天然氣成烴、成藏三元地球化學(xué)示蹤體系及實(shí)踐

前言

天然氣藏是天然氣地質(zhì)學(xué)研究的核心。經(jīng)過二十余年的天然氣科技攻關(guān)，我國在天然氣成因、大中型天然氣藏形成主控因素研究等方面取得了顯著進(jìn)展，有效拓展了天然氣勘探領(lǐng)域，促進(jìn)了我國天然氣探明儲(chǔ)量的快速增長。天然氣具有多源、多階形成和多運(yùn)移相態(tài)的特點(diǎn)，混源（或復(fù)合）氣在已發(fā)現(xiàn)的氣藏中非常普遍，占有重要比例。雖然對(duì)于混源氣聚集的地質(zhì)和地球化學(xué)模型的探索一直備受關(guān)注，但是具有科學(xué)和實(shí)用意義的高效天然氣藏生成、聚集的地球化學(xué)理論及混源氣示蹤方法還有待完善。天然氣成藏具有多源復(fù)合特征。一個(gè)氣藏，如果不是由單一的端元組分形成，而是由煤型氣、油型氣混源成藏，這時(shí)應(yīng)按實(shí)際地質(zhì)背景確定該區(qū)端元組分特征，以多源復(fù)合的觀點(diǎn)來討論天然氣地球化學(xué)特征及其內(nèi)涵。目前對(duì)混源氣的判識(shí)主要利用的地球化學(xué)參數(shù)有碳?xì)浞€(wěn)定同位素組成、輕烴的相對(duì)組成或絕對(duì)定量分析、稀有氣體同位素組成等。輕烴是天然氣的最重要的組成之一，含有極其重要和極其豐富的地球化學(xué)信息。天然氣中稀有氣體及其同位素組成研究近十余年取得長足進(jìn)展，特別是輕稀有氣體He、Ar和Ne等在天然氣研究中具有較重要的意義，通常研究氦同位素3He、4He和氬同位素。36Ar、40Ar豐度比的變化，它們是原始核素和放射性衰變子體核素之比，可以給出年代積累效應(yīng)和He、Ar來源的信息，從而對(duì)氣態(tài)烴的地球化學(xué)特征提供另一地球化學(xué)體系的科學(xué)信息。依據(jù)天然氣成分及同位素組成等地球化學(xué)特征，并利用前人對(duì)不同成因類型天然氣做出的判識(shí)圖，可以在同一氣藏中定性地識(shí)別出無機(jī)一有機(jī)成因天然氣、煤型氣一油型氣或者低成熟一高成熟混合氣等。識(shí)別出不同成因類型的天然氣可以追蹤天然氣源、研究天然氣運(yùn)移方向和成藏過程。如果能夠定量分析出混合氣源各自的貢獻(xiàn)大小、聚集和保存過程，將能夠發(fā)展天然氣地球化學(xué)理論、指導(dǎo)天然氣的精細(xì)勘探。天然氣組分、同位素示蹤研究目前尚有許多急需解決的問題，包括：混源氣聚集過程中天然氣組成及同位素組成的分餾過程和機(jī)理問題、輕烴分餾和生物標(biāo)志物等運(yùn)聚示蹤問題、稀有氣體示蹤問題。這是解決混源氣鑒別指標(biāo)、建立地質(zhì)及地球化學(xué)模型，進(jìn)而建立數(shù)學(xué)模型的關(guān)鍵問題。本書的研究內(nèi)容主要涵蓋了天然氣從形成一成藏全過程的地球化學(xué)示蹤指標(biāo)體系，取得了較好的研究成果，建立了天然氣成烴、成藏三元地球化學(xué)示蹤體系，并結(jié)合典型氣藏的解剖討論了三元地球化學(xué)指標(biāo)的應(yīng)用。穩(wěn)定同位素成烴一成藏示蹤系的完善：建立天然氣同位素分餾模型及其模板，深入探討不同地質(zhì)過程對(duì)穩(wěn)定同位素組成的影響，開發(fā)單體高分子氣態(tài)烴的同位素組成指標(biāo)，開展高效氣藏形成示蹤指標(biāo)的理論依據(jù)研究。輕烴化合物成烴一成藏示蹤系的建立：完善輕烴在定性識(shí)別天然氣成因類型中的應(yīng)用，開展輕烴判識(shí)混源氣藏指標(biāo)開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)建立，優(yōu)選出既能反映母質(zhì)類型，又能反映成熟度的輕烴參數(shù)，并建立相應(yīng)的地質(zhì)地球化學(xué)模型，用來定性判識(shí)混源氣，特別是示蹤成藏過程。兩源混合氣綜合定量判識(shí)：通過模擬試驗(yàn)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，做好端元天然氣組分和同位素組成變化的基礎(chǔ)研究，對(duì)現(xiàn)有混合模型進(jìn)行驗(yàn)證。

