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。

氦气是重要的战略性资源，在航空航天、医疗成像和高新制造业发挥着不可替代的作用。稀有气体具有壳源、幔源和大气源三大来源，且在不同储集库中同位素特征差别大，可有效揭示壳—幔演化以及各圈层相互作用，也为示踪弱源氦气成藏过程提供重要手段。研究统计了中国各大盆地的含氦特征，并进一步对美国Hugoton⁃Panhandle气田、国内柴北缘地区油气田、坦桑尼亚裂谷带温泉区和国内渭河盆地地热田等典型富氦气藏中稀有气体同位素特征进行了归纳性研究。结果表明， 国内多个含油气盆地均发现有富氦气藏，国内外目前具有工业开采价值的氦气藏中³He/⁴He值基本显示壳源特征，即由铀、钍等氦源元素通过α放射性衰变生成。不同气藏中 ²⁰Ne/³⁶Ar值及²⁰Ne和³⁶Ar等同位素含量特征差异较大，代表不同富氦气藏形成时所经历的油—气—水等多相平衡过程不尽相同，氦气的富集与地下水及气藏主要气体组分的运移密切相关。壳源氦气藏中⁴He与²⁰Ne之间常呈正相关关系，表明这些气藏中⁴He富集可能与地下水密切相关，氦气应先溶于地下水再脱溶进入油气藏。幔源CO₂富氦气藏通常规模较小，氦气富集过程可能是因为CO₂易溶解于地下水或矿化形成碳酸盐矿物，使得气藏中CO₂减少，氦气相对丰度增加。进一步提出氦气成藏的四大有利条件：古老克拉通及富铀钍花岗岩提供充足的氦气来源、发育新构造活动、存在地下水系统和游离气相以及气藏中主要气体组分相对于氦气补给量适中。

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。

鄂尔多斯盆地东南缘延安气田上古生界山西组和本溪组的煤层发育，埋深普遍超过2 000 m，并且煤层的分布广泛，具有较大的勘探开发前景，可为未来深部煤层气勘探研究提供有力支撑。研究选取延安气田典型井深部5^#煤层及8^#煤层进行了高精度煤层气现场解析实验，通过多种实验方法及手段对煤岩储层特征、差异含气性特征及其主控因素进行了深入研究，并在延安气田范围内划分东区、中区、西区及南区4个评价单元，以5^#煤层及8^#煤层为主力评价层位，采用多种资源评价方法对延安气田深部煤层气资源潜力进行了评价。研究结果表明：5^#煤层厚度较薄，平均为1.6 m；8^#煤层厚度较大，平均为2.3 m；5^#煤层与8^#煤层煤岩表现为特低孔、特低渗储层，其中孔隙发育主要受有机质及矿物影响，导致其孔隙结构特征复杂；5^#煤层与8^#煤层煤岩有机碳丰度高、孔隙度及渗透率较大、镜质组含量高，指示其吸附性强、储集物性及孔隙连通性较好，煤岩已进入生干气阶段，煤层气资源潜力大，有利于形成丰度高的煤层气藏；优选的4口天然气老井压裂试采均点火成功，表明5^#煤层和8^#煤层深部煤层气潜力大；通过体积法、类比法计算出延安气田5^#煤层和8^#煤层煤层气资源量为（2.9~3.54）×10¹² m³，利用特尔斐法权重计算煤层气资源量为3.06×10¹² m³，显示出延安气田深部煤层气较高的勘探潜力。综合认为，延安气田5^#煤层和8^#煤层气成藏条件良好，勘探开发潜力大，有望成为气田持续稳产的接替资源。

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。

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。

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（R _O>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R _O>3.0%区域）页岩气低产及高含N₂的另一个重要因素。

