天然气成因.

第二章天然气成因•天然气成因类型•不同成因天然气的形成与组成特征•不同成因天然气的综合判别天然气成因分类•根据天然气的来源，其成因分为两大类生物化学气石油伴生气凝析油伴生气无机成因气一、生物气的形成及特征•在低温(75℃)还原环境下，厌氧细菌对沉积物有机质进行生物化学降解作用所形成的富含甲烷气体称为生物化学气。或称之为细菌气、沼气、生物气或生物成因气等。成岩作用阶段形成生物气1、生物气的形成条件•1)拥有丰富的原始有机质，特别是腐殖型和混合型有机质，这是细菌活动所需碳源的物质基础。•2)严格的缺游离氧、缺硫酸盐环境，这是厌氧的甲烷菌群繁殖的必要条件。•3)地温低于75℃时，甲烷菌才能大量繁殖；当温度超过75℃时，甲烷菌大量死亡，不利于甲烷气的生成。•4)最适合甲烷菌繁殖的pH值为6.5－7.5。有机质类型与生物气产率产甲烷菌在严格的厌氧环境中才能大量繁殖微生物代谢作用的生化环境剖面图硫酸盐浓度与甲烷产量2、微生物合成甲烷的机理和过程不溶有机质可溶有机质挥发性有机酸+H2+CO2CH4酶的发酵作用产酸菌产氢菌产甲烷菌微生物食物链•在厌氧生态环境中，大分子有机物被降解直到生成甲烷的过程,是由种类繁多、各具独特生理化学特性的微生物类群共同参与、相互配合、协同完成的。甲烷生成菌的生长需要物H2和CO2是大多数产甲烷菌能利用的底物，在氧化氢的同时把二氧化碳还原为甲烷，这是产甲烷菌所独有的反应。温度对甲烷生成数量的影响•对最适宜甲烷菌繁殖的温度有不同的认识；–75ºC,温度高有利;–吴欣荣(1980)实验室结果,65ºC最佳–Zeikus等(1976)实验室结果:35-42ºC最佳–关德师等，25ºC-65ºC主要生气带生物气生成演化模式3、生物气的组成特点•生物化学气的组成主要是甲烷，可高达98%以上，重烃气(C2+)含量极低，一般2%，干燥系数(C1/C2+)在数百以上，属于干气。有时可含有痕量的不饱和烃以及少量的CO2和N2。•生物化学气的甲烷以富集轻的碳同位素12C为特征。其甲烷的碳同位素含量δ13C1的范围从-55～-100‰多数在-60～-80‰。生物气的甲烷碳同位素随深度增加而增加碳同位素含量（δ）的含义•PDB：12C/13C=1123.72x10-5s含碳物质的碳同位素组成4、我国生物气组成实例生物气形成深度生物气可以形成大气田我国生物气分布•据不完全统计，至1995年底，中国共发现生物气藏28个（东南沿海第四系浅层气藏除外）；•柴达木盆地东部、浙江与东南沿海、松辽、二连、渤海湾、江汉、苏北、百色等盆地有发现；•除柴达木盆地外，气藏规模小，勘探程度低，为其它钻探目的的附带结果。•已发现气藏类型简单（背斜、断背斜，岩性）；层位分布新（Q、Tr、K）；埋深浅（2000m）。典型实例-柴达木盆地东部第四系第四系厚度超过3000m，是世界第四系最厚的剖面柴达木盆地第四系岩性柱状图13601320128012401200海拔(m)台南6井台南5井台南4井泥岩气水气水界面气运移方向柴达木盆地台南气田生物成因气成藏模式示意图图2-1国外典型实例：——西西伯利亚乌连戈依气田二、油型气•油型气系指腐泥型干酪根进入成熟阶段以后所形成的天然气，它包括伴随生油过程形成的石油伴生气，以及高成熟和过成熟阶段由干酪根和液态烃裂解形成的凝析油伴生气和裂解干气。因此,油型气可进一步分为石油伴生气、凝析油伴生气及裂解干气。腐泥型与腐殖型有机质•所有沉积有机质大致可以区分为腐泥型和腐殖型两大类。