含油气盆地油气同位素地球化学研究概述

以气体地球化学国家重点实验室工作为主，简要概述了对我国含油气的同位素地球化学研究。1．烃气的同位素地球化学：讨论了天然气成因新模式与气藏烃气同位素组成的关系，低演化阶段天然气同位素分馏的二阶段模式，云南中小盆地天然气低演化系列同位素特征及用储层解析气作油气源对比。2．稀有气体同位素地球化学：阐述了^3He/^4He值与中国构造分区，幔源氮的复合成藏和幔源甲烷问题以及气源对比等。3．液态烃同位素地球化学：简述了轻烃碳氢同位素特征及氢同位素作为判别古沉积介质盐度的指标，概述了未熟一低熟油同位素特征及在自然剖面上油和源油抽提物碳同位素分馏特征及其机理。     

天然气气-源对比的地球化学研究

气-源对比是天然气勘探开发和油气理论研究的重要课题,同位素地球化学是气-源对比的重要手段,尤其是碳、氢稳定同位素和稀有气体同位素已经被广泛应用于烃源岩、母质环境、源岩热演化程度、成藏过程和天然气混源判识,系统的介绍了利用碳、氢以及稀有气体同位素判识天然气成因来源,利用甲烷碳同位素与源岩热演化程度数学模式进行气源追索, 利用甲烷氢同位素及其空间分布判识母质环境和成藏过程,利用稀有气体同位素判识是否深部来源气体并利用其年代积累效应进行气-源对比等方法.     

幔源油气是可再生能源

松辽盆地徐家围子断陷深层天然气已经被证明来自地幔,这一地质事实预示幔源油气具有工业前景。地球演化是地球排气的根源。对石油天然气产出状态、地球化学分析、地球排气测定资料的研究表明幔源油气是可再生能源。幔源油气是地幔烃碱流体上升过程的必然产物,其分布可根据层控构造理论进行预测。依据《中华人民共和国可再生能源法》的有关规定,幔源油气研究及开发利用应得到国家扶持。     

天然气气-源对比的地球化学研究

气-源对比是天然气勘探开发和油气理论研究的重要课题，同位素地球化学是气-源对比的重要手段，尤其是碳、氢稳定同位素和稀有气体同位素已经被广泛应用于烃源岩、母质环境、源岩热演化程度、成藏过程和天然气混源判识，系统的介绍了利用碳、氢以及稀有气体同位素判识天然气成因来源，利用甲烷碳同位素与源岩热演化程度数学模式进行气源追索，利用甲烷氢同位素及其空间分布判识母质环境和成藏过程，利用稀有气体同位素判识是否深部来源气体并利用其年代积累效应进行气-源对比等方法。     

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。     

内蒙古西部额济纳旗地区X井油气显示特征与油气源探讨

根据内蒙古额济纳旗地区X井白垩系额济纳旗组、侏罗系麻木鸟苏组、古生界顶面风化壳等不同层段的油气显示特征和钻井泥浆烃类气体组分、甲烷C同位素的分析结果,认为侏罗系和白垩系油气显示特征相同,为油与气显示,气体样品的干燥系数(C_1/C_总)为0.80～0.87,甲烷C同位素δ~(13)C_1为-48.19‰～-50,87‰,表现了低成熟热解气的特征;古生界风化壳为气显示,天然气干燥系数(C_1/C_总)为0.91～0.92,甲烷C同位素δ~(13)C_1为-21.56‰-30.91‰,表现了高成熟热解气的特征.该井及邻区的中生界、古生界烃源岩干酪根类型及其演化程度具有显著的差别,中生界烃源岩以低成熟混合型干酪根为主,古生界烃源岩为成熟-高成熟(或过成熟)的混合型-腐泥型干酪根.表明该区存在以中生界侏罗系-白垩系低成熟烃源岩为油气源的油气系统和古生界高成熟(或过成熟)烃源岩为气源的油气系统,指示了古生界油气资源前景.     

内蒙古西部额济纳旗地区X井油气显示特征与油气源探讨

根据内蒙古额济纳旗地区X井白垩系额济纳旗组、侏罗系麻木乌苏组、古生界顶面风化壳等不同层段的油气显示特征和钻井泥浆烃类气体组分、甲烷C同位素的分析结果,认为侏罗系和白垩系油气显示特征相同,为油与气显示,气体样品的干燥系数(C1/C总)为0.80~0.87,甲烷C同位素δ13C1为-48.19‰~-50.87‰,表现了低成熟热解气的特征;古生界风化壳为气显示,天然气干燥系数(C1/C总)为0.91~0.92,甲烷C同位素δ13C1为-21.56‰~-30.91‰,表现了高成熟热解气的特征。该井及邻区的中生界、古生界烃源岩干酪根类型及其演化程度具有显著的差别,中生界烃源岩以低成熟混合型干酪根为主,古生界烃源岩为成熟—高成熟(或过成熟)的混合型-腐泥型干酪根。表明该区存在以中生界侏罗系—白垩系低成熟烃源岩为油气源的油气系统和古生界高成熟(或过成熟)烃源岩为气源的油气系统,指示了古生界油气资源前景。     