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。

近年来鄂尔多斯盆地的勘探显示，其具有良好的氦气资源潜力，但对氦气分布特征及资源量认识薄弱，限制了对氦气富集规律的认识及后续的勘探工作。针对该问题，系统开展了鄂尔多斯盆地长庆气区氦气含量、分布特点及资源量评价研究。结果表明：庆阳气田、宜川气田以及苏里格气田西部均呈现出工业氦和富氦的特点，其中庆阳气田氦气含量范围为0.121%~0.204%（平均为0.144%），宜川气田氦气含量范围为0.060%~0.177%（平均为0.086%），苏里格气田氦气含量范围为0.018%~0.168%（平均为0.053%）；而榆林气田、靖边气田、神木气田和子洲—米脂气田的氦气含量普遍比较低，平均含量为0.034%。氦气多富集于盆地周缘地区，盆地中心氦气浓度最低，在纵向上则表现出二叠系最高、奥陶系最低的特点。新建立的氦气资源量评价方法计算表明，盒8段和山1段储层原位生成的最大氦气量分别为6.27×10⁶ m³和1.39×10⁶ m³，分别占其实测氦气储量的52.69%和3.11%，表明有外来源区氦的输入。鄂尔多斯盆地西南部的产氦单元有变质基底、沉积层系和印支期岩浆岩3类，所能生成的氦气量分别为2.14×10¹⁰ m³、1.44×10¹⁰ m³和1.74×10⁷ m³，总氦气生成量约为358×10⁸ m³。

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。

近年来，鄂尔多斯盆地陇东地区古生界铝土岩储层天然气勘探获得了重要突破，亟需对铝土岩气藏成藏的主控因素进行研究。为揭示铝土岩气藏形成的构造控制因素，通过构造发育、断层及构造特征展布特征、古地貌及微古地貌分析等方面探讨了铝土岩气藏成藏的构造控制因素。结果表明：①陇东地区铝土岩储层的形成主要受长期的构造抬升、海西期断层、斜坡背景上的低缓断阶带分布等构造背景控制；②铝土岩储层主要分布在岩溶高地古地貌上的潜坑，岩溶斜坡古地貌上的主、次沟槽组成的网状负地形以及岩溶洼地古地貌上的浅洼等微古地貌单元，不同地貌单元发育的岩性组合、铝土岩储层发育程度、分布特征也不相同；③铝土岩气藏的成藏、富集受断层附近发育的局部构造圈闭控制，在铝土岩储层发育区，古、今构造形成的低—微幅度背斜、断背斜、断鼻等局部正向构造圈闭是铝土岩气藏成藏的主要场所。研究阐述了陇东地区铝土岩储层及气藏的发育规律，也为类似地区及其他特殊岩性油气藏勘探起到指导作用。

鄂尔多斯盆地陇东地区太原组铝土岩气藏是一种新的非常规气藏，具有“小而肥”的特点，勘探潜力大，但铝土岩系变化快，分布不稳定，严重限制了勘探拓展。在采用印模法恢复太原组沉积前古地貌形态的基础上，精细刻画微古地貌单元，并结合岩心、录井和测井等资料研究铝土岩系地质特征及发育模式。结果表明：陇东地区太原组沉积前岩溶古地貌发育岩溶高地、岩溶斜坡及岩溶洼地3个次级岩溶古地貌单元，对应发育潜坑、沟槽及溶蚀洼地等负向微古地貌单元；主要发育泥质铝土质+铝土岩+煤/泥岩、铁质泥岩+双铝土岩段+炭质泥岩、铁质泥岩+厚层铝土岩/泥质铝土岩+泥岩/煤及铁质泥岩+铝质泥岩+泥/灰岩4种垂向岩性组合；受岩溶古地貌、海平面变化及淋滤作用强度控制，铝土岩系形成经历了红土残积物形成、原始铝土矿层形成、负向地貌单元铝土岩堆积、淋滤改造形成多孔铝土岩及广泛海侵煤泥覆盖5个主要阶段。同时，根据铝土岩系与围岩岩性和物性差异大的特征，利用叠后地震属性及叠前反演技术，对铝土岩系分布进行了刻画及预测，结果显示陇东地区太原组铝土岩在岩溶古地貌各级地貌单元中呈孤岛状、带状、片状有序分布，铝土岩系总分布面积为613 km²，其中孤岛状及带状发育区是铝土岩勘探最有利区。

