渝东南地区五峰组—龙马溪组页岩气地球化学特征及其成因分析

在对渝东南地区五峰组—龙马溪组页岩现场解吸气样的气体组分和稳定碳同位素分析的基础上,对页岩气的成因类型和烷烃碳同位素倒转原因进行了探讨。渝东南地区五峰组—龙马溪组页岩气的甲烷含量高(94.33%~98.96%),非烃组分(主要包括N_2、CO_2)含量较少,干燥系数大于0.98,为典型的干气。甲烷、乙烷碳同位素值的范围分别为-49‰~-24.4‰、-39.4‰~-29‰,含气性较好的武隆地区Y1井气样烷烃气体呈现δ~(13)C_1δ~(13)C_2δ~(13)C_3的碳同位素"完全倒转"特征,含气性较差的酉阳地区Y2井气样烷烃气体基本具正碳同位素系列特征。天然气成因类型判识标志和图版分析表明,渝东南地区五峰组—龙马溪组页岩气为有机质高温裂解的油型气,是早期生成的干酪根裂解气和后期原油裂解气的混合气,这也是引起武隆地区Y1井气样碳同位素倒转的主要原因,同时这也可能与页岩气高产有关。     

烷烃碳同位素对页岩含气性的指示意义——以四川盆地及周缘龙马溪组为例

以四川盆地及周缘龙马溪组为例,分析了烷烃碳同位素平面分布特征以及倒转情况,定量研究了烷烃碳同位素值与热演化程度、埋藏深度及含气量之间的关系,并探讨了造成不同区块烷烃碳同位素倒转程度差异的主要原因。结果表明:(1)龙马溪组页岩气组分具有典型的干气特征:CH4含量介于95.32%～99.59%,平均为98.44%;C2H6含量较少,介于0.09%～0.74%,平均为0.52%;C3H8含量普遍很低。(2)烷烃碳同位素表现为自盆地边缘向盆地中心逐渐变轻的特征,δ13C1值介于-36.9‰～-26.7‰,平均为-30.27‰;δ13C2值介于-42.8‰～-31‰,平均为-34.9‰;δ13C3值介于-50.5‰～-33.1‰,平均为-37.28‰。(3)整体上,四川盆地及周缘龙马溪组页岩气烷烃碳同位素具有完全倒转(δ13C1δ13C2δ13C3)的特征,页岩气成藏过程中干酪根裂解气与滞留烃裂解气的混合可能是导致烷烃碳同位素发生倒转的主要原因。(4)同位素定量分馏模型显示滞留烃裂解气在页岩气中的占比多大于60%,指示两种裂解气混合比不同是造成烷烃碳同位素倒转程度差异的主要原因;整体上,随滞留烃裂解气含量的增多,δ13C2值减小,烷烃碳同位素倒转程度增大,页岩的含气量也逐渐增加。     

大巴山前缘五峰组-龙马溪组干酪根碳同位素特征与有机质类型

大巴山前缘五峰组-龙马溪组有机质类型组成存在较大争议。在万源曹家、城口周溪、巫溪田坝、巫溪白鹿和巴东两河口等地区采集代表性样品进行有机碳含量、成熟度和干酪根碳同位素分析。五峰组-龙马溪组δ13C组成分布为-31.1‰~-28.2‰,田坝地区δ13C最轻,两河口地区δ13C最重。大巴山前缘干酪根类型是碳同位素组成的主要控制因素,有机质成熟度和有机碳含量影响较小。当有机质处于高成熟演化阶段,有机碳含量越高,δ13C组成偏轻;有机质处于过成熟演化阶段,有机碳含量越高,δ13C组成偏重,变化幅度小于1.2‰。按照干酪根碳同位素组成划分干酪根类型原则,大巴山前缘五峰组-龙马溪组有机质类型为I型(腐泥型)和Ⅱ1型(腐殖腐泥型)。     

