天然气地球科学 >

2024 , Vol. 35 >Issue 5: 763 - 784

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2023.09.001

天然气地质学

非传统石油地质学理论的内涵与外延

  • 朱光有 ,
  • 张岩 ,
  • 张志遥 ,
  • 艾依飞 ,
  • 李茜 ,
  • 段鹏珍 ,
  • 刘金城
展开
  • 中国石油勘探开发研究院，北京 100083

朱光有（1973-），男，河南西峡人，博士，教授级高级工程师，主要从事深层油气地质与地球化学成藏研究.E-mail：.

收稿日期: 2023-05-07

  修回日期: 2023-08-31

  网络出版日期: 2023-11-16

收起

Connotation and extension of non-traditional petroleum geology theory

  • Guangyou ZHU ,
  • Yan ZHANG ,
  • Zhiyao ZHANG ,
  • Yifei AI ,
  • Qian LI ,
  • Pengzhen DUAN ,
  • Jincheng LIU
Expand
  • Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Beijing 100083，China

Received date: 2023-05-07

  Revised date: 2023-08-31

  Online published: 2023-11-16

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The Key Project of National Natural Science Foundation of China(42230812)

the Key Project of China National Petroleum Corporation(2021DJ05)

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摘要

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。

关键词： 非传统石油地质学; 非常规石油地质学; 氢; 氦; 富钾卤水; 地热能; 铀矿; 二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）

本文引用格式

朱光有 , 张岩 , 张志遥 , 艾依飞 , 李茜 , 段鹏珍 , 刘金城 . 非传统石油地质学理论的内涵与外延[J]. 天然气地球科学, 2024 , 35(5) : 763 -784 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2023.09.001

Abstract

Non-traditional petroleum geology is a general term for a series of geological problems， such as the formation mechanism， distribution characteristics and enrichment rules of associated geological resources in petro-bearing basins outside the research scope of traditional petroleum geology and unconventional petroleum geology， including relevant valuable elements （hydrogen， helium， etc.） or compounds in formation water， rocks， crude oil and natural gas， geothermal， gas storage， carbon neutrality and other related scientific issues and resource exploration. As a treasure pot of various resources， petroliferous basin is an important field of non-traditional petroleum geology. Petroleum exploration and development lead the collaborative development and utilization of various mineral resources in the basin， and petroleum geology leads the research on the genesis， evolution and distribution of oil， gas and various minerals. The scientific and technological progress of petroleum exploration and development has promoted petroleum geology to the deep earth and the deep sea， and the exploration of more and more non-petroleum resources has promoted the expansion and progress of petroleum geology. This paper reviews the abundant hydrocarbon co-associated resources found in the field of untraditional petroleum geology， including precious elements （gold， silver and platinum groups， etc.）， potassium-rich brine， helium， hydrogen， hydrogen sulfide， carbon dioxide and mercury in crude oil reservoirs， as well as geothermal， sandstone type uranium deposits， salt/alkali deposits and coal outside the petroleum reservoirs. Non-reservoir projects such as gas storage and carbon dioxide storage provide great potential for the reuse of abandoned oil and gas reservoirs. Complex geological processes cause various kinds of mineral resources to exist in different depths of the Earth's crust. The comprehensive exploration and evaluation of oil-gas associated mineral resources should be based on the complex geological conditions of China's oil-gas basins， and conduct a comprehensive evaluation of the symbiotic relationship， distribution law， occurrence form， grade data， geological reserves， exploitation potential and economic benefits of oil-gas and associated minerals. Finally， establish a comprehensive development and utilization technology system. Traditional/non-traditional oil and gas resources and non-oil and gas resources co-symbiosis and joint development should be based on the principle of comprehensive exploration and development and continue to increase the scientific research investment in oil and gas associated mineral resources， so as to effectively protect China's resource demand and accelerate the realization of energy transformation. This paper aims to guide the full exploration and exploitation of resources in the basin.

Key words： Untraditional petroleum geology; Unconventional petroleum geology; Hydrogen; Helium; Potassium-rich brine; Geothermal energy; Uranium ore; CCUS

0 引言

石油地质学的发展经历了传统（经典）石油地质学、非常规石油地质学、全油气系统以及常规—非常规油气的协同发展等多个阶段，引领了石油工业的快速发展［1-3］。越来越多的勘探实例和研究成果揭示，在同一含油气系统内，除了存在非常规与常规油气的“有序共生”外，地层水、岩石、原油和天然气中还蕴含经济价值巨大的元素、化合物和地热资源，近年来储气库和二氧化碳封存等非油气藏工程也悄然兴起。因此，油气共伴生矿产资源的综合勘查与评价需要进一步加快研究，特别是对与油气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，进而有效保障我国资源需求、加速实现能源转型。
本文将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相关地质学问题定义为非传统石油地质学，包括地层水、岩石、原油和天然气中相关有价值的元素或化合物，以及地热、储气库、碳中和等相关的科学问题和资源勘探。含油气盆地范围内更大尺度、更大力度的资源勘查和工程应用，必将引领非传统石油地质学科更加快速的发展。因此开展非传统石油地质学研究具有重要的理论价值与勘探指导意义，是未来石油地质学研究的热点。

