天然气的组成分类和地球化学特征省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第十一章第十一章 天然气组成、分类及地球特征天然气组成、分类及地球特征u教学目标教学目标熟悉天然气类型及分类，掌握天然气成因类型及其熟悉天然气类型及分类，掌握天然气成因类型及其判别标志判别标志u主要内容主要内容天然气成因类型天然气成因类型有机成因气主要类型及其特征有机成因气主要类型及其特征碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征轻烃地球化学轻烃地球化学各类天然气判别各类天然气判别n重点及难点重点及难点天然气成因类型及其识别标志天然气成因类型及其识别标志第1页一、一、天然气成因类型天然气成因类型二、有机成因气主要类型及其特征二、有机成因气主要类型及其特征五、各类天然气判别五、各类天然气判别四、轻烃地球化学四、轻烃地球化学三、碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征三、碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征第十二章第十二章 天然气地球化学天然气地球化学第2页第一节第一节 天然气成因类型天然气成因类型n广义天然气是指自然界中一切气体，即岩石圈、水广义天然气是指自然界中一切气体，即岩石圈、水圈、大气圈以及地幔和地核中一切气体圈、大气圈以及地幔和地核中一切气体n狭义天然气是指以烃类气体为主（在少数情况下也狭义天然气是指以烃类气体为主（在少数情况下也有以有以CO2和和N2为主，极个别情况下也有以为主，极个别情况下也有以H2S为主）为主），分布于岩石圈、水圈以及地幔和地核中气体，分布于岩石圈、水圈以及地幔和地核中气体n在油气勘探中主要研究是岩石圈中可燃天然气体，在油气勘探中主要研究是岩石圈中可燃天然气体，主要成份为主要成份为CH4一、概念一、概念第3页1.按天然气起源划分按天然气起源划分有机成因天然气：指沉积岩中沉积有机质经过细菌、物理化学等有机成因天然气：指沉积岩中沉积有机质经过细菌、物理化学等形成天然气形成天然气无机成因天然气：无机成因天然气：泛指在任何环境下由无机物质形成天然气。包含宇宙泛指在任何环境下由无机物质形成天然气。包含宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气及无机盐类分解气。无机成因气起气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气及无机盐类分解气。无机成因气起源广泛、复杂，多与宇宙或地球深处地幔、岩浆活动相关，当代科学源广泛、复杂，多与宇宙或地球深处地幔、岩浆活动相关，当代科学技术水平尚难深入研究它们。它们常沿深大断裂或转换断层上升至上技术水平尚难深入研究它们。它们常沿深大断裂或转换断层上升至上部圈闭中，聚集成工业气藏。部圈闭中，聚集成工业气藏。幔源气（深源气）幔源气（深源气）指从地球形成早期捕捉原始气体，从地幔指从地球形成早期捕捉原始气体，从地幔经过不一样方式运移到沉积圈中天然气，包含火山活动和沿深经过不一样方式运移到沉积圈中天然气，包含火山活动和沿深大断裂或转换断层上升运移天然气大断裂或转换断层上升运移天然气岩石化学反应气岩石化学反应气指无机矿物在高温条件下发生化学反应形成指无机矿物在高温条件下发生化学反应形成天然气天然气2.