鄂尔多斯盆地陇东地区太原组铝土岩系天然气勘探的突破标志着铝土岩系不仅可以作为区域盖层，在局部地区也可以作为优质储层。通过岩心观察、岩石铸体薄片鉴定等手段，并结合常量、微量及稀土元素地球化学分析，研究了铝土岩系的元素分布特征和变化规律，查明了铝土岩系沉积环境和元素迁移特征。结果表明：①陇东地区太原组铝土岩系具有高铝、低硅、含铁、含钛的特点；②稀土元素整体表现为相对富集，这与母岩风化时稀土元素呈离子状态被吸附于黏土矿物、云母类矿物及铝矿物的表面及晶格内有关，但总量变化较大；微量元素Ni、 Co、V、Ga、Hf和 Sc具有相似的变化特征，表明这些元素在铝土岩成岩演化过程中具有很好的稳定性；③研究区铝土岩系的成岩环境经历多次氧化还原环境的交替，主要以陆相淡水沉积环境为主，并有过渡相和海相沉积的特征。该成果可为进一步研究陇东地区太原组铝土岩的沉积环境和物质来源提供借鉴。

页岩气开采过程中产生的返排液和产出水（FPW）中污染物总量大，有机物种类复杂，毒性不确定性高，可能对生态系统和人体健康构成威胁。现有研究对美国页岩气FPW中的有机污染物进行了定性定量分析，但在中国仍缺乏系统研究。综述了中美两国页岩气开采废水中的有机污染物组成情况，比较了同类典型有机污染物的浓度差异，并分析了两国页岩气开采产生关键有机污染物组成和浓度差异的潜在原因。研究发现，中国页岩气FPW中绝大多数有机物的浓度均低于美国（如苯系物、多环芳烃等）。中国页岩气FPW中有机物的定量数据相对缺失，仍需加强对中国页岩气场地关键致毒污染物的识别和定量分析。

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。

鄂尔多斯盆地含铝土岩系地层较为发育，近年来针对该地层的铝土岩气藏的勘探开发取得重大突破，并提出了“古地貌控储、煤岩近源供烃、岩性构造控藏”的成藏模式，进一步揭示了铝土岩具有近源规模成藏的规律。为明确古地貌对铝土岩气藏的控制作用，以鄂尔多斯盆地陇东地区石炭纪太原组为例，通过印模法恢复前石炭纪古地貌形态特征，并结合钻井、测录井、地震、野外露头观察及分析化验等资料分析古地貌对陇东地区太原组铝土岩气藏的控制作用。研究表明：太原组沉积期古地貌主要发育高地、斜坡、洼地3个二级古地貌单元，斜坡又可分为潜坑、阶地及沟槽3个三级古地貌单元，主要以岩溶斜坡为主，古地貌整体趋势走向为西南高、东北低。古地貌对研究区前石炭纪铝土岩气藏的控制作用如下：①古地貌控制表，生期淋滤作用的时间和强度；②古地貌控制沉积相态的展布，沉积于古陆边缘及潮坪相的铝土岩厚度较大；③古地貌控制铝土岩厚度和孔隙发育，古地貌潜坑、阶地铝土岩厚度大，溶孔与裂缝发育；④上部广覆式煤系源岩生烃，生烃动力驱动向下运移至表生期发育的铝土岩储层聚集成藏，多孔状铝土岩是制约天然气成藏的关键地质要素。

