基础研究助推油气勘探走向新领域

　　随着国内油气需求日益增加和勘探程度不断提高，油气勘探由中浅层向深层、由常规向非常规拓展已成为必然。传统油气地质认识在新领域勘探应用中面临诸多挑战，急需发展针对深层和非常规的新理论和新技术。以油气源为核心的油气地球化学应用基础研究和实验技术研发，是实现油气地质理论创新和勘探发现的重要手段。

　　近年来，集团公司油气地球化学重点实验室聚焦公司重大勘探需求，立足应用基础研究和实验技术研发，创新思维，在古老层系油气潜力评价、深层油气成因和成藏示踪、非常规油气可动性评价等方面，取得了一批前瞻性的研究成果。

　　在基础理论研究上，古老烃源岩发育机制和深层油气成因等研究成果均达到国际领先水平。针对元古界烃源岩有效性和油气资源前景评价等难题，实验室依托国家重点研发计划和国家油气重大专项，通过学科交叉综合研究，揭示了元古宙生物母质组成和古海洋环境对古老层系烃源岩发育的控制机制，并结合大量地质勘察和实验室分析，系统编制了华北、扬子和塔里木三大克拉通盆地元古界有效烃源岩分布图册，提出古老层系具有规模油气生成潜力。相关成果发表在PNAS等国际顶级期刊，取得了广泛的国内外影响力，为我国未来古老层系油气勘探提供了科学依据。

　　针对深层-超深层油气生成和保存下限等关键科学问题，基于大量物理模拟实验和地质综合研究，系统认识了不同源灶和途径的生油气潜力、时限和动力学机制，建立了深层多途径复合生气理论。明确了塔里木盆地深层液态烃保存的温度和深度下限，提出液态烃裂解是四川盆地深层高-过成熟常规气和页岩气聚集的重要途径。在生气机理的研究基础上，厘定了6类12项资源评价参数，明确了各类天然气聚集效率，完善了原油裂解气等天然气资源评价方法，为深层万米以下油气资源勘探提供了理论支撑。

　　我国深层天然气多处于高-过成熟演化阶段，传统地球化学参数在油气来源、成因和成藏过程识别中难以发挥作用，限制了深层油气勘探方向的有效预测。油气地球化学重点实验室突破传统思维，通过实验新技术和新方法的研发，建立了基于噻吩等硫同位素、簇同位素、金刚烷、轻烃及氢同位素等深层天然气成因和多期成藏示踪指标体系。相关技术和方法有效判识了塔里木和四川盆地深层油气来源和成藏过程。

　　油气地球化学重点实验室现有固定人员37人，形成了一支老、中、青相结合的年龄结构合理的人才梯队。实验室秉承开放、流动、联合、竞争的理念，与国内外知名院校和科研机构广泛合作。近年来，在人才培养等方面进展显著，持续组织科研骨干前往国外知名研究机构开展访问交流，先后多人获得何梁何利科技进步奖、集团公司杰出成就奖、青年地质金/银锤奖等。团队获得地质学会十大地质科技进展、中国石油十大科技进展和集团公司质量信得过班组等荣誉。

　　下一步，油气地球化学重点实验室将继续聚焦深层和非常规等国家和公司油气勘探重大需求，瞄准油气科技发展前沿，立足应用基础研究和实验技术研发，推动成果在新勘探领域的应用，力争将实验室建设成为应用基础理论创新、技术研发、学术交流和科学家培养的重要基地，为公司提质增效和中国石油工业可持续发展做出应有贡献。

　　专家点评

　　围绕重点勘探领域 开发新的实验分析技术

　　□戴金星 中国科学院院士

　　石油的生成是油气聚集形成工业油藏的物质基础。油气地球化学就是应用化学原理和分析方法，研究地质体中有机质富集及生成石油和天然气的一门应用基础学科。中国老一辈石油地质和地球化学家，创立了独具中国特色的陆相生油理论，为中国石油工业的发展做出了重要贡献。

　　油气地球化学重点实验室自成立以来，围绕油气生成和油气成藏两大关键科学问题，深入研究了海相、湖相和煤系烃源岩生油气模式和潜力、排烃机理与排烃模式、叠合盆地油气藏调整与改造过程等，有力支撑了油气勘探与生产，引领学科发展，中国天然气成因及鉴别获得国家自然科学二等奖。

　　近年来，随着石油勘探逐渐向深层和古老层系拓展，给油气地球化学研究提出了新的科学问题。深层高温高压条件下油气的保存下限是多少？在多深的范围还能找到油气？古老的隐生宙是否具有油气勘探潜力？“十三五”以来，油气地球化学重点实验室开发了金刚烷单体同位素、生物标志物单体同位素、全二维气相色谱轻烃及稠油烃类成分解析、MC-ICPMS非传统稳定同位素等系列分析技术，对中新元古界气候条件、生烃母质来源和烃源岩形成、超深层高温高压条件下有机-无机复合生烃、煤成烃地球化学等开展了深入研究，成果获得国际同行的高度评价。

　　当前，深层和源内非常规油气勘探逐渐成为重要勘探对象，为油气地球化学提供了前所未有的机遇和挑战。如何有效评价页岩层系中烃类含量，特别是可动烃含量、优选油气富集甜点区和甜点段，是下一步工作的重点。希望油气地球化学重点实验室继续保持学科优势，不断开拓创新，围绕重点勘探领域开发新的实验分析技术，为集团公司油气勘探新领域的拓展做出新的更大贡献。