按天然气组分分类按天然气组分分类分为干气和湿气，分为干气和湿气，C2+5%称为湿气；称为湿气；C2+5%称为干气称为干气二、天然气类型二、天然气类型第4页3.按生储盖组合分类按生储盖组合分类n自生自储天然气自生自储天然气指天然气源岩及储层同指天然气源岩及储层同时位于一个较大地质层系，气体运移和聚集时位于一个较大地质层系，气体运移和聚集未超出该层系范围未超出该层系范围n新生古储天然气新生古储天然气指气体源岩地质时代较指气体源岩地质时代较储层新，气体经过断层、不整合面以侧向运储层新，气体经过断层、不整合面以侧向运移方式聚集在老地层中移方式聚集在老地层中n古生新储天然气古生新储天然气老地层中生成天然气以老地层中生成天然气以垂向运移或经过断层不整合面等储集在新地垂向运移或经过断层不整合面等储集在新地层中天然气层中天然气第5页4.按天然气存在相态分类按天然气存在相态分类n气藏气气藏气指呈游离态单独聚集成藏天指呈游离态单独聚集成藏天然气然气n溶解气溶解气指油藏中溶解天然气指油藏中溶解天然气n凝析气凝析气指在地层条件下含有凝析和指在地层条件下含有凝析和反凝析规律气藏中天然气反凝析规律气藏中天然气n气体水合物气体水合物指以物理方式封闭在膨指以物理方式封闭在膨胀水分子晶格内天然气胀水分子晶格内天然气第6页第7页按母质类型分类按母质类型分类1.腐泥型天然气（油型气）腐泥型天然气（油型气）它是由腐泥型或偏它是由腐泥型或偏腐泥型腐泥型(I、II1型型)干酪根降解形成。干酪根相干酪根降解形成。干酪根相对富氢，以含直链及环状饱和烃为主，只含少对富氢，以含直链及环状饱和烃为主，只含少许多环芳香烃及含氧官能团，它在首次裂解过许多环芳香烃及含氧官能团，它在首次裂解过程中主要形成石油，同时伴生部分天然气，但程中主要形成石油，同时伴生部分天然气，但早期形成液态油若继续经历更高热应力，深入早期形成液态油若继续经历更高热应力，深入二次裂解成为天然气。二次裂解成为天然气。2.腐殖型天然气（煤型气）腐殖型天然气（煤型气）煤成气、煤型气。煤成气、煤型气。它是由腐殖或偏腐殖型它是由腐殖或偏腐殖型(2、型型)干酪根降解干酪根降解而成。干酪根相而成。干酪根相对贫氢对贫氢，以含多，以含多环环芳香芳香烃烃及及缩缩合稠合稠环环芳香芳香烃为烃为主，富含氧官能主，富含氧官能团团，饱饱和和结结构构含量少，且以短含量少，且以短链为链为主，主，它以成气为主。它以成气为主。第8页按有机质演化阶段分类按有机质演化阶段分类n1.生物气生物气指有机指有机质质在未成熟在未成熟阶阶段段(Ro0.4%0.5%)经厌经厌氧氧细细菌生物化学降解所菌生物化学降解所生成气生成气态产态产物。化学成份以甲物。化学成份以甲烷为烷为主，主，经经典典生物气生物气为为干气，重干气，重烃烃气含量常小于气含量常小于0.5%,普普通通13C12.0%）由已生）由已生成液态烃和残余干酪根及部分重烃气经高温裂解作用而生成天成液态烃和残余干酪根及部分重烃气经高温裂解作用而生成天然气。然气。4.生物生物热催化过渡带天然气热催化过渡带天然气指有机质在低温演化阶段指有机质在低温演化阶段（Ro为为0.3%0.6%）生成天然气。）生成天然气。第10页n生物成因气系指成岩作用阶段早期，在浅层生物化生物成因气系指成岩作用阶段早期，在浅层生物化学作用带内，沉积有机质经微生物发酵和合成作用学作用带内，沉积有机质经微生物发酵和合成作用形成天然气。其中，有时混有早期低温降解形成气形成天然气。其中，有时混有早期低温降解形成气体。体。