四川盆地发现了中国最大的海相碳酸盐岩整装气田——安岳气田，但深层（>4 500 m）台内古老碳酸盐岩储层低孔低渗、非均质性极强，制约了该区的规模建产开发。为此，进行了安岳气田深层走滑断层破碎带的地震刻画，开展了开发先导试验区走滑断层破碎带水平井的钻探实践。结果表明：通过三维地震资料导航金字塔处理实现了微小（垂向断距<20 m）走滑断裂的识别，发现与落实了总长度达1 860 km的走滑断裂系统；利用导航金字塔处理的对称照明度属性实现了深层白云岩走滑断层破碎带的刻画，发现与落实走滑断层破碎带面积达1 440 km²，表明沿弱走滑断裂带存在大规模断控“甜点”储层（高孔高渗裂缝—孔洞型储层）。在此基础上，提出断控“甜点”储层择优开发的部署新思路，在不同走滑断裂带、不同层位部署了14口开发先导试验水平井，并钻遇裂缝—孔洞型“甜点”储层，实现日产气增加1倍以上的开发成效。位于走滑断裂带的49口高产开发井在2023年产气量达50.4×10⁸ m³，建成中国首个前中生界走滑断控“甜点”气藏开发区。安岳气田的开发实践揭示了深层走滑断控“甜点”储层高效开发的巨大潜力，开辟了四川盆地深层走滑断控气藏开发新领域。

鄂尔多斯盆地陇东地区太原组铝土岩气藏规模相对较小且分布零散，沉积类型多样，岩性多变，物性参数级差大，储层含气性主控因素不明朗，气水关系复杂，试气差异大。从测井角度，深入分析了含铝岩系储层的试气结果与储层岩性厚度、物性、电性之间的关系，明确了影响含铝岩储层产量的主控因素：按照权重依次为岩性均质性、厚度、电性及物性。在此基础上，结合岩性识别和孔隙度计算分岩性建立区域气水识别图版；针对物性较差的含铝岩储层应用图版法存在局限性的问题，在利用声波时差与自然伽马包络面积的含铝岩快速识别方法的基础上，创新建立基于声波时差与自然伽马包络面积累加的岩性均质性指数，进一步结合含气性敏感测井变量孔隙度和电阻率构建了含气信号增强因子定量指示参数和流体敏感因子，可以较为直观地在铝土岩储层进行含气指示，实现了含铝岩储层的有效气水识别；同时，研究基于岩电实验，建立不同类型储集空间的饱和度计算模型，通过定量计算得到表征储层含气性的含水饱和度。研究方法在铝土岩储层新井试气选层、老井复查中应用效果显著，有效提高了测井解释符合率，支撑了区域单井试气选层及气藏认识。

目前国内页岩气勘探突破主要集中于中浅层超压页岩气藏，随着研究的深入，页岩气勘探逐步向深层过渡，四川盆地涪陵页岩气田白马向斜整体为深层超压气藏，勘探潜力较大。利用J148⁃1井五峰组—龙马溪组测井资料及测试分析数据，分析五峰组—龙马溪组页岩含气性特征及其影响因素，探讨页岩气形成富集机理及页岩气成藏模式。五峰组—龙马溪组页岩含气量介于1.09~6.81 m³/t之间（平均为3.15 m³/t），随埋深增大而增加，1~3小层平均含气量为5.35 m³/t，为页岩气有利层段。总有机碳含量、矿物组成、储层性质及保存条件均对页岩含气性有一定控制作用，五峰组—龙马溪组页岩TOC值介于1.29%~5.50%之间（平均为2.75%），随埋深的增大而增加；石英含量为17.2%~64.7%（平均为36.1%），长石含量为2.7%~14.5%（平均为8.0%），碳酸盐矿物含量为2.0%~56.6%（平均为12.6%），黄铁矿含量为1.4%~6.7%（平均为3.4%），黏土矿物含量为17.2%~54.3%（平均为40.1%）；1~4小层孔隙度介于2.38%~5.64%之间（平均为4.06%），8~9小层孔隙度介于1.95%~2.75%之间（平均为2.24%）；1~4小层渗透率介于（0.03~16.43）×10^-3 μm²之间（平均为0.75×10^-3 μm²），8~9小层渗透率介于（0.05~55.63）×10^-3 μm²之间（平均为2.31×10^-3 μm²），总有机碳含量、石英含量、孔隙度等与含气量呈正相关关系；页岩发育矿物基质孔隙、有机质孔隙及裂缝孔隙3种孔隙类型，以有机质孔隙为主，研究区远离主控断层，区域性盖层发育，顶、底板岩性致密，保存条件好，游离气大量富集，为宽缓向斜型成藏模式。研究区五峰组—龙马溪组页岩在奥陶纪末—晚志留世处于未成熟阶段，晚志留世进入成熟阶段，中侏罗世进入高成熟阶段，晚侏罗世进入过成熟阶段，中白垩世热演化停止。

