼澤、湖一沼澤和河流平原的岸后沼澤洼地環境中，與煤系地層共生，常見于煤系地層的頂底板，實際上是有機質浸入后的再碳化。巖石中如碳化有機質組分即灰分含量>30%可作燃料，如中國石炭系、二疊系及侏羅系含煤地層中均有產豐富的可燃性碳質頁巖。碳質頁巖也是油氣烴類的重要源巖。

黑色頁巖是指富含有機質及分散狀黃鐵礦的頁巖。黑色頁巖的主要成分為黏土礦物的混合物、石英、長石和云母，含較多的有機質與細分散狀的硫化鐵，有機質含量達3%～10%，其黑色來自于有機質。黑色頁巖的外觀與碳質頁巖相似，區別在于黑色頁巖不染手。黑色頁巖主要形成于黏土物質沉積的海洋中，也見于湖泊深水區、沼澤及淡化湖等環境中。對于黑色頁巖的主要用途，一方面，黑色頁巖可作為石油的指示地層，另一方面，黑色頁巖富含多種礦產資源，產于大型、超大型多金屬礦床，可用作復合化肥以改良土壤。黑色頁巖風化分解時會釋放CO2、產生酸性礦排水、釋出重金屬元素等，可能會污染環境，對環境產生嚴重影響。因此，開發利用黑色頁巖，要特別注意其可能引發的環境問題。

油頁巖是一種含碳氫化合物的棕色至黑色的頁巖。油頁巖含有大于10%的干酪根（細菌以及高等植物等隨著被埋藏時間增加逐漸演化為沉積有機質，沉積有機質經歷了復雜的生物及化學變化逐漸形成干酪根，干酪根是生成大量石油及天然氣的前身），常呈黑棕色、淺黃褐色等，層理發育，黏結性很強，燃燒有瀝青味。含瀝青質的稱為瀝青質頁巖；含腐泥質的稱為碳質油頁巖。油頁巖常生成于閉塞海灣或深湖環境中，常與含油巖系或含煤巖系共生，如中國撫順、廣東茂名等地有油頁巖產出，其含油率為4%～20%，最高達30%，可直接提煉石油。

油母頁巖以具油脂光澤為重要特點，與碳質頁巖的區別在于不污手，與黑色頁巖之區別在于用小刀刮之可成為刨花狀的巖片。油頁巖的密度較前二者小。

按沉積環境劃分

按照頁巖形成的沉積環境，可將頁巖分為海相頁巖、陸相頁巖（湖相、湖沼相）以及海陸過渡相頁巖三種類型。

海相頁巖是指在海洋中沉積，主要是在深海—半深海環境中沉積的大量浮游生物和微生物作用下形成的頁巖。海相頁巖以Ⅰ型干酪根為主，腐泥組平均在80％以上，通常富含石英和長石礦物，有機孔比過渡相和陸相頁巖發育，可以提供大量的甲烷吸附位。中國海相頁巖發育和分布廣泛，層位上集中出現在古生界，在前寒武紀和中生界也有發育。由于受到中生代以來全球性區域性板塊運動影響，古生界海相頁巖地層在許多地區被改造、隆升并遭受剝蝕。南方地區形成了近地表埋藏及大面積暴露的古生界暗色泥頁巖；在構造相對穩定的塔里木盆地則深埋于盆地深部。海相頁巖層系主要有華北地區新元古界的下馬嶺組、鐵嶺組和洪水莊組，上揚子地區震旦系的陡山坨組等。

陸相頁巖是指在陸地上沉積、主要形成于大陸上相對較低的地方（湖泊、河流）的頁巖。陸相頁巖干酪根以Ⅰ型及Ⅱ型為主，腐泥組平均占67％，黏土含量介于海相和過渡相頁巖之間。具體可進一步分為湖相頁巖和湖沼相頁巖兩類：湖相頁巖主要分布在松遼、渤海灣、鄂爾多斯、四川省、塔里木、準爾、吐哈、三塘湖、柴達木盆地等大中型含油盆地的沉積中心附近；湖沼相頁巖主要和中新生代含煤盆地相關，但目前研究程度較低。

海陸過渡相頁巖是指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形成的頁巖，是海陸過渡環境的產物。海陸過渡相頁巖有機質類型以Ⅲ型為主，Ⅱ型為輔，腐殖質顯微組分約占70％，熱演化程度普遍處于成熟—高成熟階段，少數達到過成熟，總體介于陸相和海相頁巖之間。過渡相頁巖黏土含量較高，儲集空間以粒間孔和粒內孔為主，高的粘土含量可能導致海陸過渡相頁巖較低的孔隙度及較低的滲透率。海陸過渡相頁巖的甲烷吸附能力分布范圍較大。

開發利用

頁巖是頁巖氣和頁巖油的主要載體。頁巖氣和頁巖油具有源儲一體的特點，頁巖既是生氣（油）源巖，也是儲集巖。頁巖油氣是指生成并賦存于烴源巖層系內的油氣資源，為烴源巖層系內有機質經熱演化或生物作用生成的油氣留在烴源巖層系內形成。其中頁巖氣主要賦存方式為吸附、游離和溶解狀態，主要成分為甲，并含有乙烷、丙烷、丁烷等多碳烴；頁巖油以輕質油為主，并含有濕氣。可商業開發的頁巖油氣富集在烴源巖層系內的特定巖性層段，稱為含油氣頁巖層段。

