柴达木盆地三湖地区第四系生物气的形成途径与运聚方式

柴达木盆地三湖(台吉乃尔湖、涩聂湖、达布逊湖)地区第四系生物气区是我国最大的生物气区。笔者系统采集了该气区21个天然气样品,测量了其组分和碳同位素组成,重点探讨了生物气形成途径和运聚方式。生物气δ~(13)C_1和δ~(13)C_(CO_2)均随深度增大而变重,显示了CO_2还原途径成气的特征。生物气δ~(13)C_1、δ~(13)C_(CO_2)和δD分布与CO_2还原方式形成的生物气的相应同位素值分布范围接近。在有关成因图解中这些数据主要位于CO_2还原途径成气范围内。生物气CO_2和CH_4之间的碳同位素分馏系数α_c>1.055,具有CO_2还原途径成气的特征。柴达木盆地第四纪干旱的古气候、较低的古温度、较高的沉积速率和水体中较高的硫酸盐含量使得甲烷菌的大量繁殖只能在较大的深度范围内才能实现,从而,有利于CO_2还原途径成气作用进行。涩北一号、涩北二号气田生物气δ~(13)C_1组成分布可能表明,生物气形成以后沿疏导层水平运移进入气藏,基本不存在垂向运移。该项研究对于进一步深入探讨生物气成因、形成条件,确定生物气模拟实验方式与条件,计算生物气资源量,建立成藏模式和选择天然气有利勘探区块均具有重要价值。     

煤层气甲烷碳同位素的分布特征与控制因素

研究表明 ,在相同热演化程度条件下 ,除少量样品外 ,煤层气δ13 C1值一般较煤型气偏轻。影响煤层气甲烷碳同位素变轻的因素相当复杂。母质类型、成熟度、解吸扩散及运移效应、次生生物气的混入以及CO2 和CH4之间的同位素交换反应等都是影响煤层气甲烷碳同位素组成与分布的重要因素。     

我国煤层甲烷碳同位素分布特征与瓦斯成因类型划分探讨

以170余组煤层甲烷碳同位素测定结果为依据,分析了我国煤层瓦斯的δ13C,值分布特征,探讨了瓦斯成因类型划分,研究结果显示：δ13C,值分布范围为～73．3％0—27．3‰,δ13C,值随煤的变质程度的增加总体增大,无烟煤阶段以后,δ13C。的变化趋于平稳,在-35‰上下波动;根据煤层甲烷碳同位素与煤级之间的变化关系,以煤的最大镜质体反射率作为指标,将我国煤层瓦斯成因分为次生生物成因气、混合成因气和热成因气三大类,并指出了我国部分煤矿区的瓦斯成因类型。     

鄂尔多斯盆地兴县地区煤层气地球化学特征及成因

煤层气化学组分、甲烷碳氢同位素特征对煤层气成因、分布规律和煤层气资源评价具有重要意义。为了查明河东煤田北部兴县地区山西组、太原组煤层甲烷及二氧化碳成因，采集研究区煤层气井解吸气样，通过组分分析、CH₄碳氢同位素和CO₂碳同位素测试，根据煤层气成因图版，分析了煤层气稳定同位素的地质影响因素，揭示了研究区煤层气成因。结果表明，区内主力煤层的甲烷碳同位素存在明显差异:8煤甲烷δ13C₁值介于-55.1‰~-44.2‰，平均为-49.2‰；13煤δ13C₁值介于-65.7‰~-55.7‰，平均为-59.8‰。同一煤层内甲烷碳同位素呈现出随煤层埋深增加而变重、随水动力条件增强变轻的特点；甲烷碳同位素偏轻，重烃组分偏少，表明受到一定因素或次生作用的影响。8煤以热成因气为主，13煤以次生生物成因气为主。研究区8煤δ13C （CO₂）介于-17.3‰~-4.8‰，13煤δ13C （CO₂）介于-26.3‰~-6.9‰，二氧化碳为煤热演化初期或最近一次煤层抬升再沉降后煤中有机质热裂解产生。研究成果为明确该区煤层气勘探开发方向提供了理论依据。      

