中国页岩气勘探开发现状与前景(中石油董大忠)
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常规砂岩孔隙空间
100μm
致密岩石孔隙空间
20μm 页岩气孔隙空间 50nm 80nm
游离气 吸附气 吸附气
微体化石 mm
细菌 μm
DNA nm
资料来源 ：Exxonmobil，2009
RIPED，Petrochina
3/34
1、页岩气是典型的非常规天然气
页岩气必须通过大型人工造缝（网）工程才能形成
300
水平井、多段压裂等技术
200
发现Barnett页岩气田 第1口 页岩气井 EGSP启动
100 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 00 02 04 06 0 08 2010
1821
74
76
78
资料来源 ：EAI，2011；ARI，2010
RIPED，Petrochina
中国大陆稳定地块小、活动性强，沉积盆地以叠合盆地为主
中国大陆处于太平洋、印度和西伯利亚等板 块交汇处，动力学体系复杂 中国大陆由23个块体组成，是世界上块体数 量最多、单块面积最小的地区 沉积多期叠合，构造变动期次多，沉积环境 横向变化大，页岩地层规模总体相对较小 古生界海相沉积区以三大克拉通区为主，中 新生代陆相沉积广泛发育
11/34
5、 页岩气理论与技术不断取得创新和突破
国外页岩气地质理论研究进展
年代 1821 1976~1992 1980~1990 1995 2002 2003 2005 2006 2007 2007 2007~2009 作者与机构 W.A. Hart 美国能源局DOE 美国天然气研究所GRI USGS (J. W. Schmoker， Asakawa, Tyler等） Curtis J.B. Richard M. Pollastro Dan Jarvie Warlick AAPG页岩气研究专辑 Scott R.M.Reed，R.B.Louchs等 研究方法与重点 第一口页岩气井 东部页岩气项目（EGSP） 页岩特征、实验分析方法 美国页岩气资源评价方法 页岩气概念、成因机理等 页岩气储层特征 页岩气地化特征、成因机制 页岩沉积特征 页岩气沉积、地化、储层、 储层改造、微裂缝等 页岩气钻井与产量 氩离子抛光、FIB、SEM、 BSEM等技术，研究页岩孔 隙空间微观结构与特征 针对地区 纽约Chautauqua县泥盆系页岩 美国东部三大页岩气盆地 美国东部、中南部页岩气盆地 美国五大页岩气盆地 美国传统5大页岩气盆地 美国主要页岩气盆地 Barnett页岩气盆地 美国主要页岩气盆地 Barnett页岩 美国主要页岩气盆地 Barnett页岩
2010
中国第一口页岩气突破井：威远地区威201井，筇竹寺组+龙马溪组 国家第一个页岩气合作项目：中美页岩气资源评价 中国第一批页岩地层数字化标准剖面建立：四川盆地长宁、綦江、华蓥山
RIPED，Petrochina
8/34
4、中国是北美以外第一个实现页岩气突破的国家
中国陆上页岩气勘探开发形势示意图 已有主要工作
资料来源 ：EAI，2011；ARI，2010
RIPED，Petrochina
7/34
4、中国是北美以外第一个实现页岩气突破的国家
中国石油页岩气勘探开发大事记
时间
1966 ~2005 2006 2007 2007-2008
事件
中国第一口页岩地层产页岩气井：威5井 国外页岩气勘探开发形势与技术跟踪 香山首次页岩气国际技术研讨会 第一个页岩气项目：中国页岩气资源评价与有利勘探领域优选 第一个页岩气国际合作研究项目：四川盆地威远地区寒武系页岩气前景 第一个页岩气科技项目：页岩气成藏机理与分布规律、全球页岩气资源评价
4000 3000 2000 1000 0
煤层气
2006年突破500
致密气
1990年突破500
常规气
1973年达高峰产量
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
页岩气是国外最早认识的天然气，已有近200年的发展史 20世纪90年代以前人们只重点关注了致密岩石气与煤层气