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。

四川盆地泸州北区深层页岩储层受多期构造运动的影响，构造条件复杂、地应力变化快的特征，导致其预测难度大。鉴于此，针对性地提出了一种基于叠前各向异性反演的地应力地震预测技术，在贝叶斯理论框架下，利用各向异性AVA（Amplitude Versus Angle，振幅随入射角变化）方程构建叠前AVAZ（Amplitude Versus Azimuth，振幅随方位角变化）反演方法，从叠前偏移距矢量片（Offset Vector Tile， OVT）道集出发，反演获得页岩储层的弹性参数与各向异性参数；同时，推导了基于裂缝密度和泊松比表示的水平应力差异比（Differential Horizontal Stress Ratio， DHSR）计算公式，用于估算储层的DHSR。利用该方法对四川盆地泸州北区五峰组—龙一₁亚段深层页岩气开展DHSR预测，并划定了页岩气勘探开发的有利区，为研究区的评价部署、井轨迹设计及储层改造等提供可靠的地球物理依据。

随着深层油气和非常规油气勘探的推进，凝析油作为增储上产的优质资源越来越受到关注。为了系统认识中国凝析油勘探现状，进一步明确凝析油成因机制、相态、富集规律等复杂问题，对凝析油的定义、勘探历史、分布特征、成因分类及定量分析等开展研究，指出：中国凝析油探明地质储量约为7.1×10⁸ t，凝析油气田（藏）共163个。探明储量大于1 000×10⁴ t的凝析气田（藏）主要分布在塔里木盆地和渤海湾盆地，具有大型凝析油气田在中国东部和西部并存的分布特征。在创新认识原生型凝析气藏的基础上，进一步考虑源储关系等因素，将中国已发现的原生型和次生型2类凝析气藏进一步划分为远源（源外）和近源（源内）2个亚类。根据建立的凝析气藏新成因类型，重新梳理了全国凝析气藏成因类型及成藏特征，指出无论是从凝析气藏个数还是探明储量来看，中国凝析油均以原生型成因为主。原生型凝析油的探明地质储量约占凝析油总探明地质储量的70%，次生型占比约为30%。远源（源外）聚集成藏型占比（约57%）要比近源（源内）聚集成藏的占比（43%）高。

塔里木盆地库车坳陷克拉苏西部博孜—大北地区油气勘探持续获得突破，但油气组成、物性与油气藏类型复杂，存在油气相态与物性分布规律不清、油气相态主要控制因素不明确等问题。系统收集了研究区75口生产井烃类流体数据，分析了凝析油的地球化学特征，油气物性参数（密度、黏度、胶质含量、沥青质含量、干燥系数及生产气油比）及其变化规律，根据干燥系数和气油比划分了油气藏类型，恢复了地质条件下的油气相态特征与赋存状态，探讨了相态分布主控地质因素。结果表明：研究区烃类流体总体表现出“东西分段，南北分带”的特征，黏度密度等物性参数整体呈现出由西向东逐渐升高的趋势。油气赋存状态纵向上由深到浅表现为从液相到凝析气相，再到凝析气（湿气）相，最后到气相。油气类型整体上呈环带状分布，挥发性油藏、凝析气藏与湿气藏受侏罗系恰克马克组烃源岩成熟度控制，干气气藏的分布不仅受侏罗系烃源岩成熟度的控制，还受高—过成熟的三叠系烃源岩的共同影响。研究为准确认识克拉苏西部博孜—大北地区油气相态与物性分布规律、油气相态主控因素及未来油气勘探开发部署提供有力的理论支撑。

