中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩现场解吸气特征及地质意义

中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩具有良好的气体显示，是四川盆地外页岩气新的勘探区。通过对2口页岩气探井共64块水井沱组页岩的含气性现场解吸，测定了解吸气含量、气体组分、解吸气碳和氢稳定同位素组成，分析了解吸气组分变化、解吸过程中气态烃和二氧化碳同位素的变化，同时探讨了页岩气赋存状态、气体稳定同位素倒转特点及其地质意义。研究结果表明：水井沱组页岩现场解吸气含量为0.32~5.48 m³/t，连续含气量大于2 m³/t的地层厚44.05 m，含气性与TOC有很强的正相关性；解吸气甲烷含量为81.90%~95.48%，乙烷含量为0.78%~3.95%，含微量丙烷，为典型的干气；非烃气体中氮气含量稍高，平均约为6.7%，二氧化碳含量低于1%，不含H₂S；吸附气占50%~60%，游离气占40%~50%。解吸早期吸附性弱的CH₄和N₂先脱附出来，吸附性强的C₂H₆和CO₂后脱附出来，至解吸结束仍有相当量的C₂H₆和CO₂未脱附出来。解吸过程中碳、氢同位素均发生变化，δ¹³C_CH4变化范围为-39.92 ‰~-25.86 ‰，δ¹³C_C2H₆为-41.57 ‰~-39.34 ‰，δ¹³C_C3H₈为-40.89 ‰~-35.46 ‰，δ¹³C_CO2为-23.42 ‰~-19.23 ‰；δD_CH4为-136.90 ‰~-128.00 ‰，δD_C2H₆为-160.45 ‰~-155.30 ‰；由于同位素的质量分馏效应，解吸过程中残留的甲烷碳同位素增大了5.15 ‰~13.33 ‰，甲烷氢同位素增大1.64 ‰~8.90 ‰，乙烷碳、氢同位素和二氧化碳的碳同位素基本不变。气体碳同位素分馏还受页岩物性的影响，大的孔隙体积引起更显著的甲烷碳同位素分馏效果，同时还引起乙烷体积含量的差异。利用解吸半量体积所取气样的同位素值代表全部气体的平均值，δ¹³C_CH4平均值为-33.19 ‰，δ¹³C_C2H₆平均值为-40.04 ‰，δ¹³C_C3H₈平均值为-39.07 ‰，页岩气表现出δ¹³C_CH4 > δ¹³C_C2H₆且δ¹³C_C3H₈ > δ¹³C_C2H₆、δD_CH4 > δD_C2H₆的同位素"倒序"特征。与威远地区下寒武统筇竹寺组类似，宜昌地区水井沱组页岩气同样处于气态烃同位素反转阶段的早期，具有多源复合热成因气的特点。     

江汉盆地南部监利地区浅层生物气的发现及成因

江汉盆地南部监利地区由于农田灌溉打水井,偶然发现井水抽出时伴有气体流出,点燃后能长时间燃烧。为此,对该地区的浅层气进行了采样分析。结果表明,浅层天然气气样CH₄含量介于44.11%~51.57%之间,均值为47.03%,不含C₂H₆及其他重烃气体,干燥系数(C₁/C_1-5)为1,属典型干气。CH₄碳同位素值介于-70.8‰ ~-71.0‰之间,均值为-70.9‰,CH₄氢同位素值介于 -223‰~-226‰之间,均值为-224‰,CO₂碳同位素值介于-12.6‰~-14.7‰之间,均值为-13.9‰,同位素特征表明研究区浅层气为氢气还原二氧化碳途径生成的生物气。通过与江浙-沿海平原、长江三角洲和洞庭盆地的第四系浅层生物气赋存特征进行对比,进一步明确了研究区内第四系生物气成藏特征,认为研究区第四系浅层生物气具有进一步勘察和研究的潜力。     

