深层、超深层高温油气藏中烃类可能与硫酸盐之间发生氧化-还原反应（TSR），生成H₂S和CaCO₃（或CO₂）：SO₄^2-+ 烃类 →H₂S (HS^-) + CO₂ (HCO₃^-) ± H₂O ± S ±蚀变烃类，导致油气品质降低和储层强烈非均质性。目前针对TSR机理的研究多基于现今油气藏中流体（油、天然气和水）和矿物的地球化学分析结果，这可能掩盖了地质历史时期内多阶段TSR反应及其产物后期演化的一些细节特征和信息，导致一些基本问题仍存在较大的争议，如：1）甲烷在TSR反应和气藏酸化过程中究竟扮演什么角色；2）TSR究竟产不产水？3）TSR作用对碳酸盐岩储层次生孔隙的贡献怎样？
针对上述科学问题，我校能源学院“化石能源勘探理论与开发技术”求真团队李开开副教授及其合作者Simion C. George教授和蔡春芳研究员等，选择成岩矿物流体包裹体这一微观流体封闭体系为对象，应用激光拉曼原位成分分析、群体包裹体在线碳、氢同位素分析以及显微温度测试技术，对川东北飞仙关组TSR成因方解石中流体包裹体CH₄和CO₂ δ¹³C、水δ²H，以及均一温度、盐度进行分析。取得了如下创新认识：
1、在不同温度TSR成因方解石晶体内分别发现了富含H₂S的油包裹体、湿气包裹体和甲烷气包裹体（图1），提供了TSR经历油-TSR、湿气-TSR和甲烷气-TSR三个阶段的确凿证据；并明确了整个TSR反应过程中甲烷气碳同位素变化趋势和规律。
2、流体包裹体水随温度的增大呈现明显负偏的δ²H特征（-36.4‰ ~ -67.8‰） 和降低的盐度特征（低至0.9wt% NaCl），表明TSR是一个产水反应；甲烷气-TSR相对油-TSR和湿气-TSR具有明显较高的产水能力。
3、提供了深层TSR体系下碳酸盐矿物发生溶解的流体包裹体CO₂碳同位素证据，并提出TSR期间碳酸盐矿物的溶解-沉淀效应在全球并非一成不变，而是主要受控于储层原始物性。
以上研究为深化TSR反应机理的认识提供了新思路和新证据，对预测深埋碳酸盐岩储层孔隙分布具有重要的实际意义。

图1 不同均一温度TSR方解石晶体内流体包裹体激光拉曼成分差异特征

图2 TSR成因方解石流体包裹体CO₂碳同位素和水氢同位素特征

图3 阿布扎比地区Khuff组（a，b）和川东北地区飞仙关组（c，d）TSR反应环境对比图

上述研究成果发表在地球化学国际权威刊物《Geochimica et Cosmochimica Acta》上：Kaikai Li*, Simon C. George, Chunfang Cai*, Se Gong, Stephen Sestak, Stephane Armand, Xuefeng Zhang. 2019. Fluid inclusion and stable isotopic studies of thermochemical sulfate reduction: Upper Permian and Lower Triassic gasfields, northeast Sichuan Basin, China. Geochimica et Cosmochimica Acta 246: 86-108. [IF2017=4.69]
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703718306628

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