中国东部温泉气的组合类型及其成因初探

通过50多个温泉气样的气组分、碳同位素组成及氦同位素比值分析表明,中国东部温泉气大致分为三大类:(1)以二氧化碳为主,此类温泉气主要为火山-若浆成因的无机气,也有岩浆成因与碳酸盐岩变质成因的混合气;(2)以氮气为主,此类温泉气主要为大气成因气;(3)以甲烷为主,此类温泉气主要为生物成因气。     

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浅层复合(混合)天然气藏广泛存在于含油气盆地中，有效鉴别浅层复合(混合)天然气藏中天然气的成因可为浅层气勘探提供有价值的信息。我国含油气盆地浅层天然气组分及碳同位素组成分布特征表明，浅层天然气在总体上显示相对较高的甲烷含量和相对较低的甲、乙、丙烷碳同位素比值。浅层复合(混合)气藏中天然气的来源决定了气藏不同的复合(混合)类型，如以生物气为主与低温热成因气的复合，以低温热成因气(生物-热催化过渡带气)为主与成熟/高成熟热成因气的复合，以及低熟油伴生气与微生物降解气的复合。浅层复合(混合)气无论是甲烷碳同位素分布特征还是组分组成特征大部分都与生物气与热成因气的混合气相似，但从重烃组分含量，乙、丙烷碳同位素比值及其差值的不同，可以判断浅层复合(混合)气藏中天然气各组分的主要来源。     

松辽盆地深层天然气碳同位素倒转数值模拟

松辽盆地深层天然气资源丰富,在烃类气体成因认识上存在以有机成因为主与以无机成因为主的巨大争议,持无机成因观点者的一个主要论点就是松辽盆地深层天然气的碳同位素发生了倒转。选取松辽盆地深层不同类型有机成因烃类气体和典型的无机成因烃类气体,进行不同成因气体不同比例混合的碳同位素数值模拟,结果发现：不同类型的有机成因烃类气体混合不会产生甲烷及其同系物碳同位素完全倒转,而在不同类型的有机烃类气体中加入一定量的无机成因烃类气体,混合气体中甲烷及其同系物碳同位素都会发生完全倒转。气体混合碳同位素数值模拟结果表明：①松辽盆地深层天然气碳同位素倒转是因为无机气混入的结果;②仅凭天然气负碳系列同位素不能完全断定某种气体为无机成因。     

天然气成因类型及其鉴别

中国经过20年天然气科技攻关，已形成天然气成因类型及其鉴别标志的理论体系和方法。天然气成因类型可划分为有机成因气、无机成因气、混合成因气3大类。有机成因气根据演化程度划分为生物气、生物一热催化过渡带气、热解气和裂解气，根据母质类型划分为煤成气（包括煤成热解气和煤成裂解气，在天然气资源中占主导地位）和油型气（主要是原油伴生气，包括油型热解气和油型裂解气）；无机成因气以二氧化碳为主，分为岩石化学成因和幔源成因两种主要类型；混合成因气是两种或两种以上成因类型气混合而成的天然气，常见的主要有3类（同一烃源岩不同热演化阶段生成天然气的混合，不同烃源岩生成天然气的混合，有机成因气和无机成因气的混合）。常用的天然气成因类型鉴别指标有天然气组分、烷烃气碳同位素、二氧化碳碳同位素和轻烃参数，其中，碳同位素是判别各类成因天然气最有效和最实用的指标。图1表2参41     

塔里木盆地和准噶尔盆地烷烃气碳同位素类型及其意义

将烷烃气碳同位素划分为正碳同位素系列(是有机成因烷烃气的表征)、负碳同位素系列(是无机成因烷烃气的表征)和烷烃气碳同位素倒转(是次生改造气的特征)等3种类型.塔里木盆地和准噶尔盆地发育着大量正碳同位素系列的原生型煤成气和油型气,也有大量碳同位素倒转的次生型的有机成因烷烃气,但无原生型负碳同位素系列无机成因烷烃气,仅有个别次生改造型负碳同位素系列,它们是由有机成因烷烃气改造来的.认为烷烃气碳同位素倒转的成因有4种:①同源不同期气或同型不同源气的混合;②煤成气和油型气的混合;③烷烃气中某一或某些组分被细菌氧化;④有机烷烃气和无机烷烃气的混合.     