受构造—沉积分异影响，四川盆地不同地区下寒武统筇竹寺组沉积环境具有较大差异，前人针对不同区域筇竹寺组沉积地球化学特征差异性的系统性对比研究比较薄弱。通过收集整理前人公开发表的四川盆地筇竹寺组16 口钻井、9 条野外剖面地球化学数据，综合前人认识，针对四川盆地不同地区的筇竹寺组沉积地球化学特征进行对比分析，并探讨有机质富集机制，取得4点认识：①德阳—安岳裂陷槽北段较南段古水体环境更为还原，更有利于有机质的富集和优质烃源岩的形成与保存；②四川盆地北部由裂陷槽深水陆棚区到川东北浅水陆棚区，古沉积环境整体由缺氧向氧化过渡，而由川西南浅水陆棚到川中裂陷槽发育区、川西南浅水陆棚到川东南浅水陆棚，沉积水体则逐渐向更还原的环境过渡；③裂陷槽北段及中段整体反映出很高的古生产力水平，且四川盆地筇竹寺期广泛的热液影响背景为有机质富集提供了十分有利的条件；④裂陷槽北段及川西南浅水陆棚区筇竹寺组有机质丰度主要受古生产力强度影响，川东北和川东南浅水陆棚有机质丰度主要受控于古氧化还原环境，裂陷槽中段有机质丰度受古生产力和古氧化还原环境共同影响。研究成果对于深化四川盆地筇竹组沉积环境差异和烃源岩形成条件认识，支撑深层—超深层油气勘探具有重要的理论和实际意义。

鄂尔多斯盆地铝土岩气勘探取得重大突破，然而铝土岩成因仍不清楚，其中一个关键问题是物质来源问题尚未解决。采用碎屑锆石年代学和稳定元素地球化学的方法对鄂尔多斯盆地东部神木—米脂地区本溪组铝土岩系开展了物质来源分析。结果显示：铝土岩系中的碎屑锆石为棱角状的岩浆锆石，粒径以0.03~0.06 mm为主，年龄峰值为500~400 Ma和350~300 Ma。铝土岩系上覆碎屑岩中的锆石主要为椭圆状变质成因锆石，粒径介于0.06~0.13 mm之间，约一半的锆石年龄是不谐和的，谐和年龄峰值为2 600~2 300 Ma和2 100~1 700 Ma。铝土岩系明显富集稳定元素，且与下伏碳酸盐岩具有相近的Zr/Nb值，但明显不同于上覆碎屑岩和盆内马家沟组凝灰岩的Zr/Nb值。对比分析后认为，盆地北部的华北板块基底是上覆碎屑岩的物源，但对铝土岩系的物质贡献较少。盆内下古生界和石炭纪凝灰岩是铝土岩系中碎屑锆石的直接来源，但它们对铝土岩系的物质贡献也极其有限。铝土岩系的主要物质来源为盆内下古生界碳酸盐岩。

近年来，渤海湾盆地黄骅坳陷大港探区上古生界天然气勘探获得重大突破。从石炭系—二叠系含油气系统的烃源岩展布及生烃潜力、储层分布及物性、天然气成藏和富集规律等方面，开展地质、地球化学和测井的综合解释，对成藏主要因素进行深度剖析。结果表明：上古生界煤系烃源岩有机质丰度高、母质类型好，经历二次生烃，具备规模生气条件；储层以低孔、低渗碎屑岩为主，次生孔隙和裂缝发育，断层活动演化控制着油气的垂向分布，准原地烃源岩、次生改造储层和断层活动性是上古生界天然气成藏的主控因素，提出了黄骅坳陷上古生界天然气藏的主要成藏模式为“两期排烃、源储叠置、晚活调整充注”，认为大港探区上古生界天然气勘探潜力大，主要有利的勘探方向为洼中宽缓潜山带和斜坡断垒潜山带，预测乌马营—王官屯洼中、东光东翼低斜坡、歧北低斜坡是研究区未来规模勘探增储的3个有利目标区。