不同成煤母质热解烃类气体氢碳同位素组成特征

为了认识草本沼泽和森林沼泽成煤物质以及煤显微组分对热解煤层气同位素,特别是氢同位素的影响,对草本沼泽和森林沼泽泥炭以及具有略微不同显微组分的煤进行了热解模拟实验,研究了它们热解烃类气体氢碳同位素组成差异,以及这种差异随成熟度的变化,讨论了引起这种差异的原因。结果表明:草本沼泽泥炭热解甲烷, 乙烷和丙烷δD平均值分别为-235‰, -200‰和-209‰,森林沼泽泥炭的平均值分别为-226‰, -188‰和-191‰。草本沼泽泥炭热解甲烷, 乙烷和丙烷δ¹³C平均值分别为-36.2‰、-27.4‰和-31.6‰,森林沼泽泥炭的平均值分别为 -33.7‰、-20.7‰和-25.6‰。表现为草本沼泽泥炭热解的烃类气体氢碳同位素组成轻于森林沼泽泥炭,并且从泥炭连续热解至R_O值分别为2.5％, 3.5％和5.5％时,甲烷氢同位素值分别平均低18‰, 11‰和9‰,碳同位素值分别平均低3.4‰, 3.8‰和1.8‰。煤显微组分微小的差异对热解烃类气体碳同位素有明显的影响,表现为具有较高壳质组的煤热解甲烷的碳同位素组成较轻,可是煤热解烃类气体氢同位素组成主要与成煤环境因素有关。这些研究成果为自然煤层气的成因判识提供了科学数据。     

曾母盆地中部地区天然气与凝析油地球化学特征及成因

在广泛收集和总结前人资料的基础上,依据曾母盆地中部地区10个天然气样品的地球化学组成及碳同位素组成特征,系统分析了天然气地球化学特征及成因;同时对与天然气相伴生的凝析油的生物标志化合物特征进行分析,探讨了其油源。研究表明,曾母盆地中部地区天然气中烃类气体以甲烷为主,干燥系数(C₁/C _1-5)值介于0.68~0.97之间,既有干气也有湿气,天然气碳同位素具有正序列排列特征,其中δ¹³C₁值介于-45.6‰~-31.5‰之间,δ¹³C₂值介于-32.7‰~-24‰之间,δ¹³C₃值介于-30.1‰~-23.4‰之间,为干酪根初次裂解的有机成因气,既有油型气,又有煤型气;而非烃类气体以CO₂和N₂为主,含量介于11.44%~80.18%之间,且CO₂碳同位素值较高,介于-10.8‰~-2.4‰之间,为无机成因;与天然气伴生的凝析油具有较高的姥植比,高含量的奥利烷和双杜松烷,与盆地内发育的煤系泥质烃源岩地球化学特征具有较好的可比性,表明凝析油油源为煤系烃源岩。     

火山-幔源与有机成因CO2气混合模型探讨——以南海北部边缘盆地为例

以南海北部边缘盆地为例，选取典型火山-幔源型CO₂气和不同有机成因CO₂气的碳同位素值作为端元，模拟计算了2种成因CO₂气按不同比例混合后碳同位素值变化规律。结果表明，无论有机成因CO₂的同位素值（-10‰～-25‰）和初始有机成因CO₂气含量（0.5%～2.0%）如何变化，当CO₂气含量小于10%（摩尔分数）时，混合后的δ¹³C_CO2值随总的CO₂气含量增加而迅速增大；而当CO₂含量超过约10%（摩尔分数）时，δ¹³C_CO2值增加缓慢，最后都迅速趋近火山-幔源型CO₂的端元碳同位素值（约-4‰）。该模拟结果合理地解释了为什么世界上所发现的火山-幔源型CO₂气为主天然气藏，其CO₂含量多高于10%（摩尔分数）或15%（重量分数），其碳同位素值大都介于-4‰~-7‰之间。模拟结果与北部湾盆地福山凹陷和珠江口盆地实测CO₂气的碳同位素值变化趋势吻合很好。     

琼东南盆地低熟煤型气地球化学特征及勘探前景

琼东南盆地近年来发现的Y8等气田的天然气碳同位素值异常偏低,与以往发现的成熟—高成熟煤型气大不相同。在深入理解低熟气概念及进行详细地球化学分析后,认为研究区δ¹³C₁值分布在-47‰~-42‰之间,δ¹³C₂值分布在-28‰~-25‰之间的天然气是与吐哈盆地类似的低熟煤型气,天然气成熟度R_O值介于0.5%~0.8%之间,主要来自凹陷斜坡、凸起区低成熟演化阶段的崖城组烃源岩及盆地内大范围发育的中新统烃源岩。低熟煤型气的发现极大拓展了琼东南盆地烃源岩的研究范围,为盆地下一步勘探提供了新的思路。     

