深层烃源岩热模拟过程中气态烃产物变化特征――以济阳坳陷沙四段和昌潍坳陷孔二段烃源岩为例

对济阳坳陷沙四段和昌潍坳陷孔二段的泥岩样品进行热模拟实验并对其气态烃产物进行分析后表明,气态烃产率随热模拟温度升高而增大,350℃时开始急剧增大;产物中甲烷含量和C2―C5重烃含量均随模拟温度的升高而增大,C2-C5占C1-C2的比例呈降低趋势。对气态烃的稳定碳同位素进行分析后指出,甲烷碳同位素在350℃之前有所减小,当温度超过350℃后逐渐增大;C1―C4烃类气体碳同位素分布在-24．6‰～-42．6‰之间。还指出济阳坳陷和昌潍坳陷深层烃源岩在进入成熟演化阶段后具有生油气的潜力,但烃源岩的原始有机碳含量对油气的生成量有影响。     

褐煤煤化作用模拟实验

通过对吉林舒兰煤矿褐煤进行人工煤化模拟实验，探讨了煤化作用中不同温阶产物组分特征、气态产物甲烷碳同位素特征及煤成油和排油情况。指出温度是引起产物变化的主要原因，煤化作用中生成的气态产物主要是非烃、饱和烃和烯烃，低温阶段以非烃为主，甲烷含量随温度增加而增加，重烃气在４００～４５０℃达最大值；模拟气甲烷碳同位素随温度升高逐渐变重；煤不但可以生油而且可以排油，排油过程在３５０℃之前就开始了，在３７５～４２５℃排油量达最大值。     

碳酸盐岩烃源岩不同热模拟方式下气体碳同位素演变特征

我国海相烃源岩普遍处于高—过成熟阶段,现有的烃气碳同位素指标不能直接应用于判识海相碳酸盐岩天然气成因类型以及进行油气源对比。利用云南禄劝Ⅱ₁型低成熟海相碳酸盐岩烃源岩,开展了不同热模拟方式下的系列热解生烃实验,对收集的气体产物进行碳同位素分析。结果表明:①在整个热演化阶段,干酪根碳同位素值随成熟度变化不大,而甲、乙烷碳同位素值均随成熟度增加先变轻再变重,具有相似的演变特征,在油气生成的主要阶段,明显小于其母质干酪根碳同位素值,在过成熟阶段,乙烷碳同位素变重的趋势明显加快,甚至大于其母质干酪根的碳同位素值,呈现出“煤型气”特征,故单纯地采用甲、乙烷碳同位素值来判识天然气类型时需要慎重;②在成熟度相同时,半封闭—半开放体系模拟实验所得气体碳同位素值相比封闭体系模拟实验的要轻,这指示同一烃源岩排出烃气所形成的常规天然气藏,其烃气碳同位素值与滞留在源内的页岩气碳同位素值存在一定的差异,显示出似乎“不同源”的特征,在利用碳同位素模版或回归公式开展气源对比时也需要注意;③两种热模拟方式下、同一种烃源岩在全演化阶段,甲烷碳同位素值总是比乙烷的要小,这表明由单一烃源岩直接供气形成的常规天然气藏,不会发生甲、乙烷碳同位素的“倒转现象”。      

