硫化氢对碳酸盐储层溶蚀改造作用的模拟实验证据——以川东飞仙关组为例

四川盆地下三叠统飞仙关组储层是中国目前发现的次生溶蚀孔洞最发育、埋藏最深、优质碳酸盐岩储层最发育、储层有效厚度最大的碳酸盐岩储集层；同时飞仙关组气藏也是中国硫化氢含量最高的气田．研究发现，飞仙关组优质储层的形成与硫化氢之间存在十分密切的关系．含硫化氢的酸性流体与碳酸盐岩发生流体-岩石相互作用，促进了碳酸盐岩次生孔隙的形成．通过对飞仙关组储层碳酸盐岩岩芯样品在含硫化氢饱和水溶液中溶蚀试验发现，经过硫化氢的溶蚀，储层的孔隙度、渗透率得到大幅度的提高，孔隙度平均增大2％，渗透率增大幅度最大，平均将近提高两个数量级，岩石的密度也明显变轻，从而证实了硫化氢的溶蚀作用对飞仙关组优质储层形成所起到的关键作用．储层岩石学特征也证实了硫化氢对碳酸盐岩的溶蚀改造作用．     

应用储层流体包裹体信息研究天然气气藏的成藏时间

以鄂尔多斯盆地晚古生代深盆气藏为例，应用储层中流体包裹体均一温度及其他信息，结合该盆地古地温演变与沉积构造史，推算出该气藏成藏时间为150－125Ma，并且具有南部早北部晚的特点。这一结论与鄂尔多斯盆地晚古生代气藏形成的地质地球化学条件相吻合。     

利用流体包裹体信息恢复鄂尔多斯盆地晚古生代天然气气藏气水界面的迁移过程

鄂尔多斯盆地晚古生代气藏在成藏过程中一个独特的特点是气水过渡带发生过迁移. 应用储层中流体包裹体捕获温度, 结合该盆地沉积-构造史及古地温史, 推算出该气藏在不同时期气水过渡带中包裹体的形成时间, 并在此基础上, 绘制出气水界面迁移的等时线图. 结果表明: 该气藏最早于165 Ma左右(晚侏罗世) 在延安一带聚集成藏, 并由南向北逐渐扩大与推移, 在129 Ma左右基本成型. 在晚白垩世由于盆地整体抬升, 气源补给不足, 气藏气水过渡带向南退缩至现今气水过渡带位置.     

中国叠合盆地深层海相油气成藏条件与富集区带

以塔里木、四川、鄂尔多斯三大盆地为例，从海相层系的后期叠加样式、埋藏历史、构造变形演化出发，阐述深层海相油气成藏条件．海相烃源岩埋藏史可划分为Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型，指出不同埋藏类型油气生成、成藏与现今烃类相态有差异．海相层系构造带演化可分为早正断-晚断褶型、早隆起．晚断褶型、早隆起．晚平缓型、早拗陷．晚冲断型等4种类型．提出有机质“接力”成气模式，指出中西部地区“退火”地温场演化与构造沉降耦合以及高．过成熟烃源岩中分散液态烃晚期成气，是海相油气晚期成藏的关键因素．总结提出深层海相优质储层形成的地质条件，即早期烃类充注、风化壳储层、深部溶蚀作用以及埋藏白云岩化作用．总结提出三大类海相油气富集区带，即古隆起复式油气聚集带、古断裂带、高能沉积相带．     

塔里木盆地克拉通区海相油气成藏期与成藏史

根据包裹体分析、伊利石K-Ar同位素测年、油气水界面追溯法等多种方法综合分析认为, 塔里木盆地克拉通区海相油气藏主要有晚加里东-早海西期、晚海西期和喜山期3期成藏以及燕山期和喜山期2期调整再成藏. 其中晚海西期是现存原生油藏的主要形成时期, 燕山期特别是喜山期是古油藏的调整再成藏时期, 喜山期也是气藏的主要形成时期. 目前发现的古生界油藏主要是晚海西期形成的原生油藏, 中生界油藏则主要为喜山期调整再聚集形成的次生油藏. 塔里木盆地克拉通区油气藏之所以普遍出现晚期调整现象, 主要与中新生代特别是晚第三纪以来塔里木盆地频繁而强烈的构造变动以及晚喜山期高过成熟天然气的强烈气侵作用有关, 另外克拉通区油藏幅度普遍较低也是造成早期油藏易发生调整的一个重要原因. 因此, 构造相对稳定的继承性古隆起和古斜坡区, 是塔里木盆地寻找大中型海相原生油藏的主要地区.     