超压成因分析是压力预测和油气成藏研究的基础，准噶尔盆地腹部莫索湾凸起侏罗系超压分布普遍，且与油气成藏关系密切复杂，亟待深入开展超压成因研究。综合运用测井曲线组合分析法、Bowers法、声波速度—密度交会图法、孔隙度对比法和综合分析法等探讨了超压的成因。研究表明，准噶尔盆地莫索湾凸起侏罗系普遍发育超压，主要位于4 000~4 500 m以深地层，压力系数为0.92~2.11，平面上东部超压较强，压力系数可达2.11，西部较弱，压力系数可达1.6。声波时差、密度及电阻率测井曲线对超压的响应较为明显，表现为均存在不同程度的反转。多方法综合判识准噶尔盆地莫索湾凸起侏罗系地层超压以传导型成因超压与化学压实复合成因超压为主，且东部化学压实贡献略高于西部，欠压实成因贡献弱或者无。

松辽盆地陆相页岩油勘探前景广阔，但目前关于长岭凹陷白垩系青山口组纹层型页岩油储层微观孔隙结构特征的认识相对薄弱。基于薄片鉴定、TOC、岩石热解和XRD分析，结合场发射扫描电镜、低温氮气吸附及高压压汞等测试手段，对青山口组页岩进行岩相划分，系统分析页岩储集空间分布规律，明确优势岩相和孔隙结构的控制因素。依据“有机质丰度—矿物组成”标准，将页岩样品划分为低TOC混合质页岩（M—L）、中TOC硅质页岩（S—M）、中TOC混合质页岩（M—M）、中TOC黏土质页岩（C—M）、高TOC硅质页岩（S—H）、高TOC混合质页岩（M—H）及高TOC黏土质页岩（C—H） 7种岩相。其中，C—H岩相生烃潜力好，储集空间发育，以狭缝状黏土矿物晶间孔、粒间孔和微裂缝为主，孔隙结构参数优，是研究区储层的优势岩相。青山口组页岩储集空间分布受控于纹层特征、TOC含量和矿物组成等因素，长英质纹层能够有效缓解上覆岩石压实作用，有机酸扩溶作用和超压裂缝的形成改善了宏孔体积占比，而黏土矿物晶间孔和微裂缝提供了主要的比表面积和孔体积。

近年来中国在四川盆地昭通示范区针对埋深700~2 000 m的中浅层页岩气开展了卓有成效的勘探与开发，但页岩气开发采用的水平井技术和大型水力压裂技术存在水环境污染风险，尤其是在中国南方碳酸盐岩分布区，地质条件复杂、生态环境脆弱，开展水环境污染风险研究尤为重要。对四川盆地昭通地区太阳区块Y105井区垂深小于2 500 m的页岩气井的压裂返排液进行了微量元素、阴阳离子、锶同位素等组成的地球化学分析，并与威远、长宁和涪陵地区的页岩气压裂返排液进行了比较。研究结果表明，太阳区块浅层Y105井区页岩气压裂返排液具有以下3个特征：①返排液高含各种盐类、重金属等，K、Na、Ca、Mg等含量均值分别为153 mg/L、7 473 mg/L、162 mg/L、34 mg/L，Cl和Br含量均值分别为10 912 mg/L和52 mg/L，Li、B、Sr、Ba、Rb等含量均值分别为21.9 mg/L、14.3 mg/L、27.8 mg/L、37.4 mg/L、0.25 mg/L，不能直接排放。Br/Cl均值为0.002 1，与蒸发相海水相比具有相对富Ca贫Mg的特点，Sr、Ba、Rb等含量与Cl含量呈正相关关系，说明返排液为压裂注入液与地层束缚的卤水混合的产物，其高盐端具有蒸发相海水的特征，但又经历了水岩反应。② ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值变化范围为0.716 5~0.717 2（均值为0.716 7），说明压裂注入液与具有高锶同位素比值的页岩地层之间有着强烈的水岩作用。与威远、长宁和涪陵页岩气田返排液相比，太阳区块返排液的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值较低，但又远高于地表水、杀菌剂等，是很好的鉴别指标。③返排液元素组成与页岩垂直埋深有着一定的相关性，如，Y105H3平台，当垂深从2 245.16 m增加至2 406.16 m，阴阳离子、微量元素等成分含量都有着不同程度的变化，并表现出一定的变化规律，这可能反映了温度、压力等因素的影响。

