天然气成因碳同位素指标评述

地球排气过程和费-托合成反应中碳同位素分馏作用使其具有非常大的变化范围,覆盖了目前所说的有机成因气和无机成因气,要求人们重新审视目前判别无机成因气的碳同位素指标。天然气水合物中甲烷和二氧化碳较轻碳同位素值表明,无机成因天然气可以有更宽的同位素分布范围．碳同位素不是天然气成因唯一的判别方法,利用甲烷伴生气体的组分含量、天然气运移方式、赋存特征、与构造作用的关系都可以判断天然气的无机成因．     

甲烷及其同系物δ13C值反序排列特征的数值模拟与非生物成因天然气藏探讨

本文采用数值模拟的方法对天然气中甲烷及其同系物的δ１３Ｃ排序特征进行了研究,结果表明：两种具正序分布特征的生物成因天然气混合后可产生具反序分布特征的天然气。相应地,两种具反序分布特征的非生物成因天然气混合后也可产生具正序分布特征的天然气。对于前者而言,作为混合的两个端元天然气,它们必须具有不同的成因或来源,或它们是明显不同的演化阶段的产物。关于松辽盆地昌德气藏若干口天然气井甲、乙、丙、丁烷碳同位素排序特征的讨论表明,用两种生物成因天然气混合的观点很难解释这种反序排列。     

甲烷及其同系物δ13C值反序排列特征的数值模拟与非生物成因天然气藏探讨

本文采用数值模拟的方法对天然气中甲烷及其同系物的δ13C排序特征进行了研究,结果表明:两种具正序分布特征的生物成因天然气混合后可产生具反序分布特征的天然气.相应地,两种具反序分布特征的非生物成因天然气混合后也可产生具正序分布特征的天然气.对于前者而言,作为混合的两个端元天然气,它们必须具有不同的成因或来源,或它们是明显不同的演化阶段的产物.关于松辽盆地昌德气藏若干口天然气井甲、乙、丙、丁烷碳同位素排序特征的讨论表明,用两种生物成因天然气混合的观点很难解释这种反序排列.     

无机成因油气及其发展前景

地幔和地核中有大量的碳和氢，学们提出了不同地质背景下无机成因烃类来源理论，其中影响较大的有Gold氏的地幔脱气理论和费-托地质合成理论。大量的事实证明了无机成因油气的存在。对各类天然气成因来源的判别多采用碳同位素和稀有气体同位素；而对无机成因油多从铅、锶、钕同位素和重金属元素、亲石元素、正烷烃结构等旁证了原油地球深部来源的可能性。在板块运动产生的综合动力场作用下，以CO2和H2O为主要成分的流体在深部油气的无机合成、运移和富集中起着重要的作用。无机成因油气的研究和开发利用，有助于缓解我国油气产储的矛盾。     

无机成因天然气的地球化学特征

甲烷(CH4)等烃类气体自地球深部选出的同时,还伴随有其它气体,如CO2、CO、N2、H2S、H2、He、Ne、Ar等,统称为无机成因天然气.无机成因天然气与生物成因天然气在地球化学特征上存在显著的差异,主要表现在化学成分和同住素组成特征.无机成因CH4的干燥系数较大,δ13C1值几乎都大于-25‰,且CH4及其同系物碳同住素组成的分布随碳数的增大而变轻(反序);无机成因CO2碳同住素较重;稀有气体中w(3He)/w(4He)值较低等.这些特征是判别无机成因天然气的重要地球化学指标.     

大庆兴城地区天然气地球化学特征及成因

大庆兴城地区天然气组分和碳同位素具有“杂、干、重、反”4个基本特征,即天然气组分复杂多样,烃类气体中甲烷含量高,碳同位素重,烷烃碳同位素普遍出现反转序列.甲烷气体碳同位素重和烷烃碳同位素普遍出现反转序列是无机烃的特征,但并非其独有的特征.与烃类气体伴生的非烃类气体CO₂、He的高含量与同位素分析表明具幔源成因特征,结合大庆兴城地区地质背景,认为不但非烃类气体具无机成因气,而且烃类气体中也有无机成因气的存在,反映出兴城地区天然气为有机成因与无机成因的混合气体.无机气体是岩浆与火山活动的产物.     