n在表在表层层沉沉积积物中，微生物活物中，微生物活动动能能够够使有机使有机质质分解形分解形成成CO2、H2、H2S、CH4、NH3和和N2等气体。等气体。第二节第二节 有机成因气有机成因气主要类型及其特征主要类型及其特征一、生物（细菌）成因气一、生物（细菌）成因气第11页还原环境还原环境浅处浅处 沉积物中微生物分解有机质，形成各种气体沉积物中微生物分解有机质，形成各种气体含氧环境含氧环境有机质在厌氧细菌作用下发酵形成有机质在厌氧细菌作用下发酵形成CH4有机质被氧化，放出有机质被氧化，放出CO2、SO2、N2等气体等气体产酸阶段产酸阶段产甲烷阶段产甲烷阶段还原剂还原剂（C6H12O6）n+nH2O Nc6h12o6(单糖)菌解第12页其它产物其它产物不溶有机质不溶有机质可溶有机质可溶有机质挥发性酸挥发性酸菌体菌体其它产物其它产物CH4+CO2菌体菌体产甲烷菌产甲烷菌酶发酵作用酶发酵作用产酸菌产酸菌第13页CO2+H2 CH4+H2OSO42-+H2 S2-+H2O N2+H2 NH3第14页有机质厌氧降解有机质厌氧降解水解作用水解作用好气氧化好气氧化葡萄糖葡萄糖产甲烷阶段产甲烷阶段光合产物光合产物（纤维素）（纤维素）4 41 12 23 3产乙酰产乙酰/产氢产氢阶段阶段乙醇乙醇丙醇丙醇丁醇丁醇丙酮丙酮丁酸丁酸丙酸丙酸乳酸乳酸乙酸乙酸甲酸甲酸CO2CO2H2CH4发酵作用发酵作用第15页1.生物气形成条件n1)1)拥拥有有丰丰富富原原始始有有机机质质，尤尤其其是是腐腐殖殖型型和和混混合合型有机质型有机质，这是细菌活动所需碳源物质基础。，这是细菌活动所需碳源物质基础。n2)2)严严格格缺缺游游离离氧氧、缺缺硫硫酸酸盐盐环环境境，这这是是厌厌氧氧甲甲烷菌群繁殖必要条件。烷菌群繁殖必要条件。n3)3)地地温温低低于于7575时时，甲甲烷烷菌菌才才能能大大量量繁繁殖殖；当当温温度度超超出出7575时时，甲甲烷烷菌菌大大量量死死亡亡，不不利利于于甲甲烷气生成。烷气生成。n4)4)最适合甲烷菌繁殖最适合甲烷菌繁殖pHpH值为值为6.56.57.57.5。第16页硫酸根存在对硫酸根存在对甲烷形成有一甲烷形成有一定抑制作用定抑制作用当沉积物表面位于当沉积物表面位于硫酸盐还原带，硫酸盐还原带，并含有一定厚度时，并含有一定厚度时，有利于形成甲烷。有利于形成甲烷。经过细菌作用在经过细菌作用在浅处可生成甲烷气浅处可生成甲烷气富含有机质开阔海洋环境剖面富含有机质开阔海洋环境剖面硫酸盐岩还原带硫酸盐岩还原带有氧有氧无氧无氧有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸光合作用光合作用溶解物剖面溶解物剖面水水-沉积物剖面沉积物剖面（生物化学带）（生物化学带）代谢作用剖面代谢作用剖面O O2 2SOSO4 4HSHSHCOHCO3 3CHCH4 4H H4 4空气空气沉积物沉积物有氧带有氧带碳酸盐岩还原带碳酸盐岩还原带（甲烷生成带）（甲烷生成带）水水透光带透光带第17页气水合物是立方晶系气水合物是立方晶系结晶化合物。结晶化合物。当水结冰时，晶格膨当水结冰时，晶格膨胀，形成笼式结构可胀，形成笼式结构可以容纳气体分子。以容纳气体分子。1 小晶胞结构中小晶胞结构中46个水分子能够个水分子能够包含包含8个甲烷分子，个甲烷分子，其余一些气体其余一些气体也可进入其中。也可进入其中。