1 传统石油地质学

石油作为人类工业发展的血液，大大推动了工业、科技与社会文明的迅速发展。早在1080年人类首次记录并利用石油以来［4］，便不断地探索与石油的形成、富集和分布有关的科学问题，也逐渐形成了石油地质学这一集成学科，既作为石油与天然气勘探开发的理论内核，也可以有效应用于油气勘探与开发实践，自此石油地质学理论与技术体系也不断实现跨越和革新。
1859年，世界第一口石油钻井——美国的Drake油井启示人们将地表的油气苗作为寻找地下油气藏的有利线索。短短的30年后，美国学者WHITE便提出了背斜成藏理论，认为地下油气在浮力驱动下具有向背斜等低势能区运移聚集的趋势［5-6］。MCCOLLOUGH［7］也进一步从油气成藏的动力学角度提出了浮力成藏理论，认为盆地由深层向浅层、由盆内向盆缘具有势能差，在裂缝带、不整合面、断层带等通道的沟通下不断发生运移成藏。在此基础上，LEVORSEN［8- 9］根据油气聚集空间的地质特征提出了圈闭和油气藏的分类，明确了构造型、地层型以及复合型圈闭和油气藏的特征与类型。在这些理论基础与地震、测井和钻完井等配套技术的支持下，油气勘探开发获得了非常迅猛的发展。
基于石油与天然气的有机成因这一主流理论，含油气盆地中不同类型干酪根降解生烃理论得到了石油地质学家的广泛认可，认为富有机质烃源层的厚度越大、分布越广，有机质类型越好、丰度越高，在热演化过程中能够生成更多的油气［10-11］，并且明显控制了与其有关的油气藏的聚集与分布，烃源层生排烃强度越大、圈闭距离生排烃中心越近，则油气勘探前景越好［12-13］。在此基础上形成了以有效烃源岩为核心的成油系统及含油气系统理论，强调从源岩到圈闭的油气成藏静态要素与动态成藏过程在空间和时间上的优势匹配，拓展了油气勘探发现的思路［14-16］。其内涵仍然是对于常规型油气藏聚集与分布的研究。随着常规油气资源勘探程度提高、勘探难度增大，人类不断拓展油气勘探领域，尤其是向含油气盆地深部、凹陷区、中心区进军，在这些以往被认为是不利于油气富集成藏的部位发现了越来越多的非常规油气资源，与常规油气在赋存状态、成藏富集机理等方面具有显著的差异，也相应地形成了丰富的非常规油气地质理论。
与国外以大型海相富油气盆地为主的特点相比，我国含油气盆地多以陆相湖盆以及复杂叠合盆地为主，地质条件与演化过程更加复杂，油气勘探开发难度也相对较大。但我国学者经过70余年的艰苦探索，逐渐形成诸多有特色的石油地质理论，在源控论、陆相油气成因与成藏理论、煤系烃源岩成烃理论、复式油气聚集带理论、油气门限组合成藏理论、海相超深层复杂碳酸盐岩油气成藏理论、低渗—特低渗致密储层勘探理论、陆相前陆盆地冲断带勘探理论等多个方面获得了自主创新成果和勘探开发成效［17-24］。尤其是在松辽、准噶尔、渤海湾等盆地的进源勘探实践，创新了陆相含油气盆地致密油气和页岩油气的富集分布规律理论［25-27］，而在塔里木盆地和四川盆地超深层中则不断实现重大油气勘探突破，提出液态石油消亡深度超过9 000 m［28］，发现了超深—超长寿命的大型油气聚集［29-30］，为保障我国能源安全以及寻找接替领域奠定了坚实基础［24， 31- 32］。
纵观石油地质学理论的发展历程，常规油气理论、非常规油气理论以及油气系统理论在核心内涵上既有所差异又互为补充，贾承造［33］提出了全油气系统的概念，兼顾了各类常规油气藏和非常规油气藏的形成与分布研究，能够有效指导复杂成藏地质条件下的油气勘探开发。这一概念强调应从全油气系统这一新的理论模型出发，来重新审视、研究石油与天然气地质学，与文献［15］所提出的油气系统的差异在于，全油气系统的研究对象涵盖了“源—储”及其系统内具有成因联系和有序分布的聚集与成藏过程，研究包括有机质生烃演化全过程、常规油气运聚成藏和调整破坏、非常规油气原地成藏或运聚成藏调整，以及常规—非常规油气有序共生的分布富集规律等，是含油气盆地内所有成藏要素、成藏作用、成藏过程和产物及其时空领域的综合。

2 非常规石油地质学

2020年我国非常规油气产量接近7 000×104 t油当量，标志我国进入非常规油气革命发展的新阶段［34］。非常规油气地质学理论，是当今世界石油工业由常规油气到非常规油气进发的重大理论跨越。紧密结合中国特殊地质背景和油气工业条件，通过构建细粒沉积学、非常规油气储层地质学、非常规油气成藏地质学、非常规油气开发地质学及常规—非常规油气“共生盆地”发展战略等多个学科内容，已基本建立了非常规油气地质学的理论体系框架。非常规油气地质学理论，是世界页岩油/气、致密油/气等典型非常规油气工业发展的理论基础，主导促进了石油地质学科的发展，切实促进了我国致密油/气、页岩油/气等非常规油气资源的产业化、规模化勘探与开发［35］。近年来，非常规油气地质学理论在细粒沉积、成烃—成储—成藏机理和资源评价等方面均取得了突出进展。

2.1　沉积学理论

作为非常规油气地质学理论体系的重要组成部分之一，近年来逐步形成了“陆相深水砂质碎屑流等重力流沉积模式”“海陆相富有机质页岩沉积模式”“细粒沉积岩中微—纳米级孔喉系统”“多地质事件沉积叠合发育非常规油气甜点”等重要理论认识［34，36-37］。一些学者［38-41］提出了异整合面这一概念，近年多项研究均证明异整合面可作为全球性或区域性气候环境变化的地层记录并对沉积有机质的富集保存具有控制作用。李泉泉等［42］强调了细粒混合沉积非均质性及其动力学、深水混积细粒层序理论研究等对非常规油气优质储层分布预测的重要性。周川闽等［43］从颗粒性质、侵蚀—输运—沉积作用机制以及底形特征出发，提出富有机质细粒沉积物的发育主要受控于絮凝作用、洪水重力流、浪基面之下的低含氧环境及高沉积速率等。

2.2　源控作用及成烃理论

随着非常规油气勘探水平的不断提高，勘探开发视野正逐步向烃源岩附近及内部聚焦，“进（近）源找油”正在成为一个新的勘探方向，而陆相页岩油气作为中国源岩油气最具潜力的组成类型，是中国陆上未来“进源找油”最重要的突破对象［44-45］。非常规油气系统源岩有机质的差异演化，即有机相特征的非均质性决定了不同类型有机质进入生油窗的热成熟度门限的差异性，进而影响页岩油有效赋存的最低热成熟度范围［46-47］。非常规油气地质研究不应仅关注生烃高峰期，还应注重生烃全过程研究，即提升全过程含油气系统观念，分析生排烃的全过程对源内页岩油/气、近源致密油/气及二次运移成因常规致密相油/气等油气藏发育的作用机制［33，48-49］。

2.3　储层地质及成储理论

非常规油气地质聚焦储层纳米级孔隙系统的表征，重视供烃区间内全部储集空间，注重细粒沉积体系源—储配置和整体综合勘探等方面的研究［33，50-51］。近年来，业内学者围绕黑色页岩及相邻致密砂岩、致密碳酸盐岩层系，开展了非常规油气系统烃类充注的孔喉尺寸下限综合研究，厘定了致密油和页岩气、油充注的孔喉直径下限分别为50 nm、20 nm和5 nm，突破了传统油气储层理论限定的孔喉直径下限，为非常规油气资源工业化进程提供了依据［52-53］。在提出微米级孔隙—纳米级喉道系统分类方案的基础上，分析了非常规油气储层微纳米孔喉系统的演化规律，揭示了致密储层的致密化过程及优势储层的孔隙成因机制［54-56］。相关研究注重多学科交叉、多尺度—多方法孔喉—裂缝表征、原位地质条件成岩—成烃过程数值模拟，创新确立了数字岩心评价方法体系及其数值模型和标准图版，为非常规油气储层有利区带预测提供了方法支撑［35， 57-59］。此外，将纳米技术运用于石油地质学当中的纳米石油地质学理论体系迅速发展起来，其内涵包括非常规油气层系内纳米油气的生成、分布、散失、运移及富集机理等，成为未来非常规油气地质学发展的重要分支方向［60-61］。