松辽盆地徐家围子断陷无机成因天然气及其成藏模式

通过对徐家围子地区天然气组分、同位素资料以及气体包裹体资料的综合分析认为 ,该地区存在无机成因天然气。烃类气体中具有重碳同位素异常 ( >- 2 0‰ )和负碳同位素系列(δ13C1>δ13C2 >δ13C3)的同位素分布特征 ,表现出无机成因烃类气体的特点。高含量的无机CO2 气体和幔源氦的发现 ,指示着该区无机成因天然气主要来自于地球的深部。地幔热柱上升在地壳不同圈层中引起的岩浆火山活动是无机天然气的主要来源 ,而由此形成的地壳“网状”结构和基底大断裂是无机气上升运移至浅部聚集成藏的主要运移通道。构造活动间歇期和活动期分别以渗流方式和幕式涌流方式向上运移可能是深部流体运移的两种主要方式。古隆起带、岩浆侵入带以及基底大断裂带是无机成因天然气的有利聚集带。     

松南气田火山岩储层天然气地球化学特征及成因探讨

通过对松南气田营城组与登楼库组火山岩天然气的组成、碳同位素及惰性气体同位素特征分析,天然气烃类组成以甲烷为主,含极少量重烃,干燥系数均在0.99左右,为干气;天然气中CO2含量高,在-20.74%~-25.75%之间,为高含CO2的天然气藏;天然气甲烷同位素偏重为-18.3‰~-26.5‰,并且有δ13C1δ13C2δ13C3负碳同位素序列,表明有无机成因烃类气体混合的特征,营城组的CO2同位素表明为幔源无机成因气,3He/4He的比值高,介于壳源成因与幔源成因之间,也表明有幔源3He/4He的输入,多种参数表明松南地区天然气的有幔源成因的甲烷,也有煤系地层生成的煤型气,营城组的CO2为幔源成因,为煤幔混合气。通过模拟计算,松南气田深层天然气幔源成因的烃类气体占40.62%~100%。煤系成因来源为0~59.38%,加之20%左右的CO2气体均为无机幔源成因,因此该区天然气主要为无机幔源成因的天然气。     

页岩气稳定碳同位素组成特征及应用前景

页岩气作为一种自生自储的非常规天然气,其稳定碳同位素组成可能具有与常规天然气不同的特征。综述了页岩气碳同位素特征和应用方面的最新研究,包括高成熟页岩中存在天然气的甲烷碳同位素组成(δ13C1)大于乙烷碳同位素组成(δ13C2)的"反序"现象及其成因;在页岩气生产或现场解吸过程中,δ13C1随时间增加而逐渐变重现象和页岩气稳定碳同位素参数在判别页岩气成因类型、预测页岩气的产能以及吸附气与游离气相对含量和判断页岩储集物性等方面的应用。认为进一步开展页岩气稳定碳同位素组成特征、碳同位素变化与吸附气和游离气相对含量的关系和开采或现场解吸过程中同位素变重程度与页岩储集物性的关系等方面的研究,建立起相应的预测模型,对有效指导页岩气勘探开发具有重要意义。     

松辽盆地昌德气田天然气成因及成藏模式

通过对昌德气田中天然气的化学组分和碳同位素的分析发现 ,该区天然气的成因类型很复杂 ,既有有机成因天然气 ,又有无机成因天然气。昌德气藏和昌德东气藏中的天然气成因有一定的差别。昌德气藏中天然气重烃含量相对较低 ,出现重碳同位素和负碳同位素系列 ,可能有无机烃类气体的混入。昌德东气藏除有机成因的煤型气外 ,还发现有幔源成因的高纯二氧化碳气藏。非烃气体在纵向上的分布以登娄库组以下地层的营城组火山岩系地层含量最高。在平面上高含量非烃气体的分布常与深大断裂的走向一致 ,主要为无机成因     

A Study of the Migration and Accumulation Efficiency and the Genesis of Hydrocarbon Natural Gas in the Xujiaweizi Fault Depression

