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本文以川东北地区长兴组—飞仙关组天然气气源问题为研究重点，对川东北地区各层位烃源岩的质量进行了评价，对其沉积环境进行了还原;利用气体组分、碳同位素、生物标志物等有机地球化学研究方法与微量元素无机地球化学方法相结合的研究手段，对长兴组—飞仙关组天然气的成因模式、主力气源和古油藏的油源进行了研究;并在高、过成熟地区油源对比新指标方面进行了探索。取得了以下主要认识: (1)川东北地区烃源岩的平均TOC值为2.17％，显示其有机碳含量总体特征较好，但热解参数和总烃含量等指标很差，表明游离烃组分含量低;干酪根元素组成具有贫氢富碳的特征，常规的干酪根元素比划分有机质类型的手段已不适用;根据有机碳同位素特征，寒武系—志留系烃源岩样品的有机质类型为Ⅰ型，二叠系烃源岩样品为Ⅰ型和Ⅱ型，中生界烃源岩样品为Ⅱ型和Ⅲ型;低游离烃含量和贫氢富碳的干酪根元素组成，反映了川东北地区烃源岩热演化程度高的特点，其平均Ro为1.90％，且古生界烃源岩样品成熟度要略高于中生界样品。 (2)川东北地区长兴组—飞仙关组天然气主要为干气，非烃类气体主要为H2S和CO2;天然气烃类气体组成特征显示，其气源模式主要为原油裂解气;天然气甲烷碳同位素在-30‰左右，乙烷碳同位素平均值为-29.28‰，显示其主要为油型气。川东北地区烃源岩和古油藏储集岩解析气中烃类气体以甲烷为主;非烃类气体含量很高，主要是N2和CO2，由于实验过程采用了排水法收集，H2S含量未测出;烃源岩解析气的甲烷碳同位素与烃源岩干酪跟碳同位素较为相似，但固体沥青中的解析气普遍比沥青有机质碳同位素要轻。碳同位素证据表明长兴组—飞仙关组天然气的气源主要为二叠系烃源岩形成的古油藏原油裂解气。 (3)川东北地区各层位烃源岩、固体沥青和油砂的饱和烃单体碳同位素特征具有明显的差别:上三叠统—侏罗系烃源岩和油砂的饱和烃单体碳同位素分布曲线较平直，主体在-30‰左右，仅有C19明显偏轻;震旦系—二叠系烃源岩样品饱和烃单体碳同位素分布范围较广，为-24‰～-32‰，主体呈“头轻脚重”的特点;长兴组—飞仙关组固体沥青饱和烃单体碳同位素在-26‰～-35‰之间，整体呈随碳数增加而变轻的特征。固体沥青的饱和烃单体碳同位素特征与各层位烃源岩均有差异，这可能是高、过成熟演化程度和后期经历地质作用造成的，并不能因此就判定古油藏油源与这些烃源岩无关。 (4)饱和烃生物标志物特征显示，川东北地区震旦系—志留系烃源岩沉积环境为海相—浅海相，有机质母源主要为水生生物，沉积环境偏还原且沉积水体盐度偏高;二叠系烃源岩沉积环境以海陆过渡相为主，有机质母源为混源，其中水生生物占优势，沉积环境主要为弱氧化-弱还原环境;上三叠统—侏罗系烃源岩沉积环境主要为湖相，相对更偏氧化且水体盐度较低;长兴组—飞仙关组固体沥青呈现海陆过渡相特征，其有机质母源为混源，沉积环境主要为弱氧化-弱还原环境，沉积水体盐度略高。 (5)根据芳烃化合物组成特征可以将长兴组—飞仙关组固体沥青分为两类，第一类为普光2井固体沥青，其芳烃化合物组成以菲系列和屈系列化合物丰度较高为主要特征;第二类为普光6井和毛坝4井固体沥青，其主要特征是萘系列化合物丰度最高，屈系列和菲系列次之。各层位烃源岩的芳烃组成特征也有所不同。利用统计学聚类分析方法对储层沥青与烃源岩芳烃组成特征进行对比，结果显示普光2井古油藏的主力烃源岩为下志留统龙马溪组烃源岩，普光6井和毛坝4井古油藏的主力烃源岩为上奥陶统五峰组烃源岩。 (6)川东北地区烃源岩和沥青的热演化程度很高，常用的C31αβ22S/22(S+R)等成熟度参数均已到达了异构化终点，不再具有指示意义;利用芳烃菲系列化合物特征计算所得川东北地区样品的折算镜质体反射率(Rc)多在1.5以上，达到高成熟阶段;甲基菲指数对比结果显示，古生界烃源岩样品和上二叠统—下三叠统储层沥青样品的热演化程度要高于中生界样品。 (7)有机质的稀土元素特征与其赋存环境明显不同，且其变化趋势与有机碳同位素组成有明显的相关性，表明有机质中的稀土元素主要继承自其有机母源，可以作为油源对比的有效指标。利用统计学方法对样品的有机质稀土元素特征和有机碳同位素组成特征综合对比显示，长兴组—飞仙关组古油藏的主力油源岩为下二叠统梁山组烃源岩。烃源岩干酪根中Ba元素的丰度可以很好的反映烃源岩有机质丰度特征，利用该参数可以对烃源岩有机质丰度特征进行定量评价。