中国页岩气新区带、新层系和新类型勘探进展、挑战及对策

doi:10.11743/ogg20240201

Abstract

Abstract:

In recent years， China has shifted its focus of shale gas exploration to underexplored plays， sequences and new types （collectively referred to as the “three new fields”）. This shift has led to intensified efforts in addressing theoretical challenges and enhanced exploration， elevating both the reserves and production of shale gas to new levels. Based on new advances in theoretical research and exploration in the three new fields， we analyze the characteristics， trends， and prospects of shale gas exploration in these fields， explore theories on the unique shale gas geology in China， and identify challenges in shale gas exploration and corresponding countermeasures. The results indicate that China has developed innovative theories on the enrichment of highly- to over-mature marine shale gas with distinct characteristics of shales in the Wufeng-Longmaxi formations within the Sichuan Basin and its surrounding areas. A total of nine shale gas fields have been discovered in China with proven geological reserves of approximately 3×10¹² m³， resulting in a shale gas productivity of 450×10⁸ m³/a， and an annual shale gas production of 250×10⁸ m³. Furthermore， we ascertain three major characteristics of the shale gas exploration in the three new fields in China：（1） significant progress in deep and extremely shallow strata for shale gas exploration of the Wufeng-Longmaxi formations within the Sichuan Basin and its surrounding areas；（2） breakthroughs in multiple underexplored units， such as the Qiongzhusi and Wujiaping formations in the Sichuan Basin； and （3） discoveries and breakthroughs in the Wulalike and Shanxi formations located on the western and eastern margins of the Ordos Basin， respectively. Three major strategic shifts have been achieved：（1） a shift in exploration target from a single type， basin， and unit to multiple types， basins， and units；（2） a shift of target area selection from focusing on the interiors or peripheries of basins to including basins’ exterior with weak tectonic modification；（3） a shift in the exploration philosophy from pure organic-rich shales to organic-rich shale systems. Analyzing challenges in shale gas exploration in the three new fields in China leads to the conclusion that these fields both represent the direction for the sustainable development of shale gas in China and need corresponding countermeasures for their progress.

Key words: shift in exploration philosophy, prospect, countermeasure for progress, underexplored play, underexplored sequence, new type, shale gas, China

CLC Number:

TE132.2

Caineng ZOU, Dazhong DONG, Wei XIONG, Guoyou FU, Qun ZHAO, Wen LIU, Weiliang KONG, Qin ZHANG, Guangyin CAI, Yuman WANG, Feng LIANG, Hanlin LIU, Zhen QIU. Advances， challenges， and countermeasures in shale gas exploration of underexplored plays， sequences and new types in China[J]. Oil & Gas Geology, 2024, 45(2): 309-326.

Figures/Tables 11

Fig. 1

Table 1

Statistics of discoveries in shale gas exploration in the three new fields within onshore regions of China"