2 大晶胞结构是金大晶胞结构是金刚石型填集，在笼中刚石型填集，在笼中不但能留住不但能留住C1和和C2，而且为了结构稳定，而且为了结构稳定，C3、i C4也可占据也可占据一些大笼，一些大笼，136个个水分子能够包含水分子能够包含8个丙烷和异丁烷个丙烷和异丁烷分子。分子。气水合物压力气水合物压力-温度曲线温度曲线t/oCCH4气水合物和冰气水合物和冰气水合物和水气水合物和水无气水合物无气水合物相对密度相对密度0.6天然气天然气10000800100040004002001008000-12-1-71610421271b/in2第18页2.生物气组成特点n生生物物化化学学气气组组成成主主要要是是甲甲烷烷，可可高高达达98%以以上上，重重烃烃气气(C2+)含含量量极极低低，普普通通2%，干干燥燥系系数数(C1/C2+)在在数数百百以以上上，属属于于干干气气。有有时时可可含含有有痕量不饱和烃以及少许痕量不饱和烃以及少许CO2和和N2。n生生物物化化学学气气甲甲烷烷以以富富集集轻轻碳碳同同位位素素12C为为特特征征。其其 甲甲 烷烷 碳碳 同同 位位 素素 含含 量量 13C1范范 围围 从从-55-100多数在多数在-60-80。第19页 气田名称气田名称 CH4 重重烃烃 CO2 N2 C1/C2+重重烃烃 CH4 13C，PDB 西西伯利西西伯利亚亚1乌连乌连戈伊戈伊2塔塔 兹兹3扎波利扎波利扬扬 4.古勃金古勃金5麦德麦德维热维热 柴达木柴达木 1聂聂中中(2)2涩涩中中(6)长长江三角洲江三角洲98.5 99.01 98.598.598.2 99.598.2889.451.0 0.187 0.262 0.135 0.413 0.035 0.09 0.72 0.21 0.30 0.50 0.1 0.22 -1.6 1.100.50 0.701.2 0.73 0.451.627.869850.0529.5375.95729.6237.8 2842.91092.0124.24 0.0010 0.0019 0.0027 0.0014 0.0042 0.00045 0.0009 0.0080 59.0到到-59.2 -61.7 -0.63 -61.7 -58.3 -66.4 -78.7到到-68.3国内外若干生物成因气成份表国内外若干生物成因气成份表世界累计探明生物气储量达世界累计探明生物气储量达15.51012m3，占世界天然气总储量，占世界天然气总储量21.4%,最丰富在西西伯利最丰富在西西伯利亚盆地亚盆地,探明储量占该区总储量探明储量占该区总储量1/4以上，大于以上，大于101012m3，其次为美国、意大利、加拿大，其次为美国、意大利、加拿大等国。等国。我国已发觉生物气我国已发觉生物气,在柴达木盆地、莺一琼盆地、松辽盆地和长江、珠江三角洲等地域在柴达木盆地、莺一琼盆地、松辽盆地和长江、珠江三角洲等地域 第20页二、生物二、生物-热催化过渡带气热催化过渡带气n1.1.组分特征组分特征 （1 1）烃类组分）烃类组分 （2 2）非烃气体组分）非烃气体组分 2.2.稳定同位素组成稳定同位素组成第21页CH4 1099.9，均值均值79.8%;C2+0.03%62.7，均值，均值11.8%;C1/C2+0.3-0.99，为为湿气湿气（1）烃类组分）烃类组分第22页n（2）非烃组分）非烃组分n 非烃 0.190%，平均，平均10%，主要为为CO2及及N2，次为次为 H2、H2S及稀有气体及稀有气体;N2 0.150%,平均平均4.8%，残留型气藏，残留型气藏CO2 0.0184%,平均平均6.14%，大于，大于10%，有，有没有机成因气混入。