固市凹陷非常规水溶甲烷气成因及来源

针对渭河盆地固市凹陷水溶甲烷气的成因类型进行分析研究。对地层水溶甲烷气碳同位素δ13C₁及重烃的含量研究发现,不同层位的水溶甲烷气成因类型不同。新近系张家坡组水溶甲烷气主要为有机成因的生物气,来源于本层含碳质较高的灰黑色泥灰岩生物分解,为自生自储式;下部蓝田—灞河组水溶甲烷气以未成熟的煤型热解气（煤型腐殖型）为主,来源于下部地层。对CO₂碳同位素的分布范围和含量进行分析得出,δ13C_CO2 < -10‰,为典型的壳源型有机成因,证明蓝田—灞河组水溶甲烷气和CO₂来源于下部地层的混合型气,结合乙烷碳同位素分析,得出下部地层可能存在有机成因的煤型热解气层系。      

柴达木盆地三湖地区第四系生物气源岩中可溶有机质丰度及地质意义

柴达木盆地东部第四系生物气源岩有机质丰度是控制该区生物气资源的关键因素。通过重新设计实验流程,建立了针对未成熟生物气源岩的有机质丰度评价方法。柴达木盆地第四系生物气源岩可溶有机质含量约是不溶有机质含量的2.6倍,有机质大部分以可溶的形式存在。鉴于未成熟生物气源岩有机质赋存形式的特殊性,提出了柴达木盆地东部第四系生物气源岩的有机质丰度评价标准。大量存在的可溶有机质揭示柴达木盆地东部地区第四系仍处于生物甲烷生成阶段,较高的气源岩有机质丰度为生物气勘探提供了重要的资源保障。     

鄂尔多斯盆地苏里格气田上古生界天然气地球化学及成藏特征

苏里格气田是鄂尔多斯盆地上古生界内发现的大型岩性气藏。天然气中甲烷占绝对优势,干燥系数低,为湿气。灭然气的单体碳同位素具有碳数越高,同位素越审的特点,且正构烷烃碳同位素具有δ^13C1〈δ^13C3〈δ^13C2〈δ^13C4的规律。甲烷碳同位素与甲烷含量旱正相关,与乙烷含量为负相关。根据天然气单体碳同值素及其含垣变化,认为苏里格天然气属煤成气。天然气中含少量CO2气,多为有机成因。苏里格气田二叠系气藏的形成与演化可划分为石炭一二叠纪至中侏罗世气源岩沉积埋藏阶段、晚侏岁世至白垩纪天然气形成阶段和第三纪至现今的保存改造阶段。     

中国南方百色盆地浅层生物气组成与成因

根据30余个气样分析资料,结合地质、地球化学背景,对百色第三系残留型盆地浅层生物气的组成和分布特征进行了深入研究,并探讨了其成因和形成机制。这些浅层气主要以烃类气体为主,一般占90%以上。甲烷和C2+烷烃含量有较大变化范围,分别主要在50%～100%和0～50%之间,取决于热成因气混入生物气的比例。所研究浅层气的一个重要特征是其碳同位素很轻,甲烷的δ13C值主要变化在-55‰～-75‰范围。按照分子和碳同位素组成及轻烃参数,该盆地浅层气可划分为三种成因类型:纯生物气、生物气/热成因气混合气和原油菌解气。它们在时空上呈规律性分布,与邻…     

松南营城组火山岩气藏成藏模式

松南气田营城组火山岩天然气的δ13C1值大于-30‰,具有δ13C1＞δ13C2＞δ13C3负序列或同位素倒转,甲烷同位素偏重,表明松南气田营城组火山岩天然气不仅具有煤型气与油型气混合特性,还具有多期次成藏特征,煤型气充注早,为89～83 Ma;油型气和幔源气充注晚,为78～68 Ma.松南气田营城组天然气中无机气体主要为CO2与N2,CO2气的同位素表明CO2气的成因具有典型的"煤-幔二元"特征.     

