库车坳陷天然气地球化学以及成因类型剖析

通过对库车坳陷114个天然气样品统计与分析,该坳陷天然气主要以烷烃气为主,干燥系数表现为中间高两端低和北部高南部低;烷烃气碳同位素组成整体偏重,烷烃气δ13C1,δ13C2和δ13C3主频率分别为-32‰～-36‰,-22‰～-24‰和-20‰～-22‰,烷烃气碳同位素随着碳数增大呈逐渐变重趋势;δ13CCO2值普遍轻于-10‰;3He/4He比值为n×10-8,由北向南呈升高趋势.根据以上天然气地球化学指标综合判识,可以确定库车坳陷天然气为典型煤成气.烷烃气碳同位素组成的局部倒转与同型不同源不同期气混合、高温高压条件下烃类气体多期成藏或供给与扩散等因素有关.     

高演化海相碳酸盐烃源岩地球化学综合判识--以鄂尔多斯盆地为例

针对中国海相碳酸盐岩烃源岩的成熟度高、有机质丰度低等特殊性,以鄂尔多斯盆地下古生界为例, 通过微量元素富集系数计算、稀土元素的配分模式、元素和碳同位素等的数理统计分析及三维图解等多元综合分析, 结合必要的有机参数, 反演了盆地烃源岩发育环境, 评价碳酸盐岩烃源岩及其分布. 就鄂尔多斯盆地而言, TOC为0.2%是个重要的界限值, 研究表明: 在TOC>0.2%的层段中, Ba富集,δ13Ccarb正偏移, δ13Corg<-28‰, 反映出古生产力、有机质埋藏量较高, 具较好生烃潜力, 稀土元素分异强, 指示沉降速率低, 有机质保存条件好, 利于烃源岩发育.克里摩里组、乌拉力克组具一定规模, 可视为潜在有效烃源岩. 而TOC＜0.2%的层段, Ba含量低, δ13Ccarb多为负值,δ13Corg为-24‰～-28‰,指示有机质埋藏量低,生烃潜力差,稀土元素分异弱,沉降速率较快,多属浅水高能氧化环境,不利于烃源岩发育.利用无机与有机地球化学方法综合评价高演化海相有潜力的碳酸盐岩烃源岩及分布是可行的.     

塔里木盆地海相烃源岩与原油芳烃单体烃碳同位素分布特征及其意义

芳烃化合物是原油和烃源岩抽提物中的主要馏分,经过小型氧化铝两步层析法,可以得到分离度高的二环芳烃和三环芳烃化合物.塔里木油田不同地区的上奥陶统烃源岩和寒武系‐下奥陶统烃源岩抽提物芳烃馏分的GC-IRMS分析表明芳烃单体烃碳同位素组成除受热演化程度影响外,还受有机质来源、沉积环境和成烃过程的影响.无论是烷基萘、烷基联苯、烷基菲的亚系列,还是单体化合物,如1-甲基菲、9-甲基菲、2,6-二甲基菲等的δ13C值均表现为寒武系‐下奥陶统烃源岩偏重,两套烃源岩之间亚系列的δ13C差值最高可达16.1‰,单体烃之间差值可达14‰.综合塔里木盆地不同时代烃源岩和原油的生物标志物组合特征及单体烃的碳同位素组成,可为油源对比提供强有力的佐证.塔中地区大部分奥陶系原油9-甲基菲具有偏负的δ13C组成,贫伽玛蜡烷,富含升藿烷,主要来自于上奥陶统烃源岩;而塔东地区原油和部分塔中地区原油富伽玛蜡烷、贫升藿烷,9-甲基菲的δ13C组成明显较重,表明其主力油源岩为寒武系‐下奥陶统烃源岩.     