没有机成因气混入。第23页2.2.稳定同位素组成稳定同位素组成n13C1：-55-48；n13C2：-44.5-15.2，平均平均-33.2；n13C3：-35.2-18.9，平均平均-29.8；n13C1 13C2 13C3 13C4nDCH4：-304-143；平均；平均-232；nDCH4 -200；为淡水沉积。；为淡水沉积。第24页三、油型气三、油型气n油油型型气气系系指指腐腐泥泥型型干干酪酪根根进进入入成成熟熟阶阶段段以以后后所所形形成成天天然然气气，它它包包含含伴伴随随生生油油过过程程形形成成石石油油伴伴生生气气，以以及及高高成成熟熟和和过过成成熟熟阶阶段段由由干干酪酪根根和和液液态态烃烃裂裂解解形形成成凝凝析析油伴生气油伴生气和和裂解干气裂解干气。n油油型型气气可可深深入入分分为为石石油油伴伴生生气气、凝凝析析油油伴生气及裂解干气。伴生气及裂解干气。第25页一）油型气组成特点一）油型气组成特点n石石油油伴伴生生气气和和凝凝析析油油伴伴生生气气共共同同特特点点是是重重烃烃气气含含量量高高，普普通通超超出出5%，有有时时可可达达2050%，石石油油伴伴生生气气甲甲烷烷碳碳同同位位素素含含量量为为-55-45，凝凝析析油油伴伴生生气气-50-40。过过成成熟熟裂裂解解干干气气，以以甲甲烷烷为为主主，重重烃烃气气极极少少，12%，甲甲烷烷碳碳同同位位素素-35-40。第26页成岩作用成岩作用阶段阶段生物生物甲烷气甲烷气深成作用阶段深成作用阶段早期早期中期中期中高分子量液态烃（生油主带）中高分子量液态烃（生油主带）形成伴生气除甲烷外，形成伴生气除甲烷外，重烃含重烃含量高，量高，C C1 1/C/C2+2+约为约为10105050深成作用深成作用阶段后期阶段后期低分子量气态烃（低分子量气态烃（C2C4）显著增加）显著增加湿气，以及高温高压下轻质液态烃逆湿气，以及高温高压下轻质液态烃逆蒸发形成凝析气。同时，伴有大量蒸发形成凝析气。同时，伴有大量甲烷生成。甲烷生成。准变质作用准变质作用阶段阶段因为温度连续升高，因为温度连续升高，生成液态烃生成液态烃和和没有完全裂解干酪根裂解为没有完全裂解干酪根裂解为轻质烃直轻质烃直至甲烷至甲烷。主要为。主要为CH4。几乎没重烃。几乎没重烃。埋深埋深二）产生过程二）产生过程第27页乙烷乙烷丁烷丁烷70150度，高度，高峰在峰在120度度甲甲 烷烷高峰在高峰在150度度200250度，可视为生油（气）度，可视为生油（气）岩生气能力下限。岩生气能力下限。有机质中可裂解有机质中可裂解部分基本耗尽。部分基本耗尽。温度温度第28页天然气生成模式，天然气生成模式，N N2 2最初以最初以NHNH3 3形式产生形式产生 t/oCCH4CH4CH4CH4CO2CO2C2+C2+N2N2H2SH2S 准变质阶段准变质阶段深成阶段深成阶段成岩阶段成岩阶段20腐植型有机质腐植型有机质 细粒沉积物中有机质天然气相对含量细粒沉积物中有机质天然气相对含量腐泥型有机质腐泥型有机质50100150200第29页生油有机质生油有机质生气有机质生气有机质生油和生气有机质结构图示生油和生气有机质结构图示腐泥型有机腐泥型有机质富含长链质富含长链脂肪结构脂肪结构，所以在热解所以在热解时烷基侧链时烷基侧链断裂可依次断裂可依次形成液态烃、形成液态烃、湿气和干气湿气和干气。腐植型有腐植型有机质则富含机质则富含芳香结构，芳香结构，含氧基团和含氧基团和少许短链少许短链脂肪侧链脂肪侧链。所以热解时所以热解时主要形成主要形成干干气和二氧化气和二氧化碳。