四川盆地作为我国最重要的天然气产区之一，其埃迪卡拉系—寒武系海相碳酸盐岩含油气系统，是全球最古老的深层天然气勘探领域之一。随着我国“万米超深层油气勘探”战略的持续推进，深层—超深层极端高温高压环境下天然气的地球化学行为呈现出前所未有的复杂性。研究揭示，该区域天然气普遍具有极高的干燥系数、显著的非烃组分富集，以及极为强烈的碳、氢同位素倒转现象。传统的基于单一源岩热演化模型已难以系统解释，上述问题严重制约了对超深层复杂天然气成因的精准识别以及未来勘探靶区的优选。
针对这一科学难题，研究团队以四川盆地中部及东北部超深层震旦系—寒武系天然气为研究对象，系统开展了分子组分与稳定同位素地球化学分析，并辅以模拟实验计算进行定量解析。结果表明，经历了早期运聚过程的外部原油裂解气（OCG）构成了当前储层的主要气源，贡献比例通常介于40%–60%之间，并与原位烃源岩生成的热解气发生混合（图1）。该发现明确了该区天然气“多源混合”的初始成因框架，进一步指出古油藏的破坏及原油二次裂解对超深层气藏的形成具有关键性控制作用。
图1 四川盆地天然气多源混合定量评估模型及后期高温蚀变特征交汇图
在此基础上，研究进一步揭示了极高演化储层中极端同位素异常的成因机制。在热演化程度最高区域（如元深与仁探地区），天然气经历了强烈的流体介导原位改造作用：极端的二次裂解导致残留乙烷的碳同位素值异常偏重（约–23.6‰）；与此同时，甲烷与地层水之间的水-有机质相互作用，触发了甲烷氢同位素组成“反转（rollover）”效应（甲烷氢同位素值 < –155‰）。基于瑞利分馏方程的扩散模型模拟进一步表明，过去约80 Ma间的扩散过程虽导致了显著的天然气体积损失（约17.4%），但其造成的同位素分馏效应微弱（上限仅为 +1.91‰）。综合上述证据，研究指出，该区天然气经历的多期次演化历史——即早期“多源混合”与后期“原位流体地球化学反应”的叠加——极有可能是造成超深层天然气极端同位素异常特征的根本原因（图2）。
图2 天然气组分及同位素约束超深层天然气演化与流体改造过程
研究成果近期在地球科学领域国际权威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》在线发表。论文第一作者是中国石油大学（华东）地球科学与技术学院、深层油气全国重点实验室郝芳院士团队的冯子齐教授，通讯作者为郝芳教授。合作者包括邹华耀教授、博士研究生权晨朝、研究生杨明祥、王浩浩及朴香。本研究获得国家自然科学基金卓越研究群体项目、石化联合基金重大项目以及国家深地科技重大专项的联合资助。
论文信息：Ziqi Feng, Chenzhao Quan, Fang Hao*, Huayao Zou, Mingxiang Yang, Haohao Wang, Xiang Piao. Geochemical origins and post-emplacement alteration of natural gases in ultra-deep Ediacaran–Cambrian reservoirs, Sichuan Basin. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2026, 427: 76-89. https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.07.008