2.4　油气富集规律及成藏机理

不同于经典石油与天然气地质学理论强调的浮力作为常规油气运移—汇聚主要动力、圈闭构造是油气储集的重要部位，非常规油气藏则以连续型聚集和非浮力成藏为显著特征（图1），且非浮力成藏理论的内核是以分子间作用力为主要动力的油气自封闭作用［62-63］。相关研究认识到孔喉直径大小决定油气聚集方式和流体相态，即不同类型的非常规油气资源的差异化孔喉分布下限重要性，特别是强调了含油气盆地中常规—非常规不同类型油气资源空间共生与伴生分布规律。以准噶尔盆地玛湖凹陷为典型研究范例，揭示出自周缘斜坡区至凹陷区，风城组常规油藏—中高成熟致密油—中高成熟页岩油的“有序共生”及大面积连续富集，提出加快统筹常规—非常规油气整体布控与一体化推进，实现全油气系统立体勘探、整体突破的必要性［64-65］。
图1 含油气盆地常规/非常规油气资源与非油气资源主要类型及赋存示意

Fig.1 Main types and occurrence diagram of conventional/unconventional oil and gas resources and non-oil and gas resources in oil and gas bearing basins

3 油气藏内相关资源地质学

3.1　原油中贵重元素及提取

原油中存在40多种微量以及贵重金属元素［66-67］，被称为“矿中之矿”，如多种稀土元素以及贵重的铼、铂、金、银和钯等金属［68］。研究发现，一些金属矿床与油气田存在伴生与共生关系，导致油气中存在较高的贵重金属含量，如金、银、铀等［69］。不仅如此，一些原油中还富含稀有的半金属元素——硒。已有研究发现，不同地区和来源的原油中含有的微量金属元素种类及浓度存在差异。例如，新疆地区的石油中有数十种金属元素的含量高于地壳平均含量，个别元素甚至有2~3个数量级的显著差别［70］。据推算，新疆地区一个年产百万吨的油田，产出的原油能携带出多种稀有贵重金属：金0.31 t、铼0.2 t、银6.4 t、钼7.3 t、镉1.5 t、镓46.0 t、锗2.0 t，合计63.71 t，以及铀、钍、钴等放射性金属元素超过300 t。大庆油田每年产出的石油中可携带超6×104 t硒、5×104 t钛和3×103 t铷等金属元素［71］。因此，中国油田中贵重金属的含量十分可观，具有巨大的开采、冶炼和利用价值。然而，尽管贵重金属在原油中总的储量相当可观，但平均含量仍然较低（10-6或10-9级），导致富集和提取的成本较高。也正因如此，尽管有一些从原油中提取贵重金属的专利被提出，但产业化工艺在实际应用中仍鲜见报道。因此，如何改进提炼工艺，通过一系列物理和化学方法实现原油中贵重元素富集和提取是重要且现实的科学问题和技术难题。

3.2　卤水稀有元素及提取

稀有元素是目前应用较少的元素的统称，它们不仅储量小、分布也很稀少（地壳丰度通常小于100×10-6）。稀有元素具有巨大的工业价值，常用于特种金属材料（特种钢、合金等）的制造，目前常用的包括锂、钛、镭等。鉴于稀有元素在高新科技产业的重要作用，已成为矿物学中的“尖端科学”。目前，自油气田卤水中提取稀有元素尚处于初级阶段，主要围绕锂展开。
我国深层油气田卤水资源丰富，在四川、柴达木、江汉、塔里木等盆地均有分布［72-73］。地下卤水资源勘探数据显示：四川盆地和柴达木盆地西部的多个区域，如南翼山、狮子沟和小梁山等地区，油田卤水锂离子浓度相对较高，资源储量大；铷、铯等稀有元素也超过工业开采品位，具有良好的综合利用前景［73-75］。其中，四川盆地中三叠统雷口坡组沉积期是上扬子地台最后一个成盐期，使四川盆地成为我国已知的含盐层系最发育、蒸发岩厚度最大和盐卤成矿远景最好的含盐盆地［76］。随着四川盆地石油勘探活动的日益活跃，在多个构造内钻遇富锂卤水［77］。USGS（2021）数据显示，美国、加拿大、中国均在各自国内展开了大量的油田卤水资源潜力和综合利用技术等方面的研究。
国内中国石油、中国石化在绿色低碳转型的过程中已逐渐担负起了深部卤水型锂矿勘探开发的重任［77-78］，因为在石油天然气排采过程中，地层卤水会与油气一起被抽取到地面，为深部卤水型锂矿的勘探开发提供了极为便利的条件。目前，中国石化已与久吾高科合作开展深层卤水提锂研究工作，尝试将吸附耦合膜法提锂工艺等技术引入油气田深部卤水提锂［77-78］。中国石油东方公司也已将卤水型锂矿勘探技术作为攻关方向，通过分析四川盆地深部卤水样品，在卤水锂元素示踪和深部卤水锂矿的地球物理预测方法等方面取得了前沿性进展［77］。卤水型锂矿与油气资源伴生，“油（气）卤兼探”势必成为未来深部卤水型锂矿开发的重要形式。

