地球内部不同层圈相互作用过程中的物质循环和能量传递对浅层盆地内部多种类型资源的形成及富集具有显著影响。深部地质作用过程与浅部资源效应这一核心科学问题备受关注，其中在深部流体/熔体物质传输影响下的有机—无机相互作用及资源效应是关键所在。梳理了地球多层圈有机—无机相互作用对盆内多种资源的影响机理。在深部流体/熔体活动背景下，有机—无机相互作用主要通过形成利于富有机质烃源岩发育的沉积环境、提供促进生烃的物质能量、产生改造储层性质的流体环境和影响油气组分的聚集效果的方式控制油气资源的形成和聚集；深部流体携带地球深部的气体组分（CH4、H2、CO2等）和热能进入盆地促使了天然氢气和地热资源潜力的形成；深部物质为铀矿提供铀源，富铀流体在生物作用和含烃流体作用下形成砂岩型铀矿；深部流体活动对煤矿资源的形成和变质也产生了较大影响。未来针对地球多层圈有机—无机相互作用的研究应当突破盆地限制，在地球系统的背景下围绕层圈物质和能量传输、盆内与盆外一体化展开。重点对非生物烷烃气成因、工业聚集和天然富（含）氢气藏的成因、富集、潜在勘探区评价、地质储存开展深入研究，助力推进中国能源转型和绿色发展。
非传统石油地质学是指传统石油地质学和非常规石油地质学研究范畴以外的含油气盆地共伴生地质资源的形成机理、分布特征、富集规律等一系列地质学问题的总称，包括地层水、岩石、原油和天然气中相关有价值的元素（氢气、氦气等）或化合物，以及地热、储气库、碳中和等相关的科学问题和资源勘探。含油气盆地作为多种资源汇聚的聚宝盆，是非传统石油地质学研究的重要领域。石油勘探与开发引领了盆地中多种矿产资源协同开发和利用，石油地质学又引领了油气及多种矿产的成因、演化和分布规律的研究。油气勘探开发科技进步促进了石油地质学向深地、深海进发，勘查到的非油气资源越来越多，越发促进石油地质学的扩展和进步。综述了在非传统石油地质学范畴内发现的种类丰富的油气共伴生资源，主要包括油气藏内的原油中贵重元素（金、银和铂族等）、富钾卤水、氦气、氢气、硫化氢、二氧化碳和汞，油气藏外的地热、砂岩型铀矿、盐/碱矿和煤，以及为废弃油气藏再利用提供巨大潜力的储气库和二氧化碳封存等非油气藏工程。复杂的地质作用使各类矿产资源赋存在地壳不同深度，针对油气共伴生矿产资源的综合勘查与评价应基于含油气盆地的复杂地质条件，对油气与共生伴生矿产的共生关系、分布规律、赋存形态、品位数据、地质储量、开采潜力及经济效益等进行综合评价，建立综合开发利用技术体系。含油气盆地常规/非常规油气资源与非油气资源协同共生、共同开发，需以综合勘探开发为原则，持续加大对油气共伴生矿产资源的科研投入，进而有效保障资源需求、加速实现能源转型，并指导盆地内资源的充分勘探与开发。
梓潼凹陷是四川盆地川西坳陷中段唯一尚未取得规模性勘探发现的构造单元，目前对其烃源岩品质、天然气来源及勘探前景认识较为薄弱。研究表明：梓潼凹陷陆相腐殖型烃源岩主要位于上三叠统，普遍处于高—过成熟阶段，其中须家河组三段有机质丰度最高，TOC含量平均为2.46%；而下侏罗统白田坝组泥岩和中三叠统雷口坡组海相碳酸盐岩TOC含量主体小于0.5%，未钻遇规模性有效烃源岩。MY1井须家河组四段天然气为典型煤成气，来自须家河组三段煤系烃源岩；而YX1井雷口坡组四段天然气为油型气，为下伏龙潭组泥质烃源岩生成的原油后期发生裂解所形成。梓潼凹陷不同层系勘探潜力受烃源岩供烃能力、源储组合和输导体系制约，须家河组四段下亚段是最有利的勘探领域，其次为须家河组二段；中上侏罗统和雷口坡组勘探潜力受输导通道的制约。对中、上二叠统天然气勘探潜力的认识分别有赖于对储层物性和台缘带分布范围的进一步研究。
