天然气地球科学 所统计的数据90%以上分布于<-60‰的范围,可则显示热成因气的特征。 见以-60‰作为划分生物成因气的甲烷δC值比1.2低温热成因气(生物-热催化过渡带气) 较合理 低温热成因气是烃源岩热演化尚未进入生油门 限的未成熟-低成熟条件下,有机质经低温热降解 作用而生成的天然气。对低温热成因气的认识目前 也存在不同的观点。 (1)早期热成因气 galimov针对西西伯利亚 U rengo超大型气田天然气的特征,提出了腐殖型 有机质早期(R=0.5%~0.7%)转化成烃的认识。 认为以甲烷为主、8C1在-50‰-46‰之间和 6C( 8C在-29.5‰±0.4‰的 U rengo超大气田的天 图1生物气甲烷8C1分布 然气既不是生物成因气,也非深部来源的过成熟气, 数据来源周翥虹等戴金星等戚厚发等吗 Rie and而是腐殖型有机质热演化早期经热化学反应生成的 Claypool, B air!4), Burke and Sackett! S), Schoel 2,M at- 早期热成因气。 Schaefer等l针对西西伯利亚天然 avel等6 气的形成,进行了低熟烃源岩在开放系统中的程序 对生物成因气藏中微量或痕量乙烷以上重烃气加温热模拟实验,发现即使在西西北利亚广泛分布 体的成因有两种观点一种认为与甲烷同源,即微生的陆相沉积 Poker组所处的低温条件下(R。=0.4% 物成因,另一种认为是有机质低温热解成因。 0.55%),早期热成因甲烷的生成也能够在一定的 微生物成因的观点目前尚缺乏有说服力的证但较小的程度上发生。然而,考虑到相应的产气面积 据,而低温热解成因可从以下几个方面证明:①甲烷和这类气体在气藏中的聚集,甲烷的生成量是能够 菌和未熟有机质的生化模拟实验生成的气态产物不达到 U rengo这样的气聚集量级的。因此认为早期 含重烃气体,②几十米至上千米的深海钻探中所热成因甲烷至少部分地对 U rengo天然气藏的聚 得到天然气的组分中乙烷与甲烷比值随深度増加而集做出了贡献。在冋样的热模拟实验下, Cramer 增加,③生物气中的重烃含量往往与沉积物的温度、等10测得低温下(260~300℃)所生成甲烷的δC 地层时代及有机质含量有关,④热解成因气的成在50.0‰%-53.5‰。 烃温度可低至60℃(甚至20℃)1n。 (2)低温热成因气。Rowe等l对加拿大西部沉 由于生物气中重烃组分含量低,重烃组分碳同积盆地 Co brado组浅层(<500m)源岩吸附气的研 位素的研究资料也较少。戴金星等0对我国生物成究发现,烃类气体具有很轻的碳同位素组成,其中 因气甲烷、乙烷、丙烷的碳同位素研究表明:δC在δ℃在-67.7‰~-63.0‰之间,δ2在-54.1‰ 91‰-55‰之间8C2在-46.5‰-30.7‰~-43.6‰之间,83C3在-44.9‰-34.9‰之 之间和8C3在-32.5%-23.5‰之间,且δC1、间,正丁烷δC在-38.0%‰-32.4‰之间,C1 δ℃2和δ℃3值具有随重烃含量增加而变重的趋势,(C2+C3)比值在65-285之间。而且重烃气体具有 可能更多地反映了重烃组分的热成因特征 热成因气碳同位素变化的3个明显特征,即①δC (2)晚期(次生)生物成因气。指在较近的地质值随源岩热演化程度增加而增加,②在相同热演化 时期(几万年至几百万年)在古沉积岩(特别是煤层)条件下,δ℃值随碳数增加而增加,③源岩热演化程 中生成的气体,其生成与活跃的地下水系统密切相度越低,烃类组分间8℃值差异越大122。因此除 关。晚期生物成因气可以在区域水动力系统发育认为 Co brado组浅层源岩吸附气中除甲烷气体中 的各种煤级的煤层中生成,这是由于水的活动将氧有生物成因气混入外,还认为重烃气体为低温热成 及一些喜氧细菌带入煤层,使煤层中的复杂有机化因气,其成烃温度可低至60℃(甚至20℃),相应的 合物经过喜氧氧化作用变为厌氧的产甲烷菌能够利R。分布范围为0.25%~0.3%。 用的简单化合物,并随着水中溶解氧的消耗形成厌 (3)生物-热催化过渡带气。王万春等通过 氧环境而生成生物气。晩期生物成因气往往与热成对辽河盆地天然气地质及地球化学特征的研究,认 因煤成气混合而储集在煤层中,因此其甲烷碳同位为该盆地东部凹陷甲烷δ℃值在-5‰--50‰ 素组成偏轻(<-50‰),而乙烷、丙烷碳同位素组成之间,埋深较浅,是自生自储气藏中的天然气为生物 c1994-2008ChinaAcademicournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://nnr.cnki.net所统计的数据 90% 以上分布于< - 60‰的范围, 可 见以- 60‰作为划分生物成因气的甲烷 ∆ 13C 值比 较合理。 