南方海相层系不同类型烃源（岩）生烃模拟实验及其产物同位素演化规律

利用常规高压釜热压模拟仪和仿真地层热压生排烃模拟仪对南方海相不同类型烃源进行生烃模拟实验,研究发现不同类型原油烃气产率最高,分散可溶有机质烃气产率次之,产率最低的为不同类型千酪根。不同类型烃源烃气产率与烃源的有机碳含量、可溶有机质含量高低、有机质类型有密切关系,与烃源原始成熟度具有较好负相关性。烃源碳同位素组成决定产物甲烷碳同位素组成的演化规律,碳同位素组成较轻的烃源其产物甲烷碳同位素组成总体上要轻于碳同位素组成较重烃源的甲烷碳同位素组成。不同类型烃源产物甲烷碳同位素组成随热模拟温度增高具有先变轻再变重的演化特征,但不会重于其烃源的碳同位素组成。乙烷等碳同位素组成也随着热模拟温度增高逐渐变重,演化至生烃高峰时,碳同位素组成接近于其烃源碳同位素组成,可以示踪烃源。当演化至高过成熟阶段,乙烷等δ^13C值大于其烃源碳同位素值,故不能仅用重烃碳同位素组成判断天然气母质类型。不同类型干酪根与可溶有机质CO2组分和同位素组成演化规律具有明显区别,可溶有机质生成的CO2和甲烷之间同位素分馏程度要比不同类型干酪根的大。在不同类型烃源生烃过程中,干酪根和液态烃碳同位素组成主要受母质类型控制,继承效应强,同位素分馏程度较小,具有很好的示踪意义,可以用于油源对比和烃源示踪研究。     

热模拟实验甲烷碳同位素演化特征——兼析实验与自然条件下δ13C1-Ro关系的差异

对珠一坳陷古近系5个泥岩样品进行了热模拟实验,测定了热模拟甲烷碳稳定同位素值。研究发现,热模拟条件下甲烷碳稳定同位素在R_o为1.2%～1.3%之前是随着R_o的增大而减小,之后是随着R_o的增大而增大。用甲烷的碳同位素动力学模型来分析这种"先减小后增大"的规律,认为这是由13C甲烷(重甲烷)与12C甲烷(轻甲烷)的活化能差异造成的。对比发现,实验条件下与自然条件下甲烷碳稳定同位素与成熟度的关系有明显的差异性,认为这是由"成烃后作用"造成的,其中大规模气体运移将导致碳同位素分馏效果弱化。这对于气田的勘探有较好的指导意义,甲烷碳同位素重,说明气源岩成熟度高、运移体积规模大、大气藏勘探前景较好。      

准噶尔盆地准东滴水泉组烃源岩生烃物理模拟研究

准噶尔盆地东部乌伦古坳陷石炭系暗色泥岩的生烃潜力对这一地区开展勘探十分重要。热压模拟生烃实验是评价烃源岩的有效手段，对滴水泉剖面石炭系暗色泥岩进行的生烃模拟表明，模拟温度达到360℃时产油率迅速降低到21．61mg烃／g有机碳，其残余生烃能力中等，演化阶段处于生油窗底部；390℃时累计烃类气体产率178．55mL／kg岩石，达到较好气源岩标准，气体产物中甲烷体积含量占烃类气体的90％，已进入干气演化阶段；原始生烃能力较大，是准东地区一套有利的烃源岩。模拟气的同位素分析认为属混合偏腐殖型气，对应的有机质类型应该为Ⅱ2型。     

不同煤系烃源岩热解气地球化学差异及其在苏里格气田的应用

为了研究不同煤系烃源岩(煤、暗色泥岩和炭质泥岩)生气差异,对三者进行了高压釜热模拟实验,并对热模拟气进行了组分分析、碳氢同位素分析和轻烃地球化学分析。实验结果表明:煤的产气率高于暗色泥岩和炭质泥岩,并在热模拟初期阶段产生大量CO_2气体,煤在低温阶段的CO_2产气量可达20%;暗色泥岩热模拟气甲烷含量在整个热模拟阶段都处于领先地位,炭质泥岩的C_2—C_4烷烃气的含量高于煤和暗色泥岩,煤生成的非烃气体含量最多;在整个热模拟阶段,煤热解气的碳、氢同位素略重于暗色泥岩和炭质泥岩热模拟气(δ~(13)C_(2煤)δ~(13)C_(2暗泥)δ~(13)C_(2炭泥)),热模拟温度高于500℃后,热模拟气出现碳同位素序列倒转现象;在轻烃产物中,煤热模拟气具有较高含量苯、甲苯以及2,3-二甲基戊烷,而炭质泥岩热模拟气具有较高含量的2,4-二甲基戊烷。将热模拟实验结果应用到苏里格气田,可以得到如下启示:(1)苏里格气区煤系烃源岩生烃早期形成的CO_2可能与储层致密化有一定关系;(2)轻烃特征可作为不同煤系烃源岩生气鉴别指标,苏里格气田天然气的主要贡献者是煤。     