资料来源 ： Curtis等, 2001；USGS，2009 ；EAI，2011；ARI，2010
40 年
/
页岩气水平井分段体积压裂模式
资料来源 ：Romanson等，2010
页岩气水平井生产曲线
RIPED，Petrochina
4/34
2、页岩气一直伴随着天然气工业的发展
1821年 阿帕拉契亚盆地第一口页岩气井
7000
美国天然气产量构成图
6000
页岩气
2008年突破500
产量/亿立方米
5000
门槛值
>2 ＞1.1 I-II型 >40 （%） <30 （%） （%） ＞2 （nd） ＞100 ≥2.0 （m3/t） <45 （%） <5 （%） （m） ＞30~50 一次抬升
意义
烃源岩质量 有效范围 储层质量
资源潜力与前景
生产方式与产能
RIPED，Petrochina
16/34
2、 中国页岩气形成与富集条件
6/34
3、近年来，全球页岩气实现了快速发展
页岩气成为潜力较大、现实的非常规天然气资源
瑞典 加拿大 美国 德国 英国 法国 波兰 奥地利 中国
图例
主产页岩气区 产页岩气区 单井突破区 波兰 研究及评价区 Block 16
印度
南非
澳大利亚 新西兰
全球已掀起“页岩气革命”，北美以外地区已有10余个国 家在进行页岩气前期评价和勘探开发先导试验
15~20×104km2
黄山-塔里奇克组 肖茶卡组 二叠系
滴水泉-巴山组
萨尔干组-印干组 玉尔吐斯组
中国陆上主要发育三类、6个层段富有机质页岩，都有形成页岩气的条件 RIPED，Petrochina
18/34
中国发育多种类型、多时代富有机质页岩
中国陆上富有机质页岩分布特征
中国陆上富有机质页岩分布图
陆相页岩：6大盆地
20~25×104km2 海陆过渡相页岩
一、页岩气勘探开发进展
二、中国页岩气形成条件
三、中国页岩气发展前景
RIPED，Petrochina
14/34
1、 页岩气形成条件与富集规律独具特质
页岩气主要特征一览表
主要地质特征 主要开发特征
源储一体，持续聚集，原位饱和富集
没有明显圈闭界限，良好封盖条件 储层致密，以微—纳米级孔隙为主 吸附气、游离气为主要赋存方式 含气范围广，不受构造控制，分布面
9/34
4、中国是北美以外第一个实现页岩气突破的国家
南方上扬子地区页岩气钻井分布图
中国石油：古生界海相页岩
元坝9-J3z 威201-S1l/∈1q 昭104-S1l 昭103-∈1n 阳101-S1l 彭页1-S1l 宁201-S1l 昭101-∈1n 方深1-∈1n 建111-J3z 河页1-S1l 宣页1-∈1h 长页1-P2l
RIPED，Petrochina
1
报告提纲
一、页岩气勘探开发进展
二、中国页岩气形成条件
三、中国页岩气发展前景
RIPED，Petrochina
2/34
1、页岩气是典型的非常规天然气
页岩气—产自极低孔渗、富有机质页岩储集系统中
的天然气，或自生自储、以游离气和吸附气为主赋存、 原位饱和富集于页岩储集系统的微—纳米级孔-缝、 矿物颗粒表面的天然气
页岩气：创新、研究与发展
中国石油地质年会@2011·BJ ·
董大忠 邹才能 李建忠 杨桦 王社教 李登华 王玉满 李新景 黄金亮 陈更生 王世谦 王兰生 吕宗刚 黄勇斌
源自文库
SPE Applied Technology Workshop on “ Shale Gas”
董大忠 ddz@petrochina.com.cn
2005
2006
中国石油研究院
中国石油研究院 中国石油研究院 中国石油对外合作经理部 中国石油研究院 中国地质大学（北京） 国土资源部
页岩气内涵与基本特征
页岩气成因机理与资源潜力 页岩气研究方法 页岩气资源潜力
北美页岩气勘探开发进展
四川盆地南部地区
2007
四川盆地威远地区寒武系
中国南方古生界海相页岩 全国页岩气有利领域筛选
RIPED，Petrochina
5/34
3、近年来，全球页岩气实现了快速发展
页岩气成为潜力较大、现实的非常规天然气资源
2000年：5个盆地 2010年：>30个盆地
1460
1000 900 800 700 年 产 600 量 （ 500 亿 方 ） 400
生物成因、裂缝性页岩气
热成因、致密、连续储层页岩气
国家部委：页岩气重大专项、