基于天然气组分、碳氢同位素、储层沥青、烃源岩条件和源储组合分析，明确了四川盆地开江—梁平海槽两侧长兴组—飞仙关组天然气的来源及其差异，并指出了龙潭组煤成气的有利勘探方向，取得如下认识：①长兴组—飞仙关组天然气主体上以烷烃气为主，均为典型干气；②海槽东侧长兴组—飞仙关组甲、乙烷碳同位素组成明显轻于海槽西侧，西侧的龙岗气田乙烷碳同位素组成要重于元坝气田，而甲烷氢同位素组成则要比元坝气田偏轻；③东岳寨气田、普光气田和元坝气田天然气主要来源于吴家坪组II1—I型腐泥型有机质；龙岗气田则是煤成气和油型气的混合气，煤成气的比例稍高，来源于吴家坪组II1—II2型混合型有机质；④龙潭组内部可形成煤岩气、致密砂岩气和页岩气等多类型气藏。遂宁—泸州、阆中—广安—涪陵一带分别是煤岩气和海—陆过渡相页岩气勘探的有利区带；遂宁—合川、广安—南充一带长兴组礁滩发育区也是煤成气勘探的有利勘探区带。
准噶尔盆地东北部石炭系是该盆地天然气重要勘探领域，但长期以来火山岩被作为主要勘探对象，而忽视了源储共生的碎屑岩勘探和研究，造成对石炭系碎屑岩成藏条件及勘探潜力认识不足。通过对东北部石炭系烃源岩评价、有效源灶刻画、碎屑岩储层评价、油气源对比及成藏模式构建等，取得了3点认识：①东北部石炭系发育滴水泉组、松喀尔苏组B段、石钱滩组3套优质气源岩，主要存在三南凹陷—滴水泉凹陷、五彩湾凹陷—大井地区、东道海子凹陷—白家海凸起3个烃源中心；②东北部石炭系发育砂砾岩、砂岩、浊积岩、云质岩、页岩等多类型规模储集体，总体属于低孔低渗—超低孔超低渗储层，2 900~4 500 m深度段存在溶蚀孔隙发育带；③油气源对比揭示3套气源岩对东北部天然气均有贡献，近源成藏特征明显，石炭系碎屑岩存在源内非常规和近源常规2类天然气藏，预测存在页岩气、致密砂岩气、常规天然气藏有序聚集的成藏模式。研究认识揭示盆地东北部石炭系碎屑岩源储配置条件优越，源内、近源碎屑岩天然气藏是该区重要勘探方向。
中二叠统芦草沟组是准噶尔盆地东部最重要的烃源岩层系，前期研究已证实其在吉木萨尔凹陷具备极好的生烃潜力，但在东部其他地区是否具备规模生烃潜力尚待深入研究。基于总有机碳和热解、有机岩石学、生烃模拟实验、盆地模拟、井—震联合解释等方法，系统比较了吉木萨尔凹陷和盆地东部其他地区芦草沟组烃源岩的生烃潜力，探讨了优质烃源岩的发育环境，刻画了规模有效烃源灶的分布。研究结果表明：准噶尔盆地东部芦草沟组烃源岩为一套以I—II型干酪根为主的倾油型烃源岩，总体为好—极好烃源岩。除继承性凸起区外，该区芦草沟组烃源岩在侏罗纪陆续进入生烃门限，在白垩纪普遍进入主生油窗，现今进入主生油窗的面积达1.1 × 104 km2。吉木萨尔凹陷与盆地东部其他地区芦草沟组烃源岩具有相似的生物标志物特征，表现为较低的姥植比和Pr/n⁃C17、Tm/C30藿烷、C19/C21三环萜烷和C24四环萜烷/C26三环萜烷值以及较高的β⁃胡萝卜烷丰度、伽马蜡烷丰度和Ts/Tm值，反映其沉积于还原性较强的咸水湖相环境，母质来源以藻类和细菌等低等生物为主。