我國含油氣盆地深層碳酸鹽巖經歷復雜多期多類型成巖流體溶蝕改造作用，流體活動與構造/斷裂作用密切相關，存在抬升-大氣水巖溶、斷裂-熱液、沉降埋藏-有機成巖流體溶蝕改造作用。依據野外和巖心觀察、室內測試分析、實驗數值模擬等，開展不同流體屬性類型識別，厘定碳酸鹽巖儲層流體溶蝕改造動態過程，明確深層-超深層儲層發育控制因素，提出有利相帶奠定基礎、斷裂-流體改造優化拓展、深埋環境有效保持的儲層發育與保持機理，建立不同流體作用下儲層發育地質模式，明確萬米深層有效儲集體類型。

叢書序

深層油氣是中國油氣資源戰略接替的三大領域(深層、海域、非常規)之一。但深層高溫、高壓及復雜地應力給油氣勘探實踐帶來了巨大挑戰。首先，在油氣地質方面，海相深層往往經歷多期盆地原型疊合，發育了多套油氣成藏組合，具有多源、多期成藏和構造改造調整過程，烴源巖成熟度高，油氣源對比及多途徑生氣氣源判識難度大。尤其是有機-無機相互作用貫穿了深層-超深層整個成烴-成藏過程，水的催化加氫究竟有何影響？深層油氣是淺成深埋還是深成，或者是連續過程?深層油氣相態、成藏動力、富集機理與分布規律是什么？均是困擾學術界多年的難題。其次，在深層油氣領域方面，缺乏相應的區帶、圈閉評價技術。然后，在地震勘探技術方面，由于埋深加大，普遍存在的多次波、縫洞繞射等導致成像不清、分辨率降低，使斷裂、裂縫預測精度低，有效儲集體表征和流體識別難度增大。最后，在工程技術方面，深層-超深層相關的隨鉆測量與地質導向、旋轉導向等關鍵技術受制于人，嚴重制約了深層油氣勘探進程與成效。為此，中國科學院組織實施了A類戰略性先導科技專項-智能導鉆技術裝備體系與相關理論研究（XDA14000000），“深層油氣形成與分布預測”（XDA14010000）是專項任務之一，主要攻關任務是通過深層油氣形成與分布預測研究，揭示深層油氣形成機理與分布規律，發展深層油氣成藏與富集理論和評價技術。

項目團隊經過6年的艱苦努力，取得了豐富的研究成果，主要進展如下:

建立了克拉通裂谷/裂陷、被動陸緣拗陷(陡坡與緩坡)和臺內拗陷三類四型烴源巖發育地質模式，揭示了深層高溫高壓條件下全過程生烴及多元生氣途徑，擴展了生烴門限，強調了裂解氣(于酪根及滯留油)、有機-無機相互作用是深層生烴的重要特點，擴大了深層油氣資源規模。

基于控制深層-超深層優質規模儲層發育和保持的巖相-不整合面-斷裂三個關鍵要素的分析，提出了儲層分類新方案，明確了早期有利巖相是基礎，后期抬升剝蝕及斷裂改造是關鍵，深埋條件下的特殊流體環境決定了儲集空間的長期保持。建立了深層-超深層強非均質性儲層地質模式與地球物理預測方法，形成了基于知識庫的智能儲層鉆前精細建模與隨鉆快速動態建模方法。

建立了深層油氣跨尺度非線性滲流模型，實現了從微納米孔隙到儲層的跨尺度非線性滲流模擬，揭示了不同類型致密儲層空間內的油氣運聚動力條件和運聚機理差異，明確了油氣在高滲透層、洞-縫型儲層以浮力運移為主，超壓在致密儲層中規模運移起關鍵作用。