四川盆地东部天然气地球化学特征与TSR强度对异常碳、氢同位素影响

对四川盆地东部50个天然气样品组分和碳、氢同位素组成分析结果显示,天然气以烃类气体为主,干燥系数高(C1/C1+=0.975~1.0),H2S含量变化较大(H2S=0.00%~16.89%)。利用烷烃气碳、氢同位素组成和判识油型气热演化程度图版,确定四川盆地东部天然气主要为原油裂解气,且热演化程度已处于油气裂解阶段。在四川盆地东部,烷烃气碳、氢同位素组成普遍存在局部倒转现象,即δ13C1δ13C2δ13C3和δD1δD2,这主要与研究区域不同硫酸盐热化学还原作用(TSR)强度有关,因为在该反应过程中不仅会产生大量的CH4,其碳同位素较重,同时,水参与了硫酸盐与烃类的化学还原反应使得水中的H+与烃类中H+发生同位素交换,从而引起TSR生成CH4的氢同位素分馏大于干酪根直接生烃过程造成的氢同位素分馏。异常δ13CCO2值与TSR反应过程中部分碳同位素较轻的CO2与硫酸盐中金属离子(Mg2+、Fe2+、Ca2+等)以碳酸盐的形式沉淀后,导致气藏中残余重碳同位素组成的CO2与酸性气体腐蚀碳酸盐岩储集层形成的CO2相混合有关。     

我国生物气藏碳、氢同位素特征、形成途径及意义

生物气碳、氢同位素组成是探讨其形成途径和成藏特征的基本手段,研究基于我国10个生物气气藏31个气样的碳、氢同位素组成资料探讨了这些气藏的形成途径和成藏特征。研究表明:这些气藏的氢同位素组成可以分为三个区间,即δDCH4>-200‰;δDCH4值在-250‰～-200‰之间和δDCH4<-250‰。前人认为在陆相淡水条件下生物气的形成途径主要是乙酸发酵作用,我国10个气藏31个气样碳、氢同位素研究表明,海相及盐湖相条件下生物气形成途径为典型的CO2还原途径,具有重的氢同位素组成,其δDCH4>-200‰,而陆相条件下成藏的生物气也主要为CO2还原途径,但氢同位素组成较典型海相成因生物气轻,其δDCH4值在-250‰～-200‰之间。其值可能与古湖泊水介质的咸化程度有关。从柴达木的资料来看,随水介质咸度增大,生物甲烷氢同位素组成也具有相应增大趋势。陆相条件下有处于CO2还原和乙酸发酵两种作用过渡区形成的生物气气藏,其形成可能与古水介质无咸化过程和地温梯度较高有关,如保山盆地。该区形成的生物气具有轻的氢同位素组成,δDCH4<-250‰,碳同位素组成则相对较重,其碳、氢同位素组成之间具有较好的负相关。生物气碳、氢同位素组成的成气机理及途径有可能成为判识自然界采集的生物气气样是否具有工业意义,一般而言,乙酸发酵途径形成的生物气不利于成藏。     

柴达木盆地三湖地区第四系沉积相与生物气成藏

柴达木盆地三湖地区第四系蕴藏着巨大的生物气资源,目前已探明加控制天然气储量接近3×1011m3。更新世时期,柴达木盆地的湖相沉积主要分布在三湖(吉乃尔湖、涩聂湖和达布逊湖)地区,自山前至盆地中心依次发育了冲积扇、河流三角洲和湖相沉积,其中湖相沉积分布最为广泛。早更新世湖相沉积开始形成,中更新世湖相沉积扩张并且达到鼎盛,晚更新世湖相沉积开始萎缩并形成盐湖沉积。中、早更新世冰川的出现和青藏高原的崛起使柴达木盆地的古气候变得干旱寒冷,沉积水体温度较低,盐度较高。本区第四纪独特的沉积环境是形成大型生物气藏最重要的地质条件。高盐度的水体环境减缓了有机质的降解速度,长期的低温条件抑制了甲烷菌的活动,避免了沉积有机质在沉积浅埋阶段的过量消耗,推迟了生物产气的高峰期。而三湖地区巨厚的第四系暗色泥岩和频繁发育的砂岩提供了充足的气源条件和构成了良好的生储盖组合。     

