论天然气形成机制与相关地球科学问题

论述了细菌成因气、热成因气、深层气和非生物成因气的物质来源和成气机制,指出,不同物质来源、不同成气机制和成气环境,构成了天然气的多种成因类型和不连续成气特征。评述了深层气、非生物成因气研究进展和它们的资源前景。讨论了形成非生物成因气的聚合反应和同位素动力学分馏效应以及鉴别非生物成因气的地球化学指标的有效性。认为松辽盆地诸多气井天然气的非生物成因特征,为研究和寻找非生物成因天然气资源提供了一个典型实例;松辽盆地昌德-肇州西和徐家围子深层气勘探的重大突破,使该盆地非生物成因气的储量超过500×108m3,展现了松辽盆地非生物成因气的良好资源前景。     

有机质“接力成气”模式的提出及其在勘探中的意义

有机质“接力成气”机理是指成气过程中生气母质的转换和生气时机与贡献的接替。有两层含义：一是干酪根热降解成气在先，液态烃和煤岩中可溶有机质热裂解成气在后，二在成气时机和先后贡献方面构成接力过程；二是干酪根热降解形成的液态烃只有一部分可排出烃源岩，形成油藏，相当多的部分则呈分散状仍滞留在烃源岩内，在高过成熟阶段会发生热裂解，使烃源岩仍具有良好的生气潜力。这一理论的提出，回答了我国热演化高一过成熟地区勘探潜力问题与天然气晚期成藏的机理问题，对拓报勘探领域有重要意义。图11表2参40     

再论有机质“接力成气”的内涵与意义

有机质"接力成气"重点关注烃源岩中滞留液态烃在高一过成熟阶段的生气与成藏潜力,是指随热成熟度升高,干酪根降解生气转化为原油裂解生气,在主生气时机上构成接力过程.在增补生气动力学实验和气藏解剖研究基础上,研究发现:烃源岩在液态窗阶段排烃以后的滞留烃数量相当高,在高一过成熟阶段可作为有效气源灶;滞留烃裂解生气主要发生于Ro值大干1.6%的高一过成熟阶段;滞留烃热裂解天然气可用甲基环己烷含量进行鉴别;高成岩环境下存在天然气有效排驱的通道,动力和过程,可规模形成源外常规气藏.有机质接力成气的意义体现在3方面:①对烃源岩中滞留液态烃生气与成藏贡献的关注;⑦对滞留液态烃主成气时机的确定;③对高一过成熟阶段滞留液态烃热裂解气"源外"天然气常规成藏潜力的评价.图6表1参23     

叠合盆地天然气的重要来源——分散可溶有机质

天然气形成具有多源性,以天然气直接母源赋存状态分类为基础,厘定了主要气源分散可溶有机质的概念。对分散可溶有机质赋存状态以及生成途径进行了分析,初步确定了作为气源岩的生气丰度下限,分析了生气潜力,认为分散可溶有机质是高演化阶段的最主要气源,具有广阔的勘探前景。分析了可溶有机质演化程度与气态烃转化率以及同位素的关系;指出分散型可溶有机质裂解气轻烃中环烷烃含量高,而聚集型可溶有机质裂解时链烷烃生成量较苯系物多,且裂解过程中没有环烷烃产物出现,这是因为无论是硅酸盐岩还是碳酸盐岩都对可溶有机质的成气演化起到了促进作用,因此分散可溶有机质比聚集可溶有机质生气潜力更为有效。结合实际地质情况,讨论了分散可溶有机质评价方法,使分散可溶有机质评价更具有可操作性。     

潍北盆地天然气分布规律

潍北盆地煤、油、天然气共生。根据天然气组分与碳同位素特征并结合烃源岩有机质类型及热演化阶段等资料,将天然气分为细菌气、细菌-成熟油型气、低熟煤型-油型气、成熟油型-煤型气、煤型气等6种成因类型。不同类型天然气在平面上的分布总体上呈东西向带状展布的格局是明显的,由北而南依次为高成熟煤型气、成熟油型-煤型气、低熟煤型-油型气和细菌气。各种类型天然气分布规律的揭示为该区天然气勘探开发提供了重要依据。     