In order to investigate the migration and accumulation efficiency of hydrocarbon natural gas in the Xujiaweizi fault depression, and to provide new evidence for the classification of its genesis, a source rock pyrolysis experiment in a closed system was designed and carried out. Based on this, kinetic models for describing gas generation from organic matter and carbon isotope fractionation during this process were established, calibrated and then extrapolated to geologic conditions by combining the thermal history data of the Xushen-1 Well. The results indicate that the coal measures in the Xujiaweizi fault depression are typical ＂high-efficiency gas sources＂, the natural gas generated from them has a high migration and accumulation efficiency, and consequently a large-scale natural gas accumulation occurred in the area. The highly/over matured coal measures in the Xujiaweizi fault depression generate coaliferous gas with a high δ^13C1 value （〉 -20‰） at the late stage, making the carbon isotope composition of organic alkane gases abnormally heavy. In addition, the mixing and dissipation through the caprock of natural gas can result in the negative carbon isotope sequence （δ^13C1 〉δ^13C2 〉δ^13C3 〉δ^13C4） of organic alkane gases, and the dissipation can also lead to the abnormally heavy carbon isotope composition of organic alkane gases. As for the discovery of inorganic nonhydrocarbon gas reservoirs, it can only serve as an accessorial evidence rather than a direct evidence that the hydrocarbon gas is inorganic. As a result, it needs stronger evidence to classify the hydrocarbon natural gas in the Xujiaweizi fault depression as inorganic gas.     

煤岩及其主显微组份热解气碳同位素组成的演化

模拟实验是有机地球化学研究的重要组成部分 ,也是油气地球化学研究的重要手段。本文通过煤岩及其主要显微组分的热解成气模拟实验产物的组分和同位素组成分析 ,补充和完善了前人对煤岩热解气同位素组成分布的一些认识。同时 ,对比研究了煤型气与煤岩热解气的碳同位素分馏特征 ,结果表明两者具有良好的一致性 ,认为可以通过精细的热解模拟来提供不同含煤沉积盆地煤型气的判识指标 ,而模拟气与天然气碳同位素组成的对比 ,关键是对同位素分析资料的处理。在模拟系列产物碳同位素分析基础上 ,获得了单一成因来源天然气甲烷、乙烷碳同位素组成与演化程度之间的关系式以及演化过程中甲烷碳同位素之间的关系式 ,这些结果会对混源气的判识有重要意义。     

松辽盆地长岭断陷下白垩统天然气成因及气源分析

松辽盆地南部长岭断陷下白垩统登娄库气藏的成分复杂、来源多样,其成因及来源的确定对进一步的油气勘探有指导意义。从天然气组分、同位素特征等方面入手,对长岭断陷下白垩统天然气组分特征、成因类型进行分析,并结合地质分析确定天然气来源。认为除长岭2号和长岭6号气田为二氧化碳气藏外,长岭断陷下白垩统以烃类气藏为主。依据稳定碳同位素特征判定,哈尔金构造天然气是同源不同期的煤成气,伏龙泉构造泉一、三段天然气为油型气,登娄库组天然气为混合气,双坨子构造天然气主要是混合气,大老爷府构造天然气为油型气;而二氧化碳气藏则为慢源无机成因气。烃类气藏中显著的稳定碳同位素倒转现象为天然气扩散残余导致。以天然气成因分析为基础,结合地质分析认为,营城组和沙河子组是该地区烃类气体的主要供烃源。     

松辽盆地南部浅层天然气地球化学特征及其成因分析

由于松辽盆地南部浅层天然气成因研究比较薄弱,通过采集伏龙泉地区泉头组天然气样品,对天然气组分、碳同位素、轻烃组分进行了分析。结果表明该地区天然气有油型气和生物降解气2种成因。第一类天然气甲烷碳同位素值在-35‰左右,甲烷及其同系物碳同位素呈正碳分布;甲基环己烷指数在20%左右、环己烷指数略高于10%,符合油型气的特征。由甲烷碳同位素计算的R₀值,以及轻烃中的庚烷值和异庚烷值均在高-过成熟的范围,因此是高成熟的油型气。第二类天然气甲烷碳同位素偏轻,丙烷碳同位素偏重;轻烃色谱图中以环烷烃为主峰,轻烃内组成中支链烷烃和环烷烃含量高,各项轻烃参数(甲基环己烷指数、庚烷值、K1值等)都在较大范围内波动,为生物降解气。这一研究对于今后该区天然气勘探与资源评价及其成藏机理研究具有重要意义。     