•腐泥型系指脂肪族有机质在缺氧条件下分解和聚合作用的产物，来自海洋或湖泊环境水下淤泥中的孢子及浮游类生物，它们可以形成石油、油页岩、藻煤。•腐殖型系指泥炭形成的产物，来自有氧条件下沼泽环境的陆生植物，主要可以形成天然气和腐殖煤，在一定条件下也可以生成液态石油。偏腐泥型有机质偏腐殖型有机质干酪根结构示意图不同干酪根的产烃量和产烃性质油型气的生成模式形成石油伴生气形成凝析油伴生气形成高温裂解气油型气的产生途径干酪根H/C原子比随演化程度的增加而变低；甲烷和石墨是这一演化过程的终结产物。原油热演化过程的正构烃歧化作用和芳香烃缩合作用。结果正构烃分子不断变小，芳香烃不断缩合。粘土类矿物在烃类裂解中的催化作用•硅铝矿物结构，吸附烃类，形成正碳离子，导致发生ß位断裂，形成小分子烃；•粘土类矿物含量、有机质类型的不同，产气率不同。nC23在蒙脱石催化裂解下形成小分子烃类（温度300度）油型气的组成特点•石油伴生气和凝析油伴生气的共同特点是重烃气含量高，一般超过5%，有时可达20－50%，石油伴生气的甲烷碳同位素含量为-55～-45‰，凝析油伴生气的-50～40‰。过成熟的裂解干气，以甲烷为主，重烃气极少，1～2%，甲烷碳同位素≥-35～-40‰。组成特征实例油型气的甲烷碳同位素含量与其源岩热成熟度的关系不同类型干酪根不同成熟度条件下形成天然气的δ13C1•腐殖型：δ13C1=14logRo-28•腐泥型：δ13C1=17logRo-42天然气甲烷系列碳同位素特征有机成因气均有此特性甲烷系列物碳同位素差与其源岩成熟度应用δ13C1-RO可以确定气源岩层位原理:δ13C1-RO-H三、煤型气•凡与煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有机质)热演化有关的天然气，都称为煤型气或煤系气。•有人把陆源腐殖质形成的天然气也归为此类。煤成气、煤层气•煤成气：由煤所形成的天然气•煤层气：由煤本身通过吸附作用而富集的气，是煤成气的一种产状（富集形式）•煤型气：包括煤、煤系地层的分散有机质、陆源腐植有机质所形成的天然气。成煤物质及其结构特点•煤主要由各门类的植物遗体形成,以陆生高等植物为主.•有机组分以碳水化合物和木质素为主.•结构中含有较多的芳环和杂原子.煤的显微组分•镜质组–木质素纤维组织凝胶化作用的产物•惰质组–木质素纤维组织碳化作用的产物•壳质组–高等植物中富含氢的组织器官(如孢粉质、角质、木栓质）及植物组织的分泌物煤的显微组分与成油组分•煤是成气还是成油及成油数量与煤的类型和显微组分组成密切相关。•煤的成油潜力取决于富氢的壳质组含量的多少。•基质镜质体具有富氢性，在低演化阶段可以生成大量液态烃。成煤阶段煤成烃模式煤存在早期生烃和晚期生烃两种组分腐植有机质煤化过程的成气模式煤型气组成特点•煤型气含有一定量的非烃气，如N2、CO2等，但其含量很少达到20%•煤型热解气的重烃含量比煤型裂解气高，但煤型气的重烃含量也很少超过20%，主要为甲烷。•煤型气的甲烷同位素一般在-25～-42‰。•凝析油中，常含有较高的苯、甲苯以及甲基环己烷和二甲基环戊烷。