我国拥有十分丰富的非常规油气资源,据初步估算,中国页岩气总资源量与美国相近,具有很好的勘探开发潜力。湘西北地区页岩气形成地质条件良好,是实现突破的有利地区。本论文在前人的基础上,以沉积地质学、储层地质学等多学科理论为指导,以湘西北下寒武统牛蹄塘组富有机质页岩层系为研究对象,以路线地质调查、野外剖面实测为主要手段,并开展系统的样品进行室内测试分析,同时结合研究区相关钻井、录井资料,在充分吸收邻区以及龙马溪组的勘探开发经验的基础上,来确定页岩的发育层段、页岩的埋藏深度、页岩厚度和分布情况,并通过地球化学测试分析获取了下寒武统牛蹄塘组的有机地化测试数据、岩石矿物学特征、储集性能和成藏地质条件。在此基础上,对湘西北地区下寒武统牛蹄塘组的形成规律进行研究,分析页岩气资源潜力,指出页岩气勘探有利区。研究区牛蹄塘组主要发育盆地-深水陆棚-浅水陆棚沉积体系。暗色页岩段主要发育于盆地-深水陆棚环境,以黑色硅质岩、硅质泥页岩、碳质页岩沉积为主。湘西北地区牛蹄塘组富有机质页岩的分布范围广,厚度在区域上基本稳定,其厚度的两个高值区分别为来凤-龙山地区和临澧-常德地区。牛蹄塘组页岩埋深在区域上变化较大,埋深一般为500-4500米,大部分地区超过2000米。湘西北牛蹄塘组页岩TOC平均含量为3.08%。纵向上牛蹄塘组优质页岩集中在中下段,平面上在咸丰和沅陵地区存在两个TOC高值区,TOC在6.0%以上。有机质类型方面,表现为I型有机质。有机质成熟度方面,有机质处于过成熟演化阶段,Ro都在2.5%以上。湘西北牛蹄塘组页岩具有低孔超低渗的特点。研究区页岩储集空间类型可划分为有机孔、无机孔和微裂缝3种,以顺层面分布的裂缝和孔隙居多。矿物组成主要为石英和黏土矿物,方解石次之,含少量的长石、白云石、黄铁矿等。石英含量平均为62%,较高的脆性矿物有利于后期的压裂改造。黏土矿物主要成分是伊利石、伊蒙混层,其次为绿泥石,最后为高岭石,不含蒙皂石。黏土矿物特征表明本区页岩演化程度高。根据国土资源部、和能源部公布的页岩气界定标准,并结合含气页岩面积、厚度、有机质成熟度、页岩埋深、含气量、地表及保存条件等因素,按照层位优选出多个页岩气有利区带。主要为慈利-永顺-张家界的狭长地区、龙山地区以及石门西北部。