研究区芦草沟组烃源岩生油强度整体>3×106 t/km2，在博格达山前、吉木萨尔凹陷、东道海子凹陷、五彩湾凹陷和沙帐断褶带发育多个生油强度>5×106 t/km2的生油中心，总面积约为12 500 km2，具备形成大中型油田的资源潜力。研究结果进一步夯实了准噶尔盆地东部地区油气资源基础，为寻找盆地油气勘探战略接替领域提供了有益的借鉴。
塔里木盆地顺北地区4号断裂带发育典型凝析油气藏，凝析油气成因机制与富集主控因素不明制约了勘探向外围的拓展。基于有机地球化学特征与区域地质背景综合分析，明确了顺北4号断裂带凝析油气成因机制与富集主控因素，主要取得以下3点认识：①顺北4号断裂带发育原生的凝析油气藏，凝析油气藏的形成主要受到有机质差异演化，多期成藏以及次生作用影响。②顺北4号断裂带凝析油气藏整体次生作用较弱，但是中段和南段所经历的次生作用相对强于北段；次生作用包括原油裂解作用、气侵作用以及TSR作用。③顺北4号断裂带北段凝析油气藏富集程度明显高于中段和南段；凝析油气富集高产主要受到输导条件以及储层规模控制，断裂活动强度越大，输导条件越好，储层规模越大，膏盐岩越薄也越有利于油气沿走滑断裂向上运移，从而导致油气高产富集。
氦气是一种关系国民经济和高新技术产业发展的全球性稀缺资源，中国工业用氦主要依赖进口，因此急需明确氦气成藏富集规律、寻找富氦气田，落实中国氦气资源家底和开发潜力。系统梳理了全球氦气资源分布及开发现状，开展国内氦气资源普查与分布研究，剖析了国内典型富氦气田气藏特征及成藏条件，明确了中国主要富氦气田氦气成因来源和富集成藏主控因素，认为中国天然气中氦气主要以壳源为主，指出相对浅埋的富铀钍古老花岗岩基底或侵入体、早期形成的大型稳定古隆起或古潜山、良好的上覆巨厚膏盐岩或泥岩盖层、沟通基底和储层的运移通道是氦气成藏富集的主控因素，建立了富氦常规气、富氦页岩气、富氦非烃气和富氦水溶气4种不同类型富氦气藏的成藏模式并预测富氦有利勘探区。在此基础上分析了中国氦气资源开发前景，提出了寻找富氦气田，加强中、低丰度氦气资源综合开发利用是未来提高中国国内氦气产量的重要方式。
基于氦气来源、赋存载体、地质背景及典型富氦气田解剖，分析梳理了氦气资源及区带分类体系、控藏要素有效性及主要富集模式。基于氦气自身特殊性及依附于天然气聚集成藏相关性分析，从氦气来源多样性、赋存载体类型、载体气技术经济性、载体气成因、载体气主要组分、氦气源储组合、原型盆地构造背景及氦气含量等9个方面，首先分析梳理了中国氦气资源类型划分方案与分类体系，为后续分门别类针对性细化研究和评价奠定基础。其次，分析指出了中国东中西部氦气资源类型纵横向分布变化特征、发育的构造动力学背景、地质地球化学特征与成藏关键条件。第三，从氦气“生—运—聚”系统与富氦气藏形成控制要素及有效性角度，剖析了氦气聚集控藏要素有效性及地质评价值得重视的相关问题，指出了氦气成藏和勘探评价中的认识误区。最后，从盆地构造背景、控氦富集机制及勘探思路和方向角度，提出了中国氦气赋存的“原盆—构造—岩性—载气”4层次要素组合区带的勘探选区评价思路及分类方案，据此梳理了中国4类盆地8类富氦区带，分析并建立了中国克拉通古隆起型、克拉通边缘断褶变异型、坳陷盆地断隆型、前陆盆地斜坡/隆起型、断陷盆地断凸型及富铀钍基岩型等8种典型区带富氦气田富集模式暨勘探模式，剖析了不同类型富氦气藏形成主控因素，为后续探寻发现类似富氦气区和目标评价提供思路参考。
