李先奇等中国生物成因气的类型划分与研究方向 表1生物气成因类型划分 原生型生物气 生型生物气 对比项目 早期生物成因气 晚期生物成因气原油降解次生生物气浅层油气次生蚀变 形成机制有机质在甲烷菌的生物有机质经低温热降二次埋深变浅由微厌氧细菌作用于原油气受到氧化等喜氧细 化学作用下生成 解作用而形成 生物作用生成 油重新形成 菌降解后形成的气体 分布位置浅层 中浅层 浅层 烃类组成甲烷为主重烃极低含-089之间含部分甲烷为主,含部分重甲烷为主重烃经极甲烷为主重烃极低 CO2、N2 碳同位素变重,丙烷最 同位素81在.9%‰5‰℃1在·55‰~烷丙烷碳同位素组碳同位素变轻可小重,8C1<C2<8C3 成则显示热成因气于.70 的特征。 田实例柴达木 廊固凹陷 _松辽西斜坡 济阳坳陷 征,提出了腐殖型有机质早期(Ro=05%07%) 王万春等概括指出,烃源岩在未成熟至低成 转化成烃的认识,认为 U rengo超大气田的天然气熟演化阶段生成的低温热成因天然气是有机质经低 既不是生物成因气,也非深部来源的过成熟气,而是温热作用生成的,是以甲烷为主要组分的且甲烷碳 有机质热演化早期经热化学反应生成的早期成熟阶同位素组成较轻(8C1值为-60%‰050‰)的天 段形成的天然气,即早期热成因气。Rowe等对加然气,但比生物气重,含有少量CC4的重烃和非 拿大西部沉积盆地浅层源岩吸附气的硏究发现,烃烃类气体,并常与轻质油或凝析油伴生,其烃源岩热 类气体具有很轻的碳同位素组成认为浅层源岩吸演化程度在025%~06%的范围内,与传统生物 附气中除甲烷气体中有生物成因气混入外,还认为气具有明显差异。 重烃气体为低温热成因气,因此把它称为低温热成23晚期生物成因气 因气1王万春等通过对辽河盆地天然气地质及地 晩期生物气是指经过一定热演化程度的烃源 球化学特征的研究,认为该盆地东部凹陷甲烷δC岩,由于构造抬升而再次进入微生物作用带内,在适 值在-55‰~·50‰之间,埋深较浅,是自生自储气当的条件下由于微生物的作用而再次生成的生物 藏中的生物-热催化过渡带气。徐永昌等经过进1,即二次埋深变浅,适宜于厌氧细菌的活动,属 步研究则认为过渡带气的甲烷具有较轻的碳同位于再生型生物气。由于传统的生物气只能形成于烃 素组成(δ℃1值为-60‰-48‰,有一定量乙烷源岩热演化之前,微生物对原始有机质作用而形成 以上的重烃,C11.s比值在Q7Q9之间),过渡的生物气。晚期生物气则是对经过热演化的烃源岩 带气并非是典型的干气,过渡带气相应的源岩成熟再次被微生物作用而产气,这是一个新的生物气亚 度Ro为04%~055%个别达到07%,埋深在类。这类生物气的形成与活跃的地下水系统密切相 1000-2500m,部分埋深可达3000m。刘文汇关。晚期生物成因气也可以在区域水动力系统发育 通过对我国10多个沉积盆地过渡带气组分和同位的各种煤级的煤层中生成,这是由于水的活动将氧 素组成的分析认为:过渡带气是以甲烷为主,含一定及一些喜氧细菌带入煤层,使煤层中的复杂有机化 量重烃的烃类天然气,其δC1为-60‰%-45‰%,合物经过喜氧氧化作用变为厌氧的产甲烷菌能够利 各种类型的母质在演化的早期阶段均可形成过渡带用的简单化合物,并随着水中溶解氧的消耗形成厌 气,但以偏腐殖型母质最为有利。总之,经过中科氧环境而生成生物气。晚期生物成因气往往与热成 院兰州地质所长期研究,形成了比较完善的生物-因气混合而储集在地层中,因此其甲烷碳同位素组 热催化过渡带气理论,认为这类低熟气是沉积盆地成偏轻(<-50‰),而乙烷、丙烷碳同位素组成则显 中介于生物化学作用带与热解作用带之间,生物化示热成因气的特征。我国南方浅层广泛分布海相碳 学作用趋于结束而热解作用还未达到经典油气理论酸盐岩,某些地层仍含有一定量的有机质,后期由于 的干酪根晚期降解门限的层段,在温度不高、压力较地壳抬升运动再次进入微生物作用范围内,其是否 小,而粘土矿物催化作用和构造应力引起的力化学能够再次生成生物气也是一个值得关注的问题。 作用极其活跃的条件下,特定成气有机质通过脱羧、24原油降解次生型气 脱基团和缩聚等作用形成小分子的烃类 原油降解气是指原油在厌氧微生物降解过程中 c1994-2008ChinaAcademicournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://nww.cnki.ner表 1 生物气成因类型划分 对比项目 原生型生物气 早期生物成因气 (细菌成因) 低熟气 晚期生物成因气 次生型生物气 原油降解次生生物气 浅层油气次生蚀变 改造天然气 形成机制 有机质在甲烷菌的生物 化学作用下生成 有机质经低温热降 解作用而形成 二次埋深变浅由微 生物作用生成 厌氧细菌作用于原 油重新形成 油气受到氧化等喜氧细 菌降解后形成的气体 分布位置 浅层 中、浅层 浅层 浅层 浅层 烃类组成 甲烷为主, 重烃极低; 含 部分CO 2、N 2 C1öC125 比值在 0. 