祁连山冻土区天然气水合物分解气碳氢同位素组成特征

开展祁连山冻土区天然气水合物气体同位素研究,是解决其气体成因、来源等科学问题的一个重要手段。本研究采集祁连山南麓多年冻土区水合物科学钻探DK2和DK3孔共8个含水合物的岩芯样品,采用真空顶空法收集样品中水合物的分解气,分别用气相色谱(GC)、气相色谱同位素比值质谱(GC-IRMS)测定其气体成分和同位素组成,测试结果表明:祁连山冻土区天然气水合物样品的气体碳氢同位素变化较大,甲烷、乙烷和丙烷的碳同位素(δ13C)变化范围分别为-52.6‰～-48.1‰、-38.6‰～-30.7‰和-34.7‰～-21.2‰,而二氧化碳的碳同位素(δ13C)最低为-27.9‰,最高为16.7‰;甲烷、乙烷和丙烷的氢同位素(δD)变化范围分别为-285‰～-227‰、-276‰～-236‰和-247‰～-198‰。通过对这些碳氢同位素进行综合研究,包括气体分子组成与同位素的关系分析、甲烷的碳氢同位素之间的关系判断等,结果表明研究区天然气水合物的气体主要来源于热解气,而且是在淡水环境中形成的有机成因气。     

第四系泥岩型生物气储层特征及动态成藏过程

第四系泥岩型生物气作为非常规油气领域一种新型的资源类型,具有巨大的资源潜力和勘探开发价值。以柴达木盆地三湖地区第四系泥岩型生物气为例,通过岩心观察、光学显微镜、扫描电镜、高压压汞、族组分分析等实验手段,分析了第四系泥岩型生物气储层特征及动态成藏过程。结果表明,第四系泥岩型生物气储层具有砂泥薄互层频繁交互、纵横向非均质性极强的特点。成岩作用处于早期阶段,R_o小于0.3%,岩石固结程度低,含贝类壳体没有石化,孔隙度普遍在20%以上,仍以微纳米孔隙为主,含极少量毫米孔隙。泥岩储层TOC极低,平均0.2%~0.4%,干酪根以Ⅲ型为主,主要成分是粗纤维,其次是半纤维素、有机氮,是第四系泥岩生气的主要母质来源。第四系泥岩型生物气为甲烷为主的干气,平均含量98.85%,地层水水型以CaCl₂型为主,酸碱度中等偏弱酸性。泥岩突破压力是甲烷滞留成藏的主要动力,低渗、富水和黏土的特征决定了泥岩具备自封闭能力。极低的气候温度、极高的水体盐度、充足的气源条件、有效的自封闭性是泥岩型生物气成藏的关键要素,以此建立了凹陷区自封闭富集带、斜坡区水封富集带、构造高点泥岩气-砂岩气叠合富集带等三种泥岩型生物气成藏模式。     

不同成因类型煤型气地球化学特征及其判识意义

通过数理统计前人公开发表的国内外21个盆地或地区的324组煤型气地化数据, 分析不同成因类型煤型气地层分布和稳定碳、氢同位素组成及空间分布特征, 提出多个煤型气成因类型判识图版, 并以实例论证这些图版的可行性.研究结果表明: 与煤层相关的生物成因气不同于常规生物气, 最显著区别在于前者δ13C(CH₄)上限值低, 即生物成因气δ13C(CH₄)＜-60‰, 热成因气δ13C(CH₄)＞-40‰, 混合成因气δ13C(CH₄)介于二者之间.随着有机质演化程度增强, 从生物成因气至热成因气, δ13C(CH₄)、δ13C(CO₂-CH₄)、δ13C(C₂H₆-CH₄)及CH₄/(C₂H₆+C₃H₈)具有变重趋势且相关性明显, δ13C(CH₄)与δ13C(CO₂-CH₄)、δ13C(CH₄)与δ13C(C₂H₆-CH₄)及δ13C(CH₄)与CH₄/(C₂H₆+C₃H₈)是划分煤型气成因类型最可靠的图版.      

自生片钠铝石的碳氧同位素特征及其成因意义

自生片钠铝石的碳氧同位素特征可以为片钠铝石的成因研究提供重要的地球化学依据。以海拉尔盆地乌尔逊凹陷和松辽盆地孤店构造片钠铝石碳氧同位素分析为基础，结合国内外已报道的自生片钠铝石的碳氧同位素数据，对自生片钠铝石的碳氧同位素特征及其成因意义进行了探讨。研究表明，海拉尔盆地乌尔逊凹陷和松辽盆地南部孤店CO2气田砂岩中片钠铝石的δ13C范围分别为–5.3‰～–1.5‰（PDB）、–1.9‰～+0.3‰（PDB），均分布于含无机碳物质δ13C分布区间（－9.0‰～＋2.7‰）内。计算出的海拉尔盆地和松辽盆地与片钠铝石平衡的CO2气碳同位素分布范围分别为－10.7～－7.0‰（PDB）、－8.7～－6.9‰（PDB），表明片钠铝石绝大部分形成于无机CO2背景。实际地质观察中形成片钠铝石的CO2绝大多数为岩浆脱气来源，岩浆成因片钠铝石碳同位素分布范围为－5.5～＋4.5‰（PDB）。海拉尔盆地和松辽盆地的片钠铝石是岩浆成因CO2气运移、聚集的特征矿物。计算出的海拉尔盆地和松辽盆地片钠铝石沉淀时介质水的δ18O值范围为-14.3～-9.4‰（SMOW），表现为轻同位素的特点，表明片钠铝石形成时地层水为大气降水。计算出的海拉尔盆地片钠铝石同位素为52.7～93.6℃，与样品所在深度处的古地温范围（65.4～87.6℃）基本吻合。     

