稳定同位素在石油天然气地质中的应用与进展.doc

 稳定同位素在石油天然气地质中的应用与进展 李玉梅 陈践发 (中国科学院兰州地质所气体地球化学国家重点实验室 ,兰州 ,730000) 摘 要 分析总结了稳定同位素资料在判识天然气成因类型 、确定干酪根母质来源 、进行 油/ 气/ 源对比 、追索油气二次运移路线 、探讨有机质的热演化规律 、分析油气的次生变化 以及油气混层开采中所起的重要作用 ,并介绍了稳定同位素应用于理论研究和生产实践 的必威体育精装版进展 。 δ13 C 关键词 稳定同位素 石油 天然气 甲烷 第一作者简介 李玉梅 女 1974 年出生 硕士研究生 主要从事生物同位素地球化 学研究 在石油天然气地质工作中 ,稳定同位素方法日益受到重视 。尤其是近几十年 ,随着理论研究的 深入和测试水平的提高 ,稳定同位素的应用愈加广泛 ,综合起来有以下几个方面 : 1 判识天然气的成因类型 天然气的成因类型较为复杂 ,形成机制目前尚不十分清楚 。 大洋钻探计划 (OD P) 结果表明 ,洋壳第三层存在着大量的富甲烷流体 ,Vanko 和 Stakes 认为它 们直接来自洋中脊一带的上隆地幔 。Kelly 等已借助碳 、氢 、氧同位素数据证实 :流体中的甲烷分别 形成于岩石冷却期间与蚀变期间1 。这一巨厚甲烷层的发现为深源气理论提供了有力证据 。 80 年代初 ,我国学者便提出四川威远天然气40 Ar/ 36 Ar 异常高 ,可能源于地球深部2 ;Lollar 等 (1997) 3 对 Pannonian 及 Vienna 盆地进行氦 、氖 、碳同位素分析后指出 ,该区内天然气中的碳为地幔来 源 (幔源 CO2 的特征是与其伴生的氦同位素 R/ Ra 14 ) 。这些看法均与大洋钻探结果相吻合 。 有机成因的天然气中 ,生物气是近年来研究较多的一种 。生物气以甲烷为主 ,δ13 C1 - 55 ‰ 或δ13 C1 - 60 ‰5 ,6 。甲烷的形成途径有二 : ① 微生物发酵 ; ②CO2 被 H2 还原 。 在现代沉积物中 ,泥炭空隙内发酵成因的甲烷分布于地表浅部的生物活跃区 ,而还原成因的甲 烷则产生于相对较深的基底稳定区7 。由于土壤中水的作用 ,泥炭层内甲烷的形成与地表环境的 关系比与泥炭本身的关系更为密切8 ; 淡水环境中发酵成因的甲烷占生物气的主体7 , 这恰与 Whiticar 等 (1986) 9 的观点一致 。 天然气水合物 (主要是甲烷水合物) 是全球瞩目的一种潜在能源 ,当前学术界尤为重视的是水 合物的气态烃组成和δ13 C1 值 。其中 ,δ13 C1 是判断甲烷成因的重要依据 。采自大陆和深海的天 然气水合物样品 , 其δ13 C1 范围多在 - 57 ‰～ - 73 ‰之间 ,属微生物成因 ;仅在少数地区发现了由 热成因或混合成因甲烷形成的天然气水合物10 。 1998 年 9 月 3 日收稿 ,11 月 2 日改回 。 1983 年 ,Schoeu 率先使用乙烷碳同位素讨论天然气成因11 。国内研究者多以δ13 C2 = - 28 ‰ 为区分腐殖型气与腐泥型气的标准 ,或将其减小为δ13 C2 = - 29 ‰12 。最近 ,刚文哲等在用加水热 压模拟实验的方法研究塔里木盆地天然气时 ,亦是把δ13 C2 = - 29 ‰作为划分两种气的界限14 。 为便于判识天然气的成因类型 ,我国学者还编制了系统的鉴定表5 ,6 和鉴定图版5 。 2 确定干酪根有机母质来源 利用碳稳定同位素数据可推断不同沉积相中干酪根母质 (前身物) 来源 (表 1) 。 表 1 不同沉积相中各类干酪根碳同位素数据及其母质来源( 据戴金星 , 1992) Ta ble 1 . Carbon isotope data of kerogen in diff erent depositional facies and its precursor origin δ13CPDB ( ‰) 盆 地 沉积相 干酪根类型 主要来源 江汉 四川 辽河 南阳 鄂尔多斯 咸水湖 沼泽 近海淡水湖 淡水湖 滨海沼泽 Ⅲ型为主 Ⅲ型为主 Ⅱ1 型 Ⅱ1～ Ⅰ型 Ⅲ型 - 19 . 8～ - 24 . 1 - 22 . 4～ - 22 . 5 - 22 . 7～ - 25 . 9 - 26 . 1～ - 28 . 5 - 22 . 4～ - 26 . 6 陆生高等植物 陆生高等植物 陆生高等植物 淡水浮游生物 、藻类 陆生植物与浮游生物 注 :陆生高等植物木质素的δ13C 为 - 20 ‰～ - 25 ‰;淡水