中国早古生代海相碳酸盐岩层系大型油气田形成机理与分布规律

项目名称：中国早古生代海相碳酸盐岩层系大型油气田形成机理与分布规律
一、关键科学问题及研究内容
（一）拟解决的关键科学问题
本项目针对我国早古生代海相碳酸盐岩层系的特殊性，围绕中国早古生代海相碳酸盐岩层系油气多期成藏与大型油气田保存规律这一核心目标，注重早古生代生物演化初期阶段成烃有机质的生源特征和白云岩、膏盐岩发育的沉积特征，突出下古生界成藏要素长期演化和构造活动控制下的多期成藏过程，聚焦下古生界大型油气田有效保存与分布规律，拟解决以下三方面的关键科学问题：
1、早古生代有机质多元成烃机理与油气示踪标志
早古生代海相碳酸盐岩层系生物种群和沉积有机质的特殊性，以及它们在漫长地质历史时期经历的多期构造叠加与演化，决定了烃源形成与生排烃过程的复杂性。

除了干酪根之外，从古源岩、输导体系到古圈闭，以分散和富集状态赋存的可溶有机质、以有机酸盐形式存在的不溶有机质，在高温高压条件下均可裂解生成天然气，表现出成烃物质的多元性。

在差异构造活动背景下，不同地区早古生代层系烃源（岩）可能经历一次或多期次生排烃过程，造成部分地区原油聚集成藏保存至今，部分地区继续深埋裂解成气，部分地区经过抬升发生次生变化，从而导致生烃中心的变迁、储层流体相态的转化和有效圈闭的位移。

因此，厘清早古生代烃源的原始特征，研究多期构造演化过程中多元油气的生成机理，建立油气示踪的标志体系，是揭示下古生界油气地质特征的重要基础。

2、下古生界碳酸盐岩储层多期改造机理与分布预测
下古生界碳酸盐岩储集体的发育受原始沉积与后期改造双重控制。

不同层序格架、沉积相和岩石类型奠定了溶蚀作用的物质基础，多期构造隆升与沉降、多期断-缝体系和多幕深部热流体活动等控制着碳酸盐岩储集空间的保存与增生，多期不整合-断裂裂隙的复合-表生和深部流体等联合作用是碳酸盐岩不同类型非均质储集体形成的主因。

因此，研究沉积相和岩石类型对深埋白云岩优质储层形成的影响和控制、表生岩溶过程中白云岩孔洞形成机理、深埋过程中表生岩溶孔洞的保存与新生次生溶孔形成、破坏机理以及构造隆升对优质储层形成的影响和控制作用等；明确多期构造演化下构造应力（机械）-岩石-流体作用等成岩改造对优质储层形成与保存机理的时序性及有效性，阐明沉积作用、流体作用和构造作用的三元耦合关系，是建立与完善多类型储层成因地质模式、有效地开展储层地质与地球物理方法预测的关键。

3、下古生界大型油气藏有效保存机理与分布规律
下古生界发育多套烃源岩，发生过多次生排烃作用，各种类型烃源所生烃类
如何有效规模聚集，并在后期改造过程中有效保存是下古生界大型油气藏存在的必要前提条件。

下古生界经历了长期的建造阶段和后期多期构造改造作用。

在建造过程中，生储盖等成藏要素是否有效匹配，在改造过程中，油气调整和盖层的封闭性是否被破坏是油气规模聚集与保存的重要因素。

在地质历史过程中，无论是烃源岩的生烃还是盖层封闭性的形成与破坏都是动态演化的，早期曾经有效的盖层遭受后期构造作用后可能演变为无效盖层，而现今静态评价为封闭性良好的盖层在地质历史时期可能并非有效盖层。

因此，采用盖层封闭性参数静态评价保存条件的好坏已经不能满足下古生界油气勘探的需要，而必须从动态演化的角度评价保存条件的动态有效性。

同时，将源盖动态演化评价技术纳入到保存条件的动态有效性评价之中，研究不同地质结构区控制保存条件的关键性因素的差异性、烃源生烃成藏过程、盖层在建造与改造阶段封闭性的形成与演变机理，阐明保存条件与烃源供烃、储层演化及圈闭形成的动态匹配有效性等，是下古生界有效保存单元和大型油气田保存条件动态评价以及查明其分布规律的关键。

