济阳坳陷天然气中氢气的地球化学特征及其成因研究

沉积盆地内的深部流体通过向沉积盆地输入大量氢气和热能，从而促进有机质生烃，提高有机质生烃率。而前人关于沉积盆地内促进有机质生烃的氢气的成因研究，尚需深化。促进有机质生烃的氢气的成因，成为制约深化深部流体对有机质生烃影响作用研究的关键问题之一；此外，关于含油气盆地天然气中存在氢气组分的报道越来越多，但以氢气成因为特定目标的研究开展的较少。济阳坳陷既存在多期次深部流体活动的构造活跃区，又存在深部流体相对不发育的构造稳定区，因此，本项目以济阳坳陷为依托，以氢气成因研究为核心，以济阳坳陷不同构造部位的天然气为研究对象，利用石油地质学和同位素地球化学研究方法，通过计算天然气中氢气与其他含氢流体之间的同位素分馏过程，得到氢气的原始同位素组成；结合不同大地构造背景条件，厘清济阳坳陷天然气中氢气的成因。通过该研究，初步探讨"促进有机质生烃的氢气究竟来自何方"这一科学问题。

深部流体活动对含油气盆地中油气藏的形成与改造具有决定性的影响意义，特别是烃源岩加氢与储层溶蚀作用，对油气的形成机理和油气藏聚集规律意义深远。本项目自2012年1月1日执行以来，对以济阳坳陷为代表的含油气盆地深部流体活动区进行了研究。通过系统采样，对济阳坳陷不同构造带位置油井伴生气及天然气井中氢气的含量进行了系统分析。分析测试结果表明：（1）济阳坳陷天然气（油井伴生气与高压天然气井）中普遍含有氢气，但氢气的含量不均一，主要分布于0.0001%-0.001%之间；（2）氢气的含量分布与构造带的位置密切相关：在贯穿地壳的深大断裂，如石村-广饶断裂附件，无论是伴生气还是天然气中的氢气含量相对较高，而且，在这些地区，天然气主要以CO2为主；（3）天然气中稀有气体同位素的值（R/Ra）虽然与前人研究略有变化，但仍然显示部分井，特别是靠近深大断裂的井中的He具有明显的幔源成因的特点，即R/Ra>1；(4)根据天然气组分特征指标，济阳坳陷天然气中氢气的成因，具有壳幔混源的特征，即氢气的来源于深部流体及生烃过程密切相关；（5）项目在执行过程中对深部流体活动对储层的影响也进行了机理研究，认为热力学与动力学双因素控制着碳酸盐岩储层的溶蚀与充填。这些研究，一方面对前人提出的有机-无机复合成烃学说中关于氢气来源的问题进行了深入研究，完善了经典石油地质学中关于油气形成的论述；另一方面，综合深部流体对油气成藏过程影响的研究，完善了油气成藏理论，对于指导油气勘探具有积极的启迪意义，因此，具有理论与实践意义。