针对煤层气和页岩气能否形成富氦气藏的问题，采用地球化学方法开展了煤和页岩中U、Th含量、煤层气与页岩气中氦气含量研究，并对煤和页岩生氦潜力及含氦性进行了客观评价。结果表明：尽管相对于其他岩石，煤和页岩中U、Th的含量明显偏高，发生放射性衰变产生的氦气相对较多，但煤和页岩生成的大量天然气会对氦气造成严重的稀释作用，从而导致煤层气和页岩气难以富氦。相同演化程度下，煤中有机碳含量远高于页岩，其生气量也远高于页岩，对氦气的稀释程度远大于页岩，因此煤层气中氦气含量远低于页岩气。在少数地区发现了富氦页岩气和煤层气，其主要是由于气藏中混有其他来源（特别是古老基底岩石）的氦气供给，这些气藏多分布在古老花岗岩体之上或附近或构造活动带上，但这种情况并不普遍。
对中国南方页岩气地球化学特征统计分析结果表明，寒武系筇竹寺组页岩气除了具有与志留系龙马溪组页岩气相似的干燥系数极高（>98.9%）、碳同位素倒转的地球化学特征外，还具有N2含量高，页岩含气量低的特征。在对目前各种高过成熟阶段天然气碳同位素倒转成因理论分析的基础上，提出甲烷裂解过程的聚合作用是高过成熟阶段天然气碳同位素倒转的重要原因。这一观点得到了CH4+N2混合气体及碳同位素正序天然气裂解模拟实验验证。不同条件下CH4+N2混合气体裂解模拟实验结果证明，甲烷大量裂解时氮气也不会分解，且页岩对甲烷的裂解具有催化作用。结合有机质结构及页岩储层导电性能随成熟度的演化、不同结构烃类分子裂解键能的对比，认为有机质在生气结束后（甲基完全脱落）的强烈石墨化作用会导致页岩电阻率明显降低，并伴随着甲烷的裂解。相关模拟实验结果表明有机质演化过程中氮气生成虽主要发生在烃类气体生成将近结束阶段之后（RO>3.0%），但氮气生成量与有机质整个演化过程烃类气体的生成量相比非常少。寒武系页岩气地球化学特征、生烃模拟实验结果、甲烷与天然气的裂解模拟实验、寒武系页岩含气量与页岩储层物性及页岩成熟度综合研究结果表明，除了地质保存条件外，甲烷裂解应是寒武系（特别是RO>3.0%区域）页岩气低产及高含N2的另一个重要因素。
轻烃地球化学研究是深层—超深层天然气生气机理研究的重要组成部分。以塔里木盆地和四川盆地为例，在对塔中Ⅰ、克深、龙岗、安岳等气田56个天然气样品轻烃分析的基础上，将中国深层—超深层天然气轻烃组成分为3种类型，其一以链烷烃为主，如塔里木盆地塔中奥陶系天然气，主要是原油进入初期裂解阶段产生；其二以环烷烃为主，如四川盆地安岳龙王庙组天然气，为原油大量裂解阶段产物，反映原油裂解气的成熟度很高；其三以芳烃为主，如塔里木盆地大北气田白垩系天然气，为煤系烃源岩过成熟阶段生成。与海相烃源岩有关的深层—超深层天然气大部分富含链烷烃，来源于煤系烃源岩的大部分富含芳烃，另外，热化学硫酸盐还原作用（TSR）对天然气轻烃组成也可能有影响，在开展海相深层—超深层天然气来源及形成阶段研究时应加以考虑。
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