原油单体烃类的碳同位素组成研究

本文利用新兴的原油单体烃类在线同位素分析技术测定了塔里木盆地原油及凝析油的正构烷烃、轻烃部分的异构烷烃和植烷、姥鲛烷的稳定碳同位素值，根据原油单体烃的碳同位素分布，并结合地质情况，将塔里木盆地原油分为源于下古生界，上古生界，中新生界和上述源岩混源的４种成因类型，并确认塔里木盆地是一个以下古生界油源为主的多油源的复合含油气盆地。本文还对原油单体烃碳同位素分布特征及成因等问题进行了初步探讨。     

少量/微量烃类气体的收集、定量分析及碳同位素分析方法

在生烃动力学的研究中,需要对热模拟产生的少量或微量的烃类气体进行定性、定量分析及单体烃碳同位素分析。金管中的气体经托普勒汞泵收集定量后送入气相色谱仪进行成分分析,剩余的气体经收集、转移后进行碳同位素分析。文中介绍了系统的详细结构、工作原理,并讨论了影响分析精度的几个因素。     

不同采样装置及储存时间对非烃气体碳、氢、氧同位素的影响

以CO2和H2为例,探讨了常见的几种气体采集装置对于非烃类气体采集、储存过程中碳、氢、氧同位素的影响。采集装置包括高压钢瓶、锡箔纸袋、玻璃瓶,其中玻璃瓶分为蒸馏水封存和饱和食盐水封存2种,实验时间为样品采集后96 h以内。整个时间段测试结果显示:对于CO2碳同位素和H2氢同位素而言,采样装置的选择和储存时间的长短对碳、氢同位素的测定影响不大,而对于CO2氧同位素,在最初的5 h内,无介质参与时所采集的样品氧同位素基本保持恒定,有介质参与时,受介质的影响,整个测试过程中氧同位素持续变化从而无法获得准确的氧同位素比值,故建议通过现场测定的方式来获取CO2氧同位素。以上实验结果可为科研人员采集非烃类气体样品时提供参考和借鉴。     

南黄海盆地北部凹陷海底沉积物酸解烃类气体及其碳同位素地球化学

南黄海盆地北部凹陷海底沉积物酸解烃类气体及其碳同位素组成的地球化学特征是识别烃类气体异常、成因类型和成熟度的重要地球化学标志。酸解烃类气体组合与碳同位素组成同标准模式相比较表明,研究区海底沉积物酸解烃类气体不是来自表层现代海底沉积物生物成因气体,而是来自深部埋藏有机质,可能主要是海洋源岩受热形成的气体,具有少量陆源有机质的贡献。这些烃类气体可能代表了深部圈闭和源岩中烃娄向上渗漏的产物。     

混源气的组分与碳同位素特征研究

以两种干酪根（Ⅰ型与Ⅲ型）热模拟气作为单元组合,进行不同条件的混合,考察了其混合气组成与同位素的变化。结果表明：不同来源天然气混合可导致天然气组成与碳同位素的变化,混合的两种气体组分与碳同位素差别越大,对混合气的影响越大。相近成熟度的Ⅰ型与Ⅲ型气混合,虽可在一定程度上导致天然气同位素变化,但不会导致碳同位素序列倒转。同位素倒转仅出现在某些特殊条件,如在很高成熟度Ⅲ型气中混入少量低、中成熟Ⅰ型气,可导致混合气δ13C2与δ13C3、甚至δ13C1与δ13C2倒转。在高成熟Ⅰ型气中混入少量低成熟Ⅲ型气可导致δ13C1-δ13C2值与δ13C2-δ13C3值变小,但一般不会引起碳同位素倒转。不同来源天然气的混合导致天然气地球化学指标存在多解性,在天然气成因评价时应当予以重视。     