明確了深層油氣具有“多期充注、淺成油藏、相態轉化、改造調整、晚期定位”的成藏特征和“多層疊合、有序分布、源位控效、優儲控富”的富集與分布規律。

針對含油氣系統理論對中國疊合盆地的不適應性，發展和完善了油氣成藏體系理論，提出了成藏體系的烴源體、聚集體、輸導體三要素及結構功能動態評價思路，形成深層盆地-區帶-圈閉評價技術體系和行業規范，搭建了沉積-成巖-成藏一體化模擬軟件平臺，優選了戰略突破區帶和勘探目標，支撐了油氣新領域的重大發現與突破。

該套叢書是對深層油氣理論技術的一次較系統的總結，相信它們的出版將對深層海相油氣未來的深入研究與勘探實踐產生重要的指導作用。

謹此作序。

朱日祥

2023年8月16日

前言

近年來，我國油氣勘探逐漸由中淺層向深層-超深層拓展，無論是在中西部盆地還是在東部盆地都陸續獲得了一系列重大油氣勘探發現，包括塔里木盆地塔河和輪南巖溶縫洞型油氣田、順北和富滿超深斷控縫洞型油氣田、天山南北致密砂巖氣田、四川盆地普光和元壩礁灘型氣田、磨溪和安岳震旦系一寒武系臺緣丘灘相大型氣田、川東南志留系頁巖氣田、渤海灣盆地渤中潛山凝析氣田、瓊東南盆地樂東-陵水凹陷中新統海底扇油氣田等。

隨著勘探技術日益提高，越來越多的超深鉆井在8000m甚至超過9000m的超深層碳酸鹽巖中發現規模性油氣資源。順北油氣田是我國目前平均埋藏深度最深的斷控縫洞型碳酸鹽巖油氣田，最大鉆井深度超過9000m，油藏中部平均深度超過7761m，油柱高度超過900m。輪探1井在震旦系奇格布拉克組8737~8750m段微生物巖中發現氣層，塔深5井在奇格布拉克組8780~8840m段微生物巖儲層中測試獲日產氣38957m。這些勘探成果不僅為科學研究提供了第一手資料，也堅定了向超萬米特深層系油氣勘探的信心。

深層-超深層發育優質儲層是實現商業性油氣勘探的關鍵因素。結合近些年的油氣勘探實踐，針對深層-超深層碳酸鹽巖儲層發育控制因素已經取得共識。馬永生等提出三元控儲理論，認為沉積和成巖環境控制早期孔隙發育，構造-壓力耦合控制裂縫與溶蝕，流體與巖石相互作用控制深部溶蝕與孔隙的保存。趙文智等提出沉積礁/灘及白云巖、后生溶蝕-溶濾和深層埋藏-熱液等是碳酸鹽巖儲層大型化發育的關鍵地質條件。沈安江等認為規模性優質儲集體大多在沉積成巖早期形成。何治亮等提出構造、層序、巖相、流體和時間五個因素控儲的地質成因模型。這些學者普遍認為早期有利高能相帶發育形成的丘灘相碳酸鹽巖再經歷早期白云巖化作用和淺表條件下的規模性巖溶作用，是儲層發育的基礎。后期構造/斷裂與流體耦合改造作用促使儲層儲集空間進一步改造優化，長期深埋藏過程中有利的流體保持環境促使優質儲層保持至今。

由此可以看出，深層-超深層優質碳酸鹽巖儲層發育和長期保持的一個重要因素是流體的溶蝕改造作用。不同流體改造類型和改造方式與構造和斷裂活動密切相關，如構造抬升過程中會伴隨大氣降水的巖溶改造作用，走滑斷裂成為上行熱液等多種流體活動的通道，沉降埋藏過程中存在有機成巖流體、熱化學硫酸鹽還原作用等。構造/斷裂與流體溶蝕改造作用在碳酸鹽巖沉積和成巖過程中始終具有一定的影響，對深層-超深層儲層發育和保持起到了重要作用。