原始有机质丰度的恢复及其意义

本文利用能反映有机质(碳)量随成熟度和有机质类型而变化的热模拟实验数据和松辽盆地泥岩岩体质量随埋深(成熟度)而变化的实际观测数据,通过逐步回归分析将原始有机碳(C~0)丰度定量地表述为不溶残碳(D_K)、有机质类型(KTI)和成熟度(R_0)的函数,达到了定量恢复原始有机质丰度的目的。在松辽盆地初步应用,效果比较理想,并可以近似地应用于其它盆地。     

生油岩可溶物的显微荧光在划分有机质类型中的应用

本文对4块标样和4块现代生物及自然刻面作品的可溶有机物进行显微荧光光谱的测量分析表明:标样的荧光,随着苦环数的增多,λmax向长波移动;浮游植物、石孔莼等水生生物光谱峰在兰区,马尾范藻、柽柳叶等陆生植物光谱峰在红区;利用物质原始有机质的差异,用氯仿A的λmax与干酪极腐泥组关系图,可以进行生油岩类型的划分.      

成岩阶段微生物作用及其油气地质意义

成岩阶段微生物发育及其对有机质的改造对于生物甲烷聚集、优质烃源岩形成具有重要意义。在综合近年对沉积成岩过程相关的微生物作用研究的基础上,以柴达木盆地三湖坳陷第四系为例,论述了成岩阶段微生物在生物甲烷生成、有机质富集保存、可溶有机质生成等方面的作用。柴达木盆地三湖坳陷第四系生物标志化合物降解参数与产甲烷菌特征标志物的关系,指示原始沉积有机质降解与甲烷菌发育,是第四系沉积物中生物气聚集的关键因素;与细菌来源生物标志化合物相对丰度的关系,反映成岩阶段微生物发育改变了原始有机质性质;与氯仿沥青“A”转化率以及饱和烃相对丰度的关系,表明微生物发育是第四系沉积物中可溶有机质的重要来源。     

四川盆地天然气轻烃组成特征及其应用

对采自四川盆地二叠系茅口组、长兴组和三叠系飞仙关组、嘉陵江组、雷口坡组、须家河组以及侏罗系59个天然气样品的C5-C7轻烃化合物进行了对比研究,指出这些天然气的轻烃主要有3方面的作用：①反映母质类型,川西南部须家河组天然气富含环烷烃和芳烃,川中-川南地区须家河组天然气富含环烷烃,表明这些天然气的母质类型主要为腐殖型;②反映运移相态及水洗作用,川中-川南地区须家河组天然气芳烃分别与正己烷、环己烷、正庚烷参数的比值与其伴生凝析油的相近,主要以游离相运移,而天然气轻烃组成具高链烷烃、低芳烃的特点,主要原因是天然气在运移成藏过程中芳烃受到水洗作用的影响;③反映原油裂解气特征,二叠系茅口组-中三叠统雷口坡组以海相腐泥型为主的天然气轻烃富含甲基环烷烃,是原油裂解气的一种标志。      

辽河坳陷东部凹陷天然气特征及成因类型

辽河坳陷东部凹陷是辽河油田重要的天然气生产区,随着勘探程度的不断深入,亟待从整体格局上对天然气成因、成藏与分布规律进行系统研究,确定下一步勘探方向与勘探潜力。为此,依据该区天然气的地球化学特征（含氮特征、干燥系数、碳同位素特征、甲烷氢同位素特征、轻烃特征等）,对其成因类型和分布规律进行了分析。结果认为：该区天然气具有较明显的混源特征,既表现为不同热演化程度天然气的混合,也表现为不同成因类型天然气的混合;不同层系、不同地区天然气混合比例有着较大区别,总体上以生物-油型混合气和油型-煤型混合气为主;按照成熟阶段来划分则以热解气为主,裂解气和过渡带气各占3%和6%。     

天然气中氢气成因及能源意义

长期以来,随着油气成因理论的不断拓展和全球对清洁能源需求的日益扩大,氢气作为连接无机与有机生烃学说的重要纽带,同时也作为一种极具前景的清洁能源,逐渐引发了学术界的广泛关注。天然气中氢气的成因相对复杂多样,根据其反应机理分为无机、有机成因两大类,无机成因以地球脱气、水岩反应及水辐射分解为主,而有机成因以生物作用和有机质热解为主。目前主要利用氢同位素和伴生气体地球化学特征等方法判识氢气成因,但是由于氢气本身复杂多样的来源及其活泼的化学性质,目前尚不能系统地准确判识氢气成因。由于氢气成因的广泛性,全球各地不同地质条件下均发现了不同氢浓度的天然气,且氢气含量变化极大（0.1%~99%）。氢气既可以作为还原剂在费托合成中参与生烃,又可以作为氢源在有机质热演化过程中提高烃类物质产率,因此氢气的存在将可能延伸深层天然气勘探开发的深度下限。在系统总结氢气成因机理和分布规律的基础上,探讨了天然气中氢气的能源意义,为未来富含氢气天然气资源的研究提供了参考。     