受生烃母质控制的干酪根及其热解产物稳定碳同位素分布模式

塔里木盆地来源于寒武系—下奥陶统烃源岩的原油与其母质干酪根的稳定碳同位素存在倒转现象,为验证这种同位素倒转并探讨其可能原因,选取华北下花园地区的下马岭组灰质页岩和泥质页岩,以及新疆三塘湖盆地的芦草沟组泥质页岩样品开展热模拟实验。结果在下马岭组灰质页岩干酪根热解残渣和其热解油之间发现了这种碳同位素的倒转分布。与未发现碳同位素倒转现象的下花园地区和三塘湖盆地的泥质页岩样品相比,下马岭组灰质页岩干酪根热解油的稳定碳同位素变化幅度相对较大,而残渣的碳同位素变化幅度相对较小。结合有机岩石学及生物标志化合物综合分析发现,下马岭组灰质页岩中间隔分布的“下花园藻残片”生烃能力相对较差,且几乎没有检测到甾、萜类生物标志化合物;而在另外两组泥岩的热解产物中并没有发现这种现象,显示了下马岭组灰质页岩具有特殊的母质类型或沉积环境。由此可见,下马岭组灰质页岩干酪根及其热解产物之间的稳定碳同位素倒转分布很可能与早期生命体特殊的生物化学组成,或者早期的类异戊二烯烃类在沉积过程中更难以被保存下来等因素有关。     

从碳、氢同位素组成特征剖析柯克亚油气田的油气成因

柯克亚油气田是塔里木盆地目前发现的最大油气田。根据5口井资料,天然气的δ~(13)C_1值为-36.94‰至-38.36‰,δ~(13)C_2值为-25.68‰至-26.28‰,δ~(13)C_3值为-24.44‰至-25.33‰;δD_1值为-144.14‰至-155.34‰,δD_2值-120.85‰至-132.52‰,δD_3值为-111.36‰至-118.68‰。用这些数据,分别以天然气成因分类 V型鉴别图和δ~(13)C_1-δD_1天然气分类图等4种方法识别为混合气。柯克亚油气田4口井凝析油的δ~(13)C 值在-28.718‰至-30.64‰,其在我国油型凝析油δ~(13)C 值-27.2‰至-34.2‰区间内,故属油型凝析油,不是煤型凝析油。因此,柯克亚油气田的油气具有多源混合的特征。柯克亚油气田实际上为带油环的凝析气田(在此简称油气田)。油气来源尚未完全搞清,研究它,对在塔里木盆地发现更大的油气田无疑是有益的。     

裂解热模拟实验中碳同位素变化特征及其地球化学意义

采用高温模拟技术,对原油、氯仿沥青“A”、烃源岩、干酪根和原油族组分样品进行热模拟实验,分析不同样品在裂解过程中产物碳同位素组成的变化特征,研究其地球化学意义。原油、氯仿沥青“A”、干酪根、烃源岩和饱和原油族组分随热演化温度的增加,热模拟气态烃碳同位素演化规律是由重变轻再变重的演化趋势,700℃以前碳同位素分布呈正碳同位素系列分布,750℃以后出现丙烷碳同位素倒转,芳烃馏分和沥青质馏分的碳同位素值和正碳同位素系列分布出现差异;各样品随热模拟温度的增加,Δδ¹³C_2-1值都呈增大的趋势;Δδ¹³C_3-1、Δδ¹³C_3-2对原油、氯仿沥青“A”、饱和烃馏分与芳烃馏分和沥青质馏分随模拟温度的变化有差异;δ¹³C₂ -δ¹³C₃ 值和LN（C₂/C₃）值随模拟温度的增加呈正相关性。     

地幔流体中碳、氢的赋存形式及其同位素组成

阐述了地球深部流体的性质,地幔流体中碳、氢的赋存形式及其同位素组成。地幔中的碳主要以金伯利岩中的金刚石、碳酸岩、地幔包体中的CO₂流体包裹体和石墨、大洋中脊溢出的CO₂等形式存在;碳同位素组成主要分布在-5‰附近,在-2‰~-10‰变化,并在-14‰~-24‰区段也有分布。氢赋存在地幔矿物的气液包裹体、浆胞及矿物裂隙、矿物结构(0H-)及结构通道(H°)中和早期结晶矿物的超显微包裹体中;氢同位素的组成为-30‰~-90‰,分布范围较宽。这些认识对有机、无机或混合成因油气藏碳、氢同位素组成的解释有指导意义。     