塔里木盆地和四川盆地海相烃源岩成烃演化模式探讨

通过系统分析源岩沉积样式并结合区域地温场，综合研究了塔里木盆地下古生界和四川盆地古生界海相烃源岩的热演化特征，建立了相应的成烃模式，探讨了各自的生烃潜力．海相烃源岩可划分为4种成烃演化模式：早期快速演化型、中期快速演化型、持续演化型和多期演化型．其中，早期快速演化型对形成工业性油气藏直接贡献不大，以寻找古油藏或原油裂解气为主：中期快速演化型虽然已发现较多气藏，但总体规模有限；后两种类型都取决于前期的演化程度，若较低后期仍可生成液态原油，否则以生气为主．四川盆地古油藏得以较好地保存，源岩普遍经历了干酪根-油-气的演化过程，这对于塔里木盆地天然气勘探具有一定的借鉴意义．     

中国海相碳酸盐岩气藏硫化氢形成的控制因素和分布预测

在碳酸盐岩储集层系中往往发育膏盐，硫化氢在碳酸盐岩油气藏中也比较常见，而高含硫化氢天然气的成因目前普遍认为是硫酸盐热化学还原作用（TSR）的结果，因此硫化氢与石膏分布的关系就显得比较密切．但是在许多膏盐发育的碳酸盐储集层中，就没有硫化氢的生成．最近研究发现，膏盐的存在只是硫化氢形成的一个基本条件，储层孔隙的发育情况、地层水中硫酸根离子的含量、储层经历的温度条件、油气-水界面的存在、烃类组成、储层岩石组合等，都对TSR的发生有重要的控制作用．这是因为TSR是在高温条件下烃类将硫酸盐还原生成硫化氢和二氧化碳等酸性气体的过程，硫化氢的形成要受到TSR反应的控制，因此反应空间的连通性、硫酸根离子与烃类的接触机会、反应温度等都对TSR反应产生影响．由于硫化氢的化学性质比较活跃，聚集成藏保存下来还受地层中重金属离子的含量等因素的控制．硫化氢分布的预测主要是基于TSR反应条件是否具备、保存条件是否良好的前提下，结合已发现高含硫化氢气藏的特点，建立海相碳酸盐岩层系硫化氢分布的预测模型：在含膏岩的孔隙型储集层系中、地层水中富含硫酸根贫重金属离子，油气充注成藏后又经历过较高的温度，且气藏保存较好，是高含硫化氢天然气分布的有利区域．     

中国海相盆地的形成与演化

中国海相沉积盆地的形成与演化主要经历了两大构造期和5个构造演化阶段．两大构造期是指早古生代板块离散-漂移控制下的海相盆地形成和晚古生代以来板块聚敛-碰撞控制下的盆地叠加改造这两大构造期．5个演化阶段如下：①元古界-中石炭世，小陆壳板块在大洋中的漂移和以碳酸盐岩沉积为主的海相盆地的形成；②晚石炭世-中三叠世，陆壳板块向北的拼合聚敛和海陆交互相沉积盆地的发育；③晚三叠世-早白垩世，板块拼贴以后的构造稳定阶段和陆内沉降控制的湖相沉积盆地的叠加；④晚白垩世-古近纪，受新特提斯洋和西太平洋板块活动的影响，海相沉积盆地经受陆内变形，发生埋藏、隆升剥蚀或破碎；⑤新近纪以来，受印度板块与亚欧板块的碰撞及其远距离效应的影响，海相沉积盆地边缘发生前陆挤压和盆山耦合作用．构造演化过程控制了中国海相沉积盆地的石油地质特征，古生代海相沉积盆地的形成奠定了油气藏形成的物质基础，中新生代的构造叠加与改造决定了油气成藏与保存的关键条件．晚元古代-早古生代，漂移在大洋中的古板块上沉积的深水相泥页岩和陆缘海碳酸盐岩层序中，发育了优质的海相烃源岩和礁滩相储集层．晚古生代，陆壳板块聚敛并上升成陆，克拉通盆地内部的古隆起成为油气运移、聚集和储集的良好空间，同时海陆交互相沉积的煤系地层形成了区域性的封盖层．中新生代的构造稳定性决定了古生代海相盆地的保存条件．具有前寒武系结晶基底，构造活动相对稳定，盆地改造程度低的海相沉积盆地和其中古油气藏容易保存，例如塔里木盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地等都是有利于海相油气勘探的地区．     