基于上述三个关键科学问题的攻关研究，以盆地沉积构造和热演化史为主线，解析各成藏要素之间的时空匹配关系和成藏组合的有效性，动态重建多元生烃和多期成藏过程，进而揭示油气成藏的有效性、规模聚集和保存机理，解决核心科学问题，为发现大型油气田提供基础理论支撑。

（二）主要研究内容
1、早古生代海相层系烃源形成演化与过程示踪
研究早古生代烃源形成条件以及对后期成烃过程的控制，重点研究早古生代生烃生物群落及其埋藏条件对烃源岩品质的控制，剖析古构造-沉积环境对原始生烃有机质生源构成、赋存状态的影响、有机质-无机矿物组合对成烃有效性的制约作用，进而查明下古生界多元生烃烃源（岩）的有效性。

开展不同条件下油气生成与相态变化物理模拟实验，分析下古生界古油气藏、沥青砂、高-过熟源岩和分散有机质等不同类型烃源裂解生油气机理，探索碳酸盐岩层各个成岩和热演化阶段有机酸盐形成的主控因素、赋存状态及其在高温高压条件下生烃潜力，揭示下古生界海相层系高温高压条件下油气形成机制。

剖析下古生界海相层系油气有机分子与稳定同位素地球化学特征并判定其主要来源，探讨下古生界重点地区古温压变化特征及其对油气相态变化、同位素示踪参数的影响，划分区域性流体运移期次、油气成藏期次，并确定各主要成藏期油气特征，结合岩石和流体定年测试技术和成藏年代学研究，建立和完善早古生代海相层系成烃成藏过程的示踪体系，为综合解剖中国早古生代大油气田的形成机理提供关键参数。

2、下古生界碳酸盐岩优质储层形成机理与分布预测
研究构造不整合、构造样式及构造演化对碳酸盐岩储层形成与分布的控制。

分析构造挤压、抬升剥蚀、地层残留与岩溶垂直分带的动态演化关系，按照台地-台缘带等不同沉积单元、并结合发育于不同构造部位的构造样式、组合及其构造演化阐明加里东中晚期、海西早晚期多期次的褶皱-断裂作用对储层形成、改造与保持的控制作用。

明确层序地层格架、沉积岩相与优质碳酸盐岩储层发育展布关系。

开展下古生界碳酸盐岩层系典型剖面的层序界面、体系域划分以及高频层序旋回的对比分析，研究对下古生界台缘带、台地的结构与叠置方式、时空迁移；研究其有利于原始孔隙发育带的主要部位、岩相组合及岩石学特征；初步建立层序地层格架、沉积微相、孔隙演化及其储集空间分布的关系。

建立裂缝、礁滩、白云岩等多类型储集体形成、保存与储层地质模型。

研究优质储层形成、改造与保存过程的主要地质作用，阐明其地质条件、形成与保存的时序性与有效性。

以碳酸盐岩储层流体作用、白云岩化、机械充填、化学充填等改造作用对研究区储层进行分类研究，剖析储层形成过程中多期次溶蚀—充填、多成因改造叠加作用机理，研究各种改造作用对储层的改造效果与主控因素，建立优质储层的发育模式和预测模型，开展碳酸盐岩非层状不连续介质储层地球物理预测。

采用叠后地震属性技术，结合岩石物理分析资料及正演模拟，识别总结储层缝洞地震响应模式；利用精细相干、谱分解技术等进行微细裂缝识别；将叠前和叠后相结合，在多类型碳酸盐岩储层的地质模式指导下，采用多属性融合技术结合预测重点地区优质储层分布。

3、下古生界碳酸盐岩层系盖层动态演化机理与分布
盖层岩性组合与岩石物性特征。

针对不同的岩性组合、盖层类型，结合与烃源层和储层的空间配置关系，分析常规盖层（组合）的岩石物性和微观结构，揭示封盖组合的基本地质特征。

针对不同类型盖层开展物理模拟和计算模拟，研究盖层岩石结构特征对含烃流体的封闭作用，总结不同岩石类型盖层封闭机制、不同演化程度、埋藏与抬升过程中盖层封闭能力的变化规律。

结合具体油气藏，从微观尺度上查明不同类型盖层受成岩阶段、流体改造和构造活动影响下岩石物性的变化，明确影响盖层封盖性能的主控因素。

从动态演化的角度评价成岩作用—构造变动过程中的盖层有效性，查明成岩作用、油气充注和构造变动的主要期次，分析盖层封闭能力的变化，分析主要控制因素，建立盖层发育模式与有效性预测模型。

