淮北煤田芦岭矿区次生生物气地球化学证据及其生成途径

从煤储层甲烷碳氢同位素组成、甲烷与水的氢同位素值的定量关系、煤层气田产出水的来源3个方面探讨了淮北煤田芦岭矿区煤层气的成因,结果表明：煤层气组分中甲烷气占绝对优势（达97%以上）,且明显显示出极干气的特征;甲烷碳和氢同位素值范围分别为-67.6‰~-64.2‰,-206‰~-224‰,属于生物成因气的分布范围;甲烷氢同位素值（δD（CH4））和水氢同位素值（δD(H2 O)）定量关系表明,煤层甲烷气主要是二氧化碳还原作用生成的次生生物成因气;煤层水样品点同位素值均落在大气降水线附近,说明煤层水的主要来源为大气降水,符合生物成因气生成需有雨水补给的条件。综合3个方面定性和定量分析结果,并结合研究区构造-热演化史,认为现今淮北煤田芦岭矿区的煤层气主要为次生生物成因气。     

阜康市白杨河矿区煤层气成因研究

通过对白杨河矿区煤层的分布特征、煤岩显微组分特征(主要为镜煤最大反射率Ro为0.60-1.01%)、煤层气组分特征(甲烷含量67.22-92.73%)和气体地球化学(碳同位素δ13C1为-55.92~-65.75‰),认为区内形成的煤层气成因为:前期热解成因气以及后期次生生物成因气而形成的混合成因气。     

贵州西部地区煤层气井产出气地球化学特征

基于贵州西部17口煤层气井不同排采时间的产出气,通过对气体组分、甲烷碳氢同位素测试以及产能数据的收集,结合研究区水动力条件以及地质特征,研究了该区域煤层气地球化学特征、地质控制因素及与煤层气产能的关系。结果显示:研究区煤层气组分以甲烷为主,属于干气~特别干的气体,甲烷组分体积分数介于91.504%~99.508%,其次为N2和CO2,不同地方煤层气井重烃含量变化大。甲烷稳定碳同位素δ13C1值介于-44.1‰^-27.8‰,δD值介于-196.5‰^-120.8‰,属于热成因气,松河GP井组和大河边Z-1井接近于原生煤层气的特征,研究区东北部织金ZJ井组及其余各井明显受到运移-扩散次生作用的影响。贵州西部煤层气井产出气的甲烷碳氢同位素值呈现东北高西南低的分布趋势,煤变质程度对产出气的地球化学特征具有主要的控制作用,其中甲烷氢同位素值的分布亦受到沉积环境的变化控制。在同一煤层气井组内部,甲烷的碳氢同位素值大小受井组内水动力条件的变化以及开发煤层埋深的影响较大。甲烷碳氢同位素值与日产气量呈现负相关关系,其本质在于甲烷的碳氢同位素受控于埋深及埋深主导的水动力条件的变化,而埋深的差异性很好的控制了产气能力。煤层气井产出气随着排采时间的变化,煤层气气体组分和甲烷碳氢同位素值呈现一定规律的变化,其中碳氢同位素值随着排采时间变化总体有波动性增大变重趋势,这与组分分馏和同位素分馏有关。     

阜康矿区煤层气成因探讨

以准噶尔盆地南缘阜康矿区为研究区,对研究区内10口煤层气井的排采气进行了气体组分、甲烷碳同位素、乙烷碳同位素及二氧化碳碳同位素测试,并结合研究区特殊的地质环境特征对煤层气的成因进行了判别。研究发现:阜康矿区煤层气组分包括CH_4(81.79%)、CO_2(14.36%)、N_2(2.28%)和C_(2+)(0.99%),煤层气甲烷碳同位素值δ~(13)C_1分布范围为-58‰～-49‰,平均值为-53‰,乙烷碳同位素值δ~(13)C_2分布范围为-32.2‰～-23.1‰,平均值为-28.1‰,二氧化碳的碳同位素值δ~(13)C(CO_2)分布范围为+8.5‰～+14.2‰,平均值为+12.9‰;研究区煤层气为热成因和次生生物成因的混合成因气,其中的热成因气为热降解成因,次生生物气主要是醋酸发酵形成的产物;急倾斜煤层和火烧区为微生物进入煤层提供了通道;温度适宜、偏酸性且矿化度较低的地下水环境为微生物提供了生存环境;地下水渗流方向与煤层气运移方向相反,具有水力封堵控气作用;火烧区滞水层与煤层顶底板一同对煤层气藏进行有效圈闭,保证了混合成因气的储存。     