长岭断陷深层天然气成藏期研究

利用榆深1井营城组未熟样品的热模拟实验、碳同位素分馏实验以及长深1等井的流体包裹体测试结果,在热史恢复的基础上,根据化学动力学和碳同位素分馏动力学理论,从烃源岩生烃史、甲烷碳同位素分馏效应以及包裹体均一温度等方面,对长岭断陷天然气成藏期加以判断。长岭断陷甲烷碳同位素均值为-33.11‰,碳同位素分馏效应显示天然气为116 Ma以来累积聚集成藏;生烃史表明营城组源岩在100～67.7 Ma大量生气,沙河子组在125～74 Ma达到生气高峰;同时包裹体证据表明查干花次洼的烃类气主要在110～78 Ma聚集成藏,伏龙泉次洼主要在110～1 Ma成藏。成藏期的判断结果说明:长岭断陷沙河子组早期生成的天然气未聚集成藏,仅116 Ma以后生成的天然气才具有成藏贡献,损失约14%左右;而营城组烃源岩生烃较晚,有利于成藏,包裹体证据也印证这一观点。     

天然气水合物发现区和潜在区气源成因

为探讨天然气水合物发现区的气源成因,对ODP 204航次4个站位58个沉积物样品进行5个温度点的生气量模拟实验,对各温度点产生的气体进行同位素测定。测试结果显示,在低温阶段（25 ℃、35 ℃、45 ℃）,甲烷的δ¹³C明显偏大,一般大于-40‰,显示出热解成因气的特征;而高温阶段（55 ℃）甲烷的δ¹³C为-75.5‰,显示出明显的生物成因气的特征。结合东沙海域天然气水合物潜在区气源成因的讨论,可以得出如下结论：天然气水合物的气源成因受控因素多,需要综合多种指标进行判别。     

莺歌海盆地D1-1底辟区天然气成藏过程与分布差异

通过对莺歌海盆地D1-1底辟区中深层高温超压带与浅层正常压力带、压力过渡带天然气的组成、碳同位素特征差异的对比分析,结合底辟活动特征,研究了天然气藏的形成过程和天然气组分的分布规律。研究结果表明：(1)D1-1底辟核部区和底辟波及区中深层天然气成藏过程有差异,主要受底辟活动影响程度的控制。底辟核部区中深层气藏的形成过程为早期成藏、后期破坏并再次充注;底辟波及区中深层气藏的形成则为早期成藏,后期改造较弱,成熟煤型原生气藏保存较好。(2)D1-1底辟核部区和底辟波及区中深层天然气组分、碳同位素分布有明显规律;随距底辟核部距离的增大,其甲烷含量升高,二氧化碳含量降低,甲烷碳同位素变轻(成熟度降低),二氧化碳碳同位素也变轻,底辟核部区富集无机成因CO₂,至底辟波及区则以有机成因CO₂为主。     

天然气甲烷碳同位素动力学模型与地质应用新进展

天然气甲烷碳同位素动力学模拟是在热模拟实验的基础上对甲烷碳同位素值进行数字模拟的一种研究方法。它在石油、天然气地球化学中具有广阔的应用前景：模拟甲烷碳同位素的整个演化趋势，模拟天然气成藏，进行精确的气源对比。分析了国外几个典型的甲烷碳同位素动力学模型，对各模型的特点和优缺点进行了简要的评述，并认识到Cramer 3是目前对实验数据模拟效果最好、适用范围最宽的一个模型。在此基础上，结合一些研究实例，探讨了天然气甲烷碳同位素动力学研究的发展方向。     

川东焦石坝地区页岩气特征及其意义

焦石坝地区五峰组-龙马溪组页岩富集有大量的天然气,但针对页岩气地球化学特征研究还较薄弱,其蕴含的地质意义不甚明确.通过页岩气组分及其碳同位素特征和页岩干酪根的碳同位素特征分析,讨论了页岩气的来源、成因类型和完全倒转的碳同位素分布特征.五峰组-龙马溪组页岩具有很好的生烃能力、有机质丰度与含气量的关系有明显的正相关性、甲烷与干酪根相似的碳同位素特征、地层的超压特征等,综合表明研究区天然气应为页岩自生自储的页岩气;页岩气的甲烷含量均超过98%,其碳同位素平均为-29.93‰,反映了成熟度已经达到过成熟干气阶段;相对稳定的ln（C₁/C₂）和快速增大的ln（C₂/C₃）揭示其成因主要为二次裂解气;页岩气碳同位素完全倒转的分布特征主要受到在相对封闭环境中的原油裂解生气作用的影响,其完全倒转的碳同位素分布特征也反映了研究区良好的页岩气保存、富集条件.