四川盆地不同区块龙马溪组页岩气地球化学特征对比

基于龙马溪组页岩气样品的气体组分、稳定碳氢同位素资料分析,对比研究了四川盆地不同区块(威远、长宁和涪陵区块)龙马溪组页岩气地球化学特征,探讨了页岩气成因和碳同位素倒转原因。结果表明:1威远、长宁和涪陵3个区块龙马溪组页岩气甲烷含量高(95.52%~99.45%),非烃含量低(主要为CO2、N2,各占0.01%~1.07%、0.01%~2.95%),均属于典型的干气;甲烷、乙烷碳同位素(δ13C1、δ13C2)值分别为-37.3‰~-26.7‰、-42.8‰~-31.6‰,且烷烃气(C1-C3)碳同位素呈现完全倒转现象。2威远区块龙马溪组页岩气主要为油型裂解气,长宁和涪陵区块龙马溪组页岩气主要是由油型裂解气和干酪根裂解气的混合气;四川盆地龙马溪组页岩气碳同位素倒转的原因主要是同源不同期气体的混合、原油裂解气和干酪根裂解气的混合。     

湘鄂西龙马溪组页岩解析气同位素组成特征及应用

湘鄂西地区位于中扬子板块,研究区龙马溪组富有机质页岩的有机质类型以Ⅱ₁型为主,Ⅱ₂型次之,TOC含量高,有机质热成熟度高,页岩矿物以脆性矿物为主,黏土矿物次之。通过分析三个实验阶段(20 ℃、65 ℃、90 ℃)解析气样发现,气体中CH₄含量较高(90.34%~99.64%),含有少量非烃气体。龙马溪组页岩气CH₄碳同位素值为-41.9‰~-30.8‰,C₂H₆碳同位素值为-42.3‰~-36.2‰,δ²H_CH4为-193.4‰~-156.0‰,随着成熟度的增加,CH₄碳同位素、C₂H₆碳同位素以及CH₄氢同位素都有升高的趋势。烃类气体碳同位素具有明显的倒转现象,即δ¹³C₁>δ¹³C₂。根据解析实验三个阶段的气体同位素特征和测得的各阶段含气特征建立游离气与吸附气所占比例的计算公式,进一步推算出解析过程总含气量中所含有的游离气量以及吸附气量。     

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.      

库车坳陷大北-克深地区深层致密砂岩气地球化学特征及成因

为探讨库车坳陷大北-克深地区深层致密砂岩气的地球化学特征及成因,对采集的天然气样品进行了组分定量和碳同位素组成分析。结果显示,库车坳陷大北-克深地区深层致密砂岩气中甲烷占绝对优势,为87.30%～98.33%,平均为96.18%;其重烃气含量较低,为0%～3.41%,为明显的干气;天然气的δ¹³C_1为-31.9‰～-26.5‰,δ¹³C_2为-24.2‰～-16.1‰,δ¹³C_3为-31.1‰～-15.7‰;烷烃气碳同位素偏重,主体呈正碳同位素序列,局部出现倒转;天然气成熟度为1.50%～3.62%,平均为2.39%,为高-过成熟天然气;δ¹³C_CO2主要为-19‰～-10.3‰。研究表明,大北-克深地区深层致密砂岩气中烷烃气属于煤成气成因,同型不同源气或煤成气与油型气的混合是烷烃气碳同位素倒转的主要原因,同时也与深层高温高压条件下烷烃气的形成与成藏过程有关;深层致密砂岩气中CO_2主要为有机成因。     

一种解释高-过成熟烷烃气碳同位素系列倒转的新观点:芳香烃脱甲基作用

天然气成因机理复杂,鉴于在高-过成熟阶段烷烃气碳同位素系列倒转普遍存在,而高-过成熟阶段有机质中常富含芳环结构,利用芳香烃（甲苯）热裂解实验探讨高-过成熟阶段烷烃气碳同位素系列倒转成因.甲苯热裂解实验表明随着模拟温度的增加,烷烃气产率逐渐增大;模拟产物中H₂产率也随着模拟温度的增加而增加.甲苯裂解产物中δ13C₁、δ13C₂和δ13C₃分布区间分别为-31.8‰~-27.7‰,-31.0‰~-20.4‰和-31.0‰~-20.4‰.在甲苯热模拟实验450℃时,出现了烷烃气碳同位素系列的部分倒转（δ13C₁>δ13C₂ < δ13C₃）.发现无论是煤成气还是油型气,在高-过成熟阶段都会出现烷烃气碳同位素系列的倒转,结合本次模拟实验结果,认为芳香烃脱甲基作用可能是烷烃气高-过成熟阶段出现碳同位素系列倒转的一个重要原因.      