四川盆地须家河组天然气碳、氢同位素特征及其指示意义

四川盆地须家河组天然气的干燥系数、甲烷碳同位素、乙烷碳同位素和甲烷氢同位素在平面上具有相似的分布特征,即"西高东低、北高南低"。在纵向上,干燥系数和甲烷碳同位素有随深度变浅而变小(低)的特点,与须一段、须三段和须五段烃源岩的演化特征一致,说明须家河组天然气都属于就近运移成藏。川西须家河组天然气碳同位素出现了部分倒转现象,天然气碳同位素的倒转可能与高—过成熟演化、多期天然气充注以及煤系烃源岩中煤和暗色泥岩生气贡献率不同有关。海相成因天然气的氢同位素值高于陆相成因天然气,氢同位素值高于-160‰的天然气基本为海相成因,而低于-160‰为陆相成因,同时,氢同位素也受成熟度的影响。     

东海盆地西湖凹陷天然气及原油地化特征分析

对西湖凹陷天然气组分、轻烃、碳同位素等特征进行了系统地分析,结果表明天然气类型以煤型气与油型气的混源气为主且偏煤型气,其演化成熟度较高,属于Ⅱ型偏煤型母质成熟—过熟阶段的产物,主要来源为平湖组及其下部的烃源岩。通过对原油的物性、饱和烃、碳同位素、轻烃等特征的研究表明,西湖凹陷原油可分为轻质原油与凝析油2种类型。这2种类型原油物性一致,母质来源均有煤的贡献,形成于弱还原的淡水湖沼环境;原油可以分为成熟(Ro1.0%)和高熟—过熟(Ro=1.3%~2.0%)2种类型。     

海陆过渡相页岩气形成热模拟实验研究

晚古生代海陆过渡相泥页岩在中国南北方广泛分布,页岩气资源潜力巨大。应用生烃热模拟实验,对采集于鄂尔多斯盆地上古生界山西组山2段未成熟海陆过渡相富有机质页岩的页岩气形成过程进行研究。实验结果表明,山2段海陆过渡相页岩在实验最低温度(T=337.2℃,Ro=0.74%)时就生成液态烃和气态烃,在385.3℃(Ro=1.08%)时液态烃达到生成高峰,此后甲烷(CH_4)产率迅速增大,干燥系数开始变大;重烃气(C_(2-5))达到生成高峰(T=456.2℃,Ro=2.09%)时甲烷产率曲线出现拐点;甲烷主要由液态烃裂解形成,部分由重烃气裂解形成;在实验最高温度(T=599.7℃,Ro=4.45%)时甲烷产率达956.93mL/g_(TOC),干燥系数达99.75%,但仍有少量重烃气和液态烃可以继续裂解生成甲烷。山2段页岩气形成具有3个阶段,即337.2℃≤T≤385.3℃(0.74%≤Ro≤1.08%)为生油阶段,伴有少量页岩气形成;385.3℃T≤456.2℃(1.08%Ro≤2.09%)为油气共生阶段,页岩气以湿气为主;456.2℃T≤599.7℃(2.09%Ro≤4.45%)为生气阶段,页岩气以干气为主。海陆过渡相山2段页岩具有与海相Barnett页岩相似的气态烃形成过程,但是页岩气产率高。研究认为海陆过渡相山2段富有机质页岩具有页岩气勘探所需要的良好物质基础和生烃潜力。     