•煤型气常含汞蒸气，一般含量超过700毫微克/米3，多数大于1000毫微克/米3伴生凝析油和轻质油某些组成特征•C7轻烃系列三角图（正庚烷、甲级环己烷、二甲基环戊烷）来自水生生物（类脂物）来自藻类类和细菌来自高等植物煤成气与油型气的鉴别•生物标记物所反映的有机质来源生物标记物结构不同类型干酪根不同成熟度条件下形成天然气的δ13C1•腐殖型：δ13C1=14logRo-28•腐泥型：δ13C1=17logRo-42我国煤型气•煤成气理论开辟了天然气勘探的新领域•促进了我国天然气勘探的发展•我国煤系地层分布广泛•发现的气田多数为煤型气田晚古生代，华北海陆过渡相成煤环境；华南二叠系也发育了煤系。鄂尔多斯盆地中部气田、渤海湾盆地文留气田、苏桥气田；中生代，四川上三叠统发现了中坝气田我国含煤层系发育特征–华北晚古生代大型陆表海聚煤坳陷•本溪、太原、山西、上下石盒子等时期西南地区晚二叠世陆表海聚煤期三叠世–华北鄂尔多斯盆地延长组–华南四川盆地及滇、黔、鄂沉积区须家河组早中侏罗世霸县凹陷文安斜坡苏桥气藏气藏实例临清坳陷文留气藏琼东南盆地吐哈盆地鄂尔多斯盆地•中部大气田,储层为O2;气多数来自C-P•早期西缘断褶代带发现断块气藏(胜利井);C-P广泛发育致密性岩性气藏,自生自储•伊盟地区C-P新近有发现鄂尔多斯盆地气田分布准噶尔盆地三套烃源岩：-(石炭系-)二叠系海相沉积-中下侏罗统河湖相煤系-下第三系位于南缘第三排构造的最东边；储层为E1-2甲烷含量93.58%,δ13C1=-37.84.来自侏罗系塔里木盆地三套烃源岩层系：侏罗系煤系，中上奥陶统泥灰岩、过-高成熟度的寒武系烃源岩塔里木盆地•克拉2井3499.87~3534.66m天然气碳同位素特征：13C1=-31.1‰，13C2=-16.8‰，13C3=-18.5‰，13C4=-17.8‰，具有典型煤系气特点。六、无机成因气•无机成因气指不涉及有机物质反应的一切作用和过程所形成的气体。它包括地球深部岩浆活动、变质作用、无机矿物分解作用、放射作用以及宇宙空间所产生的气体。•非烃气能大量来自无机作用是无可置疑的。目前也有很多迹象表明，甲烷也有无机成因来源。甲烷可无机成因的证据•化学家很早就在实验室通过无机化学反应获得了甲烷；•人们早就发现太阳系外侧行星的大气圈中含有气态甲烷；•在陨石固体中以及在地壳岩石内与岩浆活动有关的多种金属和金刚石矿中也有数量不等的甲烷气；•在东太平洋洋隆热液喷出口观测到射出的气体中含有较高的甲烷气含量。甲烷、二氧化碳的死亡温度•来自幔源的岩浆以及变质作用和由此引起的无机矿物热分解作用所形成，•由地表水渗入地壳深处而形成的大气成因气。•无机成因气的分布与深大断裂活动有关，构造活动单元，特别是古老地层更有可能分布无机成因气。常见的无机气类型及其分布我国有机与无机成因天然气的二氧化碳碳同位素深源气具有较高的氦气含量无机成因气的分布与深大断裂活动有关我国东部二氧化碳气藏七、天然气成因的综合判别•参数–1、天然气•化学组成•同位素特征–2、伴生物•生物标记物–3、储层沥青•生物标记物–4、母岩•成熟度•生物标记物–5、地质产状•产层深浅•大地构造位置•无机成因气区。δ13C1由-7‰到-41‰，δ13Cco2由+27‰到-7‰(在0‰附近特别集中)。洋脊喷出气、温泉气、火山气和各种岩浆岩和宇宙物质包裹体中的气体均落于此区。•生物化学气区。δ13C1由-54‰到-92‰，δ13Cco2由-36‰到+1‰。•有机质热裂解气区。δ13C1由-40‰到-19‰，δ13Cco2由-30‰到-16‰。沉积岩中的分散有机质、泥炭、煤和石油热裂解气均落于此区。1、ГуцаΛо的δ13C1-δ13Cco2分类图版作业之一天然气成因类型判别内容1、天然气成因类型2、不同成因天然气的区别方法和指标