塔里木盆地海相成因天然气的两种聚集模式

塔里木盆地台盆区发现的和田河气田、轮古东气田、塔中气田属于海相成因天然气藏，气源来自寒武系烃源岩．模拟实验表明，滞留于烃源岩内的分散可溶有机质晚期裂解成气，是海相天然气的主要成因．分散可溶有机质裂解气通过两种方式聚集成藏，一种是在晚期构造运动强烈的断裂带上一次成藏，形成和田河典型的干气气藏气田；另一种是在轮南和塔中继承性隆起带上形成的凝析气藏，通过裂解气与原油的混合模拟实验证实，是由于这些隆起带上早期发生过大规模的原油聚集，晚期分散可溶有机质裂解气对古油藏充注混合后形成的．     

沁水盆地构造-热演化史的裂变径迹证据

根据沁水盆地锆石裂变径迹、磷灰石裂变径迹分析结果，结合构造变动、岩浆活动及其它古地温温标等分析资料的综合研究，认为沁水盆地在古生代-中生代中期，沁水盆地地温梯度较低．中生代晚期地温梯度高，在盆地中部可达5.56℃/100 m，在盆地南北两端地温梯度可达8.00℃/100 m以上，表明沁水盆地存在异常地温场，发生过一期强烈的构造热事件．构造热事件发生在110～140 Ma之间，主峰值在120～140Ma之间．构造热事件发生受岩石圈深部热活动性增强及岩浆侵入的控制．沁水盆地石炭-二叠系煤层热演化程度主要受中生代晚期异常地温场控制．磷灰石裂变径迹资料记录了26.2～11.5 Ma前的一次快速抬升冷却事件，盆地抬升冷却具有南、北部抬升冷却早，中部抬升冷却晚的特点．石炭-二叠纪地层在50 Ma以前处于完全退火带，古地温大于125℃，50 Ma以来尤其是渐新世—中新世以来才大规模快速抬升冷却，石炭-二叠纪地层抬升退出了退火带(70～125℃)，处于低温环境．中生代晚期构造热事件控制了沁水盆地石炭-二叠系煤层的生烃高峰期，生烃高峰期在晚侏罗世～早白垩世，新生代渐新世—中新世以来发生大规模抬升冷却，地层温度降低，石炭-二叠系煤层生烃过程停止．     

塔里木盆地轮西地区奥陶系潜山油藏成藏过程及聚集模式

轮西地区奥陶系溶缝洞型潜山油藏中的原油以重油为主，为源自中、下寒武统烃源岩和中、下奥陶统烃源岩的混合油，经历了以侧向运移和聚集为主的加里东晚期-早海西期油气聚集和破坏，即有沿断裂向上调整又有侧向运移和聚集的海西晚期油气聚集并在海西末期降解形成重油的成藏过程．轮西地区奥陶系潜山油藏不存在燕山晚期-喜山期油气充注，却受该期深部轻质油气扩散的影响，表现为重油与原油裂解形成的干燥系数为0．91—0．96的溶解气伴生．通过对该地区奥陶系潜山成藏过程的研究，对塔里木盆地克拉通地区早期充注形成的油气藏的勘探潜力的认识具有重要的意义．     

中国海相储层分布特征与形成主控因素

中国海相储层分布广泛，时代从前寒武系到中新生界，其中主要是古生界，特别是下古生界，主要包括碎屑岩和碳酸盐岩两类储层；在平面上主要分布在中西部的塔里木、四川和鄂尔多斯盆地．海相碎屑岩储层主要发育于海滩前滨-临滨、潮汐砂坝、潮汐水道、砂坪、三角洲分流河道、河口坝以及浅海陆棚等环境；储层发育的沉积环境对储层性质具有极其重要的控制作用；压实作用和压溶作用、胶结作用是减少孔隙的重要因素；低地温场地质背景、早期油气充注、溶蚀作用对储层孔隙保存非常有利．海相碳酸盐岩储层分为礁-滩型储层、岩溶型储层、白云岩储层、裂缝型储层四类；白云石化作用、溶蚀作用、硫酸盐热化学还原反应作用、构造破裂作用是控制碳酸盐岩储层质量的重要因素．     