煤层甲烷碳同位素与含气性关系

煤层气甲烷碳同位素值是反映煤层气成因及赋存条件的有效参数。通过对沁水盆地沁南东区块煤层甲烷碳同位素和煤储层含气性测试资料分析,剖析了3号煤层甲烷碳同位素分布特征,建立了煤层甲烷碳同位素与镜质组反射率、煤层埋藏深度和煤储层含气性之间的相关关系和模型,揭示了煤层甲烷碳同位素分布的控制机理。研究结果表明:本区3号煤层自然解吸气甲烷碳同位素为-28.89‰~-53.27‰,平均-36.48‰。与全国其他地区同等演化程度的煤层气相比总体偏重,表现出煤层具有较好的保存条件;3号煤层甲烷碳同位素与镜质组反射率和煤层埋藏深度之间呈对数函数关系,且随着镜质组反射率和煤层埋藏深度增加而变重,与全国煤层甲烷碳同位素统计规律一致,主要受控于煤层气形成的热动力学机制之下的同位素分异效应和煤层气解吸—扩散—运移过程中甲烷碳同位素的分馏效应;煤层甲烷碳同位素与煤储层含气性之间存在相关性,且随着煤层气含量、煤储层压力和含气饱和度增加,3号煤层甲烷碳同位素也相应变重,且呈对数函数关系,反映控制煤储层含气性的因素与控制煤层甲烷碳同位素的因素存在一致性。     

鄂尔多斯盆地南部侏罗系煤层气成因探究

鄂尔多斯盆地南部侏罗系具有较好的煤层气勘探潜力,但煤层气成因有待深入研究,弄清楚其成因类型能够有效指导该区下一步勘探开发方向。基于区域地质条件、煤层气样品组分、稳定同位素等分析,对其成因进行了探讨。结果表明,研究区浅部的彬县、焦坪、黄陵地区煤层气δ13 CCH4一般介于-81‰~-57‰,煤层气干燥系数一般大于100,δDCH4一般介于-236‰~-234‰,煤层气为晚期生物成因,同时,地层水矿化度低,煤岩孔隙度较高,渗透性较好,具备生物气生成的地质条件;深部合水-宁县地区煤层气δ13 CCH4一般介于-49‰~-35‰,煤层气干燥系数一般小于100,是典型的热成因气,地层水矿化度高,呈酸性,不利于生物气的生成。     

关于煤层甲烷稳定碳同位素研究的回顾与展望

稳定同位素研究在常规天然气研究中具有重要的作用，本文对甲烷碳同位素的控制与影响因素、煤层气同位素地球化学与成因类型以及煤层甲烷δ^13C值偏轻的原因等方面的研究现状进行了分析，认为在今后工作中应针对煤储层的特点，加强煤层的吸附／解吸特性对甲烷碳同位素分馏作用影响的研究。     

鄂尔多斯盆地东南缘临汾区块煤层气成因及其影响

为研究临汾地区煤层气成因类型,在综合前人研究成果的基础上,研究分析了煤芯解吸气成分、井口气成分、碳同位素特征、煤层水地球化学特征及水动力等条件,认为研究区煤层气保存条件整体良好,但甲烷碳同位素偏轻、重烃组分偏少,表明受到了一定因素或次生作用的影响。对比分析导致甲烷碳同位素偏轻、重烃组分偏少的次生改造作用,认为扩散-运移的影响作用最大,还认为临汾区块东缘和薛关一带具备形成次生生物成因气的条件。结合Whiticar图版,认为临汾区块煤层气主要为受到运移-扩散次生作用影响的热成因气,J81井5号和8号煤、J25井8号煤层气为次生生物成因气,J25井5号煤和J60,J62,J11,J80井煤层气为热成因气和次生生物气的混合气。薛关一带和东缘刁口—蒲县东一带虽有次生生物气的补充,但后期保存条件较差,含气量普遍偏低。薛关断裂以西的构造斜坡带,热成因气保存条件良好,含气量高。     

陆相盆地古气候变化与环境演化、聚煤作用

为了揭示陆相盆地古气候变化与沉积环境、聚煤作用耦合关系,应用同位素地球化学、煤岩学等理论和方法,进行了柴北缘中侏罗统大煤沟组上段(巴柔期)主采煤层煤岩组分、有机碳同位素组成(δ13CO)及其古气候意义研究。研究煤层(7号和F煤层)δ13CO值平均为-23.9‰,分别变化在-26.7‰~-21.6‰和-25.6‰~-22.9‰。根据沼泽、陆源碎屑体系交替演化特征和煤层有机碳δ13CO值变化规律,将大煤沟组上段划分为8个阶段并对应于1个长周期旋回(C1)和3个短周期旋回(C2)。认为低变质煤δ13CO值在反映古大气CO2同位素组成及其含量变化的同时,还记录了聚煤期(植物生长至泥炭化阶段末)古气候(温度和湿度)的变化:湿暖古气候有利于成煤植物对碳同位素分馏及贫13C腐殖质(镜质组前身)的形成,煤δ13CO值降低;干热古气候不利于植物对碳同位素的分馏,但有利于富集13C的惰质组(丝质体)形成,进而引起煤δ13CO值升高。从煤层δ13CO值所反映的气候变化与陆源碎屑体系废弃、复活及聚煤发生、终止关系角度提出了陆相盆地古气候与沉积环境、聚煤作用关系模型,指出在盆地构造活动、基底沉降较稳定和均匀的煤系沉积过程中,气候变化通过盆地和流域内径流深度(年平均降雨量减去年平均蒸发量)和植被发育演化控制了绝对湖平面变化、沉积物的产生和搬运(供给)速率,进而引起盆地内沼泽、陆源碎屑两种矛盾体系的交替与演化。     

