多期构造叠加引起的多期成藏、多期调整、改造和破坏是中国海相碳酸盐岩层系油气成藏和保存的本质特征。本文运用多种地球化学测试技术及地质方法,明确天然气成因与气源层、有利储集相带与优质储层,阐明川东北长兴一飞仙关组气藏各成藏要素的匹配关系,确定天然气藏的主要充注时间与成藏期次,探索其后期改造机理,进一步深化对川东北地区天然气成藏条件及主控因素的认识。取得了以下认识:　　 (1)川东北长兴-飞仙关组白云岩碳同位素演化剖面与全球二叠-三叠海水碳同位素的演化范围及趋势一致。长兴-飞仙关组白云岩均具有低Mn的特征,表明二者白云岩化流体具有同源性,其白云岩是在淡水没有明显参与的体系下形成;同时,长兴-飞仙关组地层中溶蚀孔洞充填的方解石具有高Sr特征,达0.3%以上,分析认为在密闭体系下,白云岩化过程导致流体中混入大量的Sr,使后期沉淀的方解石具有高Sr特征。综合认为,白云岩化作用是在相对封闭、埋藏成岩过程中发生的。　　 (2)川东北地区长兴-飞仙关组天然气1n(C1/C2)主要介于4.0～8.0之间,随1n(C2/C3)增加有降低趋势,而1n(C2/C3)值变化介于0.5～4.5之间,二者均具有较大的变化范围,即不属于干酪根裂解气的变化特征,也不符合典型原油裂解气特征,说明气藏具有多种气源;并通过对石炭系与长兴-飞仙关组的气-气对比、沥青-沥青对比及天然气组分、同位素分析,综合认为川东北长兴-飞仙关组天然气主要由志留系泥岩所生原油裂解气与龙潭组干酪根裂解气贡献。　　 (3)以普光气田长兴-飞仙关组储层中的固体沥青为研究对象,分析其碳酸盐岩储层有机碳含量,来定量评价储层固体沥青,并与气层类型进行对比分析;同时利用碳酸盐岩储层有机碳数据,以C元素和H元素守恒原理,计算古油藏原油及油裂解生气量。得出:普光圈闭长兴-飞仙关组古油藏原油总量为4.95亿吨,古油藏裂解生成的天然气总量为3600.4亿立方米。　　 (4)通过对川东北长兴-飞仙关组CO2和H2S相关性分析,H2S、单质硫及硫酸盐的硫同位素特征以及二氧化碳碳同位素特征分析认为,H2S为硫酸盐岩热还原反应成因。　　 (5)利用前人已模拟的天然气(甲烷)与固态硫酸钙反应实验,探讨其反应的热力学特征,建立了甲烷与硫酸盐还原反应模型,求取其反应动力学参数,并结合川东北地区普光气藏的热史、埋藏史,模拟地质条件下甲烷与硫酸盐岩反应过程,得出在距今130Ma(早白垩世)TSR反应开始,对应温度为180℃。但是反应速度很低,反应持续至30Ma年前,温度地层抬升而终止。TSR反应累积消耗的甲烷量仅2.4%,说明甲烷与固体硫酸盐在川东北地区的地质条件很难发生反应,对川东北的高含H2S气藏几乎没有贡献。　　 (6)对下志留统龙马溪组和上二叠统龙潭组烃源岩分布与品质进行评价,认为二者具备对长兴-飞仙关组气藏有较大贡献的潜力。从成烃演化史来看,下志留统龙马溪组烃源岩于晚三叠世进入生油高峰期,至燕山中期进入高成熟期,在燕山晚期进入过成熟期,早期生成的液态烃已全部热裂解生成天然气;上二叠统龙潭组烃源岩于中、晚侏罗世进入生烃(气)高峰期。由此可见,燕山早期、中晚期(即中侏罗世、晚侏罗世一早白垩世)是川东北地区主要烃源层的油气大量生成期,即油气初次运移和二次运移期,该时期晚于局部构造形成期(印支期)、早于局部构造定形期(喜马拉雅期),具有最佳的捕获时机。　　 (7)对川东北长兴-飞仙关组天然气成藏要素时间匹配性进行研究,认为,天然气成藏有三次关键时刻:首先,晚三叠世一中侏罗世,下志留统烃源岩进入大量成油期,开江-渡口河地区发育大型古构造圈闭,石油沿断层发生优势运移,形成巨型大油田(或油田群);同时,液态烃充注孔隙,使得储层的早期溶蚀孔隙得以保存。第二,晚侏罗世_早白垩世,大巴山前陆盆地充填期,快速沉降与巨厚堆积使得古油藏被深埋,地层温度升高,古油藏裂解成气,此时龙潭组烃源岩也开始进入生气高峰并向长兴-飞仙关组储层充注,为气藏形成提供了充足的气源;同时,与膏盐岩互层的储集层地层水中富含SO42-,在裂缝输导及高温作用下与烃类发生TSR反应,产生了大量的H2S和CO2等酸性流体,使得先存的被石油充注的孔隙发生再溶蚀作用,孔隙进一步被扩大,物性变好。第三,晚白垩世以后为晚燕山-喜山运动期,天然气藏重新调整分配,形成现今的气藏分布特征。　　 (8)川东北气藏分为化学改造及物理改造两部分。这里的化学改造主要为TSR,TSR主要使气藏富含CO2和H2S,同时使天然气变干、同位素变重,并对储层的物性有改善的作用。物理性改造主要是圈闭的调整及改造,例如由岩性圈闭转变为构造-岩性圈闭,以及喜山运动造成的构造高部位的调整改变等;同时,伴生大量构造裂缝,极大地改善了储层的孔、渗性。并对普光、渡口河、河坝、等代表性气藏的形成、调整及改造模式进行讨论。并得出开江古隆起、有效烃源岩及古油藏的裂解、有利的沉积、成岩相带和构造运动造、有效的输导体系、有效的保存条件是川东北长兴-飞仙关组天然气成藏的主控因素。