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。     

羌塘盆地QK-1孔烃类气体分布特征与成因来源

青藏高原冻土区面积约150×104 km²,是中国最大的冻土区,具备良好的天然气水合物形成条件和找矿前景,而羌塘盆地是形成条件和找矿前景最好的地区。南羌塘盆地毕洛错地区QK-1科学钻探试验井顶空气样品的烃类气体组分和碳同位素分析测试结果表明,其烃类气体组分复杂,CH₄含量为3.0×10^-6~4 526.8×10^-6,平均为209.0×10^-6;δ¹³C₁值为-55.9‰~-37.8‰,平均为-43.2‰,C₁/(C₂+C₃)值小于10,显示出明显的热解气特征。结合钻探区的地质背景和岩性特征,推断QK-1孔烃类气体可能来源于深部迁移上来的热解气,浅部可能有生物成因气的混入。     

天然气水合物形成过程中的气体组分分异及地质启示

自然地质条件下不同气源的天然气体由于其组成不同,对天然气水合物的成藏条件产生不同影响。以2个常规天然气样品为例,在中国石油大学自行研制的水合物成藏一维模拟实验装置上进行了水合物成藏模拟实验,并对实验前后的原始气样、水合物形成后的游离气、分解气进行了气体组分分析。实验结果表明：水合物分解气中CH₄、N₂含量降低,而C₂H₆、C₃H₈、iC₄H₁₀、nC₄H₁₀、CO₂含量增大,游离气中各组分的变化趋势刚好相反,这意味着同等的温度压力条件下,C₂H₆、C₃H₈、iC₄H₁₀、nC₄H₁₀、CO₂等与CH₄、N₂相比更易于形成水合物;通过计算分解气体各组分相对于原始气体的相对变化量发现,在实验温度压力条件下（高压釜温度范围为4~10 ℃,气体进口压力为5 MPa）,烃类气体与水结合形成水合物的能力由甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷依次增加;由于不同烃类气体与水合物结合的条件不同,导致水合物形成过程中气体组分发生分异,水合物中甲烷含量减少、湿气含量增大,而游离气中气体变化相反,在自然地质条件下形成由水合物稳定带上部溶解气带、水合物稳定带及下部游离气带（或常规气藏）甲烷含量呈中-低-高特点,湿气和二氧化碳含量呈低-高-中的三层结构分布模式,因此,同一气源气体在不同带内表现出不同的气体组分特征。     

松辽盆地庆深气田天然气成因类型鉴别

通过对松辽盆地徐家围子烃源岩和原油热模拟实验、烷烃气碳同位素组成分析, 认为在高演化阶段单一热力作用可以引起重烃气(δ13C₂ > δ13C₃ > δ13C₄) 碳同位素组成倒转, 但CH₄与C₂H₆(δ13C₁ > δ13C₂) 却很难发生倒转.庆深气田天然气重甲烷碳同位素组成、烷烃气碳同位素完全倒转、高稀有气体同位素组成(R/Ra > 1.0), 说明该气田天然气来源具有多样性.利用R/Ra与CO₂/3He和R/Ra与CH₄/3He关系对庆深气田天然气成因类型进行识别, 认为该气田烷烃气中甲烷有部分为无机成因, 重烃气则为有机成因.该地区高地温梯度导致有机成因重烃气碳同位素组成发生倒转, 而CH₄与C₂H₆碳同位素组成倒转主要与重碳同位素的无机甲烷混入有关.      

桂北376铀矿床烃气地球化学研究

烃气测量法在锡、金、铜、铅锌等金属矿床找矿中得到了广泛应用,而该技术在花岗岩型铀矿找矿中的应用鲜有报道。本文对桂北376铀矿床已知矿体开展了烃气测量试验,结果显示：相较于其他金属矿,该铀矿区花岗岩和土壤中总烃含量极低,而且花岗岩总烃含量(平均19.42μL/kg)高于上覆土壤(平均6.32μL/kg)。花岗岩中U与多数烃气组分呈负相关,与重烃呈正相关,重烃在U迁移过程中作用强于轻烃;花岗岩烃气标准化配分模式以C₁、iC₄和C₂^-正异常为特征;铀矿化程度与iC₄/nC₄、(C₁+iC₄+C₂^-)/(C₂+C₃+nC₄)及C₂^-/C₃^-比值呈正相关,与C₂₊/∑C比值呈负相关等可为寻找铀矿提供依据。3...     