盆地或区域	“三新”类型	地区/构造	井号	井深/m	层位	测试产量/（10⁴ m³/d）
四川盆地	新层系、新类型	井研—犍为地区	金石103HF	4 683.00	筇竹寺组	25.86
	新层系、新类型	威远地区	资201	6 600.00	筇竹寺组	73.88
	新领域、新区带	威荣地区	威页1	3 500.00 ~ 4 500.00	五峰组-龙马溪组	17.50
		泸州地区	泸203	3 866.70	五峰组-龙马溪组	137.90
		渝西地区	足202H1	3 925.50	五峰组-龙马溪组	45.67
		渝西地区	黄202	4 086.10	五峰组-龙马溪组	22.37
		永川地区	永页1等6口井	3 700.00 ~ 4 300.00	五峰组-龙马溪组	8.00 ~ 14.00
		丁山- 东溪区带	东页深1HF 等4口井	3 800.00 ~ 4 500.00	五峰组-龙马溪组	5.00 ~ 31.20
		太阳- 大寨背斜	Y1	976.20 ~ 986.00	五峰组-龙马溪组	1.10
		太阳- 大寨背斜	Y102	768.50 ~ 778.80	五峰组-龙马溪组	0.59
		海坝背斜	Y153H1平台	480.00 ~ 560.00	五峰组-龙马溪组	4.50 ~ 6.10
	新层系、新类型	华蓥山区带	华地1	1 288.80 ~ 1 337.20	龙马溪组	0.30 ~ 0.50
		宣汉—达县地区	雷页1	4 000.00	大隆组	42.66
		七里峡构造	罐36	3 631.00	吴家坪组	1.20
		梁平地区	大页1	6 037.00	吴家坪组	32.06
		红星地区	红页1HF—红页4HF	3 300.00	吴家坪组	8.90 ~ 15.20
			红页1平台	3 300.00	茅口组-吴家坪组	6.08
			红页茅1HF	5 727.00	茅口组	6.45
		南江区块	乐坝1	5831.00	大隆组	6.17
		普光气田	普陆页1	3 190.00 ~ 3 460.00	千佛崖组	10.40
		拔山寺向斜	泰页1	2 386.00 ~ 2 624.00	凉高山组	7.50
		平昌地区	平安1	2 850.00 ~ 3 015.00	凉高山组	11.45
		元坝区带	元坝21	4 010.00 ~ 4033.00	自流井组大安寨段	50.70
		龙岗区块	龙浅2	2 128.00 ~ 2 146.00	自流井组大安寨段	0.30
		涪陵区块	涪页HF-1	3 570.00 ~ 3 722.00	自流井组大安寨段	1.70
		建南地区	建页HF-1	1 777.77	自流井组东岳庙段	1.20
鄂尔多斯盆地	新层系、新类型、新区带	马家滩区块	忠平1	4 165.00 ~ 4 285.00	乌拉力克组	26.48
		马家滩区块	李99	4 432.41 ~ 4434.55	乌拉力克组	4.20
		大宁—吉县地区	大吉51（吉平1H）	2 265.50 ~ 2 302.50	山西组	7.97
其他地区	新层系、新区带	正安向斜	安页1	2 302.00 ~ 2 325.48	石牛栏组五峰组-龙马溪组	10.22 100 ~ 2.36
		狮溪向斜	狮溪1	1356.00	五峰组-龙马溪组	1.19 ~ 2.86
		桴焉复向斜	瑞溪1、瑞溪2	426.00 ~ 762.00	五峰组-龙马溪组	1.06 ~ 2.37
		大关— 永善地区	云大页1	1 998.00 ~ 2 088.00	五峰组-龙马溪组	0.53
	新层系、新类型、新区带	宜昌区块	鄂宜页1、鄂阳页1HF等6口井	1 874.00 ~ 2 389.00 3 343.00 ~ 5 179.00	陡山沱组-水井沱组- 龙马溪组	5.53 ~ 7.83
		丹寨区块	贵丹地1	535.00 ~ 1 080.00	乌训组-陡山沱组	—
		玉皇洞向斜	黔水地1	2 500.00	打屋坝组	1.10
		黔南坳陷	黔紫页1	2 664.00 ~ 2 983.00	打屋坝组	—
		柳城北区块	桂融页2-1HF	1 857.00 ~ 3 657.00	鹿寨组	—

Table 1

Table 2

Fig. 2

Fig.3

Fig. 4

Fig. 5

Table 3

Table 4

Table 5

Comparison of geological characteristics of typical shales between China and the United States"