无机成因和有机成因烷烃气的鉴别

在中国有机成因气（煤成气和油型气）及无机成因烷烃气（甲烷）碳同位素系列、R／Ra以及cH4,3He大量分析数据的基础上,结合美国、俄罗斯、德国和澳大利亚等国家相应项次众多的分析数据,经综合对比研究,提出鉴别无机成因和有机成因烷烃气的4个指标：①无机成因甲烷碳同位素组成一般〉-30‰,有机成因甲烷碳同位素组成一般〈-30‰;②无机成因烷烃气具有负碳同位素系列（δ^13C1〉δ^13C2〉δ^13C3〉δ^13C4）和甲烷碳同位素组成一般〉-30‰的特征;③RIRa〉0．5和万δ^13C1-δ^13C2〉0的天然气是无机成因烷烃气;④CH4／^3He≤10^6是无机成因烷烃气（甲烷）,CH4／^3He≥10^11是有机成因烷烃气．     

松辽盆地北部基底浅变质岩热模拟实验及其气态产物地球化学特征

松辽盆地北部徐深气田探明储量已超过1000×108m3,是中国潜在的一个大气田区.但是,关于深层天然气的成因和来源仍存在较多争议.盆地北部基底浅变质岩分布广泛,是深层天然气的可能气源岩.主要通过对松辽盆地北部基底浅变质岩的热模拟实验,对其生烃潜力及其气态产物地球化学特征进行研究.将取自盆地基底石炭-二叠系浅变质岩在半封闭体系下从300℃加热到550℃进行生烃模拟,温度间隔为50℃,并对每个温度点气态产物进行定量与地球化学分析.实验结果表明:热模拟生成气体烷烃碳同位素组成δ13C1<20‰,δ13C1<δ13C2<δ13C3或δ13C1<δ13C2>δ13C3,表现为高过成熟煤成气的特征;均不具有无机气反序的特征(即δ13C1>δ13C2>δ13C3),与兴城气藏烷烃气碳同位素特征不符,而与取自盆地基底的天然气样碳同位素相近;模拟气体与高过成熟煤成气或油型气混合均不能使烷烃气碳同位素系列反序.浅变质岩具有一定的生烃潜力,相当于烃源岩Ro在2.0%～3.5%范围内,生烃强度为3.0×108～23.8×108m3/km2.     

海相不同母质来源天然气的鉴别

利用封闭系统,对典型的海相不同生气母质(包括低成熟度干酪根、源岩中分散液态烃、残余干酪根和原油)进行了生烃动力学实验,分析了在实验室条件下不同母质天然气组成与碳同位素随着成熟度(Ro%)的变化规律.利用实验数据对不同母质气体鉴别图版进行了厘定,并尝试利用基于丁、戊烷的异正构比的判识图版(i/nC4—i/nC5)对我国塔里木和四川盆地典型海相天然气的母质来源进行判识,并利用不同母质碳同位素与成熟度的关系进行了天然气成熟度的计算.研究结果表明:海相不同母质模拟气体的组成与碳同位素是有差别的,如原油裂解气的干燥系数最小,分散液态烃与封闭系统干酪根生成的气体干燥系数基本一致,而残余干酪根生成的气体则非常干;干酪根气中非烃的含量远大于原油裂解气与分散液态烃裂解气;原油裂解气的碳同位素最轻,其次是封闭系统干酪根与分散液态烃,而残余干酪根裂解气的碳同位素最重等.实验厘定表明,ln(C1/C2)—ln(C2/C3)与δ13C2-δ13C3—ln(C2/C3)图版可以区分初次与二次裂解气,但不能用于母质判识,而i/nC4—i/nC5图版可以区分海相不同母质气体.应用结果表明:我国海相成因天然气混合现象普遍,涉及到多种母质,如四川盆地海相天然气主要为原油裂解气与高过成熟干酪根气的混合,塔里木台盆区海相天然气不仅涉及到多种母质,也涉及到不同成熟度气体的混合,而且受到后期作用(如氧化降解、气侵)的影响.     