碳。第30页第31页层位层位相对相对密度密度甲烷甲烷重烃重烃%甲烷甲烷/重烃重烃CO2+H2S%H2%N2%乙烷乙烷丙烷丙烷丁烷丁烷总量总量T30.60492.183.991.790.586.3614.5P10.568597.991.060.230.051.3473.10.470.050.10Z0.632989.030.140.090.001.23387.15.940.174.68四川盆地气藏天然气成份四川盆地气藏天然气成份第32页油油型型气气甲甲烷烷碳碳同同位位素素含含量量与与其其源源岩岩热热成熟度关系成熟度关系第33页n油型气油型气13C1：-55-30，13C2：-41-28，主频在主频在-35-29 13C3：-35-26，13C1 13C2 13C3 13C4DCH4：-310-120；主频在主频在-250-180 13C1：-76-30，主频在，主频在-50-32 油型生物气油型生物气第34页第35页第36页定义：定义：煤型气是指煤系地层或亚煤系地层中煤和煤型气是指煤系地层或亚煤系地层中煤和分散有机质，在煤化作用和再煤化作用过程中彬成天然气。分散有机质，在煤化作用和再煤化作用过程中彬成天然气。四、四、煤型气煤型气上世纪上世纪60年代以来相继在前苏联西西北利亚盆地、荷兰年代以来相继在前苏联西西北利亚盆地、荷兰东部盆地和北海盆地中发觉了特大煤系气气田。这三东部盆地和北海盆地中发觉了特大煤系气气田。这三个气区探明储量约占世界探名储量个气区探明储量约占世界探名储量1/3。鄂尔多斯盆地、四川盆地、东濮盆地等处找到鄂尔多斯盆地、四川盆地、东濮盆地等处找到了与煤系地层相关气藏。了与煤系地层相关气藏。瓦斯气就游离态煤系气，它是以甲烷气为主混合气。瓦斯气就游离态煤系气，它是以甲烷气为主混合气。第37页煤成气、煤层气煤成气、煤层气n煤成气：由煤所形成天然气煤成气：由煤所形成天然气n煤层气：由煤本身经过吸附作用而富集煤层气：由煤本身经过吸附作用而富集气，是煤成气一个产状（富集形式）气，是煤成气一个产状（富集形式）n煤型气：包含煤、煤系地层分散有机质、煤型气：包含煤、煤系地层分散有机质、陆源腐植有机质所形成天然气。陆源腐植有机质所形成天然气。第38页煤型气组成特点煤型气组成特点n煤煤型型气气烃烃类类气气体体中中，甲甲烷烷是是最最主主要要组组分分，主主体体分布在分布在85%95%(占占70%)。C2+在在1%20%。n含含有有一一定定量量非非烃烃气气，如如N2、CO2、H2S、Hg、He、Ar及及Ne等。等。n凝凝析析油油中中，常常含含有有较较高高苯苯、甲甲苯苯以以及及甲甲基基环环己己烷和二甲基环戊烷。烷和二甲基环戊烷。n煤煤型型气气常常含含汞汞蒸蒸气气，普普通通含含量量超超出出700毫毫微微克克/米米3，多数大于，多数大于1000毫微克毫微克/米米3第39页n气体成份平均含量平均含量（%）n气体成份平均含量平均含量（%）CH491.89CO23.58C2H60.48N24.017C3H80.00149O20.148C4H100.00033H20.002C5H120He0.03美国煤层瓦斯成份美国煤层瓦斯成份第40页第41页 煤型气煤型气13C1：-43-10，13C2：大于：大于-28.1，13C3：大于：大于-23.2，油型气油型气13C2：小于：小于-28.8，13C3：小于：小于-25.5，第42页从煤中形成气体热动力学条件和化学机理与从煤中形成气体热动力学条件和化学机理与分散有机质基本相同。