主要地质特征	主要页岩名称
主要地质特征	Marcellus页岩	Utica页岩	Barnett页岩	Eagle Ford页岩	Fayetteville页岩	Haynesville页岩	WoodFord页岩	Duvernay页岩	五峰组- 龙马溪组页岩	筇竹寺组页岩	吴家坪组页岩	乌拉力克组页岩
盆地	阿巴拉契亚盆地	阿巴拉契亚盆地	福特沃斯堡盆地	西墨西哥湾盆地	阿科马盆地	路易斯安那盆地	阿纳达科/阿科马盆地	西加拿大盆地	四川盆地	四川盆地	四川盆地	鄂尔多斯盆地
盆地类型	早古生代前陆盆地	早古生代前陆盆地	晚古生代弧后前陆盆地	克拉通盆地	弧形地堑	—	克拉通盆地	稳定克拉通盆地	克拉通盆地	裂陷槽	海槽	克拉通盆地
页岩时代	D₂	O₃	C₁	K₃	C₁	J₃	D₃-C₁	D₃	O₃-S₁	Є₁	P₃	O₃
页岩气发现年份	1880	2010	1981	2008	2004	2004	2003	2012	2010	2019	2021	2019
气田面积/ （10⁴ km²）	24.60	24.60	1.30	3.00	0.69	2.33	2.85	2.43	4.94	1.00	3.00	2.50
构造特征	简单，宽缓斜坡	简单，宽缓斜坡	前陆斜坡	宽缓大斜坡	复杂构造	大型负向构造	简单-复杂	简单	多期构造叠合	多期构造叠合	多期构造叠合	多期构造叠合
断裂特征	主体无大断裂	—	—	—	正断层为主	—	—	—	盆缘断裂发育	—	—	断裂发育区
气层埋深/m	914 ~ 2 600	1 350 ~ 2 800	1 000 ~ 2 600	1 200 ~ 4 300	450 ~ 2 590	3 300 ~ 5 300	1 830 ~ 3 350	3 100 ~ 4 100	500 ~ 6 000	3 250 ~ 5 500	3 000 ~ 4 500	3 700 ~ 4 500
地层厚度/m	0 ~ 274	—	90 ~ 152	90 ~ 152	—	10 ~ 120	>60	33 ~ 55	0 ~ 650	300 ~ 500	50 ~ 140	40 ~ 140
岩相类型	黑色页岩	钙质页岩	硅质页岩	富生物钙质页岩	黑色页岩	硅质、钙质页岩	钙质、硅质纹层状页岩	富沥青质页岩	硅质、钙质页岩	粉砂质页岩	钙质页岩	硅质、钙质页岩
储层厚度/m	15 ~ 60	15 ~ 60	15 ~ 60	15 ~ 152	15 ~ 170	10 ~ 120	36 ~ 67	9 ~ 50	20 ~ 90	60 ~ 135	20 ~ 60	20 ~ 40
TOC/%	3.00 ~ 15.00	1.00 ~ 8.00	4.00 ~ 8.00	2.00 ~ 12.00	4.04	0.28 ~ 6.20	5.01 ~ 14.81	2.00 ~ 11.00	2.00 ~ 5.00	4.00 ~ 8.00	2.80 ~ 7.48	0.43 ~ 1.52
有机质类型	Ⅰ-Ⅱ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅱ-Ⅲ	Ⅲ-Ⅳ	Ⅱ	Ⅰ-Ⅱ	Ⅱ-Ⅲ	Ⅰ	Ⅰ-Ⅱ₁	Ⅰ-Ⅱ₁	Ⅰ-Ⅱ₁
R_o/%	1.50 ~ 3.50	0.50 ~ 4.93	0.70 ~ 1.70	0.56 ~ 1.40	—	2.20 ~ 3.20	1.10 ~ 2.45	1.10 ~ 1.60	2.10 ~ 4.00	3.20 ~ 5.00	2.00 ~ 2.80	0.80 ~ 3.50
脆性矿物含量/%	>50.00	>50.00	—	40.00 ~ 85.00	55.00 ~ 70.00	50.00 ~ 70.00	84.00	32.30 ~ 93.50	45.00 ~ 75.00	51.50 ~ 85.00	69.00 ~ 94.00	70.00 ~ 75.00
孔隙类型	粒间孔、微裂缝、有机质孔	矿物孔、晶间孔、有机质孔	粒间孔、粒内孔、有机质孔	粒间孔、粒内孔、有机质孔	粒间孔、粒内孔、有机质孔	粒间孔、有机质孔	粒间孔、有机质孔	粒内孔、有机质孔	粒间孔、粒内孔、有机质孔	粒间孔、微裂缝、有机质孔	粒间孔、微裂缝、有机质孔	微裂缝、有机质孔
孔隙度/%	6.00 ~ 10.00	2.00 ~ 8.00	3.00 ~ 6.00	3.40 ~ 14.60	—	8.00 ~ 9.00	3.00 ~ 9.00	2.50 ~ 6.50	3.00 ~ 7.00	0.92 ~ 1.91	3.50 ~ 6.80	0.21 ~ 7.89
渗透率/ （10^-3 μm²）	5.000 ~ 50.000	0.000 1 ~ 1.970	—	0.040 ~ 13.000	—	0.005 ~ 8.000	—	1.000 ~ 5.000	<0.100	—	—	0.002 ~ 4.610
含气饱和度/%	55 ~ 80	20 ~ 60	75	—	—	65 ~ 75	—	—	40 ~ 70	—	—	—
含气量/（m³/t）	1.70 ~ 2.83	—	8.50 ~ 9.91	—	1.70 ~ 6.20	2.83 ~ 9.34	5.60 ~ 8.50	—	1.70 ~ 8.40	0.80 ~ 4.26	0.50 ~ 16.16	0.93 ~ 2.21
吸附气含量/%或（m³/t）	40 % ~ 60 %	1.98~2.12 m³/t	2.97 ~ 3.26 m³/t	0.28 ~ 1.42 m³/t	50 % ~ 70 %	20 % ~ 26 %	44 %	—	40 % ~ 65 %	—	20 % ~ 55 %	25 % ~ 62 %
地层压力/MPa	2.80 ~ 28.00	—	20.86 ~ 27.58	—	—	—	—	—	30.00 ~ 110.00	—	—	—
地层温度/℃	—	—	65.50 ~ 177.00	78.00 ~ 180.00	—	—	—	—	40.00 ~ 140.00	—	—	—
压力系数	0.92~1.38	1.00 ~ 1.46	0.99 ~ 1.02	1.10 ~ 1.85	1.38 ~ 1.84	1.61 ~ 2.07	1.35 ~ 1.85	0.90 ~ 1.60	0.90 ~ 2.20	—	1.15 ~ 1.85	0.96 ~ 1.00
资源量/（10¹²m）³	42.48	9.04 ~ 22.15	1.53 ~ 5.72	3.44	—	20.30	17.00	23.22	18.48	3.50	6.00	1.00
储量丰度/ （10⁸ m³/km²）	1.73	0.37 ~ 0.90	1.17 ~ 4.40	1.14	—	8.70	5.97	9.55	3.74	3.50	2.00	0.41