4、下古生界海相碳酸盐岩层系油气动态成藏过程
研究早古生代海相碳酸盐岩层系形成环境和构造演化特征，明确早古生代海相盆地类型、形成背景及其早期沉积构造格局对海相层系优质烃源岩、储集层和盖层形成、发育及其时空展布的控制作用。

查明早古生代海相碳酸盐岩层系各成藏要素在不同地质演化背景下的动态匹配与空间叠置关系。

在掌握区域构造背景下古地温、古压力场和古应力场演化历史的基础上，利用成藏年代学测试、封闭条件模拟等手段界定不同类型烃源生排烃史、油气运移聚集史、圈闭形成史以及封闭条件演化史等动态演化关键事件的时间节点。

开展成烃过程、成藏过程与后期保持过程的动态评价。

揭示中新生代以来构造运动导致重点地区早古生代海相碳酸盐岩层系构造叠加和变形强度在区域上的不均一性，历史地、动态地反演早古生代碳酸盐岩层系多期构造演化过程及其对油气成藏的控制，比对不同沉积盆地沉积－构造演化对油气成藏与保存条件的控制作用。

5、下古生界海相碳酸盐岩层系大型油气田聚集机理与分布预测
基于下古生界海相碳酸盐岩层系油气成藏特点，探讨重点地区成藏要素的有效性及其高效匹配关系。

深化源-盖动态匹配与保存机理研究，通过典型油气藏解剖和源－盖动态配置关系研究，进一步丰富和完善“源-盖控烃、斜坡-枢纽富集”勘探理论。

揭示下古生界大型油气田形成与分布规律，尤其针对大型油气田发育的特点，重点开展下古生界油气规模聚集，有效保存的理论研究，结合典型油气成藏模式与地球物理预测技术，划分有利成藏区带和油气富集区，为下古生界大型油气田发现提供理论技术支撑。

二、预期目标
（一）总体目标
本项目的总体目标是形成和完善我国早古生代海相碳酸盐岩层系大型油气田形成理论，建立相应的评价方法与预测技术，为实现我国海相油气勘探新的突破、发现更多的大型油气田提供理论基础和技术支撑。

（1）科学层面上，三方面取得突破，研究水平达到国际先进：早古生代海相碳酸盐岩层系原始烃源有效性与烃源转化模式、流体在碳酸盐岩优质储层形成中的作用、早古生代海相碳酸盐岩层系动态成藏与保存条件。

（2）技术层面上，形成适用于我国早古生代海相碳酸盐岩层系油气勘探的关键技术系列，即成烃成藏地球化学示踪体系和以储盖层预测为核心的地质－地球物理综合预测技术。

（3）定量指标上，预测2-3个下古生界油气富集区带；发表高水平论文120篇，其中SCI收录论文60篇，出版专著2部；培养各级高层次人才70～80人，申报4～8项各类专利或行业标准。

（4）团队和实验室建设上，形成一支在国际上处于学科前沿的，从事海相碳酸盐岩层系油气成藏机理研究和勘探实践的研究队伍；建立行业内具有重要影响的油气成藏和多波地震技术重点实验室。

（二）五年预期目标
1、前两年预期目标
项目执行的前两年，各课题将按照各自的研究计划开始野外地质剖面观测、样品采集和测试、地球物理野外观测施工、模拟实验等工作。

通过前两年的研究，将完成如下具体研究目标：
（1）甄别早古生代海相层系原始成烃物质，查明下古生界油气分子与同位素地球化学特征，探索适合于早古生代海相烃源岩示踪指标，完善早古生代海相烃源多元生烃模式与评价技术。

（2）初步建立岩相、流体和构造演化对碳酸盐岩储层形成与改造的成因模式，揭示优质储层发育中流体的控制作用，初步建立不同属性碳酸盐岩储层的地球物理识别方法与预测技术。