3.3　氦气

氦气广泛赋存于地幔、地壳及大气层等地球各圈层［79-80］，其来源主要包括火山喷发和岩石风化等作用释放的大气源氦、壳内岩石矿物所含放射性元素（U、Th、Ra等元素）衰变产生的壳源氦，以及通过脱气作用释放到壳内沉积储层中的赋存于地幔的地球深部原始氦［81］，其中大气源氦因含氦量低通常忽略不计，普遍认为工业上可开采的氦资源大多来自地壳物质。受地球圈层分异、地幔脱气与放射性衰变等过程的影响，不同圈层具有的特征性3He/4He值可用于示踪氦气来源、地质作用与地球化学过程等。氦气矿床的成因主要包含3类：其一为壳内放射性元素衰变氦源或地幔氦源；其二为花岗岩基底岩石断裂发育从而形成利于氦气逃逸的通道和释放的途径；其三则为存在不透水盖层将多孔储层覆盖，以防止氦气扩散出圈闭。
世界范围内约95%的氦气供应来自于含氦天然气田，当氦气含量超过0.3%时，该天然气源可视为潜在氦源。深部富氮非烃储层的氦气田是另一种重要的氦气矿床，其因开发潜力大且排碳量极少在近年来备受国际关注［82］。现有勘探资料表明，我国已发现的富氦、高氦天然气藏集中分布在中—西部盆地和东部郯庐断裂带两侧的含油气盆地，其中四川盆地是唯一开展商业氦气勘探开采的地区。氦气不仅能以气态赋存于天然气中，也可以水溶态存在于热井或温泉中，除上述传统的油气藏外，部分地区的地热井和温泉中也发现有较为可观的氦气资源［83］。
四川盆地中氦气含量最高的气田是威远气田，其中震旦系氦气含量占0.12%~0.34%，基底及寒武系氦气含量可达0.27%［84-86］。塔里木盆地塔西南、塔中、塔北地区油气田均发现氦气富集，塔西南地区巴什托普油气田二叠系和石炭系储层氦气含量最高，其含量为0.68%~0.73%［87］，塔中地区石炭系氦气含量较高，占0.16%~0.23%［88］，塔北地区最高氦气含量出现在塔河油田沙13井，可达2.19%，储层为奥陶系［87］。需要指出的是，若气田中天然气总体储量可观，即使在氦气含量占比相对较低的情况下，依旧可形成规模氦气资源。依据工业划分标准，塔西南和田河气田是国内发现的首个特富氦气田，氦气含量高、地质储量大，潜在产能远高于威远气田，探明可采储量为1.213 7×108 m3，具有非常高的经济价值［83］。柴达木盆地团鱼山地区侏罗系泥页岩中，现场解析气的氦气含量最高为1.14%［89］。准噶尔盆地、鄂尔多斯盆地及吐鲁番—哈密盆地氦气含量则普遍偏低。郯庐断裂带区域的工业氦气聚集已在松辽、渤海湾、三水、苏北等含油气盆地中发现，部分样品氦气含量值较高，如渤海湾济阳坳陷花501井区样品氦气含量可达约3%［83， 90］，但总体规模有限。全国各地均发现有氦气含量大于0.1%的地热井或温泉［91-93］。目前开展氦气勘探、开发及利用的地区主要集中于渭河盆地，多口地热井的氦气含量超过3%［94］。首口氦气专用探井“渭氦1井”已顺利开钻，标志着渭河盆地氦气资源勘查迈上新台阶，也将为我国氦气资源勘探开发提供实践支撑与理论创新依据。

3.4　氢气

氢气属高效能、无污染的清洁能源，在自然界中以游离态、包裹体和溶解态3种形式赋存于多种地质环境中，例如大洋中脊裂谷、蛇纹岩化洋壳、洋壳玄武岩层、前寒武纪结晶基底、火山和热液系统、蒸发岩矿床、缺氧沉积物、油气田及富煤盆地等［95］。因而天然氢在世界范围内分布广泛且开发潜力巨大，最新的估算结果显示，除去无法探明的深部幔源氢，浅层天然氢潜在估算量可达（23±8）×106 t/a［96］。许多研究已证明，地核和地幔可能存在巨量以氢化物形式储存的氢，因此地质氢有望成为可再生新型能源。因氢气赋存形式复杂多样，关于地壳中天然氢的成因当前存在着不同观点，包括来自地核和地幔深处氢的脱气作用［97-98］、幔源岩石蛇纹岩化及与之类似的水岩反应［99］、含Fe2+角闪石的热液蚀变［100］、矿物晶格结构中的羟基分解［101］、水的辐解［102］等无机成因，以及有机物热解［103-104］、微生物活动［105］等生物成因。
当前工业制取氢气的方法主要分为两大类：一为化石燃料制氢；二为可再生能源制氢。前者包括天然气烃类重整并结合碳捕获和封存（蓝氢）、煤制气与碳捕获和封存结合（蓝氢）、无碳捕获和储存制氢（灰氢），后者则指电解水制氢（绿氢）和生物过程制氢（绿氢）［106］。虽然高纯度电解水制氢与电力结合可实现氢能的高效无污染利用，但相关技术仍处于预研阶段，制氢成本高且产能小是目前亟需研究优化的关键问题。“灰氢”制取过程因技术成熟且原料成本较低成为国内目前最大规模的工业制氢方式。总体来看，与传统化石燃料相比，上述方法都过于昂贵，随着能源结构的转变，世界各国在近几年开展了寻求经济、低碳甚至零碳的地质天然氢资源的勘探工作，已评估、开发多处天然氢源区。国内关于天然氢的研究多用于环境检测或化石资源勘探，以氢气为目标的能源领域调查研究工作尚属空白阶段，氢气探测器匮乏，氢气检测数据有限，地质天然氢资源的分布现状尚未厘清［107-108］。但是从目前全球勘探活动来看，地质天然氢资源（“白氢”）发现点逐渐增多，对其形成与分布研究也将逐渐深入，氢的资源潜力可能超过当前的评估，也很可能成为未来重要接替资源。
由于氢气化学性质活泼、还原能力强且易扩散，地质条件下单独聚集成藏或高含量的天然氢赋存较难被发现，综合国外天然气勘探开发现状，卫星影像识别圆形、椭圆形洼地（仙女圈）地表特征和地球化学、地球物理、岩石物理联合判定生氢有利盆地是氢气勘探的有效手段［109-110］。以世界各地天然氢探测先例中的特征标志为参照，结合氢气含量检测数据，我国完全具备利于天然氢勘探的沉积盆地、深部流体活动区、裂谷地区等地质条件，其中深部流体是指沉积盆地基底以下的壳幔源岩浆以及热液水。柴达木盆地三湖地区涩南2井部分罐顶气样品的氢气含量最高可达99%，高含量氢集中分布在深层段［111］。松辽盆地徐家围子断陷钻探发现深部地下连续高含量氢气，天然气组分实验测试结果显示天然气中氢气含量可达10.38%~26.89%，但高浓度的氢气成因存在争议［112］。渤海湾盆地济阳坳陷油气田和沁水盆地南部煤层气田报道的氢含量则普遍偏低，平均氢含量量级约为10-6［113-114］。云南腾冲热海地热区和长白山天池地区火山水热活动释放的气体中氢气含量约为1%［114-115］。蛇纹石化作用区和火山岩侵入区也有极高的含氢量，因此俯冲带和岩浆活动区可作为地下天然氢的潜力探区［99，116-117］。总体而言，国内能源领域地质氢资源的赋存成因及分布规律研究相对薄弱，随着关注度的提高和地球化学检测技术的提升，高含量氢气藏勘探将具有极大的发展前景。