松辽盆地汪升地区深层天然气地球化学特征及成因

松辽盆地汪家屯—升平地区天然气化学组分和碳同位素特征的综合分析表明,该区天然气的成因类型有油型气、煤型气和混合气,但单一型的天然气很少,以混合气为主。混合气是由同一源岩中不同有机质生成的天然气混合造成的,以原生混合气为主。纵向上,天然气中重烃气在下部地层含量高,向上逐渐减少;具有甲烷碳同位素值变化大、组分碳同位素倒转系列常见而正碳同位素系列较少见的碳同位素分布特征。非烃气体的分布,纵向上以登娄库组以下的营城组火山岩系含量最高,平面上高含量非烃气体的分布常与深大断裂的走向相一致,可能主要为无机成因。     

鄂尔多斯盆地靖西地区下古生界奥陶系天然气成因研究

随着靖西地区奥陶系中组合天然气勘探的突破,判识天然气成因类型、明确其主要来源成为有效指引勘探方向的关键问题。以天然气地球化学特征分析为基础,通过气—气、气—源对比、源—储—盖空间组合分析等方法,在深化高—过成熟天然气成因判别认知的同时,探讨靖西地区奥陶系天然气的主要来源。研究表明,靖西地区下古生界奥陶系天然气以煤成气为主,局部存在自生自储的油型气;对于高演化干气的成因判识,适宜选取甲烷碳同位素为主要依据。此外,本文对天然气组分碳同位素序列倒转现象提出了新的解释思路。     

渤海湾盆地廊固凹陷天然气成因类型及分布规律

基于天然气组分以及组分同位素分析结果,结合凹陷烃源岩有机地球化学特征与地质背景,对廊固凹陷天然气的成因类型及其分布规律进行了研究。结果表明,廊固凹陷浅层(1 900m)与中深层(1 900m)天然气的地球化学特征存在很大的差异,具有不同的成因类型。浅层天然气藏以次生型生物改造气藏为主,是热成因气的湿气部分遭受细菌降解而产生的次生生物气与残留热成因气(主要为甲烷)混合而成。其主要特征为:气体干燥系数大于95%,但重烃气含量较高(ΣC_(2~+)0.5%);甲烷稳定碳同位素组成较轻(δ~(13)C_1值分布在-60‰~-50‰之间);异构丁烷含量增加,丙烷含量明显减少;很多气样稳定碳同位素序列在丙烷处发生局部倒转。深层天然气主要为偏腐殖型热成因气,而且大多数天然气为干酪根初次裂解气。深层天然气以低—中等成熟度(RO值范围为0.5%~0.8%)为主,主要来自成熟度相当的沙三下亚段烃源岩;而曹家务、固安地区深度超过4 000m的4个气样以及别古庄地区奥陶系潜山气藏成熟度较大(RO值范围为1.1%~1.5%),来自深层的沙四段—孔店组烃源岩。廊固凹陷深层天然气的分布受控于烃源岩干酪根类型以及热成熟度,浅层天然气的分布则主要与沟通深部热成因油气的断裂活动强度有关。固安、柳泉、郎东等地区浅层是次生型生物改造气藏的主要分布区与有利勘探带,固安—旧州地区大兴断层深部的砾岩体以及别古庄地区的潜山是深层热成因天然气的有利勘探区带。     

咸阳市区富氦水溶气组分特征及成因分析

咸阳市区位于渭河盆地中部,其地热资源丰富。在开发过程中发现地热水中普遍伴生有天然气,其组分多样、成因复杂。通过对咸阳市区34口地热井天然气样组分及碳同位素分析,结果认为,市区内地热井天然气主要以氮气(大部分在70%~90%)、甲烷(10%左右)为主,氦气(2%左右)含量普遍偏高;甲烷主要以煤成气混无机成因气为主。大部分地热井伴生气中氦气属于典型的壳源氦,个别属壳源气混有极少量幔源气。     