TSR对气态烃组分及碳同位素组成的影响——高温高压模拟实验的证据

选用高含硫原油、Ⅱ型干酪根、Ⅲ型干酪根以及硫酸镁作为反应物,设计了3组共6个反应体系,以对比发生硫酸盐热还原作用(TSR)与否对烃类组分及碳同位素的影响。模拟实验利用黄金管—高压釜限定系统完成,6个反应体系具有完全相同的反应温度和压力,反应结果具有可对比性。模拟实验结果证实:①TSR反应导致气态产物中H₂S和CO₂含量的明显增加;②TSR反应导致气态天然气组分变干,即碳数越多的气态烃越容易发生TSR反应,甲烷很难作为反应物参与TSR反应;③TSR反应导致气态烃碳同位素变重,而CO₂碳同位素变轻;④TSR导致甲烷碳同位素变重最多,乙烷、丙烷碳同位素变重相对较小,即δ13C₂与δ13C₁差值变小。TSR反应导致的天然气组分及碳同位素的变化影响了油气源对比的经验公式及判断指标,因此在高含硫天然气区进行气源对比时应考虑TSR的影响。      

煤岩显微组分模拟实验气态产物碳氢同位素特征

碳氢同位素研究是油气地球化学研究的一个重要方面。通过对神山褐煤镜质组与丝质组中碳氢同位素的分析得出:同一温阶,镜质组和丝质组气体产物中甲烷及其同系物具有与天然气相似的碳同位素分布特征,随烷烃分子碳数增加而逐渐增高,即δ13C1δ13C2δ13C3;不同温阶时,气体产物中甲烷及其同系物的δ13C具有明显的同位素分馏特征,即随温度的增加δ13C1、δ13C2、δ13C3值相应增高。而对镜质组与丝质组气体产物中的δD而言:同一温阶,具有δDH2δD1δD2δD3δD4的规律;不同温阶,随温度的增加,δDH2、δD1、δD2、δD3、δD4值相应增高,也表现出明显的同位素分馏特征。     

歧口凹陷烷烃气碳、氢同位素特征及成因类型

通过对天然气碳同位素、氢同位素和干燥系数关系的分析,划分歧口凹陷的烷烃类天然气成因类型,拓展研究区天然气勘探领域,明确今后勘探方向。歧口凹陷的烷烃类天然气包括生物气、生物-热成因混合气和热成因气3个大类,热成因气是凹陷的主力天然气类型,其探明储量占总储量的95%以上。热成因气按母质类型又划分为陆相油型气和煤成气,油型气按成熟度分为低熟气、成熟气和高熟气,主要来自第三系湖相泥岩;埕海潜山天然气属于高熟煤成气,主要来自石炭系-二叠系煤系烃源岩。今后,歧口凹陷天然气勘探应坚持以中深层为主要层段,以潜山和深层碎屑岩为主要勘探领域,同时加强煤成气资源潜力的研究。     

碳同位素现场检测技术分析致密油气充注特征——以渤海湾盆地民丰洼陷北斜坡为例

研究油气充注对于寻找勘探目标和落实井位部署都十分重要。为此,以渤海湾盆地民丰洼陷北斜坡为例,选择盐斜233井、永斜932井及盐22井区开展现场碳同位素检测工作,并基于全新的碳同位素测量仪器在钻井现场获取的大量碳同位素数据,比对该区生产井天然气的碳同位素数据、组分数据,结合烃源岩演化、原油地球化学特征、储层沉积环境与物性特征,分析天然气在单井的充注特征和区域上的充注范围,探讨利用碳同位素现场检测手段来判识油气充注的可行性。研究结果表明:①盐斜233井沙四纯下亚段发生了深层油气的充注,天然气为深层原油裂解气与本地烃源岩热裂解气的混合气;②永斜932井沙三、四段天然气为本地烃源岩的热裂解气,但个别井段存在着深层天然气充注;③盐22井区油藏伴生气碳同位素值在该区中部重两侧轻、南重北轻,与储层物性分布特征一致,反映高成熟天然气的充注受储层物性控制;④盐22井区原油为本地烃源岩成熟阶段产物,而天然气则是在本地原油伴生气基础上存在着深层高成熟产物的充注。结论认为:①民丰洼陷北斜坡西北向存在着一个高成熟油气充注区,是有利的油气勘探目标;②碳同位素现场快速检测技术能够提供大量连续的立体碳同位素数据,可以快速分析油气充注特征、判断油气来源与成因,为油气开发部署提供参考。