随着勘探技术与认识的不断深化，深层—超深层（埋深>6000 m）已逐步成为油气资源战略接替的重要领域，四川盆地超深层天然气勘探亦随之取得一系列突破性进展。然而，受高温高压条件与多期构造演化叠合的复杂地质背景制约，传统烃源岩评价模型在部分区域的适用性受到明显限制。其中，两个核心科学问题尤为突出：其一，进入过成熟—碳化阶段的干酪根是否仍具残余生排烃能力；其二，低总有机碳（TOC<0.5%）碳酸盐岩能否构成有效气源。上述问题直接关系超深层油气资源潜力的精细化评估，亟待系统解答。
针对上述科学问题，本研究以四川盆地超深层含天然气系统为对象，将微观分子动力学模拟、宏观气藏地球化学分析与盆地演化史重建加以有机结合，构建了"分子—气藏—盆地"多尺度关联的研究框架。研究系统解析了碳化干酪根的"双重功能"属性，揭示了低丰度碳酸盐岩的天然气成藏机制，并在微观物质演化与宏观构造—成藏耦合的基础上，对超深层烃源岩评价方法进行了补充与拓展。相关成果为古老克拉通盆地及构造活跃区深层天然气勘探提供了基础数据支撑与理论框架参考。
在微观机理层面，研究以四川盆地麦地坪组过成熟干酪根（Ro ≈ 2.54%）为地质类比物，综合运用高分辨率透射电镜（HRTEM）、核磁共振（13C NMR）和X射线光电子能谱（XPS）等多尺度实验技术，系统表征并重构了该干酪根的三维大分子结构模型（图1）。在此基础上，反应分子动力学（ReaxFF MD）和巨正则系综蒙特卡洛（GCMC）模拟结果显示了过成熟碳化干酪根的“双重功能”：一方面，其较低的石墨化程度和残余的短链脂肪族/杂原子基团使其保留一定的生气潜力（产率约25.94 mL/g）；另一方面，其发育的超微孔网络表现出33.8 mg/g的甲烷吸附能力和0.2243 × 10−7 cm2/s的自扩散系数，构成微观封闭层。上述分子尺度证据为超深层"源-盖一体化"系统的评价提供了参考约束参数与理论依据。
图1过成熟干酪根多尺度实验表征与三维分子结构重建工作流程
在宏观成藏层面，本文以川西地区雷口坡组低TOC碳酸盐岩（CSRLTOC）为研究对象，系统探讨其天然气成藏机制。方法上，联合运用天然气分子组分与稳定同位素分析，并辅以两端元定量混合模型，对气源来源进行定量约束。分析结果表明，该区天然气主要源于高—过成熟烃源岩的热解气，而深层古油藏二次裂解气的相对贡献普遍低于20%，从而限定了不同气源组分在成藏过程中的相对地位。在明确气源构成的基础上，进一步结合储层显微岩石学特征与热-埋藏史模拟（图2），提出“源储原位耦合、晚期构造活化、近源成藏”的天然气成藏模式。综合天然气地球化学、流体包裹体及盆地模拟等多源证据表明：低TOC碳酸盐岩在早期成岩阶段即形成滞留液态烃；进入喜马拉雅期，构造挤压作用导致断裂及微裂缝体系活化，削弱了厚层膏盐岩的封闭性能；滞留烃类遂在高温条件下发生裂解并集中排驱，最终形成“近源供烃—晚期构造激活—源储一体成藏”的天然气富集格局。综上，该模式的建立厘清了低TOC碳酸盐岩在"源—储—藏"演化全过程中的作用路径，为重新审视其生烃潜力、拓展天然气勘探前景提供了新的理论依据。
图2 川西彭州地区雷口坡组热-埋藏史与天然气充注成藏期次演化
研究成果近期发表在地学领域重要期刊Geoscience Frontiers和Fuel，论文第一作者为中国石油大学（华东）地球科学与技术学院的博士研究生权晨朝，通讯作者为郝芳教授和冯子齐教授。合作者包括邹华耀教授，研究生杨明祥、王浩浩、朴香等，以及中国石油勘探开发研究院的黄士鹏教授级高工。研究得到国家自然科学基金，深层油气全国重点实验室自主探索项目的联合资助。
论文信息：Chenzhao Quan, Ziqi Feng*, Fang Hao, Huayao Zou, Shipeng Huang, Mingxiang Yang, Haohao Wang, Xiang Piao, Yirui Fan. Dual functionality of late-stage carbonized kerogen in ultra-deep petroleum systems: Geochemical characterization, molecular modeling, and resource implications. Geoscience Frontiers, 2026, 17: 102284. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2026.102284
Chenzhao Quan, Fang Hao*, Huayao Zou, Xinya Yu, Mingxiang Yang, Haohao Wang, Yirui Fan, Ziqi Feng*. Gas geochemistry and hydrocarbon contribution from low-TOC carbonate source rocks in the Western Sichuan Depression, Sichuan Basin. Fuel, 2026, 424: 139365. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2026.139365