南海琼东南盆地两种不同成因天然气水合物赋存的深层沉积物地球化学特征对比

对来自琼东南盆地W03和W09站位的天然气水合物分解气及其赋存沉积物的地球化学特征进行对比研究。结果表明, W03和W09站位的天然气水合物分解气分别对应以生物气为主和以热成因气为主的混合成因气, 2个站位水合物赋存的深层沉积物的地球化学特征具有显著差异。以生物成因气为主的W03站位沉积物表现出较高的总有机碳(TOC)、较低的硫酸盐含量以及较高的孔隙度,这些是产甲烷菌活跃的有利条件;同时天然气水合物富集层沉积物的饱和烃中显示出强度很高的低碳数未分离复杂化合物(UCM)鼓包(C12～C19),推测该站位沉积物中产甲烷菌活跃。以热成因气为主的W09站位沉积物中轻重烷烃指数(L/H)、姥鲛烷/植烷(Pr/Ph)和n-C17/Pr等多种生物标志物特征表明,该站位在天然气水合物富集层有明显的油源烃浸染的痕迹,推测来自深部油气藏的天然气将油源烃携带到天然气水合物层位,同时该站位部分样品色谱图中显示出与油源烃微生物降解活动相关的UCM鼓包(C₁₇～C₂₁),表明油源烃在沉积物中也受到了微生物降解活动的影响。     

二连盆地巴彦花凹陷煤层气成因类型及生气潜力

二连盆地巴彦花凹陷是内蒙古低阶煤煤层气重点开发试验区,但勘探程度相对较低,对煤层气成因认识不足,在一定程度制约了勘探开发进度。通过对巴彦花凹陷煤层气井气样水样开展气体组分、稳定同位素、水化学及放射性同位素定年等测试,并结合经典天然气成因判识图版厘清气体成因,进一步剖析生气潜力,明确生气关键要素。结果显示：C₁/C_1—5>0.99, CO₂-CH₄系数[CDMI=φ(CO₂)/φ(CO₂+CH₄)×100%]基本小于5%,干燥系数(C₁/C₂₊)介于104～5 540,CH₄含量高、重烃及CO₂含量低。δ¹³C(CH₄)介于-51.80‰～-67.70‰、 δD(CH₄)介于-226.20‰～-291.00‰,δ¹³C(CO₂)介于-2...     

鄂尔多斯盆地苏里格庙与靖边天然气单体碳同位素特征及其成因

苏里格庙上古生界砂岩气藏天然气重烃含量高,干燥系数低,为湿气;靖边奥陶系风化壳气藏天然气重烃含量低,干燥系数高,属干气。苏里格庙天然气的正构烷烃碳同位素具有δ13 C₁<δ13 C₃ <δ13 C₂ <δ13 C4的规律,靖边天然气具有δ13 C₁<δ13 C₂ <δ13 C₃ 的规律。二者高碳数烷烃的同位素差别较大,尤其是苏里格庙的乙烷碳同位素比靖边平均重 3.6‰。根据天然气单体碳同位素及其含量变化,苏里格庙天然气属煤成气,靖边天然气属煤成气与油型气的混合气。苏里格庙和靖边天然气中均含少量CO₂ 气,其碳同位素表明苏里格庙除苏 5井为无机CO₂ 气外,均为有机CO₂ 气;靖边林 1、林 5井为无机CO₂ 气,陕参 1井为有机CO₂ 气。结合烷烃气和CO₂ 气,苏里格庙天然气可以分为含有机CO₂ 煤成气和含无机CO₂ 煤成气。碳同位素比值与Ro 关系分析认为,苏里格庙的天然气成熟度处于成熟到高成熟阶段,其相应气源岩的平均Ro 为 1.2 9%～ 1.39%,这一结果与该区二叠系煤岩的成熟度符合较好。     

油气微渗漏的色层分馏效应

本文根据鄂尔多斯盆地腹部一深井中有机质的垂向成烃演化及碎屑岩层段（０～３６５０ｍ）酸解烃组成的变化特征，讨论了油气微渗漏的色层分馏效应.结果表明在两个贫有机质层段（０～１０２０ｍ.３０８０～３５６０ｍ井段）内砂岩段相对于相邻泥岩段酸解烃的Ｃ_１/Ｃ_２＋、Ｃ_１/Ｃ_总及ｉＣ_４/ｎＣ_４比值偏小，这主要是由甲烷相对重烃，异构丁烷相对正构丁烷易于通过弱渗透的泥岩遮挡层产生的色层分馆作用所造成。而富有机质层段（１０２０～３０８０ｍ井段）酸解烃组成的变化主要由有机质成烃作用控制，运移的色层分馏效应被成烃所掩盖。     

羌塘北缘开心岭—乌丽冻土区水溶烃组分及甲烷碳、氢同位素特征研究

羌塘北缘开心岭—乌丽冻土区沿隐伏断层发育多处冷泉含水溶解烷烃,采用水溶烃组分和甲烷的稳定碳、氢同位素特征对其成因开展了分析研究。结果表明,开心岭—乌丽冻土区水溶烃组分中甲烷含量比例高达99.83%~99.96%,同时伴随有少量乙烷、丙烷,另含微量的乙烯和丙烯。开心岭一带水溶烃甲烷δ¹³C_PDB值介于-46.5‰~-55.1‰,δD_VSMOW值为-281.0‰~-342.0‰;乌丽一带水溶烃甲烷δ¹³C_PDB值介于-47.8‰~-58.9‰,δD_VSMOW值为-339.0‰~-346.0‰,指示水溶烃甲烷为有机成因,但气源较复杂,利用δ¹³C_CH4-δD_CH4、δ¹³C₁-C₁/(C₂+C₃)等成因图解判别,得出甲烷主要属微生物气,次之为热解成因气,混有少量原油伴生气。推断甲烷主要为有机质在微生物作用下分解的烃类气体或次生生物气,与晚二叠世那益雄组含煤烃源岩有关,气源条件暗示该地区冻土带200~500 m深度内有利于微生物成因气为主的甲烷天然气水合物形成。     