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。     

四川盆地东北部马路背地区上三叠统须家河组天然气地球化学特征及气源

依据天然气化学组分及碳、氢同位素等地球化学资料,分析了四川盆地东北部马路背地区上三叠统须家河组天然气地球化学特征、天然气成因及来源。研究表明,马路背地区须家河组天然气组分以甲烷为主,含量介于92.60%~99.04%,平均为97.59%,干燥系数普遍高于0.990 0,平均为0.992 2,热演化程度较高;与邻区须家河组天然气对比,马路背地区须家河组天然气碳同位素明显具有甲烷碳同位素偏重、乙烷碳同位素偏轻的特征,δ¹³C₁值介于-33.70‰~-28.60‰,平均为-30.88‰,δ¹³C₂值介于-36.40‰~-28.90‰,平均为-33.11‰,甲烷和乙烷碳同位素多表现为倒转分布。天然气成因鉴别及气-源对比研究表明,马路背地区须家河组天然气为Ⅲ型和Ⅱ型干酪根生成的煤型气和油型气的混合热成因气,天然气主要来源于上三叠统须家河组煤系烃源岩及上二叠统吴家坪组海相烃源岩,甲烷和乙烷碳同位素倒转正是煤型气及油型气混合所致。马路背地区须家河组天然气高产富集与该区海相、陆相烃源岩双源供烃及深大断裂有效沟通海相、陆相多套优质烃源岩关系密切,沟通海相、陆相烃源岩的通源断裂在该区天然气成藏富集及后期调整改造方面具有重要作用。     

“威远气田的气源以有机成因气为主”——与张虎权等同志再商榷

有机成因烷烃气具有以下规律：碳同位素值δ¹³C₁＜δ¹³C₂＜δ¹³C₃＜δ¹³C₄，一般δ¹³C₁＜－30‰；CH₄/³He为10⁹～10¹²。有机成因二氧化碳的δ¹³C_CO2＜－10‰。威远气田天然气的δ¹³C₁值从－31.96‰～－35.7‰，均小于－30‰，δ¹³C₁＜δ¹³C₂，CH₄/³He为1.1734×10¹⁰～2.8811×10¹⁰。其δ¹³C_CO2值从－11.16‰～－15.81‰，均小于－10‰。加之，威远气田烷烃气和二氧化碳占气体组成的主要区间为89.84%～97.16%。因此，威远气田的天然气以有机成因为主。     

松辽盆地南部梨树断陷天然气轻烃地球化学研究

对松辽盆地南部梨树断陷八屋、孤家子、后五家户、皮家等油气田天然气样品的C₆-C₇轻烃化合物首次开展了系统的地球化学对比研究,结合天然气碳同位素组成特征,认为研究区天然气样品普遍贫芳香烃,绝大多数样品C₆-C₇饱和烃具链烷烃优势,尤以正构烷烃含量最高,环烷烃含量相对较低,表明该区天然气的母质类型主要为腐泥型;研究区Mango轻烃稳态动力学常数K₁基本保持恒定,来自湖相烃源岩的C₇轻烃中三环优势(3PR)大于五环优势(5PR)和六环优势(6PR),与Mango的结论一致。庚烷值、异庚烷值多较高,寓示该区天然气主要为高熟-过熟的裂解气,与该区天然气甲烷碳同位素组成普遍偏重相吻合。     

黄骅坳陷孔店南区低熟油伴生气地球化学特征与成因

对黄骅坳陷孔店南区低熟原油及其伴生气进行了饱和烃色-质分析、天然气组分分析和气体组分的碳、氢同位素分析,结果表明:天然气甲、乙、丙烷的组分含量分别在37.99%~68.89%、1.82%~6.01%和0.83%~3.43%之间,甲、乙、丙烷和正丁烷的1δ3C值分别在-45.8‰~-40.8‰-、27.6‰~-25.3‰-、29.2‰~-26.9‰和-28.9‰~-27.7‰之间,甲、乙、丙烷的δD值分别在-254‰~-202‰-、204‰~-180‰-、208‰~-178‰之间;3个样品乙烷、丙烷和正丁烷的1δ3C值均发生了倒转,即1δ3C2>1δ3C3>1δ3CnC4,1个样品甲、乙、丙烷氢同位素组成也发生了倒转,原油生物标志物特征表明其为低成熟油[OEP>1.22,T s/(Ts+Tm)<0.30,20S/(20S+20R)C29甾烷<0.28]。结合该区油气生成的地质背景特征,认为所研究低熟油伴生气为本区低成熟烃源岩(下第三系孔店组二段)所生天然气与成熟烃源岩(上古生界石炭-二叠系)所生天然气的混合气。     