中美页岩气资源评价联合评
价、全国页岩气资源战略选 区 油公司：页岩气先导试验 科研机构：地质理论、资源 潜力、核心区及关键技术 页岩气钻井 地质浅井：20口 页岩气评价井：14口 水平井：1口
中国已广泛开展页岩气前期评价和勘探开发先导试验
RIPED，Petrochina
上扬子地区是中国页岩气先导试验区和重点突破领域
RIPED，Petrochina
10/34
4、中国是北美以外第一个实现页岩气突破的国家
威201井 ∈1、S1：0.26-1.08万方/日 阳101井 S1：点火1.7~8m
元坝9井 J3z：1.15万方/日
长宁地区 三维地震勘探
RIPED，Petrochina
RIPED，Petrochina
12/34
5、 页岩气理论与技术不断取得创新和突破
国内页岩气地质理论研究进展
年代 1994 1995 2003 作者与机构 胜利油田 中石油研究院 中国地质大学（北京） 研究方法与重点 引进裂缝页岩气 非常规天然气 页岩概念 针对地区 美国东部三大盆地页岩气 美国页岩气盆地 吐哈盆地吐鲁番坳陷水西沟群
W5
2008
第一次大规模页岩地层露头调查：四川、贵州、重庆等地 中国第一口页岩气地质评价井钻探：四川盆地长宁构造—长芯1井 中国第一批页岩气矿权区块申请与登记 中国第一批页岩气工业化示范区建设：威远-长宁、昭通
W201
2009
中国第一个页岩气对外合作区：富顺-永川
中国第一口页岩气深井取芯井及地质评价井钻探：威001-4、威201 国家第一个页岩气项目：国土资源部中国重点地区页岩气资源战略调查与选区 国家第一个页岩气重大专项：页岩气勘探开发关键技术
威远地区：威201( S1l/∈1q ) 长宁地区：宁201( S1l ) 昭通地区：昭104 ( S1l )
岑页1-∈1n 黄页1-∈1j
湘页1-S1l
恩施
中国石化：中生界陆相页岩
元坝地区：元坝9 (J3z)
中石油试验区 中石化试验区 中石油合作区 国土资源部示范区
建南地区：建111 (J3z)
单井产量低（不产水）
生产周期长 产出以非达西流为主 采收率低（20%~35%） 一定要有先进的开发技术
积与生气源岩面积相当
资源规模大，有“甜点”核心区
RIPED，Petrochina
15/34
1、 页岩气形成条件与富集规律独具特质
页岩气富集条件
参数
有机碳 成熟度 有机质类型 石英等脆性矿物 粘土矿物 孔隙度 渗透率 含气量 含水饱和度 含油饱和度 有效页岩连续厚度 保存条件 （%） （%）
工业生产能力，初期产量较高、递减快，后期稳产且 生产时间长。因此，页岩气也可称之为“人造气藏” （Artificial Reservoir）
6 5 1.12 0.92 0.72 累
日 4 产 量 3 万 2 方
1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
计 0.56 产 量 0.36 亿 0.2 方 /
2008
页岩气形成条件与控制因素
2009-2011
发改委能源局、国土资源部 等国家有关部委 中石油、中石化等油公司及 页岩气形成机理、富集规律、 相关科研研究院所 资源潜力与有效可开发 中国地质大学（北京）、西 南石油大学等一批高校
全国富有机质页岩
RIPED，Petrochina
13/34
报告提纲
资料来源 ：翟光明等，2009
RIPED，Petrochina
17/34
中国发育多种类型、多时代富有机质页岩
中国主要地区（盆地）富有机质页岩类型与时代简表
地层时代 时代 新 生 界 中 生 界 N E K J T 上 古 生 界 下 古 生 界 AnPt P C D S O ∈ 平凉组 府君山组 串岭沟-下马领组 山西组 太原组 本溪组 延长组 青山口-嫩江组 沙河子组 自流井—沙溪庙 组 须家河组 梁山-龙潭组 德坞组-大塘组 罗富组 龙马溪组 五峰组-大乘寺 组 筇竹寺组 陡山坨组 水溪沟群 百碱滩组 中下侏罗统 夏里组 沙河街-孔店组 松辽 渤海湾 鄂尔多斯 扬子 柴达木 上第三系 下第三系 吐哈-准噶尔 塔里木 羌塘
100μm
致密岩石孔隙空间
20μm 页岩气孔隙空间 50nm 80nm
游离气 吸附气 吸附气