3.5　硫化氢

硫化氢（H2S）是天然气中的常见组分，一般含量较低。而在深层含蒸发岩的碳酸盐岩层系，硫化氢含量往往较高。中国四川、塔里木、鄂尔多斯等盆地碳酸盐岩层系气藏中硫化氢含量较高，在天然气组分中主体占比为1%~18%［118］。硫化氢含量最高的气田为分布在四川盆地北部的普光气田、罗家寨气田、渡口河气田、铁山坡气田、毛坝气田等，硫化氢含量占10%~18%，储层主要是二叠系长兴组和三叠系飞仙关组［118-119］。四川盆地川中地区震旦系—寒武系发现的安岳、蓬莱等万亿方大气田，硫化氢含量占1%~3%［30］。塔里木盆地塔中奥陶系天然气中硫化氢含量较高，在气体组分中占0.1%~2%，个别井硫化氢含量较高，可达8%。鄂尔多斯盆地奥陶系发现的气藏中，含有一定量的硫化氢，含量一般小于0.1%，也有个别井硫化氢含量高达6%。总体来看，四川盆地硫化氢资源最为丰富。
关于硫化氢的成因和来源，已有共识［30， 119］，是烃类和硫酸盐岩在热动力条件驱动下发生有机和无机相互作用而成，简单说就是油藏在深埋高温作用下，油气与地层中的硫酸盐类在MgSO4接触离子对的催化驱动下，发生TSR反应而成；在此过程中对储集层进行改造［120］，并可形成一系列具有标志性的新型含硫化合物，比如硫代乙基降金刚烷、多硫环状化合物或链状化合物、多笼硫代金刚烷等［31， 121］。
硫化氢的重要用途是制备硫磺（天然气净化产物），硫磺主要用于硫酸生产、化肥、纤维工业、化工、涂料、造纸、塑料、橡胶、制药及洗涤剂等［122］，具有重要的工业价值。

3.6　二氧化碳

二氧化碳（CO2）是天然气中除烷烃气之外最常见的组分，含量变化很大，绝大多数天然气田中CO2含量介于1%~5%之间。高纯度CO2气藏也有发现，如松辽盆地万金塔、孤店等气田，CO2在天然气中的含量高达94%以上；渤海湾盆地花沟、翟庄子等气田，CO2在天然气中的含量高达95%以上；另外，在苏北、三水、东海、珠江口及莺歌海等盆地，都发现了高含CO2气田，CO2在天然气中的含量高达60%以上［123］。这些高含CO2的气藏主要分布在深大断裂带附近或岩浆活动比较发育区带。高纯度CO2在提高石油采收率等方面具有重要利用价值。
碳酸盐岩气藏中CO2含量一般介于2%~4%之间，但是四川盆地高含硫化氢气藏，CO2含量一般较高，在10%~20%之间，H2S和CO2含量二者存在正相关关系。主要是由于烃类在与硫酸盐发生热化学反应（TSR反应：烃类+CaSO4 →CaCO3+H2S+H2O+CO2 ±S），生成H2S的同时，也生成CO2 ［124］。川东北高含硫化氢气藏群、安岳和蓬莱地区震旦系—寒武系气田等，高含量的CO2主要来自TSR作用的贡献［30］。当然，碳酸盐岩的高温热分解外也形成了CO2。
戴金星等［125］系统建立了完善的CO2成因识别图版和多种地球化学综合指标体系，可以准确识别无机成因和有机成因，对富集成藏与主控因素进行了系统论述，本文不再赘述。

3.7　汞

汞在天然气中也比较普遍，李剑等［126］、刘全有等［127］、TANG等［128-129］分别对我国塔里木、四川、吐哈、柴达木、渤海湾、鄂尔多斯、准噶尔、松辽等盆地数百口油气井和页岩气井的天然气中汞含量进行了测定，汞浓度分布在0.01~2 240 μg/m3之间，发现煤成气气藏中汞含量普遍偏高，油型气藏中汞含量相对偏低。在烃源岩中，发现下寒武统黑色富有机质泥岩中汞含量异常富集［130-132］。通过对塔里木盆地原油中汞含量测试，发现原油中汞含量较低，示踪效果不显著［133］。汞同位素技术的兴起［134］，成为解决识别汞成因与追溯汞来源的重要手段。天然气中汞主要来自烃源岩或岩浆热液，煤成气和油型气的汞同位素测试表明，煤成气藏中的汞主要来源于含煤地层，油型气藏中汞的来源与富含有机质的沉积物有关［135］。

4 油气藏外相关资源地质学

4.1　地热资源

4.1.1　地热

地热能来源于地球内部熔融岩浆和放射性物质衰变，属可再生能源。我国地热资源丰富，广泛分布于沉积盆地（平原）和构造隆起区域两类构造地质环境［136］。按存储方式可分为浅层地热能、中深层水热型和深部干热岩型等地热资源［137］，按热储方式又可划分为低温型（25~90 ℃）、中温型（90~150 ℃）、高温型（>150 ℃）地热资源［138］。中低温地热资源是我国地热资源的主要组成部分，广泛分布于东南沿海地区和胶辽地热带，开发利用方式以直接利用为主，涵盖供暖、制冷、养殖及旅游疗养等工农业及生活多方面；高温地热资源则集中分布在滇藏地热带和台湾地热带，主要利用方式为高温地热发电［138］。截至2020年底，我国直接利用的地热泵装机容量超过40 GWt，年能源使用量为443 492 TJ/a［139］，稳居世界前列。然而在地热发电特别是高温地热发电方面，我国尚处于落后阶段［140］。
浅层地热能指位于地下200 m以浅，具有开发利用价值的岩体、地下水、地表水热资源。我国浅层地热能资源可代替标准煤11.7×108 t/a，地埋管热泵系统适宜区主要分布于东部平原盆地及其他富水区，包括北京、天津、河北等省市。已探明的水热型地热资源量折合标准煤可达1.25×1012 t，每年可采量折合标准煤多达18.65×108 t。沉积盆地（平原）区资源储量折合标准煤约为1.06×1012 t，其主要为中低温地热资源且集中在四川盆地、华北平原、河淮平原［141］。目前渤海湾盆地、松辽盆地、苏北盆地、汾渭盆地等已开发利用，热储层自中新元古代至新生代均有分布。“雄县模式”是应用成功的典型范例，其依靠地热供暖成功打造了无烟城市，可回收热量折合标准煤0.12×1012 t［142］，年代替折合标准煤9×104 t，减排二氧化碳22.5×104 t［141］。构造隆起区资源储量折合标准煤约16×108 t，多为高温地热资源［141］，藏南—川西—滇西区开发潜力巨大，估算可开发的地热资源折合标准煤约为51×104 t［143］。福建漳州地热田为开发利用的代表性区域，利用方式以直接利用为主，仅个别地区存在中低温发电站，如广东丰顺地热电站和云南瑞丽地热电站。西藏羊八井是目前唯一运行的高温地热发电站，当前装机容量已达25 MW［137］。