不同方法萃取的溶解无机碳的δ13C值比较分析

为了测定水中溶解无机碳的δ13C值,通常可以利用两种方法对水中的DIC进行萃取:沉淀法和脱气法。但是,一直以来未有研究对这两种方法萃取同一水样DIC的δ13C值之间的差异进行对比分析,尤其是对于具有高CO2分压(pCO2)的水样。本文对两组分别代表深部岩溶系统(高pCO2)和表层岩溶系统(低pCO2)的水样分别同时利用这两种萃取方法萃取其DIC然后测定δ13CDIC值。对比发现利用脱气法萃取物测定得到的δ13CDIC值要显著高于利用沉淀法萃取物测定得到的δ13CDIC值。这是因为在脱气法萃取DIC的过程中,由于水的pCO2高于大气的pCO2,水中富含12C的CO2通过扩散作用逃逸到大气中,从而使δ13CDIC值偏正。这表明利用沉淀法萃取物测定的δ13CDIC值的精度要高于脱气萃取法的精度。对两种DIC萃取方法萃取物测定的δ13CDIC值之间的差与水样和大气之间的CO2分压差进行分析后发现,两者之间具有较好的正相关关系。由于深部岩溶系统的水样具有很高的pCO2,富含12C的CO2向大气逸出的量相对较多,从而导致相应的深部岩溶系统线性关系的斜率和截距均比表层岩溶系统的线性关系的斜率和截距为大。文中所建立的这些线性关系为校正脱气法萃取物测定得到的δ13CDIC值提供了一个可能的经验校正公式。      

柴达木盆地新构造运动与第四纪气田的形成

柴达木盆地第四纪坳陷形成于上新世晚期到全新世早期的新构造运动期,面积3.7万km²,是欧亚板块与印度板块相碰撞导致祁连山、昆仑山和阿尔金山逐渐上升,柴达木盆地东部相对下降的结果,坳陷内沉积物厚达3200m。 第四纪早期湖深水淡,晚期湖浅水咸。生气层由暗色泥质岩和碳质泥、页岩组成,厚约1500m。生气母质以腐殖型为主。天然气中CH₄/C₂H₆+C₃H₈〉150,δ¹³C〈-60‰。天然气化学成分表明,其为成岩作用早期生物化学作用所形成。储层为细砂岩和粉砂岩,主要为湖滩相、小型河流三角洲相及筛积扇—泉水河—三角洲体系的水下部分。由于尚未充分压实,岩性疏松,孔隙度平均为32％,渗透率60.8～619μm²。盖层为湖相泥岩和含膏泥岩。天然气赋存于自生自储体系之中。主要生气凹陷及生气层殴控制天然气的分布,雁列式背斜带上的局部构造控制天然气的富集。     

淮北煤田祁东煤矿煤和瓦斯中稳定碳同位素分布特征及其地质成因

对淮北煤田祁东煤矿6个煤层的24个煤样和12个气样的稳定有机碳同位素分析,分别研究了煤和瓦斯中碳同位素的分布特征和变化趋势,为不同煤层及瓦斯源分析提供理论依据。研究表明:祁东煤矿煤的δ13C为-25.11‰~-22.76‰,6-1煤层至9煤层碳同位素均值呈波动变化,可能受当时成煤时期沉积环境的影响;瓦斯的δ13C₁为-63.65‰~-52.51‰,表现出次生生物成因气的变化特征,二氧化碳碳同位素特征（-22.61‰~-17.96‰）表明其均是煤热解而来。