其主要差异以下：分散有机质基本相同。其主要差异以下：1 富集状有机质在转化早期，受氧化作用影响较大富集状有机质在转化早期，受氧化作用影响较大2 粘土矿物对富集状有机质转化催化作用较小粘土矿物对富集状有机质转化催化作用较小 3 煤中富集状有机质对温度反应迟缓煤中富集状有机质对温度反应迟缓 4 煤有较大吸附容量，可保留较多气体于煤层煤有较大吸附容量，可保留较多气体于煤层煤系气成因煤系气成因第43页成煤作用阶段成煤作用阶段植物遗体植物遗体泥炭泥炭褐煤褐煤烟煤烟煤无烟煤无烟煤超无烟煤超无烟煤成岩成岩作用作用泥炭化泥炭化作用作用煤煤化化作作用用变变质质作作用用成成煤煤作作用用第44页煤当代物质结构概念：煤当代物质结构概念：认为煤是由稠环芳香认为煤是由稠环芳香核、桥键和烷基侧链组成大分子聚合物。核、桥键和烷基侧链组成大分子聚合物。成煤有机质主要是富含杂原子纤维素和木质素。成煤有机质主要是富含杂原子纤维素和木质素。煤化作用实质：煤化作用实质：就是腐质型有机质脱氧、就是腐质型有机质脱氧、去氢、富碳过程。芳核上不稳定官能团，去氢、富碳过程。芳核上不稳定官能团，尤其是含氧、含碳官能团（如羧基、羟基、尤其是含氧、含碳官能团（如羧基、羟基、氨基以及甲氧基）脱落，富氢烷基侧链断氨基以及甲氧基）脱落，富氢烷基侧链断裂，芳香核不停缩合，以裂，芳香核不停缩合，以CH4、CO2、H2O、N2、H2S等挥发性物质排出形成煤系气。等挥发性物质排出形成煤系气。第45页泥炭泥炭 褐煤褐煤烟煤烟煤煤演化类似煤演化类似型干酪根，早期以型干酪根，早期以O/C原子原子比下降为主，后期以比下降为主，后期以H/C原子比下降为主。原子比下降为主。在煤干馏试验中在煤干馏试验中1kg煤可生成煤可生成200LCH4、75LCO2、10LN2、H2O和少许重烃化合物。和少许重烃化合物。第46页烟煤与无烟煤阶段微镜煤在煤化过程中烟煤与无烟煤阶段微镜煤在煤化过程中物理、化学与分子结构改变物理、化学与分子结构改变C%H/CO/C第47页CO2为主，占天为主，占天然气然气7090%烃类气小于烃类气小于20%CO2降至降至10%，烃类，烃类气为气为7090%。依然以。依然以气态烃甲烷为主，但重气态烃甲烷为主，但重烃含量显著增加烃含量显著增加甲烷气占甲烷气占8090%。几乎。几乎没有重烃气，二氧化碳没有重烃气，二氧化碳量极少。是甲烷主要量极少。是甲烷主要生成期，也是干气带。生成期，也是干气带。煤化过程中成烃阶段示意图煤化过程中成烃阶段示意图煤煤生生气气、成成油油可可以以分分为为三三个个阶阶段段主要主要产物产物甲甲烷烷气气湿湿气气期期干干气气期期第48页五、五、非烃类气体成因非烃类气体成因氮气氮气二氧化碳二氧化碳硫化氢硫化氢氦气氦气氢气氢气氮气是大气主要组成，地壳中氮气主要是经过氮气是大气主要组成，地壳中氮气主要是经过循环地下水、雨水从大气携带而来。循环地下水、雨水从大气携带而来。大气中二氧化碳含量约为大气中二氧化碳含量约为0.04%。二氧化碳易溶于水，所以。二氧化碳易溶于水，所以水体中含有比大气多几十倍二氧化碳。天然气藏中普通二水体中含有比大气多几十倍二氧化碳。天然气藏中普通二氧化碳含量小于氧化碳含量小于45%（体积），但也有高达（体积），但也有高达80%。H2S是含有强腐蚀性毒性气体。也是油田气、天然气中常见是含有强腐蚀性毒性气体。也是油田气、天然气中常见组分。普通含量低，不超出组分。普通含量低，不超出25%。但也有少数含量很高。