7 ～ 0. 89 之间含部分 CO 2、N 2 甲烷为主, 含部分重 烃 甲 烷 为 主, 重 烃 极 低; 含N 2 较高 甲烷为主, 重烃极低; 同位素 ∆ 13C1 在- 91‰～ - 55‰ 之间 ∆ 13C1 在 - 55‰ ～ - 50‰之间 ∆ 13C1< - 50‰, 而乙 烷、丙烷碳同位素组 成则显示热成因气 的特征。 碳同位素变轻可小 于- 70‰ 碳同位素变重, 丙烷最 重, ∆ 13C1< ∆ 13C2< ∆ 13C3 > ∆ 13C4 气田实例 柴达木 辽河、准噶尔 廊固凹陷 松辽西斜坡 济阳坳陷 征, 提出了腐殖型有机质早期(R O = 0. 5%～ 0. 7% ) 转化成烃的认识, 认为U rengoy 超大气田的天然气 既不是生物成因气, 也非深部来源的过成熟气, 而是 有机质热演化早期经热化学反应生成的早期成熟阶 段形成的天然气, 即早期热成因气[ 46 ]。Row e 等对加 拿大西部沉积盆地浅层源岩吸附气的研究发现, 烃 类气体具有很轻的碳同位素组成, 认为浅层源岩吸 附气中除甲烷气体中有生物成因气混入外, 还认为 重烃气体为低温热成因气, 因此把它称为低温热成 因气[ 47 ]。王万春等通过对辽河盆地天然气地质及地 球化学特征的研究, 认为该盆地东部凹陷甲烷 ∆ 13C 值在- 55‰～ - 50‰之间, 埋深较浅, 是自生自储气 藏中的生物- 热催化过渡带气[ 41 ]。徐永昌等经过进 一步研究则认为过渡带气的甲烷具有较轻的碳同位 素组成(∆ 13C1 值为- 60‰～ - 48‰, 有一定量乙烷 以上的重烃, C1öC1- 5比值在 0. 7～ 0. 9 之间) , 过渡 带气并非是典型的干气, 过渡带气相应的源岩成熟 度 R O 为 0. 4%～ 0. 55%、个别达到 0. 7% , 埋深在 1 000～ 2 500 m , 部分埋深可达 3 000 m [ 42 ]。刘文汇 通过对我国 10 多个沉积盆地过渡带气组分和同位 素组成的分析认为: 过渡带气是以甲烷为主, 含一定 量重烃的烃类天然气, 其 ∆ 13C1 为- 60‰～ - 45‰, 各种类型的母质在演化的早期阶段均可形成过渡带 气, 但以偏腐殖型母质最为有利[ 42 ]。总之, 经过中科 院兰州地质所长期研究, 形成了比较完善的生物- 热催化过渡带气理论, 认为这类低熟气是沉积盆地 中介于生物化学作用带与热解作用带之间, 生物化 学作用趋于结束而热解作用还未达到经典油气理论 的干酪根晚期降解门限的层段, 在温度不高、压力较 小, 而粘土矿物催化作用和构造应力引起的力化学 作用极其活跃的条件下, 特定成气有机质通过脱羧、 脱基团和缩聚等作用形成小分子的烃类。 王万春等[ 38 ]概括指出, 烃源岩在未成熟至低成 熟演化阶段生成的低温热成因天然气是有机质经低 温热作用生成的, 是以甲烷为主要组分的且甲烷碳 同位素组成较轻(∆ 13C1 值为- 60‰～ - 50‰) 的天 然气, 但比生物气重, 含有少量 C2～ C4 的重烃和非 烃类气体, 并常与轻质油或凝析油伴生, 其烃源岩热 演化程度在 0. 25%～ 0. 6% 的范围内, 与传统生物 气具有明显差异。 2. 3 晚期生物成因气 晚期生物气是指经过一定热演化程度的烃源 岩, 由于构造抬升而再次进入微生物作用带内, 在适 当的条件下由于微生物的作用而再次生成的生物 气[ 35 ] , 即二次埋深变浅, 适宜于厌氧细菌的活动, 属 于再生型生物气。由于传统的生物气只能形成于烃 源岩热演化之前, 微生物对原始有机质作用而形成 的生物气。晚期生物气则是对经过热演化的烃源岩 再次被微生物作用而产气, 这是一个新的生物气亚 类。这类生物气的形成与活跃的地下水系统密切相 关。晚期生物成因气也可以在区域水动力系统发育 的各种煤级的煤层中生成, 这是由于水的活动将氧 及一些喜氧细菌带入煤层, 使煤层中的复杂有机化 合物经过喜氧氧化作用变为厌氧的产甲烷菌能够利 用的简单化合物, 并随着水中溶解氧的消耗形成厌 氧环境而生成生物气。晚期生物成因气往往与热成 因气混合而储集在地层中, 因此其甲烷碳同位素组 成偏轻(< - 50‰) , 而乙烷、丙烷碳同位素组成则显 示热成因气的特征。我国南方浅层广泛分布海相碳 酸盐岩, 某些地层仍含有一定量的有机质, 后期由于 地壳抬升运动再次进入微生物作用范围内, 其是否 能够再次生成生物气也是一个值得关注的问题。 2. 4 原油降解次生型气 原油降解气是指原油在厌氧微生物降解过程中 N o. 4 李先奇等: 中国生物成因气的类型划分与研究方向 974 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net