塔河油田天然气特征对比与成因分析

塔河油田东西部奥陶系天然气地球化学特征存在明显的差异.依靠多年勘探开发及研究积累的大量天然气分析测试数据,结合塔河油田油气成藏地质条件与主要油气成藏期次,从天然气组分特征及碳、氢同位素特征等方面进行研究,认为塔河油田西部地区奥陶系储层天然气以溶解气或伴生气为主,以甲烷碳同位素较轻为特征,其成因主要为原油初期裂解.塔河中部主体区奥陶系储层天然气主要以伴生气为主,部分是凝析气,为与原油同期次充注的成熟-高成熟天然气.塔河东部地区奥陶系储层天然气具有高干燥系数和甲烷碳、氢同位素较重的特征,成熟度高于塔河中、西部地区,部分天然气出现甲烷、乙烷碳同位素倒转,表明天然气具两期充注成藏特征.第一期天然气充注成藏时间与塔河中部主体区油气成藏时间一致;第二期充注以过成熟裂解气为主,为原油裂解气与干酪根裂解气的混合气,充注成藏期为喜马拉雅期晚期.不同成因的天然气及不同期次天然气的混合叠加,是形成塔河油田不同地区天然气特征差异的主要因素.     

四川盆地焦石坝地区五峰-龙马溪组页岩元素地球化学特征及对页岩气开发的意义

选择四川盆地焦石坝地区JYA、JYD两口井的85块页岩岩心样品,进行了有机碳和主、微量元素测试分析。通过分析主、微量元素在剖面上的纵向变化特征,对焦石坝地区五峰组-龙马溪组含气页岩的氧化还原条件和古生产力状况进行了研究,讨论了五峰组-龙马溪组有机质富集的主控因素;探讨了地球化学元素对页岩可压性的影响和含气性的指示。研究区五峰组-龙马溪组下部优质气层段有机质含量高,平均值为3.07%。与含气页岩段相比,优质气层段页岩中的SiO₂和CaO含量较高,Mo、Cr、V、Ni、Th和U等氧化还原敏感元素富集。V/Cr、V/Sc、U/Th和Ni/Co等氧化还原条件判别指标表明,五峰组沉积期以缺氧-贫氧环境为主,龙马溪组沉积期下部以缺氧环境为主,往上则主要为含氧环境。古生产力指标Ba_（xs）指示五峰组-龙马溪组页岩沉积期具有高等生产力背景。优质气层段有机碳含量与Mo/Al、U/Th、Ni/Co、V/Sc值之间存在明显的正相关,说明有机质富集主要受氧化还原条件控制。另外,优质气层段页岩生物成因的硅质含量高,且有机碳含量与SiO₂含量呈正相关,有利于形成天然裂缝和后期人工压裂改造。优质气层段的地化元素比值明显高于含气页岩段,说明化学元素比值与页岩含气性之间存在一定的相关性。     

天然气轻烃指标的地质意义——以鄂尔多斯盆地神木气田与塔西南坳陷山前带天然气藏为例

轻烃中蕴含有丰富的地球化学信息,具有重要的地质意义。依据一系列轻烃参数指标,对神木气田及塔西南坳陷山前带的天然气进行了系统分析。结果显示：神木气田及阿克莫木气田以煤成气为主,前者个别井可能有少量油型气的混入,而柯克亚-柯东气田则为混合成因气。首次提出链烷烃指数标准,当其大于2时,为油型气或混合气,小于2时,为煤成气。根据Mango参数K₁和K₂值,神木气田的天然气来自同一套烃源岩,而塔西南坳陷山前带天然气则来自不同的烃源岩。根据Mango参数交会图版综合判断,神木气田及阿克莫木气田的天然气主要来源于陆相高等植物,而柯克亚-柯东气田的天然气主要为混合成因。根据异庚烷及庚烷辨识标准,神木气田处于低成熟-成熟阶段,阿克莫木气田处于成熟阶段,而柯克亚-柯东气田则属于高成熟阶段。     

