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根据非常规油气的不同属性和特征，分别根据储集岩类型、油气成因、生储盖组合、赋存状态等因素，对非常规油气进行分类。如根据储集岩类型，可以分为致密砂岩油气、页岩油气、煤层气等。根据成熟度、密度和豁度，依次可分为油页岩、油砂、页岩油、致密油、页岩气、致密气。根据油气赋存载体及其藕合关系，可以分为流固藕合型（致密油气、页岩油气）、气水固合型（天然气水合物）。其他分类方案从不同方面揭示了非常规油气的多源、多类、多型特征。
按照油气聚集方式，把常规油气和非常规油气，可分为单体型、集群型与连续型3种基本类型。常规油气包括单体型和集群型，严格受圈闭控制，其中，单体型主要为构造油气藏，油气聚集于构造高点，平面上呈孤立的单体式分布；集群型主要为岩性油气藏和地层油气藏，油气聚集于较难识别的岩性圈闭和地层圈闭中，平面上呈较大范围的集群式分布。非常规油气不严格受圈闭控制，平面上呈大面积连续型分布，包括致密砂岩油和气、页岩油和气、煤层气等。
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