（3）查明盖层组合特征和微观结构组成，开展典型盖层封盖性能演化规律的模拟研究，探索不同地质背景下油气保存条件，初步建立下古生界海相油气保存动态评价方法与技术。

（4）建立重点研究地区沉积-构造演化格局，分析成藏有效性及差异性。

（5）初步搭建下古生界海相碳酸盐岩层系大型油气田形成的理论框架，建设项目研究基础资料与数据库平台。

（6）发表高水平论文40篇，培养各级高层次人才25～30人，申报1～3项专利或行业标准。

2、后三年预期目标
在后三年，各课题将根据项目中期评估结果进一步完善计划研究内容，并最终完成如下目标：
（1）明确下古生界海相层系不同温压条件下油气形成机制，建立和完善早古生代海相层系成烃成藏过程的示踪体系，为综合解剖下古生界大油气田的形成机理提供关键参数。

（2）探索下古生界多类型储集体形成与保存机理，提出相应的地质模型，建立地质-地球物理综合预测方法，并围绕重点勘探领域开展下古生界白云岩、裂缝型等储集体的分布预测。

（3）剖析典型实例成岩-成藏演化过程中盖层有效性的动态变化特征与规律，总结影响盖层有效性的主要地质-地球化学因素，建立下古生界大型油气田盖层条件评价与预测方法技术。

（4）明确下古生界油气富集与大型油气田分布规律，形成和完善早古生代海相碳酸盐岩层系大型油气田形成理论；预测2-3个下古生界油气富集区带。

（5）发表高水平论文80篇，出版专著2部，培养各级高层次人才45～50人，申报3～5项专利或行业标准。

三、研究方案
（一）学术思路和技术思路
1、学术思路
本项目总体学术思路是围绕“中国早古生代海相碳酸盐岩层系油气多期成藏机理与大型油气田保存规律”核心问题，宏观着眼、微观入手，选择中上扬子和塔里木盆地等典型研究区，点上解剖、面上对比；通过多学科交叉，多项技术的集成，开展三个方面的科学问题研究：“早古生代有机质多元成烃机理与油气示踪标志、下古生界碳酸盐岩储层多期改造机理与分布预测、下古生界大型油气藏有效保存机理与分布规律”，进一步突出早古生代海相碳酸盐岩层系烃源有效性、储层有效性、保存有效性和成藏组合有效性，重视物质基本特征、动态演化过程和关键时间节点，着重开展源-盖匹配与与保存机理，建立中上扬子、塔里木盆地下古生界油气动态成藏模式；利用“源-盖控烃、斜坡-枢纽带富集”选区选带勘探理论，揭示早古生代海相碳酸盐岩层系油气成藏与富集机理，形成早古生代大型油气田勘探评价体系，实现对大型油气田形成与分布规律的客观认识。

2、技术途径
总体上，利用石油地质、实验地质、地球化学及地球物理等技术方法，宏观与微观相结合，地质观测与统计分析相互印证，从时间、物质和空间三大要素出发，综合分析成藏基本条件，建立海相烃源示踪评价体系以及优质储盖层的发育模式与分布预测技术，动态评价成烃成藏及其保存过程，揭示下古生界大型油气田形成机理与分布规律（图1）。

在物质基础方面，（1）利用实验地质-地球化学测试技术方法，研究早古生代海相层系烃源特征，查明多种烃源的有效性，结合不同温压条件下的生排烃模拟实验，揭示多元生烃机理和不同产物的地球化学演化特征，建立和完善早古生代海相层系成烃过程的示踪体系；（2）通过岩石矿物学、流体地球化学分析和水岩反应模拟实验，开展下古生界碳酸盐岩优质储层形成研究，明确白云岩、碳酸盐岩裂缝型等多类型储集体形成的区域动力学条件，建立白云岩、裂缝、风化壳等多类型储层的地质成因模型，形成储层地球物理预测有效方法；（3）基于不同类型盖层的岩石组构及其封盖性能的模拟实验测试，结合地层水地球化学分析，剖析下古生界油气封盖机理与盖层有效性，揭示下古生界不同类型盖层油气封盖机制及主控因素，评价其有效性。

综合烃源、储层和保存条件研究，建立下古生界海相碳酸盐岩层系成藏示踪体系以及优质储盖层的发育模式与分布预测技术。

动态演化研究上，在解决成藏基本要素的关键科学问题基础上，以塔里木盆地和南方中上扬子区为主，兼顾华北地区，通过多学科的交叉融合，多种技术的集成应用，以区域构造、沉积埋藏和热演化史为主线，抓住关键的时间节点，综合研究烃源生烃与排烃、油气聚集与调整、圈闭形成演化与保存条件的演变特征，重点分析烃源、储层、盖层和成藏组合四个有效性，动态再现成烃、成藏与保存三个关键过程，进而揭示下古生界大型油气田形成机理与分布规律。