4.1.2　干热岩

浅层地热能、中深层水热型地热资源开发具有良好的发展前景及优势，同时存在总资源储量有限、可再生速度缓慢的不足。着眼更为长远的地热发电技术，深部干热岩地热资源（HDR）以及采用工程技术手段对干热岩进行开发而建立的增强型地热系统（EGS）已成为国际关注焦点［144］。干热岩指深部低孔隙度、低渗透性的高温岩体，通过人工压裂形成的增强型地热系统可开采出储存于其中的热能。依据热物性参数和最新大地热流值，计算中国大陆3~10 km深度范围内干热岩地热资源量为21×106 EJ，折合标准煤715×1012 t，按40%和2%的上下限计算，可采资源量为（0.42~8.4）×106 EJ，折合标准煤（14.3~86）×1012 t，是水热型地热资源总量的数百倍。由此可见干热岩在我国地热资源中无疑占主导地位，但由于干热岩开发的经济性和现有技术条件，近期建议着眼于4~7 km深度段干热岩地热资源的开发，热储目标温度是150~250 ℃［144］。结合国外干热岩资源成因分析和中国地壳结构，干热岩资源可划分为高放射性产热型、沉积盆地型、现代火山型和板块内活动构造带型4种类型［145］。依据热储温度和热储量，可划定青藏高原南部、云南腾冲、东南沿海中生代岩浆活动区、东北松辽盆地、华北鄂尔多斯盆地及汾渭地堑等地区为有利探区［144，146-147］。青藏高原北缘的共和—贵德盆地是目前最具发展前景的EGS区，区内热井及钻孔具有异常热显示。其中青海省恰卜恰地区GR1干热岩勘探井在3 km深度处地温梯度大于8 ℃/100 m，井底温度可达236 ℃，是迄今国内钻获温度最高的热井［148］，平均热流值为102.2 mW/m2，远高于大陆平均热流［149］。

4.2　铀矿

我国铀矿床通常按含矿主岩岩性划分为花岗岩型、火山岩型、砂岩型和碳硅泥岩型四大类［150］。其中与油气藏相关的铀矿类型主要为砂岩型［151-153］。砂岩型铀矿主要指赋存于含砾砂岩和粉砂岩中达到工业开发标准的铀矿床，沉积环境主要为陆相河/湖相和滨浅海相［154］，成因类型主要包括后生成因和低温成岩—后生成因［154-155］。矿体往往发育在高渗透性还原性砂体中，且该类砂体一般产状平缓（<5°），并常以泥页岩等弱透水层为顶底或互层。
我国砂岩型铀矿主要分布在中新生代陆相盆地中［156］。其中，鄂尔多斯盆地、伊犁盆地、吐哈盆地、二连盆地、松辽盆地和巴丹古林—巴音戈壁盆地等北方大中型盆地的预测铀资源量占砂岩型铀矿预测总量的75%。我国砂岩型铀矿的成矿年龄跨度大，从早侏罗世到第四纪，但形成的高峰期为白垩纪和新生代［156-157］。其中，我国西部砂岩型铀矿的成矿年龄最小，始新世和中新世为主成矿期，上新世以来为次成矿期，这与喜马拉雅运动的期次和含矿地层抬升有关；中部砂岩型铀矿的成矿年龄较老，早、晚白垩世为主成矿期；东部砂岩型铀矿成矿年龄跨度大［156，158］。另外，我国北方砂岩型铀矿的主岩由西向东逐渐变年轻，从新疆伊犁、吐哈盆地的下—中侏罗统变化到内蒙古鄂尔多斯盆地的中侏罗统，再到内蒙古二连盆地的下白垩统，最后到松辽盆地的上白垩统。矿化类型由西向东从以层间氧化型为主到古层间氧化型，再到沉积—成岩叠加层间氧化型［152， 156］。

4.3　盐类矿产资源

作为重要的非金属矿产资源，盐类矿产资源在化工、农业、食品等多个方面应用广泛，在国计民生中地位重大［159-160］。目前常用的盐类矿产资源主要包括钠盐（NaCl）、钾盐（K2SO4， KCl， KNO3）、锂盐（LiCl， Li2CO3）、镁盐（MgCl2， MgSO4）等。盐类矿床是一种蒸发沉积型矿床，一般分为现代盐湖矿床和古代盐类矿床两大类［160］。青海察尔汗盐湖总面积为5 856 km2，是我国最大的盐湖，同时，它也是我国最大的具有工业开采价值的大型内陆第四纪石盐、钾盐、镁盐及富含硼、锂、铷、铯、溴、碘等有用化学元素的综合性盐类矿床。该盐湖以钾、镁卤水矿为主，固液体并存，其中氯化钠约有90%已沉积成稳定的固体矿产层，其余的钾、镁、锂、硼、铷、铯等矿产主要存在于卤水之中［159］。随着岩盐和镁盐的开采，我国早已成为世界上最大的原盐生产和消费国，并且自1992年便由镁净进口国变为镁净出口国［161］，而钾盐和锂盐因其稀缺性和巨大的工业价值，是近年人们关注的热点。

4.3.1　钾盐

目前，海相沉积成因的地下固体钾盐矿床是世界范围内已探明钾盐资源的主要赋存形式，少部分钾盐资源赋存在近地表/地表含钾卤水中。目前，第四纪以前的可溶性钾盐矿床贡献了近98%的全球制钾工业原料，其余来自盐湖与地下卤水［162］。钾盐主要用于钾肥制作，占比超过总产量的9成［163］，其余多用于生产洁净剂、玻璃、陶瓷及药品等［164］。
我国钾盐资源稀缺，位列7种大宗紧缺矿产［165］。世界钾盐资源丰富，但整体分布不均，大型矿床基本分布在北纬40°~60°［166］，且九成以上优质资源集中分布在加拿大、俄罗斯、白俄罗斯和德国［167-168］。世界范围内已探明钾盐资源量约为60×108 t［169］，而我国占比仅为3.5%。我国钾盐矿床类型大体可分为3类：第四纪盐湖型（如青海察尔汗盐湖钾镁盐矿、新疆罗北凹地钾盐矿）、深藏地下卤水型（青海南翼山富钾卤水矿和四川自贡邓井关含钾卤水矿）和古代化学沉积型（云南勐野井钾盐矿）［170］。目前，我国钾盐资源以柴达木和塔里木盆地第四纪盐湖型液体矿为主［171］，可溶固体矿少，难溶或不溶钾矿石多，质量和可选性均很差［171-172］。
随着经济快速发展，我国钾盐短缺加剧。为缓解这种局面，一方面在确保国内钾盐资源可持续发展的基础上，要通过新技术开发提高不溶性钾盐利用率，并加强对深层地下卤水型钾盐资源的勘探与开发［171］；另一方面，应积极投身海外钾盐矿产资源开采［165，173］。