中国海相油气田形成的地质基础

塔里木盆地、四川盆地和鄂尔多斯盆地古生界地层是中国海相油气勘探的重要层系之一，广泛发育以泥质岩为主的优质烃源岩，烃源岩的深埋藏决定了海相盆地以天然气为主，但不同盆地烃源岩有机质演化程度的不同又导致油气相态的差异；富含蒸发盐的碳酸盐岩地层中的硫酸盐热化学还原作用（TSR）对原油裂解成气具有明显的促进作用．海相储层以碳酸盐岩和碎屑岩为主，沉积相、白云石化作用、溶蚀作用、TSR和断裂裂缝作用控制了碳酸盐岩储层的发育．由于海相地层经历了多期构造旋迥，导致了多套生储盖组合的发育，圈闭和油气藏类型也多种多样；油气藏普遍具有多期成藏、晚期为主或晚期定型的特点：古隆起对油气富集有重要的控制作用．由于三大盆地海相主力烃源层的不同，油气富集层位、油气藏的类型与分布、油气成藏的特点也各不相同．     

塔中地区晚燕山-喜马拉雅期油气调整与热液活动的关系

早期海相油藏的后期调整改造是塔里木盆地油气藏的重要特征之一．大规模的油气调整与强烈的区域构造活动有关，并伴随有成岩流体、成矿流体等盆地流体的大规模运移．塔中地区奥陶系碳酸盐岩构造断裂溶扩缝及岩溶风化壳溶洞内萤石等热液矿物烃类包裹体的发育，钻井证实具矿床规模的萤石脉也是重要的油气储集层，形成萤石热液成矿与油气运移成藏独特的伴生或叠加关系．结合区域构造背景与萤石成矿环境，通过热液矿物电子自旋共振测年、包裹体激光拉曼、群体包裹体烃类化石等分析后证实，晚燕山-喜马拉雅期（110．4～30．8Ma）塔中地区发生了成矿热液与成藏流体的大规模运移事件，为重要的油气调整期，喜马拉雅期（34．3Ma以来）为重要的油气成藏期．     

中扬子地块南缘半坑古油藏成藏期及破坏期的 40Ar/39Ar 年代学约束

因为与油气成藏作用相关的矿物种类较少, 传统同位素测年法很难在油气成藏期方面展开应用, 油气成藏年代的直接、定量研究是同位素年代学和石油地质研究面临的重大科学问题. 本次研究对中扬子地块南缘(江南-雪峰隆起北缘)半坑古油藏断裂带内沥青伴生石英脉进行的包裹体⁴⁰Ar/³⁹Ar 同位素真空击碎法测年实验, 获得了两条截然不同的、线性相关均良好的反等时线, 对应两个年龄坪, 两期年龄分别对应228 Ma 左右的原生包裹体和149 Ma 左右的次生包裹体, 代表了两期不同性质的流体行为. 古油藏断裂带内沥青及伴生的石英脉体是构造作用和成藏及改造作用过程中的一体化产物, 与构造作用和烃类运聚具有着非常严格的响应关系, 可以约束多期复杂构造作用下油气成藏、改造和破坏的时间, 据此将半坑古油藏成藏演化过程划分为晚印支期(228 Ma 左右)原生油气藏形成阶段和早燕山期(149 Ma 左右)油气藏改造阶段. 本次研究重建了多期复杂构造作用控制下的中扬子地块南缘(江南-雪峰隆起北缘)巨型油气成藏带内油气聚集与改造/破坏的年代学格架, 是江南-雪峰隆起北缘特殊大陆构造属性对海相油气巨量富集与改造/破坏的控制作用在时间链条上的体现. 展示了流体包裹体⁴⁰Ar/³⁹Ar 定年技术在油气成藏年代学方面, 特别是在中国南方地层时代老、烃类演化程度高、多旋回构造作用背景下的海相油气成藏地区应用的可行性与良好前景.