內(nèi)容概要

本書為國內(nèi)第一部專門研究油氣藏與烴源巖相互之間關(guān)系的烴類地球化學(xué)示蹤體系的專著。內(nèi)容涵蓋烴類氣體從形成、運(yùn)移、成藏等各個(gè)過程的氣體地球化學(xué)示蹤指標(biāo)的厘定和分析測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步及理論基礎(chǔ)，系統(tǒng)討論了三元體系示蹤指標(biāo)的相互依存關(guān)系、相互映證關(guān)系、相互匹配關(guān)系，并列舉了我國主要大中型氣田成藏過程的三元地球化學(xué)示蹤體系的應(yīng)用等。    本書可供從事油氣地質(zhì)研究的科研人員、工程技術(shù)人員、地球科學(xué)類研究生、大學(xué)、大專、中專的教師和學(xué)生閱讀。

書籍目錄

前言第一章  天然氣來源的多種途徑及研究方法  第一節(jié)  天然氣成因類型的多樣性  第二節(jié)  天然氣成氣過程的多樣性    一、生物化學(xué)作用    二、脫羧作用    三、催化作用    四、力化學(xué)作用    五、縮聚作用    六、加氫作用    七、熱解作用    八、裂解作用  第三節(jié)  天然氣成氣母質(zhì)賦存狀態(tài)的多樣性    一、生物可利用物質(zhì)    二、分散型不溶有機(jī)質(zhì)    三、聚集型不溶有機(jī)質(zhì)    四、聚集型可溶有機(jī)質(zhì)    五、分散型可溶有機(jī)質(zhì)第二章  天然氣形成的動(dòng)力學(xué)  第一節(jié)  甲烷碳?xì)渫凰貏?dòng)力學(xué)    一、同位素分餾建模的理論基礎(chǔ)    二、碳同位素動(dòng)力學(xué)分餾模型的討論    三、用于神山煤礦模擬實(shí)驗(yàn)甲烷的生烴動(dòng)力學(xué)模型  第二節(jié)  天然氣氫同位素地球化學(xué)    一、天然氣氫同位素組成基本特征    二、天然氣氫同位素的母質(zhì)繼承效應(yīng)    三、水在氣態(tài)烴形成演化中的作用及其對(duì)天然氣氫同位素組成的影響第三章  形成天然氣的微生物作用  第一節(jié)  生物成因天然氣的生成途徑  第二節(jié)  生物成因天然氣的鑒別指標(biāo)  第三節(jié)  我國典型生物成因氣的地球化學(xué)特征    一、柴達(dá)木盆地    二、云南陸良、保山盆地  第四節(jié)  生物氣生氣強(qiáng)度研究    一、碳酸鹽巖碳同位素指標(biāo)    二、產(chǎn)甲烷菌群的MPN計(jì)數(shù)  第五節(jié)  地層中微生物活動(dòng)的生標(biāo)遺跡    一、澀北地區(qū)第四系有機(jī)碳、氯仿瀝青“A”族組成特征    二、澀北地區(qū)第四系氣源巖中飽和烴生標(biāo)特征    三、柴達(dá)木盆地澀北地區(qū)氣源巖中脂肪酸(甲酯)生標(biāo)特征第四章  天然氣中輕烴的生成及后生變化的分餾作用  第一節(jié)  輕烴形成機(jī)制    一、正十六烷和膽甾醇單體輕烴生成對(duì)比    二、輕烴生成的熱裂解和熱催化實(shí)驗(yàn)?zāi)M對(duì)比    三、輕烴形成的機(jī)制分析  第二節(jié)  運(yùn)移過程中輕烴變化特征    一、天然氣運(yùn)移示蹤輕烴指標(biāo)的理論基礎(chǔ)    二、天然氣水溶運(yùn)移的輕烴組成變化特征    三、運(yùn)移過程中輕烴的示蹤指標(biāo)  第三節(jié)  輕烴碳同位素地球化學(xué)    一、輕烴碳同位素的影響因素    二、輕烴碳同位素指標(biāo)第五章  稀有氣體地球化學(xué)  第一節(jié)  輕稀有氣體同位素與殼幔關(guān)系    一、氦同位素組成及分布    二、氬同位素組成及分布    三、氦、氬同位素組成及成因模式  第二節(jié)  氬同位素源巖時(shí)代效應(yīng)    一、不同類型烴源巖鉀含量豐度分布特征    二、天然氣稀有氣體氬同位素特征和在氣源綜合對(duì)比中的應(yīng)用  第三節(jié)  天然氣氦同位素特征的混源研究及其構(gòu)造學(xué)內(nèi)涵    一、中國不同構(gòu)造區(qū)塊盆地構(gòu)造動(dòng)力學(xué)條件    二、天然氣氦同位素特征及其構(gòu)造學(xué)內(nèi)涵第六章  天然氣成藏過程的示蹤  第一節(jié)  地球化學(xué)變化的原因    一、天然氣擴(kuò)散作用    二、天然氣溶解作用    三、微生物降解作用    四、天然氣的再充注  第二節(jié)  地球化學(xué)變化的定量描述    一、天然氣的擴(kuò)散分餾模型    二、天然氣的溶解分餾模型    三、天然氣再充注一散失模型第七章  