4.3.2　锂盐

我国锂盐资源主要包括盐湖卤水型锂以及深层地下卤水型锂。盐湖锂地质储量为2 447.38×104 t（以LiCl计），占比超过国内锂资源总量的83%。青藏高原地区为主要的盐湖锂资源富集区，其中，察尔汗、东西台吉乃尔、一里坪以及扎布耶盐湖也是目前主要的锂资源开发利用区［73，174］。
盐湖提锂的方法主要有碳化法、沉淀法、离子筛吸附法和电化学辅助法等。离子筛吸附法适合从浓度低的液相中选择性回收锂，其中钛系锂离子筛因稳定性强、吸附容量大，成为吸附法的研究热点［175］。我国盐湖提锂技术已位居世界先进水平［75］。但是青海盐湖卤水由于镁锂比普遍较高，锂分离难度大、采收率低、开发成本高。西藏盐湖卤水虽然镁锂比较低，但是由于自然环境恶劣，开采难度极大。虽然我国盐湖卤水锂的开采已历经十几年，但产量一直未获突破，且与设计产能相距甚远，涉及卤水提锂企业的生产水平都处于相对低迷状态，资源浪费严重［73-75， 176］。深部富锂卤水锂矿品位较高、镁锂比较为合适，提锂成本较低，资源潜力巨大，且通常与油气资源伴生，是未来深部锂矿的主要勘探目标［77］。

4.4　碱矿

碱矿即指碳酸钠矿床，其采用天然碱生产工艺制备的纯碱具有产品质量高、生产成本低的优势，是重要的基础化工原料，为“三酸两碱”中的两碱之一，不仅可用于生产玻璃、小苏打和洗涤剂，在建材、光伏、食品工业和日化等终端市场也大有可为［177］。
世界天然碱资源主要在北美、北亚和东非富集。其中，美国的储量和开发规模最大，中国、土耳其、肯尼亚和博茨瓦纳其次［177-178］。美国拥有世界最大的2处天然碱矿床，分别位于怀俄明州绿河地区和科罗拉多州西北部，我国的天然碱可分为古碱矿（3个）和现代碱矿（13个）2类［170］，受板块构造、蒸发环境、气候和地貌环境影响，大部分集中在北纬30°~49°和东经105°~115°之间［177］。我国的天然碱矿主要集中在河南和内蒙古，查明资源储量共计10 885×104 t。其中，内蒙古的天然碱矿具有储藏深度浅、易开采的特点，其储藏深度在地表下 300~500 m之间。而河南吴城、安棚的固体天然碱埋藏较深，均在地表下2 000 m左右，较难开采［177］。
目前天然碱矿床成因类型有2种：①陆相碎屑岩型天然碱矿床：该类矿床属于古—新近纪古碱湖沉积成矿；成矿层往往与泥质白云岩或油页岩互层，展布面积可达数平方公里，厚度自数十厘米至数米变化。如河南桐柏吴城碱矿［170，179-180］。②第四纪盐湖蒸发型天然碱矿床：该类矿床一般分布面积较小（几—数十平方千米），矿体沉积韵律明显，常呈层状或透镜状；碱矿层成分多以Na2CO3·10H2O（泡碱）为主，少数以Na2CO3·NaHCO3·10H2O（晶碱石）为主；碱湖卤水主要为碳酸盐型；碱湖一般在风蚀洼地基础上形成，然后在干冷气候影响下，在浅水沉积天然碱。如内蒙古锡林郭勒盟劳尼特右旗查干里门诺尔天然碱矿床。我国第四纪碱湖主要分布在内蒙古和西藏两大盐湖区，二者占比达全部第四纪碱矿的75%以上［170］。随着光伏和锂电池行业的蓬勃发展，碱矿的勘探与开发势必成为能源阵地。

4.5　含油气盆地的煤

煤是植物碎屑在特殊沉积环境中聚积的产物。聚积过程受到同沉积和沉积后作用的影响，形成了不同等级和不同构造复杂程度的煤。组成煤的植物类型随着地质时间的推移而演化，在不同年代的煤中提供了各种各样的煤岩类型［181］。我国地质历史上主要有8个重要的聚煤时期［182-185］。其中，晚石炭世、早—中二叠世、晚三叠世、早—中侏罗世和早白垩世的聚煤作用较为强烈，特别是早—中侏罗世的聚煤作用最为强烈。早寒武世、早石炭世、晚二叠世和晚三叠世含煤地层主要分布在华南地区。晚石炭世—早—中二叠世含煤地层主要分布在华北地区。早—中侏罗世含煤地层广泛分布于华北、华中和华西南地区。早白垩世和古近纪含煤地层主要分布在我国东北地区。新近纪含煤地层主要分布在华南东部沿海和西南地区。
我国早古生代含煤地层主要沉积在广阔的浅海环境中。晚古生代形成的含煤盆地主要为陆表海盆地，其中三角洲平原或海岸平原是最重要的聚煤环境。晚三叠世含煤盆地以近海盆地为主，海岸平原、三角洲平原、沿海冲积平原、沿海山间平原以及海湾和潟湖—河口湾体系是主要的聚煤环境。早—中侏罗世含煤盆地为大中型内陆湖盆，其中冲积—湖岸三角洲体系的成煤过程最好，其次为湖岸带。早白垩世和古近纪—新近纪的含煤盆地以小型陆相盆地群为主；成煤过程主要发生在盆地充填演化淤积阶段的湖泊三角洲沼泽环境中［185］。

5 油气及相关资源系统

世界范围内大型沉积盆地勘探开发实践表明，油气与相关资源等多种能源矿产共生的现象十分普遍，其在成因与成矿（藏）定位上彼此关联又相互影响，随着盆地演化而形成一个自然成矿（藏）系统，具有复杂的矿产组合与富集形式［186-187］。深入探究其共生成矿（藏）机理对于实现多种资源的合理高效开发利用有着至关重要的意义，尤其是对于油气、煤炭、锂矿、铀矿、钾盐及溴盐等紧缺能源资源的研究已成为热点。从油气与相关资源伴生的成因机理上来看，地层中的铀和钍等金属元素容易被煤岩中的腐殖酸等组分所吸附，以金属有机络合物的形式构成煤—铀共生体系，而地层中的含铀流体与油气流体相接触时，可能受到有机质的还原而形成地球化学屏障，导致铀的沉淀富集、与油气形成共生［188］。MVT型铅锌矿床和卡林型金矿的形成也可能与地层流体中的烃类以及TSR作用有成因联系［189-192］。
以我国四川盆地为例，川东北地区已发现包括常规—非常规油气、煤炭与煤层气、钾盐和铀矿等多种能源矿产共生的现象［186， 193］，不同种类资源在空间上的分布具有一定的规律性，石油以川中地区较为富集，天然气、煤炭和钾盐等分布较广，铀矿则主要分布于川东南和北部局部地区。历经多年的矿产与油气勘查研究表明，四川盆地油气及其他资源体系的形成与分布具有互相影响制约关系，能源矿产在成因、运聚、富集成矿（藏）方面受到构造变革和沉积演化的共同约束［186］。川东北前陆盆地和大巴山造山带的盆—山耦合过程，一方面为盆内提供了充足的物源输入，另一方面也引起了地下卤水和有机流体等构造流体的运移与相互作用。强烈的造山作用下区域应力场的复杂变化与构造样式的演化为造山带构造流体向盆内的输导沟通提供了便利条件，石油天然气、含矿卤水等有机—无机流体发生大规模迁移，并且在前陆盆地内有利区带形成油气、矿产、岩盐等资源的共生组合，具有构造控制沉积相、沉积相控制成矿（藏）、流体控制矿（藏）分布的成矿（藏）机制与分布规律，多种矿产资源形成有机整体的特征。在未来的资源勘查中，进行综合的、全面的油气—矿产—岩盐一体化评价与勘探工作，有望实现复杂共生能源体系的绿色开发和高效开发。