　　亮点技术

　　■生排烃动力学模拟实验技术

　　包括自主研发的分体式控温压的黄金管生烃热模拟、直压式生排烃热模拟等装置，用于模拟沉积盆地油气生成、排驱和热裂解等过程以及水-岩-有机质协同作用下的有机-无机复合生烃过程等，确定深层不同烃源灶的生气贡献、时限和特征，为天然气勘探下限预测和成因判识提供科学依据。

　　■加氢催化热解实验技术

　　针对古老地层烃源岩可溶有机质易遭受降解和污染、深层高成熟有机质反映生源信息的有机地球化学信息较少等难题，通过固体有机质或干酪根的加氢催化热解，结合分子地球化学和同位素分析技术，可有效获得有机质原始生源或沉积环境的地球化学参数，为深层高成熟阶段的油-源对比提供重要的理论依据。

　　■单体化合物提取与同位素分析技术

　　通过分子筛提取和富集原油和岩石抽提物中的甾烷、藿烷、烷基苯等微量单体生物标志化合物，开展碳、氢同位素分析，揭示烃源岩形成环境和有机质生物母质来源；应用超分子化学包合作用和分子筛吸附原理，提取复杂基质中超低浓度金刚烷类化合物，确定原油裂解程度、气洗分馏强度、轻质油和天然气的成因。

　　■全二维气相色谱-飞行时间质谱（GC×GC-TOFMS）实验分析技术

　　建立详细的原油样品标准图谱库，实现不同碳数的饱和烃、芳烃等数以万计的分子化合物的定性和定量分析。该方法在原油的全组分定量、稠油中烃类组分的“基线大鼓包”等未知化合物解析方面具有独特优势。

　　■MC-ICP-MS非传统元素稳定同位素分析技术

　　配备型号为Neptune plus的多接收等离子体质谱仪（MC-ICP-MS），以及样品前处理和分析的超净实验室，具有高分辨能力、可变多接收器、焦距调节和多离子计数等技术优势，可精确测量岩石和地层水样品的非传统稳定同位素（Sr、Li、B、Mg、Fe、Cu、Zn、Nd、Pb、Hg 等），为有机质沉积环境、油气成藏定年等研究提供新方法。

　　■激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱联用分析技术

　　将激光剥蚀仪（LA）与电感耦合等离子体质谱仪联用，以图像形式展现铁、钼、磷等数十种元素在微米尺度上的浓度信息，全面有效地反映沉积物所记录的地球化学信息，可用于沉积环境恢复、流体作用分析、矿物形成机制等研究。

　　■超高液相色谱-高分辨质谱（UPLC-MS）联用分析技术

　　采用超高效液相色谱和高分辨率质谱联用，定量分析原油和岩石抽提物中的含氧（如苯酚类）、含氮（如卟啉类）和含硫（如噻吩类）非烃类极性化合物，用以指示有机质成熟度、油气来源、运移方向和油气成藏与次生变化过程，非烃含量及组成还可为页岩油可动性评价提供关键参数。

　　技术应用

　　■生排烃热模拟与天然气资源潜力评价技术

　　建立了不同类型烃源岩生排烃模式，揭示了塔里木、四川等盆地深层原油和天然气生成和保存机理，厘定了天然气资源评价参数，明确了中国深层天然气资源分布规律。 ■单体化合物同位素分析与烃源灶识别技术

　　单体化合物碳同位素为确定塔里木、准噶尔等复杂多源盆地油气来源提供了直接证据，落实了盆地主力烃源灶分布，为油气勘探领域和方向优选提供了技术指导。

　　■全二维色谱质谱烃类全组分解析技术

　　详细解析了塔里木、四川等盆地轻质油成分，指明了深层油气相态和资源类型；解析准噶尔盆地、渤海湾盆地、委内瑞拉马拉开波盆地等稠油成分，支持了稠油开采方案的制定。

　　■元素-同位素分析与古环境恢复技术

　　详细解析中新元古界-寒武系烃源岩中多种金属元素的富集和同位素分馏程度，为中新元古界古气候、古海洋环境等基础理论研究提供关键依据，相关研究成果在PNAS、NC等期刊发表，引起国际学者高度关注。

　　创新感悟

　　学科交叉和技术创新拓展勘探新领域

　　□深层和古老层系生烃机理研究团队

　　油气地球化学是一门立足于实验分析和地质实践的交叉学科。生物标志化合物、元素、同位素等分析技术的建立和发展，推动着传统石油地质学逐渐进入“分子水平”和“原子水平”。戴金星院士等根据我国含油气层系的地质特点，创立了煤成烃理论，建立了多元天然气成因判识指标及图版，开辟了天然气勘探新领域，为我国天然气工业的快速发展提供了理论依据。张水昌教授等根据塔里木盆地下古生界岩石抽提物中发现的真核藻类专属分子标志物，提出海相油气溯源断代分子指标，判定塔里木盆地主力烃源层为寒武-奥陶系，为我国下古生界海相油气系统的建立奠定了理论基础。

　　随着油气勘探不断向古老深层和非常规等领域拓展，油气地球化学重点实验室通过多学科交叉和实验技术研发，依据古海洋和古气候研究建立古老有机质富集机制，依据生烃热模拟实验和量子化学计算提出有机-无机复合生烃机理，依据原位微区多分子-元素-同位素分析建立复杂油气成藏示踪技术，让油气地球化学这一传统学科持续创新发展，为中国油气勘探在传统“死亡禁区”的一个又一个重大发现提供了理论依据，也为新层系、新领域的油气勘探提供技术支撑。

  文字：张永昌 张斌 何坤 王华建 苏劲 米敬奎