松辽盆地北部昌德东气藏天然气成因

松辽盆地北部昌德东气藏为高含ＣＯ２（含量可高达９０．３８％）气藏，烃类气体以甲烷为主。ＣＯ２的碳同位素值为－４．０６‰～－６．６１‰，氦同位素比值为３．９×１０－６～４．５×１０－６。与松辽盆地煤型气、油型气及国内外典型无机成因气对比，认为昌德东气藏中的ＣＯ２主要是来自地幔岩浆的无机成因气，通过断裂向上运移聚集；甲烷及其同系物则为无机气与有机气的混合。     

珠江口盆地番禺低隆起天然气成因研究

为了给白云凹陷深水区下一步油气勘探提供依据,文章运用多种天然气成因判别方法，对珠江口盆地番禺低隆起10口井38个天然气组分数据和60个稳定碳同位素数据进行了综合分析，认为该区天然气以烃类气体为主，其中甲烷含量占绝对优势，非烃气主要为N₂和CO₂，分布极不均匀；番禺低隆起的烃类气以成熟气为主，具有油型气和煤成气的混合成因特征，且以煤成气为主，其主力气源岩为白云凹陷Ⅱ₂-Ⅲ型干酪根有机质的恩平组泥岩，次要气源岩为白云凹陷Ⅰ-Ⅱ₁型干酪根有机质的文昌组泥岩；非烃气N₂和CO₂主要为无机成因。     

渤海海域中部地区天然气组成与成因类型

渤海海域中部地区已发现的天然气主要为烃类气体，成熟度为成熟高成熟，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。天然气甲烷、乙烷碳同位素变化较大，其中，BZ28—1构造天然气甲烷碳同位素最重，QHD30—1构造天然气乙烷碳同位素最重。烃类气为有机成因气，可分为油型气、煤成气和混合气，以混合气为主。图2表1参9     

苏联天然气中分子氮的同位素组成

苏联关于天然气中分子氮（N2）同位素组成的研究工作,主要是针对总计约100个地区的气藏、油藏和温泉气中氮的样品进行的。其深部成因的氮同位素组成范围较宽,一般为-16～+18‰。来自“超深”部的N2,δ15Nw值为-2‰～-0‰之间。油、气田中的氮,根据δ15N值约为-10‰和+14‰分为两组,前者源于碎屑岩,而后者是由破酸盐岩一蒸发盐宕形成的。初步认为,轻氮是在经过胺化阶段的同时,由有机质形成,还可能由铵盐形成;而重氮则由硝酸盐和其它化合物生成,但不经过胺化阶段。     

火成岩油气藏的烃源、成藏机理及勘探潜力

全面回顾了国内外火成岩油气藏的研究进展。指出,尽管目前已发现的具有商业价值的火成岩油气藏以有机成因为主,但对无机成因油气藏要给予高度重视。详细论述了火成岩油气藏的烃源及无机成因烃的形成机理,阐明地幔射气、晚岩浆期温度500℃以下封闭体系内C-O-H流体重新平衡和岩浆期后阶段矿物与流体的费托合成是无机成因烃的主要来源。我国东部盆地断陷期烃源岩发育良好,区域火山岩地幔包体和火山区温泉气内均含有地幔来源的烃类,碱性和过碱性花岗岩及基性和超基性岩组合具备费托合成烃的条件;表明火成岩油气藏具有巨大的勘探潜力。     

川南赤水地区天然气成因多样性分析

针对川南赤水地区天然气来源问题,利用天然气组分、烷烃碳氢同位素、天然气轻烃等地球化学特征,结合地质特征,分析川南赤水地区不同层系天然气的成因类型与气源。研究表明,川南赤水地区以烃类气为主,除侏罗系天然气干燥系数相对较低外,其他层系为典型干气,且不同层系天然气成因具有多样性：研究区陆相侏罗系表现出煤型气的特点,主要来源于须家河组煤系烃源岩;须家河组气藏为混源气,既有海相偏腐泥型气,又有陆相煤型气,主要来源于须家河组和二叠系烃源岩;海相雷口坡组虽有混源特征,但以海相偏腐泥型气为主,而嘉陵江组、茅口组以海相偏腐泥型气为主,气源为二叠系与志留系烃源岩。该研究解决了川南地区气源问题,可为下步勘探部署提供依据。     