岩浆去气作用碳硫同位素效应

根据开放体系条件下的瑞利分馏原理,并考虑岩浆中可能溶解的合碳和含硫组分,从理论上定量模式了岩浆去气作用对火成岩碳、硫同位素组成的影响。结果表明,岩浆CO₂去气作用能够导致岩石中碳酸盐显着亏损¹³C,其δ¹³C值能够从原始-5‰变化到-20‰(PDB);岩浆CH₄去气作用则导致岩石中碳酸盐相对富集¹³C,其δ¹³C值能够从原始-5‰变化到+4‰。岩浆SO₂去气作用可以导致岩石中硫化物显着亏损³⁴S,其δ³⁴S值能够从0‰变化到-8‰(CDT);岩浆H₂S去气作用则导致岩石中的硫化物相对富集4S,其δ³⁴S值能够从0‰变化到+6‰。因此,除源岩原始同位素不均一性和地壳物质混染能引起火成岩的碳、硫同位素组成发生较大变化外,岩浆去气作用也是重要原因之一。     

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.     

四川灯影组白云石化流体多样化特征及白云岩差异性成因

灯影组白云岩是四川盆地超深层油气勘探的重点领域,但目前人们对该套白云岩成因争议仍较大,且缺乏系统研究.通过对四川盆地灯影组白云岩C-O-Sr同位素和稀土元素数据的系统分析来研究白云石化流体的化学性质和成因,进而约束白云岩的差异性成因机制.研究表明：(1)灯影组白云岩碳同位素值较均一,δ¹³C值基本分布在0‰～+5.0‰之间,而氧同位素值变化较大.近地表环境基质白云岩和早期白云石胶结物δ¹⁸O均大于-8.0‰,埋藏环境白云石胶结物δ18O均小于-8.0‰,而热液白云石化胶结物δ¹⁸O均小于-10.0‰.(2)基质白云岩和早期白云石胶结物具有与同期海水相似的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值(0.708～0.709),指示其继承于海水流体;而埋藏环境白云石胶结物⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值明显大于同期海水,指示其为地层流体和深部热液流体来源.(3)灯影组白云岩稀土元素均亏损轻稀土元素、富集重稀土元素.基质白云岩和早期白云石胶结物可见Ce负异常、未见Eu明显异...     

页岩气析出过程中的H同位素分馏及地质意义

通过长时间储层温度下页岩气现场解吸实验,揭示页岩气析出过程中气体赋存状态变换与气体组分及甲烷H、C稳定同位素的关联性。结果表明,与解吸气甲烷C同位素(δ¹³C₁)早期变化幅度较小、后期持续变重的现象不同,甲烷H同位素(δD(CH₄))具有先变轻后变重的规律,且在解吸至40%～50%阶段后与δ¹³C₁变重同步。依据δD(CH₄)变化规律及页岩含气性、气体渗流特征,可将页岩气析出过程划分为游离气压差渗流、游离气渗流–吸附气解吸扩散共存和吸附气解吸扩散3个阶段:阶段Ⅰ裂隙及基质孔隙中的游离气在压差作用下渗流,产出页岩气的δD(CH₄)和δ¹³C₁基本不变;阶段Ⅱ游离气渗流与吸附气解吸扩散共存,质量较轻的12CH₄优先脱附,吸附气的补给使产出气体的δD(CH₄)显著变轻(变轻4‰～10‰),而δ¹³C₁变轻的现象...     