高演化海相碳酸盐烃源岩地球化学综合判识

针对中国海相碳酸盐岩烃源岩的成熟度高、有机质丰度低等特殊性, 以鄂尔多斯盆地下古生界为例, 通过微量元素富集系数计算、稀土元素的配分模式、元素和碳同位素等的数理统计分析及三维图解等多元综合分析, 结合必要的有机参数, 反演了盆地烃源岩发育环境, 评价碳酸盐岩烃源岩及其分布. 就鄂尔多斯盆地而言, TOC为0.2%是个重要的界限值, 研究表明: 在TOC>0.2%的层段中, Ba富集, δ¹³C_carb正偏移, δ¹³C_org<&#8722;28‰, 反映出古生产力、有机质埋藏量较高, 具较好生烃潜力, 稀土元素分异强, 指示沉降速率低, 有机质保存条件好, 利于烃源岩发育. 克里摩里组、乌拉力克组具一定规模, 可视为潜在有效烃源岩. 而TOC＜0.2%的层段, Ba含量低, δ¹³C_carb多为负值, δ¹³C_org为&#8722;24‰~&#8722;28‰, 指示有机质埋藏量低, 生烃潜力差, 稀土元素分异弱, 沉降速率较快, 多属浅水高能氧化环境, 不利于烃源岩发育. 利用无机与有机地球化学方法综合评价高演化海相有潜力的碳酸盐岩烃源岩及分布是可行的.     

南海东北部陆坡天然气水合物分解释放成因的有孔虫碳同位素轻值事件

2013年中国地质调查局广州海洋地质调查局对南海北部实施第二次天然气水合物钻探并成功钻获可视天然气水合物实物样品,共有五个站位获取沉积物岩芯.本文对其中的GMGS2-08站位沉积物开展有孔虫同位素分析研究,以了解天然气水合物地质系统有孔虫的碳同位素特征及其对甲烷释放的响应.GMGS2-08岩芯沉积物中顶空气甲烷浓度最高达到39300μmol L~(-1),气态烃δ~(13)C值在-69.4~-72.3‰PDB,明确指示其为生物成因,根据甲烷δD测试结果(-183~-185‰SMOW)可进一步判别为CO2还原型微生物气.同位素分析结果显示GMGS2-08站位所获得的岩芯中共出现5期有孔虫碳同位素轻值事件,有孔虫δ~(13)C值明显低于南海冰期-间冰期的正常变化区间,底栖Uvigerina peregrina出现-15.85‰PDB的δ~(13)C极轻值,浮游Globigerinoides ruber的δ~(13)C值同样低至-5.68‰PDB.电镜扫描发现δ~(13)C负偏层位有孔虫壳体经历后期成岩改造被自生碳酸盐所充填,有孔虫壳体的成岩矿化程度与埋深并不相关.与有机碳的相关性计算表明有机质的厌氧氧化对底栖有孔虫的δ~(13)C组成影响微弱,意味着有孔虫的δ~(13)C异常负偏可能主要来源于甲烷厌氧氧化成因的次生碳酸盐的叠加影响.GMGS2-08岩芯记录中有孔虫δ~(13)C负异常和δ~(18)O正异常的耦合性是地质历史时期研究区天然气水合物分解释放的重要证据.     

鄂尔多斯盆地上、下古生界和中生界天然气地球化学特征及成因类型对比

鄂尔多斯盆地位于中国中部,是中国第二大沉积盆地,天然气类型多样、分布广泛,在上、下古生界都有找到千亿立方米以上的大气田,中生界也找到一些气藏.通过对上、下古生界和中生界200多个气样的组分及碳同位素的对比分析,对不同层位天然气的类型进行研究,并分析其气源.上古生界天然气烷烃碳同位素值较重,显示煤成气的特征;各气田天然气发生单项性碳同位素倒转,这主要是同源不同期煤成气混合的结果.下古生界天然气δ13C1值重,δ13C2和δ13C3值较轻,属于煤成气为主油型气为辅的混合气;有多项性碳同位素倒转,更有少见的δ13C1>δ13C2,这是由于高(过)成熟阶段的煤成气和油型气混合造成的.中生界天然气碳同位素值较轻,显示油型伴生气的特征;少数气样发生δ13C3>δ13C4倒转是由于细菌氧化作用和不同期次油型气混合所致;丁烷碳同位素出现δ13iC4>δ13nC4,与上古生界相反,这可能是与干酪根类型不同有关.通过δ13C1-Ro的判别以及奥陶系碳酸盐岩有机碳含量低,否定了奥陶系碳酸盐岩是下古生界油型气的主要来源,认为下古生界油型气主要来自上古生界海相石灰岩,可能有少量奥陶系碳酸盐岩的贡献.     