继四川盆地川中古隆起安岳万亿方大气田发现之后，在古隆起斜坡区海相多层系又获得了勘探发现。其中古隆起斜坡蓬莱气区灯影组四段（灯四段）成藏条件优越，可能是盆地下一个深层油气富集的重要领域。结合地震和测井资料分析，对蓬莱气区灯四段成藏条件进行评价，指出勘探有利区，并展望其勘探潜力。研究表明：①灯四段大型台缘带发育厚层块状丘滩相孔隙性储层，储集岩性主要为藻凝块白云岩、藻砂屑白云岩，储层厚169 m，平均孔隙度为3.1%。②沉积微地貌和同沉积断裂共同控制了蓬莱气区灯四段台缘相带分异，灯四段上倾方向发育台内洼地相带，具备岩性封堵条件。且台缘带发育丘滩体和丘滩间洼地2种亚相，具备多个大型岩性圈闭发育地质条件，岩性圈闭总面积达2 650 km²。③蓬莱气区灯四段油气原位聚集，经历了古油藏形成、原油裂解成气和气藏调整定型3个阶段，形成了现今多个大型构造—岩性油气藏群。

次生生物气与地下水之间存在一定的关系，特别是在煤层气等天然气储层中，了解地下水与次生生物成因甲烷之间的关系对于天然气勘探和开发具有重要意义。基于中国沁水盆地6个区块的57个煤层气井排采水和3个河水样品的化学组成、氢氧同位素组成（ {\mathrm{\delta }}^{\mathrm{18}} {\mathrm{O}}_{{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}}和 \mathrm{\delta } {\mathrm{D}}_{{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}}）以及溶解无机碳（DIC）碳同位素组成（δ¹³C_DIC和Δ¹⁴C_DIC），深入剖析地下水与次生生物成因甲烷之间的复杂关系。结果表明：氢氧同位素分布在大气降水线附近，煤层气井排采水主要来源于大气降雨，硫酸盐微生物还原作用是郑庄和阳泉区块氘同位素富集的主要原因。研究区煤层气井排采水化学组成以Na⁃HCO₃型为主，其变化受到水—岩相互作用、阳离子交换等过程的控制。沁水盆地6个研究区块煤层气井排采水的稳定碳同位素呈现高δ¹³C_DIC值（-4.19‰~34.80‰，平均为16.51‰）且与溶解无机碳含量呈明显正相关关系可能是微生物产甲烷作用的结果。煤层气井排采水中δ¹³C_DIC与SO₄ ^2-的负相关性以及 \mathrm{\delta } {\mathrm{D}}_{{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}}正漂移等指标也指向沁水盆地不同成熟度煤岩中次生生物成因甲烷的广泛存在。δ¹³C_DIC与镜质体反射率（R _Omax）的负相关性进一步表明沁水盆地不同成熟度煤层中广泛存在次生生物成因甲烷，且在浅埋藏和成熟度较低的煤层中最为显著。地球化学与微生物学的结合将会进一步阐明次生生物甲烷的形成途径和机制。