山西古交矿区煤层气组成特征及成因探讨

山西古交矿区煤层气资源丰富,是我国煤层气重点开发区块之一。区内地质条件复杂,煤层气地质研究起步晚,尤其是对煤层气组成特征及成因方面的讨论还较匮乏,制约了煤层气开发进程。煤层气组成特征及成因与煤层气母质性质、生成机理、运移和逸散规律等密切相关,对于煤层气保存条件和分布规律的认识和煤层气资源评价具有重要意义。为揭示古交矿区煤层气化学组成特征及气体成因,采集矿区内10口煤层气井口排采气样品,开展了气体化学组分和碳、氮同位素检测,分析了煤层气中甲烷及氮气的成因;结合构造演化背景、构造形态、水文地质条件和煤芯解吸气化学组成,讨论了煤层气富氮气机理及保存条件。结果表明:古交矿区内煤层气中氮气含量偏高,为0.86%～14.13%,平均6.10%,甲烷含量在83.79%～97.57%,平均91.33%,乙烷含量在0～0.46%,平均0.09%,不含2个碳原子以上的烃类,二氧化碳含量在1.47%～4.71%,平均2.48%;煤层气属于极干气体,干燥系数(C_1/C_(1～5))为0.994 9～1,甲烷δ~(13)C值在-47.13‰～-39.26‰,平均值为-44.03‰,为有机质热解成因;氮气δ~(15 )N值在-1.16‰～-0.51‰,平均值为-0.80‰,为大气与有机质热降解混合成因,且以大气来源为主,有机成因氮气含量很少;地表水下渗与煤层发生相互作用,地表水携带的大气与煤层气发生组分交换,导致煤层气解吸、逸散,煤层含气量降低、甲烷δ~(13)C值降低、氮气含量升高。     

古交区块煤层气地球化学特征及其成因

基于古交区块煤田地质勘探资料以及煤层气井排采气体组分、甲烷碳氢同位素质谱等相关测试分析,查明了该区块煤层气地球化学特征、成因及其地质控制因素。结果显示：煤层气组分主要以甲烷为主,组分浓度介于85.36%～99.23%,其次为氮气,重烃含量最少,属于干气～特别干的气体。煤层气δ13C1介于-62.24‰～-40.70‰,δD介于-244.3‰～-229.3‰。以热成因气为主。煤层气δ13C1随着煤级增加呈变重趋势,随着埋深增加而变化的趋势不明显。古交区块矿化度整体从北向南逐渐增加,说明该地区水动力条件从北向南逐渐增强。南部刑家社矿区甲烷碳同位素较重,而北部镇城底矿区、西曲矿区以及马兰矿区的部分地区甲烷碳同位素较轻。研究区北部(MCQ9)煤层埋藏浅,露头发育,煤的Ro,max介于1.14%～2.18%,且水文地质条件适宜,形成了生物成因与热成因混合气体。     

沁水盆地北部太原组煤层气碳同位素特征及成因探讨

为了研究沁水盆地北部寺家庄太原组煤层甲烷 (CH 4)及二氧化碳(CO 2)的成因,对11口煤层气井排采气进行了化学组分和同位素测试,探讨了煤层CH 4及CO 2的成因及联系。结果表明：沁水盆地北部煤层CH 4平均体积分数为98.6%,CO 2为0.25%,N 2为1.07%;煤层CH 4碳同位素值介于-33.2‰~-40.8‰,平均值为-37.1‰,以煤热裂解成因为主,含有微生物CO 2还原成因CH 4,属于混合成因煤层气。沁北煤层CH 4碳同位素分馏起主导作用的是解吸-扩散-运移作用,储层浅部压力小,含轻碳同位素的CH 4优先解吸,经扩散运移至上部地层进而逸散到大气中。煤层CO 2的δ13C值为-15.9‰~+0.05‰,平均值为-8.6‰,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,碳同位素较重的地方受地下水或微生物CO 2还原作用影响。煤层CO 2碳同位素随煤层埋藏变浅而变重,浅部煤层微生物CO 2还原作用强,使CO 2碳同位素变重。     