南沙海区生物单体脂类碳同位素研究

应用GC-IRMS碳同位素分析技术, 对南沙海区典型生物的单体脂类碳同位素进行了测定. 饱和脂肪酸碳同位素δ ¹³C值分布在-25.6‰~-29.7‰之间, 其平均值在不同类型生物中为-26.4‰~-28.2‰, 差值仅为1.8‰. 不饱和脂肪酸具有较重的碳同位素组成, 与同碳数饱和脂肪酸的δ ¹³C值平均相差2.9‰~6.8‰. 正构烷烃碳同位素组成为-27.5‰~-29.7‰, 不同生物之间平均值极为接近, 为-28.6‰~-28.9‰. 饱和脂肪酸和正构烷烃平均δ ¹³C值只相差1.5‰, 表明它们具有相似的生物合成途径. 不同碳数脂类碳同位素δ ¹³C值差异大都在±2.0‰之间, 反映了它们经过碳链拉长的生物合成特征. 同时, 将这些生物单体脂类碳同位素与该海区沉积脂类的进行对比研究, 建立了生物与沉积脂类的碳同位素成因关系, 为脂类碳同位素应用研究提供了科学依据.     

甲烷碳同位素判识天然气及其源岩成熟度新公式

天然气成因与来源判识始终是天然气勘探与研究的难点与热点问题,国内外许多学者提出了多个应用天然气碳同位素组成判识气源岩成熟度的经验公式.但是,随着油气勘探程度的提高,以往经验公式在判识新发现天然气源岩成熟度时常出现明显偏差,需要对这些经验公式进行必要的修正.准噶尔盆地西北缘二叠系湖相烃源岩有机质生成的天然气属于典型油型气,准噶尔盆地南缘和吐哈盆地侏罗系煤系有机质生成的天然气属于典型煤成气.本文按照经典的有机质热演化生烃模式,在准噶尔盆地和吐哈盆地典型油型气与煤成气区域烃源岩热演化生烃地质条件的限定下,根据大量天然气实测碳同位素组成资料,构建了油型气和煤成气甲烷碳同位素组成与烃源岩有机质镜质体反射率之间的关系公式,其中,油型气δ¹³C₁=25lgR_o-42.5、煤成气δ¹³C₁=25lgR_o-37.5.这些新公式适用于绝大多数以连续埋藏热演化生烃为主的含油气盆地有机热成因天然气源岩成熟度判识,对天然气勘探具有较高的实用价值,对完善和发展天然气地质理论具有重要的科学意义.     

四川盆地高硫天然气成藏机理的同位素研究

硫化氢形成机理对海相高硫天然气的勘探开发关系重大.研究的关键是直接测定自然界不同赋存状态(气、液、固)含硫物质的化学组成和同位素组成.为此,建立了利用MAT271型气体质谱计在线分析天然气中H_2S含量和不同含硫物质硫同位素组成的方法,开展了四川盆地包括烃源岩、储集岩、天然气、水溶气在内不同含硫物质的分析;对比分析结果表明,烃源岩中的含硫物质主要由BSR形成,天然气、水溶气和储集层中的含硫物质主要由TSR形成;对含硫天然气的碳同位素组成进行了系统分析,发现高含硫天然气甲、乙烷稳定碳同位素普遍呈倒转特征,其主要原因应与TSR有关;四川盆地不同层位的含硫物质硫同位素组成的地质实际分析表明,天然气中H_2S的硫同位素组成与同一层位或相邻层位的膏岩或卤水的硫同位素组成具有继承关系,表明H_2S形成和聚集具有自源-近源特征.     