微体化石 mm
细菌 μm
DNA nm
资料来源 ：Exxonmobil，2009
RIPED，Petrochina
3/34
1、页岩气是典型的非常规天然气
页岩气必须通过大型人工造缝（网）工程才能形成
300
水平井、多段压裂等技术
200
发现Barnett页岩气田 第1口 页岩气井 EGSP启动
100 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 00 02 04 06 0 08 2010
1821
74
76
78
资料来源 ：EAI，2011；ARI，2010
RIPED，Petrochina
中国大陆稳定地块小、活动性强，沉积盆地以叠合盆地为主
中国大陆处于太平洋、印度和西伯利亚等板 块交汇处，动力学体系复杂 中国大陆由23个块体组成，是世界上块体数 量最多、单块面积最小的地区 沉积多期叠合，构造变动期次多，沉积环境 横向变化大，页岩地层规模总体相对较小 古生界海相沉积区以三大克拉通区为主，中 新生代陆相沉积广泛发育
11/34
5、 页岩气理论与技术不断取得创新和突破
国外页岩气地质理论研究进展
年代 1821 1976~1992 1980~1990 1995 2002 2003 2005 2006 2007 2007 2007~2009 作者与机构 W.A. Hart 美国能源局DOE 美国天然气研究所GRI USGS (J. W. Schmoker， Asakawa, Tyler等） Curtis J.B. Richard M. Pollastro Dan Jarvie Warlick AAPG页岩气研究专辑 Scott R.M.Reed，R.B.Louchs等 研究方法与重点 第一口页岩气井 东部页岩气项目（EGSP） 页岩特征、实验分析方法 美国页岩气资源评价方法 页岩气概念、成因机理等 页岩气储层特征 页岩气地化特征、成因机制 页岩沉积特征 页岩气沉积、地化、储层、 储层改造、微裂缝等 页岩气钻井与产量 氩离子抛光、FIB、SEM、 BSEM等技术，研究页岩孔 隙空间微观结构与特征 针对地区 纽约Chautauqua县泥盆系页岩 美国东部三大页岩气盆地 美国东部、中南部页岩气盆地 美国五大页岩气盆地 美国传统5大页岩气盆地 美国主要页岩气盆地 Barnett页岩气盆地 美国主要页岩气盆地 Barnett页岩 美国主要页岩气盆地 Barnett页岩
2010
中国第一口页岩气突破井：威远地区威201井，筇竹寺组+龙马溪组 国家第一个页岩气合作项目：中美页岩气资源评价 中国第一批页岩地层数字化标准剖面建立：四川盆地长宁、綦江、华蓥山
RIPED，Petrochina
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4、中国是北美以外第一个实现页岩气突破的国家
中国陆上页岩气勘探开发形势示意图 已有主要工作
资料来源 ：EAI，2011；ARI，2010
RIPED，Petrochina
7/34
4、中国是北美以外第一个实现页岩气突破的国家
中国石油页岩气勘探开发大事记
时间
1966 ~2005 2006 2007 2007-2008
事件
中国第一口页岩地层产页岩气井：威5井 国外页岩气勘探开发形势与技术跟踪 香山首次页岩气国际技术研讨会 第一个页岩气项目：中国页岩气资源评价与有利勘探领域优选 第一个页岩气国际合作研究项目：四川盆地威远地区寒武系页岩气前景 第一个页岩气科技项目：页岩气成藏机理与分布规律、全球页岩气资源评价
4000 3000 2000 1000 0
煤层气
2006年突破500
致密气
1990年突破500
常规气
1973年达高峰产量
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
页岩气是国外最早认识的天然气，已有近200年的发展史 20世纪90年代以前人们只重点关注了致密岩石气与煤层气
资料来源 ： Curtis等, 2001；USGS，2009 ；EAI，2011；ARI，2010
40 年
/
页岩气水平井分段体积压裂模式
资料来源 ：Romanson等，2010
页岩气水平井生产曲线