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。     

普光气田天然气地球化学特征及气源探讨

依据10余口探井60多个气样的化学成分和碳同位素组成数据,并结合烃源岩和储层沥青资料,研究了四川盆地东北部宣汉-达县地区普光气田的天然气地球化学特征、成因及来源,结果表明：普光气田飞仙关组、长兴组天然气为高含硫化氢的干气,其化学成分表现出古油藏原油裂解气的特点;普光气田的烃类气以甲烷为主,干燥系数基本上都在0.99以上,富含非烃气体（CO₂和H₂S平均含量分别达5.32%和11.95%）;普光气田天然气甲烷碳同位素较重,在－29‰~－34‰之间（表征其高热演化性质）,乙烷δ¹³C值主要在－28‰~－33‰之间（表征其属油型气）;普光气田天然气与邻近的川东北其他气田的同层位天然气具有同源性,而与石炭系气藏天然气在化学成分、碳同位素组成上有所不同,意味着各有不同的气源;普光气田储层沥青在生物标志化合物组合和碳同位素组成上反映出其与上二叠统龙潭组泥质烃源岩具有良好的生源关系;天然气乙烷碳同位素与各层系烃源岩干酪根碳同位素值对比结果揭示普光气田天然气主要来自二叠系烃源层。     

川西新场地区须二段天然气成因类型和来源

须二段是四川盆地陆相天然气勘探的重要层系之一。天然气地球化学特征研究表明,新场地区须二段天然气干燥系数普遍高于0.95,为典型干气;δ13C1和δ13C2值分别为-34.5‰~-30.3‰和-29.1‰~-23.4‰,δD1值介于-168‰~-157‰之间,烷烃气碳、氢同位素系列主体表现出典型正序特征,部分样品发生了乙、丙烷碳同位素的部分倒转。新场须二段天然气为混合成因,重烃气表现出以原油裂解气为主并混有部分煤型气的特征,而甲烷则主要表现出煤型气的特点。气源对比研究表明,新场须二段天然气主要来自马鞍塘组—小塘子组烃源岩,须二段自身烃源岩也有一定的贡献。     

鄂尔多斯盆地富县古生界天然气成因及气源综合识别

近年来,鄂尔多斯盆地南部（简称鄂南）古生界天然气勘探取得重要进展,展示了良好的勘探前景,但鄂南古生界天然气成因及气源研究相对薄弱,直接制约了下一步的勘探部署。为此通过系统开展富县古生界天然气组分、烷烃气碳氢同位素、稀有气体组分和同位素等地球化学分析,查明了鄂南富县古生界天然气中甲烷占绝对优势,含有一定量的重烃,非烃气CO₂、N₂含量相对较高,显示其为过成熟阶段生成的干气。鄂南富县古生界天然气以典型油型气为主,煤型气为辅,甲烷和乙烷的碳同位素组成存在倒转现象可能为油型气与煤型气的混合造成,上古生界天然气烷烃气碳同位素组成普遍比下古生界天然气偏重,可能混有相对较多的煤型气。综合运用烃源岩干酪根碳同位素—岩石脱附气碳同位素—天然气乙烷碳同位素、天然气甲烷氢同位素、稀有气体Ar同位素定年等综合地球化学手段,推断出鄂南富县古生界天然气可能主要来源于下古生界马家沟组烃源岩。     