贵州草海沉积物碳酸盐碳同位素异常正值的发现及其环境指示意义

对贵州草海沉积物柱芯碳酸盐碳同位素组成测定的结果显示,其δ13C值的变化范围为- 14.25‰至23.10‰,变化幅度为37.35％,这是迄今所发现的湖泊沉积物碳酸盐中最大的碳同位素变化幅度,其中的部分同位素值也是迄今发现的最大碳同位素值.综合碳酸盐氧同位素、碳酸盐含量和有机质含量指标,认为草海沉积物碳酸盐碳同位素组成...     

塔里木盆地东部天然气的成因类型及其成熟度判识

利用塔里木盆地东部94个气样的烃类气体组成和碳同位素检测资料,与模拟实验资料相结合,进行了下古生界海相烃类气体的成熟度判识、成因类型和气源的综合研究。下古生界烃源气以干气为主,干燥系数>0.9,属海相腐泥型裂解气,并由于没有陆源有机质的影响,而表现为6~(13)C_1偏低、6~(13)C_2-J~(13)C_1,的差值小等特征。根据上元古界～下古生界烃源岩热模实验结果建立了6~(13)C_1-R_0凡回归方程,基本解决了本区天然气的成熟度和气源判识问题,并将天然气划分为4种成因类型。文中还探讨了天然气的多源、多阶复合问题。     

四川盆地东部天然气中CO2的成因和来源

四川盆地东部天然气中CO2含量多数小于2%,但H2S含量大于5%时CO2含量普遍较高.川东地区天然气13C1值较高,与H2S含量之间没有明显关系.油型气样品普遍发生了甲、乙烷碳同位素倒转,而煤成气样品则表现出正序特征.天然气中CO2的δ13C1值大致可以分为较低（24‰～12‰）和较高（8‰～4‰）两类.这些天然气具有较低的R/Ra值和分布较广的CO2/3He比值,与幔源气体不同,CO2均为典型壳源成因.高δ13CCO2值的天然气均位于川东北地区,其中低（不）含H2S气藏中的CO2主要来自二叠纪岩浆活动和高热流作用下碳酸盐岩的热分解,而TSR反应程度较高的气藏中的CO2则主要来自碳酸盐岩储层在酸性较强的地层水中发生的去白云岩化作用,TSR成因的CO2基本进入到次生方解石中.川东的中、南部地区天然气则具有低的δ13CCO2值,该区受峨眉山地幔柱活动影响较小,天然气中的CO2均为有机成因,其中卧龙河气田天然气尽管经历了TSR作用,但反应程度相对较低,地层水酸性较弱,储层尚未发生去白云岩化,CO2仍以TSR成因的为主,具有较低的δ13C值.     

Cascadia边缘与天然气水合物共生沉积物中有机质碳、氮同位素组成及意义

Hydrate Ridge南高点ODP204航次5个站位54个沉积物样品中有机碳C, N同位素组成及C/N比值表明沉积物中的有机质主要来自海洋. 对1245B孔的系统分析表明天然气水合物的发育改变了沉积物中有机碳和氮同位素的成岩演化轨迹, 水合物发育处δ¹⁵N值和C/N比值同时变低, 且δ¹³C值相对较重; 在水合物稳定带内δ¹⁵N值的亏损将近2‰. 水合物发育处沉积物中氮含量的增加和δ¹⁵N值的亏损, 推断可能与天然气水合物发育处沉积物中细菌(包括古细菌)的固氮作用有关. 沉积物中有机质中碳、氮同位素的分布与沉积环境的变化同步响应, 同时亦反映流体活动的变化.     