RIPED，Petrochina
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2、页岩气一直伴随着天然气工业的发展
1821年 阿帕拉契亚盆地第一口页岩气井
7000
美国天然气产量构成图
6000
页岩气
2008年突破500
产量/亿立方米
5000
门槛值
>2 ＞1.1 I-II型 >40 （%） <30 （%） （%） ＞2 （nd） ＞100 ≥2.0 （m3/t） <45 （%） <5 （%） （m） ＞30~50 一次抬升
意义
烃源岩质量 有效范围 储层质量
资源潜力与前景
生产方式与产能
RIPED，Petrochina
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2、 中国页岩气形成与富集条件
6/34
3、近年来，全球页岩气实现了快速发展
页岩气成为潜力较大、现实的非常规天然气资源
瑞典 加拿大 美国 德国 英国 法国 波兰 奥地利 中国
图例
主产页岩气区 产页岩气区 单井突破区 波兰 研究及评价区 Block 16
印度
南非
澳大利亚 新西兰
全球已掀起“页岩气革命”，北美以外地区已有10余个国 家在进行页岩气前期评价和勘探开发先导试验
15~20×104km2
黄山-塔里奇克组 肖茶卡组 二叠系
滴水泉-巴山组
萨尔干组-印干组 玉尔吐斯组
中国陆上主要发育三类、6个层段富有机质页岩，都有形成页岩气的条件 RIPED，Petrochina
18/34
中国发育多种类型、多时代富有机质页岩
中国陆上富有机质页岩分布特征
中国陆上富有机质页岩分布图
陆相页岩：6大盆地
20~25×104km2 海陆过渡相页岩
一、页岩气勘探开发进展
二、中国页岩气形成条件
三、中国页岩气发展前景
RIPED，Petrochina
14/34
1、 页岩气形成条件与富集规律独具特质
页岩气主要特征一览表
主要地质特征 主要开发特征
源储一体，持续聚集，原位饱和富集
没有明显圈闭界限，良好封盖条件 储层致密，以微—纳米级孔隙为主 吸附气、游离气为主要赋存方式 含气范围广，不受构造控制，分布面
9/34
4、中国是北美以外第一个实现页岩气突破的国家
南方上扬子地区页岩气钻井分布图
中国石油：古生界海相页岩
元坝9-J3z 威201-S1l/∈1q 昭104-S1l 昭103-∈1n 阳101-S1l 彭页1-S1l 宁201-S1l 昭101-∈1n 方深1-∈1n 建111-J3z 河页1-S1l 宣页1-∈1h 长页1-P2l
RIPED，Petrochina
1
报告提纲
一、页岩气勘探开发进展
二、中国页岩气形成条件
三、中国页岩气发展前景
RIPED，Petrochina
2/34
1、页岩气是典型的非常规天然气
页岩气—产自极低孔渗、富有机质页岩储集系统中
的天然气，或自生自储、以游离气和吸附气为主赋存、 原位饱和富集于页岩储集系统的微—纳米级孔-缝、 矿物颗粒表面的天然气
页岩气：创新、研究与发展
中国石油地质年会@2011·BJ ·
董大忠 邹才能 李建忠 杨桦 王社教 李登华 王玉满 李新景 黄金亮 陈更生 王世谦 王兰生 吕宗刚 黄勇斌
源自文库
SPE Applied Technology Workshop on “ Shale Gas”
董大忠 ddz@petrochina.com.cn
2005
2006
中国石油研究院
中国石油研究院 中国石油研究院 中国石油对外合作经理部 中国石油研究院 中国地质大学（北京） 国土资源部
页岩气内涵与基本特征
页岩气成因机理与资源潜力 页岩气研究方法 页岩气资源潜力
北美页岩气勘探开发进展
四川盆地南部地区
2007
四川盆地威远地区寒武系
中国南方古生界海相页岩 全国页岩气有利领域筛选
RIPED，Petrochina
5/34
3、近年来，全球页岩气实现了快速发展
页岩气成为潜力较大、现实的非常规天然气资源
2000年：5个盆地 2010年：>30个盆地
1460
1000 900 800 700 年 产 600 量 （ 500 亿 方 ） 400
生物成因、裂缝性页岩气
热成因、致密、连续储层页岩气