珠江口盆地番禺低隆起天然气成因和气源分析

指出:珠江口盆地番禺低隆起天然气组成差异较大,既有烃类含量很高的纯烃气藏,也有无机成因的二氧化碳气藏和高含氮气藏;天然气乙烷碳同位素值绝大多数小于-28‰,以混合气和油型气为主;甲烷碳同位素值介于-44.2‰～-33.6‰之间,C2+含量介于4.76%～10.98%之间,C1/(C2+C3)值介于6.28～21.44之间,大多属于高成熟―过成熟天然气;与天然气相伴生的高成熟凝析油具有较高的Pr/Ph值(2.58～6.38),双杜松烷有一定丰度,C304-甲基甾烷含量低,来自于恩平组烃源岩。利用ln(C1/C2)―ln(C2/C3)和(δ13C2-δ13C3)―ln(C2/C3)图版,结合油-气-岩的综合分析,认为番禺低隆起天然气以来自于恩平组烃源岩干酪根裂解气为主,以原油裂解气和文昌组烃源岩晚期干酪根裂解气为辅。     

川西北地区双鱼石气藏中二叠统天然气碳氢同位素特征及气源探讨

天然气碳氢同位素组成、烃源岩和储层沥青生物标志化合物是天然气成因鉴别和气源对比研究最主要、最有效的方法。目前关于川西北双鱼石地区中二叠统天然气成因和来源研究较少。根据最新钻井成果和野外资料,应用天然气组分、组分碳氢同位素数据,结合不同层系烃源岩和储层沥青生物标志化合物对比分析,对川西北地区中二叠统天然气来源进行了判识,结果表明：①川西北地区双鱼石气藏中二叠统天然气均为干气,CH₄含量高,平均为96.28%,C₂H₆含量低,平均为0.11%,C₃H₈、C₄H₁₀几乎没有,H₂S含量低,平均为0.32%;②双鱼石气藏天然气甲烷碳同位素值分布较为集中,介于-30.5‰~-29.5‰之间,乙烷碳同位素值介于-29.9‰~-26.7‰之间,天然气成因为原油二次裂解气;③通过天然气碳氢同位素、储层沥青—烃源岩生物标志化合物对比认为,双鱼石气藏中二叠统栖霞组天然气来源为混源,主要来源于下寒武统筇竹寺组烃源岩,部分来源于中二叠统梁山组。     

中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩气地球化学特征及其成因

中扬子宜昌地区下寒武统水井沱组页岩钻遇良好的页岩气显示,区内宜页1井水井沱组页岩经水力压裂后获得了高产工业气流,是四川盆地外下寒武统页岩气新的勘探区。采集压裂产气段的9个页岩气样品,测试气体组分、碳和氢同位素组成以及He同位素组成,分析水井沱组页岩气地球化学特征并探讨了页岩气成因。研究表明,页岩气组成中甲烷含量为87.17%~92.75%,乙烷含量为0.83%~0.94%,含微量的丙烷,页岩气干燥系数为0.99,为典型干气;非烃气体中氮气含量稍高,平均为7.73%,二氧化碳平均含量低于1%,不含H₂S。甲烷碳同位素值为-33.8‰~-33.1‰,乙烷碳同位素值为-39.2‰~-36.0‰,丙烷碳同位素值为-39.4‰~-38.5‰,二氧化碳的碳同位素值为-16.8‰~-14.6‰。甲烷氢同位素值为-133.8‰~-128.5‰,乙烷氢同位素值为-168.0‰~-146.1‰。气态烃稳定同位素分布具有δ¹³C₁ > δ¹³C₂ > δ¹³C₃和δD_CH4 > δD_C2H6的倒转特征。He同位素R/R_a为0.04~0.08,表明He为典型的壳源成因。综合页岩气分子组成和比值、碳氢同位素倒转分布以及页岩现今处于过成熟热演化阶段等特征,认为宜昌地区下寒武统页岩气为油型气,具有二次裂解成因的特点,且与四川盆地筇竹寺组页岩气具有相似的特征。     

碳同位素组成异常的天然气成因探讨——以辽河坳陷东部凹陷为例

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、确定天然气成熟度等的有效地球化学手段.研究认为,甲烷的碳同位素组成主要受源岩母质类型和热演化的影响,乙烷、丙烷等重烃的碳同位素组成主要取决于源岩有机质的碳同位素组成,同时也明显受热演化程度的影响.在辽河坳陷发现一类碳同位素组成异常的天然气,分布于辽河坳陷东部凹陷南部地区,其甲烷的碳同位素δ13C₁值为-44‰～-40‰,乙烷δ13C₂值为-13‰～-6.6‰,丙烷δ13C₃值为-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,该天然气应该属于无机气和有机气的混合气体.