中国稠油区浅层天然气地球化学特征与成因机制

在我国发育稠油的含油气盆地中,广泛分布着浅层天然气,浅层气资源潜力巨大.研究发现这些浅层天然气与稠油具有密切的成因关系,是厌氧微生物降解原油过程中形成的次生成因的生物气,也称为稠油降解气,它们一般分布在稠油油藏的上倾方向或周围.这种天然气以干气为主,主要成分是甲烷,乙烷以上的重烃类含量较低,非烃中N2含量较高;甲烷的碳同位素值偏轻,一般介于生物气与热解气之间,乙烷的碳同位素偏重,可能混合有热成因气;CO2显示出异常重的碳同位素值,因此,在微生物降解原油过程中碳同位素分馏效应十分明显.稠油降解气的生成是一个十分复杂的地质地球化学和微生物地球化学过程,是在多种微生物群体参与下发生的一系列有机-生物和水-烃反应综合作用的结果,受多种因素控制.     

原始太阳星云条件下Fischer-Tropsch反应中的碳同位素分馏

实验研究结果表明:原始太阳星云地球吸积区条件下Fischer-Tropsch反应的产物中二氧化碳具有最重的碳同位素组成;甲烷的碳同位素组成变化很大,乙烷、丙烷、丁烷间的碳同位素分配具有与生物成因烃类完全不同的反序排列特征,这表明了地球形成时吸积于其内部的原始烃类气体的碳同位素分配是反序排列的.     

华南中二叠统栖霞组海相烃源岩形成的地球生物学过程

华南中二叠统栖霞组海相烃源岩是中国南方四套区域性烃源岩的重要组成部分,对其形成机制的研究具有重要的科学和经济意义.前人的研究成果表明中二叠世栖霞期具有较高的初级生产力和相对缺氧的环境,但是对于高生产力和缺氧环境的形成机制一直存有争议.本文利用地球生物学正演评价的思路,整合研究程度相对较高的四川广元上寺剖面的研究成果,对华南栖霞组海相烃源岩的形成过程进行了阐述.利用现实主义原理,恢复了栖霞期的古洋流格局,认为较高的生产力是海平面上升诱发的赤道上升流的结果,其营养元素来自沿赤道自西向东的赤道潜流.高生产力输出大量有机质而消耗水体中的可溶氧,形成栖霞组独特的古氧相特征.在水体较深的生境型中,有机质经过厌氧氧化作用而被保存,成为栖霞组海相烃源岩的物质基础.地球生物学为研究栖霞组海相烃源岩的形成机制提供了新的思路.     

沼泽沉积环境中植物和沉积脂类单体碳同位素组成特征及其成因关系研究

为了认识沼泽典型沉积环境中沉积脂类与生物脂类碳同位素的内在联系, 应用GC-IRMS碳同位素分析新技术, 对若尔盖沼泽草本植物、木本植物叶和沉积物中单体脂类碳同位素进行了测定. 结果表明, 不同类型植物之间的正构烷烃碳同位素组成存在着明显的差别, 草本植物的δ¹³C值(&#8722;32.2‰~&#8722;36.9‰)要比木本植物叶类的(&#8722;27.2‰~&#8722;35.0‰)平均低3.3‰. 植物中脂肪酸碳同位素组成(&#8722;30.3‰~&#8722;36.2‰)与正构烷烃的类似, 并且不饱和脂肪酸的δ¹³C值分布在饱和脂肪酸δ¹³C值范围之内. 植物脂类之间的碳同位素组成变化较大, 范围为2.4‰~7.8‰. 沼泽沉积脂类碳同位素组成与生物脂类的密切相关, 沉积物中正构烷烃、≥C₁₆脂肪酸、正构脂肪醇、甾醇和α-正构脂肪酮碳同位素组成(&#8722;27.0‰~&#8722;36.9‰)类似于植物脂类, 并且短链和长链沉积脂类碳同位素组成较为相似, 说明它们都来自高等植物; 只有沉积C_14:0和C_15:0脂肪酸碳同位素组成比植物中同碳数的轻, 反映了它们部分细菌成因的特征.