煤成气轻烃组分和碳同位素分布特征与天然气勘探

采用烃源岩热模拟实验和轻烃单体烃碳同位素分析方法,对煤热解轻烃生成模式及煤系烃源岩热解轻烃碳同位素组成特征的研究表明,在成熟度 R_o 值为1.1%～1.7%时,煤热解轻烃大量生成;当 R_o 值大于1.7%时,以芳烃生成为主。煤热解轻烃中苯和甲苯碳同位素均较重,苯的碳同位素值平均为－22.2‰,甲苯的碳同位素值平均为－22.1‰,与母源有机质干酪根碳同位素值非常接近,具有良好的碳同位素继承效应。对塔里木、准噶尔、鄂尔多斯、四川和松辽等盆地煤成气轻烃组分和碳同位素分析表明,煤成气具有甲基环己烷分布优势,在甲基环己烷、二甲基环戊烷和正庚烷相对组成中,173个煤成气样品中有92%的样品甲基环己烷相对含量大于50%;煤成气轻烃中苯、甲苯、环己烷和甲基环己烷碳同位素重,碳同位素值平均分别为－20.9‰、－20.4‰、－21.9‰和－22.0‰。应用轻烃组成变化对苏里格煤成气大气田天然气运移方向进行的研究表明,在气藏形成时期,天然气运移方向为由南向北。     

渤中地区天然气成因

系统研究了渤中地区已发现的天然气地球化学特征。天然气主要为烃类气体，纵向上，古近系及以下储集层中的天然气为湿气，新近系的天然气多为干气。天然气甲、乙烷碳同位素变化较大，其中QHD30—1构造天然气乙烷碳同位素最重，而BZ28—1构造天然气甲烷碳同位素最重。天然气成熟度为成熟-高成熟；天然气中烃类气为有机成因气，可分为油型气、煤成气和混合气3类，但以混合气为主。     

热成因煤层气组成与演化模拟

通过封闭体系条件下对成煤原始物质泥炭的热解实验,获取了甲烷、重烃(C2～C5)和二氧化碳在不同成熟度阶段的产率和固体产物镜质体反射率(Ro)数据,分析了模拟煤层气主要组分的相对百分含量及在有机质成熟度演化过程中的变化情况,并探讨了模拟煤层气的组成研究的地质意义。结果发现:随着Ro的增大,煤层气甲烷相对含量呈现上升的趋势,CO2则呈现单向降低的趋势,重烃气体呈先增后降趋势。同时建立了煤从一定成熟度,分别达到最高演化阶段情况下的3种煤层气组分构成模式,尝试应用此模式恢复现今阶段煤层气藏的原始煤层气组分构成情况,并且推测CO2是重要的原始煤层气组分,其产量和后期保存条件的好坏直接影响到对煤层气成熟度的评价。     

甲烷碳同位素在天然气勘探中的应用

本文只讨论以烃类组分为主的热成因天然气中甲烷碳同位素的问题。用于天然气勘探的甲烷碳同位素方法包括两个方面的内容:一是测定勘探区内表层沉积物和探井岩心(或岩屑)的吸附甲烷的碳同位素异常变化以及气显示中甲烷碳同位素组成特征,用以指导勘探;二是对已发现的天然气藏测定其甲烷碳同位素,提供有关成因、类型、成熟度、运移、次生变化等多方面的信息,以便对天然气进行综合评价。甲烷碳同位素组成、天然气组分、源岩有机质类型和成熟度等是目前天然气勘探中广泛使用并且行之有效的地球化学指标。本文除用实例讨论了前人提出的由温度和母质类型决定的甲烷碳同位素组成特征之外,还根据碳同位素分馏理论提出用同源的甲烷与原油以及甲烷与干酪根的碳同位素差值作为天然气类型及成熟度的指标,并对煤层甲烷碳同位素数据的应用提出了自己的见解。     