Table 5

Table 6

Statistics of key indicators of major shale gas sweet spots in the marine Wufeng-Longmaxi formations within the Sichuan Basin"

关键参数	气田位置
关键参数	宁201井区	宁209井区	威202-204井区	威213井西区	自201井区	吉林自 301-302井区
气田面积/km²	465.00	201.93	178.13	9.24	271.00	11.50
构造特征	单斜构造，地层倾角3° ~ 9°	构造相对平缓	南东向单斜构造	NW向单斜构造，地层倾角3° ~ 7°	向东南倾斜的单斜构造	“堑垒”相间较窄低陡背斜与宽缓向斜构造
断裂特征	中、小断裂为主，裂缝发育	中、小断层为主	零星小断层	不发育大尺度断层，局部小尺度断层	发育一些Ⅱ级和Ⅲ级小断裂	挤压形成的逆断层兼走滑性质
地层埋深/m	1 500 ~ 4 500	2 000 ~ 4 000	1 500 ~ 4 000	3 200 ~ 3 800	2 000 ~ 4 500	2 000 ~ 4 000
地层厚度/m	252.00 ~ 370.00	—	—	43.90 ~ 54.80，平均46.40	—	—
岩石类型	炭质页岩、硅质页岩、泥质粉砂岩、粉砂质页岩	黑色炭质页岩、硅质页岩	黑色炭质页岩、黑色页岩	黑色炭质、硅质页岩、粉砂质页岩	黑色钙质、硅质页岩	黑色炭质页岩、粉砂质页岩
储层厚度/m	29.50 ~ 50.00	29.50 ~ 46.40	10.00 ~ 30.00	40.00 ~ 45.00	10.00 ~ 34.00	下层系15.00 ~ 27.50，上层系22.50 ~ 40.00
TOC/%	1.00 ~ 4.50	3.10 ~ 6.20	3.00 ~ 3.60	2.90 ~ 3.50	2.20 ~ 5.90	下层系3.00 ~ 4.40，上层系2.20 ~ 2.90
R_o/%	2.60 ~ 3.20	2.60 ~ 3.20	1.78 ~ 2.26	3.10 ~ 3.30	2.10 ~ 2.50	2.40 ~ 2.81，平均2.60
脆性指数/%	42.50 ~ 82.30	61.00 ~ 86.00	43.10 ~ 75.00	65.00 ~ 70.00	58.00 ~ 88.00	下层系60.00 ~ 70.00，上层系56.00 ~ 62.00
孔隙类型	有机孔、粒间孔、晶间孔、晶内溶孔、裂缝	无机孔、无机缝、有机孔、有机缝	有机孔，粒间、晶间、晶内溶孔，裂缝	无机孔、有机孔、微裂缝	有机孔，粒间、晶间、晶内溶孔，裂缝	无机孔、有机孔和裂缝
孔隙度/%	2.00 ~ 10.90	4.20 ~ 7.30	2.30 ~ 7.00	5.30 ~ 6.00	5.10 ~ 6.80	下层系4.80 ~ 5.70，上层系4.80 ~ 5.90
渗透率/（10^-3μm²）	0.71 ~ 1.48	—	0.11 ~ 6.02	—	0.11 ~ 6.14	10.00 ~ 107.00
含气饱和度/%	50.00 ~ 70.00	50.00 ~ 70.00	32.70 ~ 84.60	32.70 ~ 84.60	53.70~76.40	下层系56.00 ~ 74.00，上层系52.00~65.00
含气量/（m³/t）	2.00 ~ 12.16	4.00 ~ 9.30	2.34 ~ 7.50	4.80 ~ 5.40	3.30 ~ 6.90	下层系5.00 ~ 7.00，上层系4.50 ~ 6.20
地层压力/MPa	18.41 ~ 61.02	31.57 ~ 49.88	35.13 ~ 73.31	13.79 ~ 73.32	13.79 ~ 73.31	70.00