辽河盆地烃类气体组分及同位素组成

辽河盆地是一新生代断陷盆地,盆地内天然气资源丰富,天然气成因复杂.本文通过对该盆地80个天然气样中烃类气体组分组成及同位素组成的分析研究,探讨了该盆地烃类气体的成因,为盆地天然气勘探提供了地球化学方面的信息.     

成藏过程对天然气地球化学特征的控制作用

克拉2和阿克1天然气都具有组分明显偏干、碳同位素明显偏重的特征,如克拉2和阿克1天然气的干燥系数都接近于1.0,克拉2天然气的δ13C₁为-27.3‰～-31.1‰,阿克1天然气的δ13C₁为-21.9‰～-25.2‰,从“源控”的角度似乎这些天然气应该属于过成熟煤成气,这样计算所得到的天然气成熟度远大于实测和模拟计算的源岩成熟度。因此在解释克拉2和阿克1天然气数据的时候,除了“源控”的因素外,更应强调成藏过程的影响。分析认为晚期阶段聚气是造成克拉2和阿克1天然气都具有组分明显偏干、碳同位素明显偏重的主要因素。     

辽河盆地天然气中重烃异常富集重碳同位素的成因探讨

近年来大量的研究结果表明天然气碳、氢同位素组成特征是判识天然气成因类型、进行气源对比、估算天然气的成熟度和确定天然气是否被次生改造等的有效地球化学手段。通常认为甲烷的碳同位素组成主要受源岩的母质类型和热演化程度的影响,乙烷、丙烷等重烃碳同位素组成主要决定于源岩有机母质的碳同位素组成,同时也明显地受热演化程度的影响。在辽河盆地发现一类碳同位素组成异常的天然气。这类天然气是分布于辽河盆地东部凹陷桃园地区和黄金带地区的部分浅层天然气,其甲烷的碳同位素组成δ13C₁值为-44‰～-40‰,乙烷δ13C₂值为-13‰～-6.6‰,丙烷δ13C₃值-6.1‰～+3.3‰,该类天然气的乙、丙烷异常富集重碳同位素,到目前为止在天然气藏中还是首次发现。根据地球化学资料和地质背景分析认为这天然气应是未成熟阶段的生物气或低成熟阶段的生物-热催化过度带气经过细菌氧化后形成的。     

天然气成因类型及判别标志

本文通过前人对天然气类型划分的分析,基于多年的研究结果,以“多源复合、多阶连续”的天然气成因新模式,提出了科学的天然成因类型划分方案,并讨论了不同成因类型天然气的地球化学特征,建立了天然气成因类型的判识标志。     

原油在储层介质中的加水裂解生气模拟实验

采用高温高压热模拟实验方法,开展了原油在砂岩和火成岩储层介质中的加水裂解生气模拟实验研究.结果表明,原油开始大量裂解的温度是400℃,随模拟温度增加,甲烷相对含量增大,乙烷以上重烃气尤其是丙烷相对含量减小.其中砂岩的油水混合物裂解生气主要发生在450～500℃之间,生气窗范围小,对应的烃气产率高,火成岩的油水混合物裂解生气主要发生在450～600℃之间,生气窗范围大,对应的烃气产率小.模拟烃气的组分碳同位素分馏显著,随模拟温度增加呈变重趋势.在裂解生气过程中,水解加氢和催化作用对烃气的组成、产率和碳同位素分布有重要影响。     

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。     

泥炭的热模拟研究──过渡带气形成机理探讨

本文对现代泥炭进行了低温长时间模拟实验研究,并探讨了过渡带气的形成机理。甘南泥炭气、液态烃产率高。液态烃由热解油和残余气仿沥青“Ａ”两部分组成,热解油中以Ｃ_５─Ｃ_１４较轻馏分为主,残余氯仿沥青“Ａ”则以非烃、沥青质为主。随热演化程度增高,烃类增加,非烃和沥青质急剧减少。模拟气体组成以非烃气体（ＣＯ_２等）为主,随温度升高,气态烃产率升高,烃类气体中以甲烷为主。２００℃～４００℃温度下产生的甲烷碳同位素δ１３Ｃ为－５３.８２～－３３.６６‰。研究表明低热演化阶段伴随腐殖物质的降解和干酪根的分子重排作用能产生甲烷同位素较轻的生物－热催化过渡带气。