頁巖氣

頁巖氣（Shale gas），以游離態、吸附態為主，少量溶解態，賦存于富有機質頁巖層段中的天然氣。

頁巖氣是非常規天然氣的幾種形式之一，常規條件下長期富集在含有機質黑色頁巖儲層中。據統計，全球頁巖氣經濟可采儲量約為4.56×1014m3，有望成為21世紀最重要的接替能源。從2004年《天然氣工業》發表該刊第一篇頁巖氣學術論文——《頁巖氣成藏機理和分布》至今，中國頁巖氣研究和勘探開發從起步到初見成效已歷經20余年，正迎來頁巖氣革命。2011年和2015年，國土資源部組織實施了全國頁巖氣資源評價和頁巖氣動態資源評價，結果表明，中國頁巖氣地質資源量為121.86×1012m3，可采資源量為21.82×1012m3。

目前，中國已成為僅次于美國的全球第二大頁巖氣生產國，超過95%的頁巖氣產量都來自四川盆地及其周緣的上奧陶統五峰組—下志留統龍馬溪組頁巖。中國已在四川盆地建成了涪陵區、威遠縣-長寧縣和昭通市三個國家級頁巖氣示范區，累計探明了涪陵、長寧、昭通、威遠、瀘州市、威榮、永川區和綦江區共8個頁巖氣田，年產氣量達240×108m3，有效保障了國家能源安全。截至2023年底，中國歷年累計頁巖氣產量已經超過1400×108m3，并且在四川盆地及其周緣五峰組—龍馬溪組累計探明頁巖氣地質儲量2.96×1012m3。

目前，中國的天然氣供求缺口還很大，并呈現出不斷擴大的態勢。強化本土頁巖氣等非常規能源的開發力度，增加國內天然氣供應，有利于滿足中國不斷增長的能源需求。其次，隨著經濟實力的提升，環境資源保護與經濟建設之間的矛盾日益突出，中國政府也越來越重視經濟增長方式的轉變，更加強調“綠色發展”理念。目前，在中國的能源消費結構中煤炭仍然占據主要地位，導致城市的空氣污染日益嚴重。相對而言，頁巖氣是一種更加清潔、高效、優質的燃料，且在中國境內分布廣、資源充足。因此，開發頁巖氣將會助力中國經濟發展方式的低碳轉型。

頁巖油

頁巖油（Shale oils），以液態石油為主要存在方式，賦存于頁（泥）巖孔隙、裂隙、層理縫中，或者頁巖層系中致密碳酸巖或碎屑巖鄰層和夾石中賦存的石油資源。

中國是發展中國家，正處于工業化與城市化進程中，能源需求在增長，2010年能源消費總量為25.25億t油當量，2019年能源消費總量為34.02億t油當量，10年間增長了34.73%。2019年中國一次能源消費結構為:煤炭占57.9%，石油占19%，天然氣占8.3%，油氣合計占27.3%，非化石能源占14.9%。中國能源消費仍以化石能源為主、高碳含量為特征，煤炭消費仍占首位，接近一半。相對于北美海相頁巖油氣勘探和開發方面取得的長足進展，中國對頁巖油的勘探開發總體處于起步和探索階段。20世紀60年代以來，“泥頁巖裂縫性油藏”就已在不同的含油氣盆地中被發現，表明中國具有豐富的頁巖油資源。近年來，隨著頁巖油氣富集機理研究的加深及勘探開發技術的創新，頁巖油已成為了各主要油氣田儲量增長的熱點領域。

中國自2010年以來，相繼在三塘湖盆地、南襄盆地、鄂爾多斯盆地、四川盆地、松遼盆地、江漢盆地、渤海灣盆地、準噶爾盆地等獲工業油流，取得了國內陸相頁巖油勘探突破。北部灣盆地海域頁巖油鉆探的成功，開辟了中國頁巖油勘探開發新領域。3個國家級頁巖油示范區（新疆油田吉木薩爾縣陸相頁巖油國家級示范區、大慶古龍陸相頁巖油國家級示范區、勝利濟陽陸相斷陷湖盆頁巖油國家級示范區）的建立促進了中國頁巖油的工業化開發。

然而，不同于常規油氣藏已形成較為完備的研究體系，目前頁巖油研究還處于探索階段。不同盆地頁巖油的沉積構造背景、烴源巖條件、優質儲層識別特征、“甜點”類型和富集主控因素存在較大差異，國內外尚無有效識別頁巖油水平井壓裂后主產層的工程技術手段，頁巖油成儲機理、賦存狀態及可動性評價等研究觀點不一。

非常規油氣對于全球油氣儲量增長具有重要意義，而其中的頁巖油氣已成為全球勘探開發熱點，頁巖油勘探開發對于保障中國能源安全、改善以煤炭為主的能源消費結構、減少污染和降低碳排放具有重要意義。

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定義

形成