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。     

徐家围子断陷火山岩包裹体组分和同位素组成分析及应用

应用真空机械破碎法对徐家围子断陷火山岩包裹体的组分和同位素组成进行了热爆前、后的对比分析,进而结合气井产出天然气的相应特征及热模拟实验结果对天然气的成因进行了探讨。结果表明,徐家围子地区火山喷发过程中的岩浆脱气烃类含量较高,暗示该区烃类天然气存在无机成因的可能,有必要对火山喷发脱气与普通岩浆活动脱气的差别做进一步研究;徐家围子断陷烃类天然气的碳同位素序列倒转主要是由不同期次/源天然气的混合作用造成,而非后期盖层散失过程中的组分和同位素分馏,同位素序列倒转不能单独用于判断天然气的成因;相对有机成因气,无机成因气（甲烷、乙烷和CO₂）碳同位素值常较重,用甲烷碳同位素值重于-20‰作为无机成因气的判别标准有一定的适用性,但过于苛刻;徐家围子断陷CO₂以无机成因为主,主要源于坳陷期地壳活动过程中的地幔岩浆脱气,无机成因CO₂能够聚集成藏与其未经历初次运移,与地层水接触少等因素有关。上述认识有益于对徐家围子断陷天然气的成因作出正确判断。     

次生生物甲烷与生物降解作用的判识——以准噶尔盆地腹部陆梁油气田为例

“次生生物气”是指原油遭受生物降解后生成的天然气,由于其成分几乎全部为甲烷,因此又称为“次生生物甲烷”。以准噶尔盆地陆梁油气田为例,基于天然气组分和稳定碳同位素组成,结合伴生原油的轻烃地球化学特征,系统研究了次生生物甲烷和生物降解作用的判识方法。研究表明：当热成因天然气与次生生物甲烷混合时,甲烷碳同位素组成变轻,天然气组分变干。同时,此类天然气通常与埋深(地温)和生物降解油藏密切相关。通过原油的轻烃化合物特征可以有效判别油藏是否遭受生物降解。次生生物甲烷的生成常常还伴随着原生热成因气中重烃气组分的选择性降解,造成天然气干燥系数变大,重烃气碳同位素组成富集¹³C,甚至发生倒转。目前使用的各类天然气成因判识图版只适用于原生热成因气,使用时必须充分考虑是否存在各类次生改造作用的影响。     

川西坳陷孝泉—新场地区天然气成因类型与运移

以孝泉—新场地区天然气组分、碳同位素及轻烃等地球化学资料为基础,对该区天然气的成因类型及运移特征进行了分析。结果表明,研究区天然气以烃类气体为主,天然气中甲烷含量平均值高于94%,以干气为主。碳同位素资料证实研究区天然气主要为热成因气,且以煤型气为主。同时,天然气碳同位素与组分资料都证实了须二段存在少量的油型气,这部分油型气主要来自须二段早期的石油裂解。研究区上三叠统须二段、须四段天然气甲烷与乙烷含量的差异,主要体现了热成熟作用对天然气组分的影响,侏罗系天然气甲烷与乙烷含量差异,则体现了天然气自中侏罗统向上侏罗统的垂向运移特征。研究区上三叠统须二段、须四段及中侏罗统天然气存在水溶相与游离相两种运移相态,中侏罗统天然气的水溶相强于须二段与须四段,上侏罗统天然气则以游离相运移为主。     

徐家围子断陷无机成因气证据及其份额估算

松辽盆地徐家围子断陷发育各种成因天然气,其无机成因烷烃气具有典型的负碳同位素系列(δ13C1δ132δ13C3δ13C4),并且甲烷碳同位素组成大于-30‰,R/Ra大干0.5.根据二源混合(无机成因气与热成因气的混合)模拟计算结果,无机成因气端元组分与煤成气或油型气混合后,大部分混合气都需要无机成因气所占比例高于80%才能发生负碳同位素系列,混合气的甲烷碳同位素组成远远偏重于徐家围子断陷无机成因甲烷的碳同位素组成主峰值.因此,认为徐家围子断陷无机成因烷烃气不可能完全是二源混合的结果.另外,煤成气与油型气之间的混合模拟说明有机成因气之间的混合无法产生负碳同位素系列,进一步佐证了徐家围子断陷深层天然气负碳同位素系列的无机成因.