图 1 生物气甲烷 ∆ 13C1 分布 数据来源: 周翥虹等[12 ]; 戴金星等[10 ]; 戚厚发等[13 ]; R ice and Claypool[1 ]; B lair[14 ]; Burke and Sackett[15 ]; Schoell[2 ]; M at2 tavelli等[16 ] 对生物成因气藏中微量或痕量乙烷以上重烃气 体的成因有两种观点: 一种认为与甲烷同源, 即微生 物成因; 另一种认为是有机质低温热解成因。 微生物成因的观点目前尚缺乏有说服力的证 据, 而低温热解成因可从以下几个方面证明: ①甲烷 菌和未熟有机质的生化模拟实验生成的气态产物不 含重烃气体[ 13 ] ; ②几十米至上千米的深海钻探中所 得到天然气的组分中乙烷与甲烷比值随深度增加而 增加; ③生物气中的重烃含量往往与沉积物的温度、 地层时代及有机质含量有关[ 1 ] ; ④热解成因气的成 烃温度可低至 60℃(甚至 20℃) [ 4, 17 ]。 由于生物气中重烃组分含量低, 重烃组分碳同 位素的研究资料也较少。戴金星等[ 10 ]对我国生物成 因气甲烷、乙烷、丙烷的碳同位素研究表明: ∆ 13C1 在 - 91‰～ - 55‰之间、∆ 13C2 在- 4615‰～ - 3017‰ 之间和 ∆ 13C3 在- 3215‰～ - 2315‰之间, 且 ∆ 13C1、 ∆ 13C2和∆ 13C3值具有随重烃含量增加而变重的趋势, 可能更多地反映了重烃组分的热成因特征。 (2) 晚期(次生) 生物成因气。指在较近的地质 时期(几万年至几百万年) 在古沉积岩(特别是煤层) 中生成的气体, 其生成与活跃的地下水系统密切相 关[ 18 ]。晚期生物成因气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 因煤成气混合而储集在煤层中, 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。 112 低温热成因气(生物- 热催化过渡带气) 低温热成因气是烃源岩热演化尚未进入生油门 限的未成熟- 低成熟条件下, 有机质经低温热降解 作用而生成的天然气。对低温热成因气的认识目前 也存在不同的观点。 (1) 早期热成因气: Galimov[ 3 ]针对西西伯利亚 U rengoy 超大型气田天然气的特征, 提出了腐殖型 有机质早期(R o= 015%～ 017% ) 转化成烃的认识。 认为以甲烷为主、∆ 13C1 在- 50‰～ - 46‰之间和 ∆ 13C2在- 2915‰±014‰的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, 而是腐殖型有机质热演化早期经热化学反应生成的 早期热成因气。Schaefer 等[ 19 ]针对西西伯利亚天然 气的形成, 进行了低熟烃源岩在开放系统中的程序 加温热模拟实验, 发现即使在西西北利亚广泛分布 的陆相沉积 Pokur 组所处的低温条件下(R o= 014% ～ 0155% ) , 早期热成因甲烷的生成也能够在一定的 但较小的程度上发生。然而, 考虑到相应的产气面积 和这类气体在气藏中的聚集, 甲烷的生成量是能够 达到U rengoy 这样的气聚集量级的。因此认为早期 热成因甲烷至少部分地对U rengoy 天然气藏的聚 集做出了贡献。 在同样的热模拟实验下, C ram er 等[ 20 ]测得低温下 (260～ 300℃) 所生成甲烷的 ∆ 13C 在- 5010‰～ - 5315‰。 (2) 低温热成因气。Row e 等[ 4 ]对加拿大西部沉 积盆地 Colorado 组浅层(< 500 m ) 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, 其中 ∆ 13C1 在- 6717‰～ - 6310‰之间, ∆ 13C2 在- 5411‰ ～ - 4316‰之间, ∆ 13C3 在- 4419‰～ - 3419‰之 间, 正丁烷 ∆ 13C 在- 3810‰～ - 3214‰之间, C1ö (C2+ C3) 比值在 65～ 285 之间。而且重烃气体具有 热成因气碳同位素变化的 3 个明显特征, 即: ①∆ 13C 值随源岩热演化程度增加而增加; ②在相同热演化 条件下, ∆ 13C 值随碳数增加而增加; ③源岩热演化程 度越低, 烃类组分间 ∆ 13C 值差异越大[ 21, 22 ]。因此除 认为 Colorado 组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, 其成烃温度可低至 60℃(甚至 20℃) , 相应的 R o 分布范围为 0125%～ 013%。 (3) 生物- 热催化过渡带气。王万春等[ 23 ]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天然气为生物 074 天 然 气 地 球 科 学 V ol114 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net