硫对甲烷碳同位素分馏的影响

通过热模拟实验,系统研究了单质硫在有机质生成甲烷过程中对其碳同位素分馏的影响。结果表明,在低—中温条件下,对于产自假干酪根和全岩的甲烷来说,单质硫的存在,总体上使其碳同位素值变轻,但在不同温度段对不同母质的影响程度不同。单质硫的存在会导致普遍出现假干酪根甲烷碳同位素值轻于全岩甲烷碳同位素值;单质硫的存在可使全岩系列甲烷碳同位素值随有机质成熟度的增加反而变轻。研究还显示,单质硫主要是作为反应物参予反应从而影响甲烷碳同位素分馏。      

塔斯马尼亚油页岩生烃模拟排出油与滞留油地球化学对比Ⅰ:族组分及同位素组成

澳大利亚塔斯马尼亚下二叠统油页岩富含有机质,有机质的生物来源相对单一,主要为塔斯马尼亚藻,且成熟度较低,是热模拟实验的理想样品.为研究排出油与滞留油的地球化学特征和热演化特征,对其进行了生排烃模拟实验.结果表明,该油页岩的生油高峰为340℃;各温度点排出油与滞留油的族组分相对含量对比结果显示,以生油高峰温度点340℃为...     

准噶尔盆地烷烃气碳同位素组成及来源

通过对全盆地烷烃气碳同位素组成进行分析,明确了准噶尔盆地烷烃气成因类型、来源及分布。准噶尔盆地天然气主要包括成熟—过成熟油型气、成熟—过成熟煤型气、过渡气和生物气等。准噶尔盆地烷烃气碳同位素倒转普遍,碳同位素倒转原因包括细菌氧化作用、油型气和煤型气混合、不同源煤型气混合以及同源不同阶煤型气混合。准噶尔盆地煤型气包括3类：①煤型气重烃气碳同位素组成较重(δ¹³C₂＞-26.0‰),主要为成熟—高成熟,来源于侏罗系烃源岩;②煤型气重烃气碳同位素组成相对较轻(δ¹³C₂＜-26.0‰),成熟度范围广,来源于侏罗系、二叠系乌尔禾组和佳木河组烃源岩中的一套或多套;③煤型气重烃气碳同位素组成分布范围广,主要为高—过成熟,来源于石炭系烃源岩。     

川西北低成熟沥青产气特征及生烃动力学应用

选择川西北矿山梁地区低成熟沥青,采用封闭金管-高压釜体系,以20℃/h和2℃/h的升温速率进行生烃热模拟实验,分析了气体产物组分、产率和烃类气体碳同位素组成及变化特征。结果表明,沥青具有较强的产气潜力,是一种重要的生气有机母质;甲烷、乙烷和丙烷气体的碳同位素值分别为-50.85‰~-37.53‰、-37.93‰~-13.75‰和-37.10‰~-6.45‰。低演化阶段出现δ¹³C₂>δ¹³C₃,之后,不同碳数烃类气体碳同位素组成关系为δ¹³C₁ <δ¹³C₂ <δ¹³C₃。沥青热模拟甲烷最终碳同位素值为-37.53‰,轻于川中威远地区震旦系-寒武系常规天然气(-32.3‰~-34.7‰)和页岩气(-35.1‰~-37.3‰)的甲烷碳同位素值。川中威远地区常规天然气可能为具较重甲烷碳同位素的干酪根裂解气与具较轻甲烷碳同位素的原油裂解气的混合气。而页岩气中则可能富含更多的原油裂解气,干酪根裂解气相对较少。将生烃动力学结果应用到川中高科1井可见,早-中侏罗世,寒武系烃源岩进入主生油期,生成原油排出,部分进入到震旦系继续生气,侏罗纪进入主生气期及其在早白垩世后期进入生气末期,气态烃转化率达94%,比残留在寒武系中的沥青多约20%。