淮南潘集外围深部煤层气地球化学特征及成因

潘集外围深部煤层气甲烷碳氢同位素分布及其成因对该区煤层气藏的形成和分布规律、煤层气资源评价均具有重要意义。采集了潘集外围深部主要煤层共25件煤样,通过解吸实验获得解吸气样进行了组分、甲烷稳定碳氢同位素测试,分析了深部煤层气组分及稳定同位素分布特征,探讨了煤层气稳定碳氢同位素随埋深的变化特点,结合煤层气形成与演化过程、煤的变质程度分析了煤层气稳定同位素的地质影响,通过Whiticar成因图版揭示了深部煤层气成因,结合相关经验模型估算了煤层气不同成因来源气所占比例。研究结果表明:深部煤样解吸煤层气中CH4含量介于16.2%~96.68%,平均为71.60%,重烃含量介于0.35%~32.13%,平均为9.86%,N2含量介于0.13%~74.72%,平均为21.20%,CO2含量介于1.62%~27.26%,平均为7.30%。自浅部至深部煤层甲烷碳同位素变化于-45.46‰~-31.17‰,平均为-40.92‰,甲烷氢同位素变化于-199.99‰~-133.87‰,平均为-178.04‰,稳定碳氢同位素具有随深度增加偏重的特点。构造热演化史表明研究区煤层气以热成因气为主,兼有生物气可能,研究区煤层Ro,max介于0.702 2%~0.998 3%,主要为气-肥煤,生成的煤层气为湿气,油型气的输入使得δ13C1偏重。Whiticar成因图版分析表明研究区煤层气为以热成因为主,经历了后生改造作用的混合气。估算结果表明13-1煤、11-2煤、8煤、7煤、6煤、5煤、4煤、3煤、1煤生成的煤层气中热成因气比例超过80%,生物气主要由CO2还原作用所形成。     

煤层气的微生物分馏效应

本文借鉴生物气成因等理论,从分馏的角度探讨微生物作用对煤层气造成的效应,对生物成因的煤层甲烷碳同位素值进行定性描述,并给出了煤层CH4和CO2之间碳同位素值之间的关系。在此基础上以淮南新集矿区煤层气为例,分析得出煤层气的微生物分馏效应对煤层气组分和同位素组成造成的影响,并得出结论,在煤层气的微生物分馏效应中,大部分煤层甲烷来自CO2的还原。     

晋城地区煤层甲烷碳同位素特征及成因探讨

对取自沁水盆地南部晋城地区的煤芯样中的解吸气进行了甲烷碳同位素测定.结果表明,随着解吸过程的进行,δ¹³C₁值逐渐变重,δ¹³C₁值和解吸时间呈对数关系,δ¹³C₁值变重趋势具有先快后慢的阶段性特点.取样条件和取样时间对煤层甲烷碳同位素值有较大影响,在某一个时间点所取气样的同位素值不一定代表该井原地气体的同位素值.在采样进行同位素测定时,煤样全部解吸气体的碳同位素的平均值才能代表该井煤层气的原地气同位素值.在实际操作中,可以用罐装煤样气体解吸半量时间点所取气样的同位素值来代表全部解吸气体的同位素平均值.与煤岩热模拟实验所得到的经验公式计算结果比较,晋城地区实测的煤层甲烷碳同位素值偏轻.晋城地区煤层甲烷碳同位素的组成特点受解吸-扩散-运移过程中发生的分馏效应以及其他多种因素的共同制约.     

煤层气成因类型及其地球化学研究进展

煤层气成因研究涉及到煤层气的形成机理、运移和逸散、母质特性和形成环境等,并与盆地演化和资源评价等有密切的关系。从地球化学角度对现阶段煤层气成因研究成果进行分析,系统总结了各成因类型煤层气的地球化学研究进展,并指出了存在的问题和今后的发展趋势。研究表明:煤化作用各阶段形成的不同成因类型煤层气具有不同的成因机理、气体成分特征和δ13C(CH4),δD(CH4)和δ13C(CO2)等同位素组成差异;稀有气体在煤层气成因研究过程中能够提供丰富的地球化学信息;不同的煤层气形成机制下,煤岩饱和烃和芳香烃等生物标志化合物表现出不同的降解特征;地下水化学组成的变化和微生物的活动对煤层气的形成和运移有重要影响;微生物产气的探索将为煤制气提供新思路。最后指出,煤层气成因综合识别、复杂地质演化条件下不同成因类型煤层气的赋存特征、与煤制气相关的煤层气形成机制探索等几个方面将是今后研究中值得重视的问题。