6 非油气藏工程地质

6.1　储气库

储气库（Underground Gas Storage，简称UGS），通常是指地下储气库，其本质是将长距离管道运输来的天然气再次储存到地下空间而形成的人工气藏［194］。储气库对促进全球天然气工业迅速多元化发展，确保天然气长输管道的安全、高效运行，平衡季节用气波动具有重要作用，已经成为与天然气勘探开发、管道输送、炼化销售并列的支柱产业之一［195］。
在21世纪以前，我国地下储气库发展还处于空白阶段，但经过近20年的持续攻关，国内已建成了大港油田大张坨地下储气库、辽河油田储气库群、新疆油田呼图壁储气库和大港油田储气库群等17座大型储气库（群）［194］。截至2021年底，我国的储气能力已达264×108 m³，其中地下储气量达164×108 m³，是我国天然气总消耗量的7.1%［196］（表1）。
表1 中国储气库（群）主要技术参数（改自李建君[196]）

Table 1 Table of main technical parameters of gas storage (groups) in China (modified from LI［196］)

储气库（群） 地理位置 库容/（108 m3） 在运工作气量/（108 m3） 储气库类型 运营方
合计 / 565.4 163.95 / /
大港库群 天津大港 68.98 20.00 油气藏型 国家管网集团
华北库群 河北永清 17.40 4.10 油气藏型 国家管网集团
国家管网金坛 江苏金坛 26.39 7.80 盐穴型 国家管网集团
江苏刘庄 江苏刘庄 4.55 2.45 油气藏型 国家管网集团
中原文23一期 河南濮阳 84.31 19.60 油气藏型 国家管网集团
新疆呼图壁 新疆呼图壁 107.00 34.90 油气藏型 中国石油、国家管网集团
西南相国寺 重庆渝北区 42.60 22.80 油气藏型 中国石油、国家管网集团
辽河双6 辽宁盘锦 57.50 25.00 油气藏型 中国石油、国家管网集团
辽河雷61 辽宁盘锦 5.25 1.00 油气藏型 中国石油、国家管网集团
大庆喇嘛甸 黑龙江大庆 35.10 0.10 油气藏型 中国石油
大庆四站库群 黑龙江肇东 5.17 0.10 油气藏型 中国石油
华北苏桥 河北永清 67.38 11.00 油气藏型 中国石油
大港板南 天津滨海新区 10.47 4.30 油气藏型 中国石油
长庆陕224 靖边气田 10.40 3.80 油气藏型 中国石油
中原文96 河南濮阳 5.88 2.35 油气藏型 中国石化
中石化金坛 江苏金坛 11.79 3.00 盐穴型 中国石化
港华金坛 江苏金坛 5.23 1.65 盐穴型 港华储气有限公司
20多年来，我国储气库成功取得一系列的重大关键技术突破和技术革新。创建了复杂地质体动态密封理论［197］；建立了储气库高速注采不稳定渗流理论与模型［185］；配套形成了超低压储层钻井防漏堵漏技术［198］；形成了满足井筒承受高低压频繁交变载荷的储气库固井工艺［199］；创新形成了储气库井注采工艺技术［200］；突破复杂断块选库禁区，指导了650×108 m3工作气量储气库选址［201］等。
虽然我国储气库建设数量和规模已经走在世界前列，取得的科技成果也硕果累累。但由于中国地质条件极其复杂、能源结构处于转型过渡期和碳中和环保要求等原因，导致当前储气库还存在如优质地下建库资源匮乏、深层低品质储气库利用难度大、储气库建设周期长和储气基础建设滞后等亟需解决的难题［202］。未来，需要更多的科研工作者，投身储气库理论技术和实际应用相结合，继续秉持科学创新精神为我国储气库发展添砖加瓦。

6.2　二氧化碳封存

二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）是指从工业过程、能源利用或大气中将CO2分离出来，直接加以利用或注入地层以达到CO2永久减排的目的［185，203］。CCUS按技术流程分为捕集、输送、利用与封存等环节。其中CO2封存指的是采用不同的工程技术手段将收集的CO2注入地球深部储层，使其与大气长期隔绝。依据封存位置的差别，可分类为陆地封存和海洋封存；根据地质封存体的差异，可划分为咸水层封存、枯竭油气藏封存等［204-205］。由于CO2封存过程与油气藏形成过程具有相似性，当前多数CCUS工程将油气田作为CO2封存地的首选，并且将CO2存储与提高采收率（EOR）和压裂相结合，形成了集CO2的利用和封存于一体的油气开发技术［206］。
全球CCUS发展已40余年，由于经济成本巨大，目前仍处于商业化初期。中国CCUS项目由于受到成本普遍较高、关键技术存在壁垒、商业模式尚未成熟等发展瓶颈制约因素，仍以示范项目为主。目前，我国已投运或处于建设中的CCUS示范项目共计40个左右，总捕集能力已达400×104 t/a（全球占比10%）［207］。截至目前，国内已运行或间歇运行的CCUS项目共23个，其中捕集规模超过30×104 t /a的项目9个，国内规模最大的CCUS项目为齐鲁石化胜利油田项目，是国内首个百万吨级的CCUS项目［208］。

7 结论与展望

在非传统石油地质学的范畴内发现的油气共伴生资源种类丰富，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，以及油气藏外的油田地热、砂岩型铀矿、盐/碱矿和煤，具有广阔的综合开发利用前景。此外，储气库和二氧化碳封存等非油气藏工程为废弃油气藏再利用提供了巨大潜力。但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我国含油气盆地的复杂地质条件出发，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。未来，在油气勘探开发的过程中，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，进而有效保障我国资源需求、加速实现能源转型。

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