地层温度/℃	75.00 ~ 110.60	—	99.90 ~ 133.90	99.90 ~ 133.100	71.8 ~ 133.92	125.00
压力系数	1.20 ~ 2.03	1.20 ~ 2.00	>1.20	1.80~2.00	>1.20	2.10 ~ 2.20
储量丰度/（10⁸ m³/km²）	5.24 ~ 7.52	5.14	3.68 ~ 6.29	6.05	3.47	3.93
关键参数	气田位置
关键参数	泸州区块泸203井区	泸州福集向斜区	渝西足201-202井区	黄金坝YS108H井区	紫金坝YS112井区	太阳-大寨-海坝区块
气田面积/km²	165.00	158.20	363.10	154.00	85.00	490.90
构造特征	“堑垒”低陡背斜	福集向斜	背斜与向斜，构造简单	压扭构造背景，地层倾角较平缓	构造形态简单，构造作用相对较弱	复背斜构造，三隆两凹构造格局
断裂特征	发育Ⅰ级、Ⅱ级、三四级断裂	Ⅱ级及以下级别断层，逆断层	少量Ⅲ级、Ⅳ级小逆断层	大断层不发育	局部断裂发育	发育逆断层和走滑断层
地层埋深/m	3 550 ~ 4 000	3 500 ~ 4 200	3 500 ~ 4 500	2 000 ~ 3 500	1 000 ~ 3 000	250 ~ 2 200
地层厚度/m	500 ~ 600	450 ~ 650	370 ~ 480	—	—	200 ~ 253.5
岩石类型	下层系硅质炭质页岩；上层系钙质页岩	下层系硅质炭质页岩；上层系钙质页岩	黑色硅质页岩、粉砂质页岩	炭质硅质页岩、粉砂质页岩	钙质页岩	炭质、硅质页岩、粉砂质页岩
储层厚度/m	30.00 ~ 65.00	35.00 ~ 65.00	20.00 ~ 39.00	36.30	33.00 ~ 35.00	30.00 ~ 50.00
TOC/%	2.80 ~ 5.70	3.00 ~ 3.60	1.90 ~ 4.60	2.00 ~ 6.70	3.03	1.02 ~ 6.06
R_o/%	2.50~3.40	2.50~3.40	>2.00	2.20 ~ 3.20	2.30 ~ 2.60	1.80 ~ 3.08
脆性指数/%	60 ~ 77	65 ~ 73	70 ~ 78	55 ~ 75	55	51 ~ 79
孔隙类型	有机孔、无机孔发育	有机孔、无机孔和裂缝	无机孔、有机孔和裂缝	有机质孔、无机孔	有机质孔、粒间微孔、铸模孔	有机质孔、无机孔、微裂缝
孔隙度/%	4.30 ~ 6.90	4.00 ~ 5.55	2.80 ~ 5.50	3.10 ~ 6.30	4.50	2.78 ~ 7.89
渗透率/（10^-3 μm²）	4.07 ~ 9.81	4.07 ~ 9.81	—	—	—	—
含气饱和度/%	60 ~ 76	55 ~ 70	62 ~ 67	—	—	39 ~ 74
含气量/（m³/t）	3.60 ~ 8.70	4.50 ~ 6.50	3.30 ~ 6.70	2.56 ~ 3.48	3.65	1.31 ~ 6.99
地层压力/MPa	97.50	69.10 ~ 96.51	77.00 ~ 91.00	—	—	2.90 ~ 41.90
地层温度/℃	133 ~ 143	120 ~ 140	110 ~ 125	95	95	—
压力系数	1.94 ~ 2.42	2.07 ~ 2.25	1.85 ~ 2.07	2.00	1.60 ~ 1.80	1.25 ~ 1.62
储量丰度/（10⁸ m³/km²）	8.16 ~ 9.50	8.60 ~ 11.26	4.42 ~ 5.09	4.20	3.27	3.11 ~ 6.00