塔里木盆地天然气中氮地球化学特征与成因

通过统计分析塔里木盆地103个天然气样品,发现塔里木盆地天然气主要存在两种成因类型,即油型气和煤成气,且氮气含量在油型气中明显高于煤成气。在台盆区产自古生界地层的塔中、东河塘、哈得和中生界的轮南地区为异常高氮气天然气,氮气含量大于20%;新生界地层与塔西南和库车坳陷的中生界地层产出的天然气氮气含量最低(<5%),主要为煤成气;塔北地区,天然气氮气含量变化较大,低含量氮气主要为煤成气,而高氮气含量天然气为油型气,在高氮气含量的油型气中,不同热演化阶段氮气来源不同,其含量也不相同。雅克拉天然气高氮气含量可能是来源于高演化形成的氮气与少量深部气体的混合。     

低序级断层的成因类型特征与地质意义

由于利用常规地球物理方法难以识别低序级断层，因此依据产生低序级断层应力场的特征，可将低序级断层划分为拉张正断层、拉张-走滑断层、挤压逆断层、挤压-走滑断层和走滑断层5种成因类型；并且低序级断层与高序级断层或低序级断层之间常呈Y型、反入型、地垒型、阶梯型和地堑型等多种断裂组合类型。低序级断层的存在，使断块内油气水关系更加复杂，增大了注采矛盾；准确识别低序级断层，有利于解决注采矛盾，制定有效的开发方案和措施。     

页岩含气量理论图版

页岩含气量主要包括游离气含量和吸附气含量,其中游离气含量的影响因素有孔隙度、含气饱和度、密度、压力、温度等,而影响吸附气含量的因素有有机碳含量、有机质成熟度、压力、温度等。不同有机质类型的页岩吸附能力（吸附量/有机碳含量）差别较大,且Ⅲ型＞Ⅱ型＞Ⅰ型,并分别建立了游离气含量和吸附气含量的计算公式。为了快速、准确地获取页岩含气量,分析并筛选了页岩含气量主控关键参数,基于含气量理论计算公式等相关理论计算得出不同有机质类型的页岩含气量图版。总体上,页岩含气量随深度增加而变大,但变大趋势逐渐降低。页岩含气量图版理论值与页岩现场测试含气量相关性拟合表明图版具有广泛的实用性。在页岩气勘探初期地质参数较少的情况下,页岩含气量图版的建立从理论上预测含气量,为合理评价页岩气资源潜力和预测有利区提供了依据。     

松辽盆地徐家围子断陷深层天然气成藏期研究

热指标反演恢复表明,松辽盆地徐家围子断陷兴城地区古热流值在距今65Ma时达到最大值96.3mW/m²,同时平均地温梯度高达5.0℃/hm。盆地模拟计算结果表明,徐家围子断陷烃源岩从距今110Ma开始快速生气,在距今95Ma和75Ma出现了两次显著的生气高峰。火山岩储层包裹体均一温度显示,徐深1井营城组天然气成藏温度为115℃~186℃。包裹体均一温度和储层热演化史综合分析表明,徐家围子断陷兴城地区深层天然气成藏期是距今103~60Ma,即成藏期出现在登娄库组盖层形成以后,这对该地区深层天然气的保存比较有利。     

油气储层氧敏性概念、机理与意义

储层损害和流体敏感性等概念的提出使油气储层保护成为油气勘探与开发领域的重要研究方向,储层保护技术从系统工程理论出发,研究工程作业与地质对象的适应性问题,为油气田开发提供重要理论支持和技术保障。生烃层中形成的油气会发生滞留或短距离运移、初次运移和二次运移至储集层中,不仅多数油气仍然保留着还原性,而且也将储层岩石还原;源-储一体的非常规油气藏岩石富含有机质组分,且处于还原环境,而在钻完井液漏失、增产改造、注水等过程中大量氧化性流体可能进入油气储层,打破氧化-还原环境。鉴于此,提出了油气储层氧敏性的概念,明确了储层氧敏性的矿物组分与氧敏机理,并开展变氧化-还原电位流体驱替页岩岩心实验。研究结果表明,处于还原环境下油气储层易发生氧敏性,有机质和黄铁矿等还原性矿物组分氧化可改变岩石渗透率;油气储层氧敏性概念的提出为岩心保存、岩心流动实验提出了新要求,为储层损害机理诊断提供了新思路,助推了页岩"人工油气藏"氧化致裂增渗方法的提出。