在深層-超深層儲層研究中，明確成巖改造流體作用類型、控制流體活動的構造/斷裂條件、構造/斷裂-流體活動期次和時代，是深入開展儲層形成和保持、儲層發育地質模式并分布預測的關鍵環節，也是研究油氣成藏和富集規律的基礎。

針對流體作用類型識別、流體溶蝕改造機制等方面的研究，許多學者采用了多種地質與地球化學測試分析，開展了多種數值模擬和物理實驗模擬，對研究流體屬性類型、流體溶蝕改造作用機理有重要的借鑒作用。這些技術方法包括從宏觀到微觀的地質描述表征與分析技術、沉積成巖流體環境原位微區定性-定量-定時動態分析技術、儲層發育機理與過程物理實驗和數值定量模擬分析技術等。

從宏觀到微觀的地質描述表征與分析技術方面，近年來逐步發展完善與系統應用的技術包括野外露頭無人機觀測、激光點云掃描、薄片圖像數字化自動化處理、場發射掃描電鏡、核磁和計算機斷層掃描孔隙結構分析等。通過這一系列技術應用，針對不同類型儲集體的宏觀形態與展布、規模與尺度大小、巖石與礦物組成、孔隙結構、孔隙連通性與非均質性等開展宏觀至微觀多尺度刻畫與表征。

沉積成巖流體環境原位微區定性-定量-定時分析方面,近年來發展起來的技術主要包括原位微區主量、微量、稀土元素，原位微區碳、氧和鍶同位素、鎂同位素、硫同位素、團簇同位素、U-Pb同位素測年等技術。傳統的溶樣分析方法需要挑選方解石、白云石單礦物或選擇單一組構的碳酸鹽巖，不但需要的量較多，而且不能對毫米-微米級的成巖礦物進行精細分析。近年來，激光剝蝕與高精度質譜儀的聯合應用逐步實現了元素（特別是稀土元素）和多種同位素的原位微區分析,使得沉積成巖環境識別、示蹤和動態演化過程分析更加精確。

在儲層發育機理與過程物理實驗和數值定量模擬分析技術方面，主要根據研究目標所處的地質環境，提取流體-巖石體系的關鍵反應參數，如溫度、壓力、流體、巖石組分、流體巖石比、孔隙幾何形狀等，在此基礎上開展物理實驗以及數值定量模擬計算，可以厘清不同地質與成巖流體環境下碳酸鹽巖儲層儲集空間形成過程的控制因素，進而明確優勢儲集體的成因機制。模擬實驗主要借助高溫高壓反應釜、混合流反應器、旋轉盤反應裝置、金剛石壓腔反應釜、毛細硅管反應裝置等設備查明礦物溶解-沉淀過程中的反應速率常數、反應速率等;同時，結合微觀觀測手段如掃描電子顯微鏡、原位拉曼光譜、垂直干涉掃描儀、納微米計算機斷層掃描等，研究礦物溶蝕-沉淀界面形貌的變化、孔隙幾何形態的變化等。數值模擬是計算和預測流動與反應進程、溶質輸運、礦物分布、孔隙分布的有力工具，可包括的參數全面、計算范圍廣、便于考察無法實時或直接觀測的物理實驗過程。常用的流體巖石相互作用相關的數值模擬工具包括TOUGHREACT、格子波爾茲曼方法、Crunch方法等。

本書立足我國主要含油氣盆地深層-超深層多類型儲層中所揭示的多種復雜流體溶蝕改造作用，通過多種技術方法與手段，明確構造/斷裂活動對流體屬性類型的控制作用，厘定斷裂-流體耦合作用期次、時代和動態過程，揭示復雜斷裂-流體作用下儲層溶蝕發育和保持機理，并對重點油氣勘探區域和層系開展應用。

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本書適合從事碳酸鹽巖油氣勘探研究人員和研究生閱讀參考。

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本文摘自科學出版社2025年2月出版《沉積盆地流體活動與成儲效應》一書，內容有刪節。標題為編者所加。

（本文編輯：孟美岑）

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