国家部委：页岩气重大专项、
中美页岩气资源评价联合评
价、全国页岩气资源战略选 区 油公司：页岩气先导试验 科研机构：地质理论、资源 潜力、核心区及关键技术 页岩气钻井 地质浅井：20口 页岩气评价井：14口 水平井：1口
中国已广泛开展页岩气前期评价和勘探开发先导试验
RIPED，Petrochina
上扬子地区是中国页岩气先导试验区和重点突破领域
RIPED，Petrochina
10/34
4、中国是北美以外第一个实现页岩气突破的国家
威201井 ∈1、S1：0.26-1.08万方/日 阳101井 S1：点火1.7~8m
元坝9井 J3z：1.15万方/日
长宁地区 三维地震勘探
RIPED，Petrochina
RIPED，Petrochina
12/34
5、 页岩气理论与技术不断取得创新和突破
国内页岩气地质理论研究进展
年代 1994 1995 2003 作者与机构 胜利油田 中石油研究院 中国地质大学（北京） 研究方法与重点 引进裂缝页岩气 非常规天然气 页岩概念 针对地区 美国东部三大盆地页岩气 美国页岩气盆地 吐哈盆地吐鲁番坳陷水西沟群
W5
2008
第一次大规模页岩地层露头调查：四川、贵州、重庆等地 中国第一口页岩气地质评价井钻探：四川盆地长宁构造—长芯1井 中国第一批页岩气矿权区块申请与登记 中国第一批页岩气工业化示范区建设：威远-长宁、昭通
W201
2009
中国第一个页岩气对外合作区：富顺-永川
中国第一口页岩气深井取芯井及地质评价井钻探：威001-4、威201 国家第一个页岩气项目：国土资源部中国重点地区页岩气资源战略调查与选区 国家第一个页岩气重大专项：页岩气勘探开发关键技术
威远地区：威201( S1l/∈1q ) 长宁地区：宁201( S1l ) 昭通地区：昭104 ( S1l )
岑页1-∈1n 黄页1-∈1j
湘页1-S1l
恩施
中国石化：中生界陆相页岩
元坝地区：元坝9 (J3z)
中石油试验区 中石化试验区 中石油合作区 国土资源部示范区
建南地区：建111 (J3z)
单井产量低（不产水）
生产周期长 产出以非达西流为主 采收率低（20%~35%） 一定要有先进的开发技术
积与生气源岩面积相当
资源规模大，有“甜点”核心区
RIPED，Petrochina
15/34
1、 页岩气形成条件与富集规律独具特质
页岩气富集条件
参数
有机碳 成熟度 有机质类型 石英等脆性矿物 粘土矿物 孔隙度 渗透率 含气量 含水饱和度 含油饱和度 有效页岩连续厚度 保存条件 （%） （%）
工业生产能力，初期产量较高、递减快，后期稳产且 生产时间长。因此，页岩气也可称之为“人造气藏” （Artificial Reservoir）
6 5 1.12 0.92 0.72 累
日 4 产 量 3 万 2 方
1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
计 0.56 产 量 0.36 亿 0.2 方 /
2008
页岩气形成条件与控制因素
2009-2011
发改委能源局、国土资源部 等国家有关部委 中石油、中石化等油公司及 页岩气形成机理、富集规律、 相关科研研究院所 资源潜力与有效可开发 中国地质大学（北京）、西 南石油大学等一批高校
全国富有机质页岩
RIPED，Petrochina
13/34
报告提纲
资料来源 ：翟光明等，2009
RIPED，Petrochina
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中国发育多种类型、多时代富有机质页岩
中国主要地区（盆地）富有机质页岩类型与时代简表
地层时代 时代 新 生 界 中 生 界 N E K J T 上 古 生 界 下 古 生 界 AnPt P C D S O ∈ 平凉组 府君山组 串岭沟-下马领组 山西组 太原组 本溪组 延长组 青山口-嫩江组 沙河子组 自流井—沙溪庙 组 须家河组 梁山-龙潭组 德坞组-大塘组 罗富组 龙马溪组 五峰组-大乘寺 组 筇竹寺组 陡山坨组 水溪沟群 百碱滩组 中下侏罗统 夏里组 沙河街-孔店组 松辽 渤海湾 鄂尔多斯 扬子 柴达木 上第三系 下第三系 吐哈-准噶尔 塔里木 羌塘