广西渐新世宁明组三种植物碳同位素与古气候分析

渐新世代表地球一个早期的“冰室”期,是地球气候演化和生物演替过程中一段特殊的时期。渐新世植物化石的碳同位素可为研究该时期的古气候提供依据。对广西渐新世宁明组三种植物及其最近现生亲缘种的碳同位素进行分析,化石种Buxus ningmingensis,Chuniophoenix slenderifolia和Cephalotaxus ningmingensis的碳同位素组成（δ13C）分别为-29.0‰,-28.3‰,-28.0‰;碳同位素分馏（Δ13C）分别为23.48‰,22.74‰,22.43‰;叶内细胞间和外界大气的CO₂分压比（C_植物/C_空气）分别为0.84,0.81,0.80;水分利用效率（WUE）分别为42.63μmol CO₂/mol H₂O,51.56μmol CO₂/mol H₂O,55.38 μmol CO₂/mol H₂O。其对应的最近现生亲缘种（NLRs）的δ13C分别为-27.9‰,-29.7‰,-28.8‰;Δ13C分别为20.47‰,22.36‰,21.42‰;C_植物/C_空气分别为0.71,0.79,0.75;WUE分别为72.22 μmol CO₂/mol H₂O,51.28μmol CO₂/mol H₂O,61.76 μmol CO₂/mol H₂O。化石种δ13C值均落在现代C₃植物相应的数值范围内,其Δ13C和C_植物/C_空气均高于相应的NLRs数值;而Buxus ningmingensis和Cephalotaxus ningmingensis的WUE低于相应的NLRs数值;其中Chuniophoenix slenderifolia的WUE稍高于相应的最近现生亲缘种C. hainanensis,推测可能与其NLR标本的母本植物生长在水源充足、空气潮湿的湖溪边湿地环境有关。基于Δ13C、C_植物/C_空气和WUE结果,推测化石种可能生活在一种比现在更为温暖湿润的气候环境中;化石种及同层位化石的古气候重建支持了当前古气候分析结果。     

川中-川南地区须家河组天然气同位素组成特征

川中-川南地区须家河组天然气烃类组成以甲烷为主,主要分布在80%～96%之间;天然气干燥系数(C1/C1-5)以小于0.95为主,为典型的湿气.天然气同位素组成包括C1-c4碳、氢同位素等.总体特征是碳、氢同位素值主要受成熟度的影响,均表现出较轻的特点, δ13C1,值介于-43‰～-37‰之间,δ13C2值介于-30‰～-24‰之间;δDCH4值介于-190‰～-150‰之间,δDC2H6值介于-150‰～-110‰之间,δD2与δD1的差值大于15‰,明显轻于海相层系的天然气,具有煤型气特征,表明须家河组天然气主要来源于上三叠统煤系烃源岩.天然气甲烷碳同位素值与干燥系数之间有很好的正相关关系,同时,甲、乙烷氢同位素值也呈正相关关系.     

基于同位素和水化学的北京平谷盆地地下水循环研究

通过在区域开展地下水同位素、水化学取样分析，研究了平谷泃河和洳河冲洪积扇地下水循环演化特征。分析结果显示：本次所取水样pH值为7.6～8.1，为中性水；阳离子含量均以Ca²⁺、Mg²⁺为主，占70%以上，阴离子含量以HCO₃^-为主，占82%以上，所取水样地下水水化学类型均为HCO₃·Ca·Mg型。研究区浅层第四系松散孔隙水δ²H值和δ¹⁸O值分别为64.9‰、9.08‰，深层第四系松散孔隙水δ²H值和δ¹⁸O值分别为67.6‰、δ₁₈O值，基岩岩溶水δ²H值和δ¹⁸O值分别为64.5‰、9.36‰。基岩岩溶水稳定同位素含量均值与浅层地下水比较接近；浅层第四系松散孔隙水¹⁴C含量为46.7%～93.1%，深层水第四系松散孔隙水¹⁴C含量为40.23%～61.13%，基岩岩溶水^...     

IODP U1502B钻孔高温蚀变玄武岩的锂同位素特征及对南海初始扩张期热液流体循环的指示

锂同位素体系是示踪水-岩相互作用的有力工具，但关于其在洋壳高温蚀变过程中同位素分馏行为的认识仍不清晰。本文对国际大洋发现计划(IODP)U1502B钻孔的9个高温蚀变玄武岩开展了岩相学、全岩主、微量元素和锂同位素地球化学研究。结果表明，与新鲜洋中脊玄武岩相比，9个样品的Li含量偏高(4.8×10^-6～11.6×10^-6),δ⁷Li值偏轻(-3.8‰～+1.4‰)。岩相学与全岩地球化学特征表明，洋壳高温蚀变过程中产生的绿泥石矿物导致锂同位素分馏、δ⁷Li值变轻，后期的低温海水蚀变作用使得钻孔上部出现Li的局部富集。蚀变玄武岩的锂同位素特征指示，该钻孔的热液流体循环经历了一个较完整的演化过程，蚀变流体以高温热液为主且含有少量海水；随着取样深度的增加，玄武岩蚀变程度逐渐降低。     