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References 62

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“三新”类型	区带	层位	面积/ km²	资源量/ （10⁸ m³）
新类型	自210井区	五峰组-龙马溪组	220	1 100
	宜202井区		260	1 300
	自205井区		200	1 200
	泸州中区		790	7 000
	足202-203井区		160	800
新层系- 新类型	威远构造东翼	筇竹寺组	3 000	20 000
	井研-犍为区块	筇竹寺组	600	3 878
	龙门潜伏构造	吴家坪组	30 000	60 000
	宣汉—达县地区	大隆组	4 220	12 000
	红星地区	吴家坪组-茅口组	9 480	47 600
	马家滩—银洞子地区	乌拉力克组	9 000	10 000
新层系- 新区带	宜昌地区	五峰组-龙马溪组	3 039	15 000
	道真地区		368	1 914
	遵义地区		695	200 ~ 300
	大关木杆—寿山地区		333	1 400
	柳城北、鹿寨地区	鹿寨组、榴江组	122	2 100

有利层段类型	地区	典型井	层位	岩石类型	TOC/%	R_o/%	含气量/ （m³/t）	测试产量/ （10⁴ m³/d）
富有机质页岩层段	川南	宁201 泸203	五峰组-龙马溪组	富有机质页岩	2.50 ~ 8.50	2.50 ~ 3.80	2.00 ~ 6.00	15.00 ~ 137.90
富有机质页岩层段	涪陵	焦页1	五峰组-龙马溪组	富有机质页岩	2.00 ~ 8.00	2.65	1.30 ~ 6.30	20.30
“富气” 贫有机页岩层段	乐山—龙女寺	金石103	筇竹寺组	页岩夹粉砂岩	<2.00	3.15 ~ 3.26	0.13 ~ 3.30	25.86
	仪陇—平昌	平安1 普陆页1	凉高山组	页岩夹粉砂岩、细砂岩	0.57 ~ 2.56 （1.35）	1.51 ~ 1.61 （1.55）	0.53 ~ 3.38 （1.58）	10.40 ~ 11.45
	马家滩南	忠4 忠平1	乌拉力克组	裂缝型灰质页岩	0.12 ~ 1.32 （0.63）	0.80 ~ 2.50 （1.83）	0.76 ~ 2.46 （1.65）	26.48

盆地	类型	层系		资源量/（10⁸ m³）	可采资源量/（10⁸ m³）
四川盆地	陆相	侏罗系		6 600.80	990.12
	海-陆过渡相/海相	吴家坪组/龙潭组		34 440.00	8 610.00
	海相	五峰组-龙马溪组	埋深≤4 500 m	126 648.08	31 662.02
		五峰组-龙马溪组	埋深>4 500 m	66 753.70	16 688.43
		筇竹寺组	埋深≤4 500 m	24 353.01	4 870.60
		筇竹寺组	埋深>4 500 m	23 985.00	4 797.00
鄂尔多斯盆地	海-陆过渡相	山西组		16 000.00~26 000.00	2 400.00~3 900.00
鄂尔多斯盆地	海相	乌拉力克组		10 000.00	1 500.00

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Advances， challenges， and countermeasures in shale gas exploration of underexplored plays， sequences and new types in China

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