南襄盆地襄樊-枣阳凹陷油气勘探前景探讨

襄樊-枣阳凹陷位于南襄盆地的南部,与北部＂小而肥＂的南阳、泌阳凹陷相比,该区油气勘探一直未获得突破。通过对凹陷内核桃园组烃源岩特征的研究及油气资源评价表明,核桃园组烃源岩未成熟,生烃量和聚集烃量均较少,且已施钻的以核桃园组为主要目的层的钻井均未获得油气成果。因此,襄樊-枣阳凹陷核桃园组不能作为油气勘探的主要目的层。凹陷东部的部分盐井提供了区内白垩系烃源岩具有生油气潜力的信息,而且土壤地球化学勘探也指示了该区白垩系具有一定的勘探前景;襄参1井揭示区内震旦—寒武系碳酸盐岩有机质丰度高,其生油气潜力值得进一步探索,土壤地球化学勘探也显示,存在与震旦—寒武系有关的热演化气;土壤地球化学勘探显示区内存在幔源成因天然气。综合分析认为,中生界白垩系、幔源天然气及震旦—寒武系碳酸盐岩是襄樊-枣阳凹陷油气勘探值得探索的新层位和新领域。     

天然气运移的气体同位素地球化学示踪

本文通过鄂尔多斯等含油气盆地内岩石酸解烃、罐顶气和同源多产层天然气碳同位素组成的变化，从实例剖析出发，探讨了天然气运移时气体同位素组成的变化及其对天然气运移的示踪。天然气在通过沉积地层中孔隙系统和微裂隙运移时，天然气中的甲烷碳同位素会发生一定的分馏，而乙烷以上重烃碳同位素几乎不发生分馏；在天然气层所在深度，罐顶气甲烷碳同位素组成与天然气一致，在天然气层附近，罐顶气甲烷碳同位素则明显偏离了热演化趋势线；烃源岩酸解烃与其同源的天然气重烃碳同位素组成具有较好的一致性和可比性。由此，可利用气体组分碳同位素的上述变化特征，追索天然气的运移作用。     

东濮凹陷白庙地区天然气及凝析油地球化学特征及成因

白庙构造是东濮凹陷南部地区的一个含凝析油的富气构造.在研究油藏基本地质特征的基础上,应用多种地球化学手段研究了气藏中天然气组分、甲烷同位素及惰性气体同位素变化规律、凝析油族组成、饱和烃色谱、色质生物标志物特征,进行了油气源分析,探讨了气藏的形成时间与次序,白庙气藏具有多源、多期、复合成藏的特点.     

天然气研究中的稀有气体地球化学应用模式

在对天然气稀有气体地球化学特征进行系统研究的基础上，建立了有关氦、氩同位素组成的横“人”字型的成因模式并提出两种成因类型:Ａ、壳－幔复合型；Ｂ、壳源型。同时，还论述了稀有气体的年代积累效应与气源对比，进行了大、中型气区天然气地球化学综合研究。     

Distribution and Geochemical Characteristics of Hydrogen in Natural Gas from the Jiyang Depression, Eastern China

Hydrogen gas accelerates hydrocarbon generation, but little is known about its distribution and origin in petroliferous basins, which has hindered the further exploration.Taken the Jiyang Depression in eastern China as an example, this study collected natural gas from different tectonic units, and analyzed various geochemical characters including gas contents, and carbon and hydrogen isotopic composition.The result shows that:(1) hydrogen gas is widespread distributed, but its content is very low, which typically ranges from 0.01% to 0.1% in this region;(2) the ratios of H2/3He, indicative of the origins of hydrogen gas, suggest that mantle-derived hydrogen is dominant.Even in tectonically stable areas absent with deep fluid activities, there is also mantle-derived;(3) the isotopic composition of hydrogen falls in the range of –798‰ to –628‰(relative to VSMOW standard).In areas with deep-derived fluids, the hydrogen gas has a similar isotopic composition with the previously documented deep-sourced gas, with lighter isotopic composition.In contrast, hydrogen gas has a heavier isotopic composition in relatively stable areas.The isotopic signatures suggest that there is a mixture of mantle- and crust-derived hydrogen gas in the relatively stable area, which is consistent with the H2/3He ratios.Therefore, it is clear that the hydrogen gas has a much wider distribution than found in the deep-derived fluid area, resulting in a much broader area with hydrogenating effect for resource rock.This understanding will provide new insights for hydrocarbon generation research and resource assessment in petroliferous basins.     