动态演化
（二）创新性及其与同类研究比较的特色
1、创新性
与前人同类研究成果相比，本项目的创新点包括：
（1）揭示早古生代有机质多元成烃机理，建立有效烃源识别标志：在前期“973”项目研究中，揭示了海相碳酸盐岩层系多元生烃作用机理，初步建立了生烃演化模式，但对其有效性识别技术体系尚未形成，使得已有大油气田主力烃源岩仍有分歧。

针对这一关键问题，建立有效烃源形成与成藏的示踪体系是本项目重要特色。

由于海相碳酸盐层系特殊的微碱性沉积和成岩环境，沉积有机质除了以干酪根和不同赋存状态的可溶有机质外，还有利于以有机酸盐等形式得以保存，而且近年有关有机酸盐生烃模拟实验显示出良好的生气能力。

因此，系统研究不同生烃母质的赋存状态、分布规律和生气机制等，探索其对大型油气田的贡献程度及识别标志，将对完善生烃成藏理论产生重要影响。

（2）阐明下古生界碳酸盐岩储层多期改造机理与分布预测：目前通过塔里木盆地奥陶系油气田及普光气田碳酸盐岩储层的研究，在岩溶型、礁滩相储层形
成机理和综合预测方面已经取得重大进展。

但是，在下古生界油气勘探中，碳酸盐岩特别是白云岩储层的形成机理、有效识别与分布预测仍然面临着众多挑战。

本项目将瞄准这些世界级难题，着重开展白云岩成因、储层形成机理、流体和构造动力对储层改造作用等，加强实验技术的应用，基于机理研究，进行白云岩和缝洞等特殊储层地质成因模型的建立，利用多波多分量技术等开展非层状不连续介质储层地球物理预测方法研究，进而形成对白云岩和缝洞等复杂地质体的有效识别及分布预测的地质-地球物理一体化的储层综合预测与评价技术。

（3）阐明下古生界大型油气藏有效保存机理与分布规律：成藏期次的确定及其定年测试技术是揭示多期成藏过程的关键参数，也是悬而未解的难题。

本项目基于单体包裹体、稀有气体同位素定年等实验分析技术，结合油气形成与成藏示踪体系，揭示油气来源，确立多元生烃多期成藏过程中关键期次与年代。

有关保存评价方面，尽管前人开展了大量的工作，针对多期构造活动背景下的油气保存条件提出了一些综合评价方法，但是油气藏保存是各项成藏条件的有效匹配和多期构造活动背景下动态演化的综合体现，有效评价油气藏动态保存机理成为下古生界大型油气田分布预测的关键。

因此，通过新的理论思路和集成技术，揭示下古生界大型油气藏有效保存机理与分布规律是本项目最终目标，也是最具挑战性的内容，包括碳酸盐岩储层和膏盐岩盖层的地质-地球物理综合识别和动态评价技术。

2、与同类研究比较的特色
本项目是在继承前两轮“973”项目《中国典型叠合盆地油气形成富集与分布预测（G1999043300）》和《中国海相碳酸盐岩层系油气富集机理与分布预测（2005CB422100）》研究成果基础上，进一步深化研究早古生代海相碳酸盐岩层系大型油气田形成机理与富集规律，目标聚焦于早古生代海相碳酸盐岩层系大型油气田形成，而不同于“西部叠合盆地深部油气复合成藏机制与富集规律”研究，也有别于“中部上古生界致密砂岩油气成藏机理”研究。

本项目重点以中上扬子和塔里木下古生界海相碳酸盐岩层系为研究对象，兼顾其他相关地区，突出早古生代烃源的特殊性与成烃过程的多期性、下古生界碳酸盐岩储层多期演化过程中改造与保持机理、源盖匹配与保存条件动态评价，重点揭示下古生界海相碳酸盐岩层系大型油气田形成机理与分布规律。

（三）取得重大突破的可行性分析
围绕本项目的关键科学问题，前期已有大量的基础资料和丰富的研究积累，包括国家科技部、国家自然科学基金委、国家发改委等一系列相关的重大研究项目。

本项目主要研究人员最近十多年来也在项目拟开展工作的三大沉积盆地开展。