页岩解吸气地球化学特征及其影响因素分析 ——以四川盆地焦石坝地区JYA井为例

通过对焦石坝地区JYA井五峰-龙马溪组页岩岩心样品进行现场解吸,计算页岩的总含气量,同时分时段采集解吸气样品进行气组分和稳定碳同位素测定.研究结果表明：1）研究区含气量较高,成分以甲烷为主,为典型干气,含气量主要受控于矿物组成、有机碳含量和含水饱和度等;2）页岩解吸气组分随着解吸时间呈规律性变化,CH₄和C₂H₆含量逐渐升高,CO₂含量先降低后升高,N₂含量逐渐降低;3）解吸气中δ¹³C₁和δ¹³C₂会出现不同程度的分馏现象,主要受控于吸附-解吸过程;4）不同岩相页岩气解吸过程存在差异,在一阶解吸阶段,富泥硅质混合页岩样品的δ¹³C₁由重变轻,而富硅质页岩样品由轻变重,这可能由于富泥硅质混合页岩无机孔占主导,孔径较大,游离气占总含气量比例较大.     

松辽盆地庆深气田异常氢同位素组成成因研究

对松辽盆地徐家围子断陷庆深气田天然气组分、碳氢同位素和稀有气体同位素的分析表明,天然气以烷烃气为主,烷烃气碳同位素组成随着碳数增加呈变轻趋势,且δ13C1＆gt;-30‰, R/Ra一般大于1.0,δ13CCO2值介于-16.5‰~-5.1‰之间;氢同位素组成δD1=-205‰~-197‰,平均值为-203‰,δD2=-247‰~-160‰,平均值为-195‰,δD3=-237‰~-126‰,平均值为-163‰,且存在氢同位素组成倒转现象,即δD1＆gt;δD2＆lt;δD3。根据对庆深气田天然气不同地球化学特征分析,认为该气田烷烃气中重烃主要为有机成因,而 CH4有相当无机成因混入。庆深气田烷烃气氢同位素组成具有 CH4变化小,而重烃（δD2,δD3）变化大的特点。根据与朝阳沟地区天然气烷烃气氢同位素组成对比分析,认为 CH4主要表现为无机成因,而重烃气（δD2,δD3）主要为有机成因,且无机成因CH4氢同位素组成重于有机成因CH4。     

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。      

四川盆地及周缘五峰组-龙马溪组钾质斑脱岩特征及其地质意义

四川盆地及周缘五峰组-龙马溪组黑色页岩地层中斑脱岩广泛分布,蕴含着丰富的地球化学信息。开展相关矿物学（XRD）、主量元素（XRF）,以及微量元素（ICP-MS）等分析,结合野外露头观察,对四川盆地及周缘五峰组-龙马溪组黑色页岩地层中斑脱岩进行了分析。研究结果表明：1）斑脱岩主要由伊利石、斜长石、石英等矿物组成;2）主量元素以SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、K₂O 为主,其中K₂O/Na₂O介于15.54～270之间;3）微量元素富集Th、U、Pb、Zr、Hf、Ta等高场强元素（HFSE）和Rb、Cs、Ba等大离子亲石元素,亏损La、Ce、Sr、Sm、Eu等元素;4）稀土元素∑REE介于19.58×10^-6～383.88×10^-6之间,平均值为105.43×10^-6,LREE/ HREE介于0.74～12.67之间,平均值为3.93,总体表现为轻稀土（LREE）富集,而重稀土（HREE）亏损,轻、重稀土元素分异明显,Eu表现出一定的负异常,而Ce未出现明显异常。综合分析认为：1）四川盆地及周缘五峰组-龙马溪组斑脱岩具有高钾低钠的特点,与钾质斑脱岩特征相符,且五峰组与龙马溪组斑脱岩特征相似,火山灰物质来源相近;2）原岩构造环境主要为岛弧环境,同时也存在板内环境,火山灰主要来源于北部秦岭地区;3）火山灰可以提高海洋表层初级生产力,为优质页岩有机质形成提供物质基础。