新技術(shù)、新方法與新指標(biāo)  第一節(jié)  天然氣輕烴分析新技術(shù)與新指標(biāo)    一、天然氣輕烴組成分析技術(shù)    二、各類新指標(biāo)的提出  第二節(jié)  稀有氣體氬同位素新指標(biāo)    一、稀有氣體38Ar判識(shí)斷裂規(guī)模    二、稀有氣體K-Ar關(guān)系對(duì)氣源巖的判識(shí)第八章  天然氣成藏的三元地球化學(xué)示蹤體系  第一節(jié)  地球化學(xué)示蹤體系的建立    一、穩(wěn)定同位素    二、稀有氣體及其同位素    三、天然氣中輕烴化合物    四、天然氣形成一成藏的三元地球化學(xué)示蹤體系建立  第二節(jié)  三元地球化學(xué)系之間的相互關(guān)系    一、互相印證、強(qiáng)化求證    二、互相銜接、互為補(bǔ)充  第三節(jié)  指標(biāo)應(yīng)用優(yōu)先原則  第四節(jié)  小結(jié)第九章  混源氣的綜合定量判識(shí)  第一節(jié)  混源氣研究現(xiàn)狀與常見類型    一、混源氣的研究現(xiàn)狀    二、常見混源氣類型  第二節(jié)  端元?dú)獾厍蚧瘜W(xué)模型    一、煤成氣地球化學(xué)模型    二、油型氣地球化學(xué)模型    三、工型與Ⅱ型油型氣地球化學(xué)模型的建立及應(yīng)用  第三節(jié)  混源氣的動(dòng)態(tài)定量判識(shí)    一、思路和方法    二、混源氣定量判識(shí)模型    三、混源氣定量判識(shí)實(shí)例第十章  典型氣藏示蹤解剖  第一節(jié)  中國重要的生物氣田——澀北氣田    一、氣田形成條件    二、天然氣地球化學(xué)特征    三、地球化學(xué)特征恢復(fù)    四、生物氣成藏和保存的綜合定量分析  第二節(jié)  四川盆地——川東氣田    一、川東羅家寨氣田地質(zhì)特征    二、川東羅家寨氣田天然氣地球化學(xué)特征    三、成氣過程判識(shí)    四、羅家寨飛仙關(guān)組鮞灘氣藏的成藏過程  第三節(jié)  鄂爾多斯中部氣田示蹤解剖    一、天然氣甲烷、乙烷碳同位素分布特征與氣源的關(guān)系    二、天然氣和水溶氣輕烴組成分布特征與氣源的關(guān)系    三、天然氣中稀有氣體同位素分布特征與氣源的關(guān)系    四、混合比例估算    五、成藏過程分析  第四節(jié)  克拉2氣田示蹤解剖    一、克拉2氣田同位素地球化學(xué)特征    二、克拉2氣田成氣過程實(shí)驗(yàn)?zāi)M    三、克拉2氣田天然氣混合比例計(jì)算  第五節(jié)  和田河氣田示蹤解剖    一、天然氣組分及同位素地球化學(xué)示蹤    二、天然氣輕烴地球化學(xué)示蹤    三、成因綜合探討主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第一章 天然氣來源的多種途徑及研究方法第一節(jié) 天然氣成因類型的多樣性油氣的成因理論是當(dāng)今前沿科學(xué)的重大課題之一，而且是個(gè)一直有爭論的問題。從18世紀(jì)70年代至今，對(duì)油氣成因問題的認(rèn)識(shí)，基本上可歸納為無機(jī)成因和有機(jī)成因兩派。從18世紀(jì)至19世紀(jì)中葉，就形成了古典無機(jī)生成假說(如碳化說、宇宙說)與古典有機(jī)生成說(如動(dòng)物說、植物說等)兩大學(xué)派之間的激烈爭論。在兩種成因說爭論中，無機(jī)成因說幾度興衰。長期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究證實(shí)：在油氣中有相當(dāng)大的部分，特別是石油是有機(jī)成因的，但這并不排除無機(jī)作用能夠形成烴類，特別是天然氣。有機(jī)成因氣是目前發(fā)現(xiàn)的絕大多數(shù)具有工業(yè)價(jià)值的烴類氣藏的主要來源：因此，在對(duì)天然氣成因類型分類中，對(duì)這一類型進(jìn)行了較深入的研究和詳細(xì)的類型劃分?？紤]到分類原則的高度概括性，根據(jù)成氣母質(zhì)的特點(diǎn)，將有機(jī)成因氣劃分為油型氣和煤型氣兩大亞類。天然氣形成的多階性也是油氣形成的明顯差別。迄今為止，干酪根后期降解成油的理論仍占統(tǒng)治地位，盡管現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的油田也可找到一些未熟油和低熟油的例子，但絕大多數(shù)仍然是有機(jī)質(zhì)處于成熟階段，即所謂的石油窗、液態(tài)窗階段的產(chǎn)物。

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