Helium and carbon gas geochemistry of pore fluids from the sediment-rich hydrothermal system in Escanaba Trough

Ocean Drilling Program (ODP) Leg 169, which was conducted in 1996 provided an opportunity to study the gas geochemistry in the deeper part of the sediment-rich hydrothermal system in Escanaba Trough. Gas void samples obtained from the core liner were analyzed and their results were compared with analytical data of vent fluid samples collected by a submersible dive program in 1988. The gas geochemistry of the pore fluids consisted mostly of a hydrothermal component and was basically the same as that of the vent fluids. The He isotope ratios (R/R_A=5.6–6.6) indicated a significant mantle He contribution and the C isotopic compositions of the hydrocarbons [δ¹³C(CH₄)=−43‰, δ¹³C(C₂H₆)=−20‰] were characterized as a thermogenic origin caused by hydrothermal activity. On the other hand, the pore fluids in sedimentary layers away from the hydrothermal fields showed profiles which reflected lateral migration of the hydrothermal hydrocarbons and abundant biogenic CH₄. Helium and C isotope systematics were shown to represent a hydrothermal component and useful as indicators for their distribution beneath the seafloor. Similarities in He and hydrocarbon signatures to that of the Escanaba Trough hydrothermal system were found in some terrestrial natural gases, which suggested that seafloor hydrothermal activity in sediment-rich environments would be one of the possible petroleum hydrocarbon generation scenarios in unconventional geological settings.     

川东北元坝地区雷口坡组天然气来源与成藏分析

四川盆地雷口坡组已成为一个重要的天然气勘探目的层,有关雷口坡组天然气的来源以及雷口坡组是否具有生气潜力还存在争议。研究表明雷口坡组泥质白云岩与泥质灰岩有机碳含量平均达到0.72%,具有较高的生烃潜力。雷口坡组天然气以烃类气体为主,干燥系数为0.99。不同于其他海相层系天然气,其CO₂和N₂含量较少,总量<10%,仅含微量的H₂S;它们的甲烷碳同位素相对较重(-31.5‰~-36.3‰),而乙烷碳同位素较轻,基本上都小于-28‰(-27.7‰~-36.6‰),且部分气呈δ¹³C₁>δ¹³C₂反序分布,属高-过成熟海相油型气。其烷烃气系列碳同位素组成既不同于上覆的须家河组陆相天然气,也有异于下伏飞仙关组-长兴组海相气,具有不同的气源,经与雷口坡组烃源岩轻烃组成的对比,认为其气源主要来自本层位。成藏条件分析表明,雷口坡组天然气的富集主要受烃源岩和储层的发育及分布控制,只有紧邻烃源岩发育的浅滩相白云岩/裂缝型灰岩构成的“岩性圈闭”才能形成天然气的聚集。     

广东三水盆地天然气非烃组分同位素地球化学

根据广东省三水盆地天然气中氦、氩、二氧化碳和氮等非烃组分的稳定同位素地球化学特征,探讨了该区天然气的来源以及大地热流。测得天然气中3He/4He（R）值为（1.60-6.36）×10-6,比大气的3Ne/4He（Ra）值(1.4×10-6)大:氩的稳定同位素组成(40Ar/36Ar=450-841)较大气氩富40Ar;二氧化碳的δ13C（PDB）值在-20-2‰的范围内,δ13N（Air）值在-57-+95‰之间:根据（?）He,4He值求得研究区的大地热流值（Q）为72-82mWm-2。大地热流和非烃组分同位素组成的高值以及研究区特别发育的火山岩等地质资料表明三水盆地有较强的地球深部流体（物质的和热的）向上溢出。一些油气藏中相当一部分氦、氩和氮来自地幔,各种天然气中均混有地壳来源的非烃气体。贫13C的二氧化碳气主要为地层中有机质分解的产物;富13C的二氧化碳则主要来自岩石化学反应的产物,并混有深部来源的二氧化碳。相当一部分大地热流源于上地幔。     

生物─热催化过渡带油气关系

本文在辽河盆地原油和天然气之间碳氢同位素关系研究的基础上，系统地研究了中国生物─热催化过渡带油气的地球化学特征，特别是它们之间同位素组成关系，划分出油气的不同组合类型，从而证明生物─热催化过渡带油气的自生自储特征，认为过渡带是油气形成聚集的重要垂向演化层段。同时为完善烃类形成的多源复合和多阶连续提供了佐证。     

沉积盆地深部流体的地球化学特征及油气成藏效应初探

以济阳坳陷东营凹陷和塔里木盆地塔中地区为例，在前人深部流体研究的基础上，应用同位素地球化学、有机地球化学及热力学定量模型，对沉积盆地深部流体的活动特征及其油气成藏效应进行了初步的探讨。研究表明，在东营凹陷不仅存在着幔源富二氧化碳流体（H2O＋CO2）的活动，而且还存在着幔源富氢流体（H2O＋CH4＋H2）的活动。塔里木盆地塔中地区也发现了幔源富二氧化碳的活动。深部流体上升过程中热能传递的定量研究表明，幔源流体是良好的热能载体。东营凹陷和塔中地区的有机质异常热变现象证实了深部流体的热效应。有机质热演化生烃不仅需要热，而且是个缺氢的过程，富氢流体注入沉积盆地势必对油气的生成产生影响。加氢热模拟实验结果表明，加氢可大幅度提高烃源岩的产烃率；对腐泥型干酪根而言，加氢生烃效应最显著的阶段是在生烃高峰之后，产率可增加147％以上；腐植型干酪根的加氢生烃效应在各个阶段都较显著。在东营凹陷和塔中地区分别发现了深部流体促进烃源岩生烃的现象。因此，深部流体在能量上和物质上对油气的生成均可构成重要的影响。