但也有少数含量很高气藏（比如，美国南德克萨斯气藏（比如，美国南德克萨斯 98%）。）。氦气在自然界无单独成藏，都是与其它气体相伴生。氦气氦气在自然界无单独成藏，都是与其它气体相伴生。氦气都是无机成因。都是无机成因。氢气在烃类气中小于氢气在烃类气中小于3%，都是与其它气体相伴生。氦气都，都是与其它气体相伴生。氦气都是无机成因。煤系气中可高达是无机成因。煤系气中可高达87%（巴尔扎斯区）。（巴尔扎斯区）。第49页天然气空间分布天然气空间分布西加拿大盆地有机相改变西加拿大盆地有机相改变不成熟相不成熟相成熟相成熟相变质相变质相N2N2N2N2N2CH4H2SCO2CO2CO2CO2CO2第50页第三节 碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征一、烷烃气碳同位素组成及其特征一、烷烃气碳同位素组成及其特征第51页第三节 碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征一、烷烃气碳同位素组成及其特征一、烷烃气碳同位素组成及其特征第52页第53页第54页13C313C2第55页第三节 碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征二、二、CO2碳同位素组成及其特征碳同位素组成及其特征第56页第三节 碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征第57页第三节 碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征三、三、烷烃气氢烷烃气氢同位素组成及其特征同位素组成及其特征n1.沉积环境示踪DCH4：-190；海相与陆相分界，海相与陆相分界，DCH4 -190；为淡水沉积。；为淡水沉积。n2.热演化标尺n3.甲烷及其同系物随碳数增加D变重变重 nDCH4 DC2H6 DC3H8 DC4H10第58页第59页第四节 轻烃地球化学一、一、轻烃轻烃组成与地球化学参数组成与地球化学参数1.组成组成第60页第四节 轻烃地球化学2.轻烃地球化学参数轻烃地球化学参数第61页第四节 轻烃地球化学2.轻烃地球化学参数轻烃地球化学参数第62页二、二、轻烃轻烃地球化学参数应用地球化学参数应用1.天然气成因类型划分天然气成因类型划分1)正构正构异构异构环烷组成三角图判识天然气成因类型环烷组成三角图判识天然气成因类型第63页2)同碳数烷烃组成划分天然气成因类型第64页3)芳香烃和支链烷烃含量划分天然气成因类型第65页4)甲基环己烷指数来区分不一样母质形成天然气 以甲基环己烷指数值以甲基环己烷指数值50%2%为界，小于为界，小于50%2%为为腐泥型母质生成油型气腐泥型母质生成油型气;大于大于50%2%为煤型气。为煤型气。六元环烃（六元环烃（MCH)100%六元环烃（六元环烃（MCH)+五元环烃（五元环烃（RCPC7)+直链烃（直链烃（nC7）甲基环己烷指数甲基环己烷指数=第66页5)煤型气中轻烃(凝析油)及其组分碳同位素比油型气碳同位素重(1)煤型凝析油碳同位素比油型凝析油碳同位素重煤型凝析油碳同位素比油型凝析油碳同位素重煤型凝析油煤型凝析油13C:-28.7-24.60，平均为，平均为-26.091%o;油型凝析油油型凝析油13C:-32.57-24.29，平均为，平均为-29.087。煤型凝析油比油型凝析油碳同位素重，即平均重约煤型凝析油比油型凝析油碳同位素重，即平均重约4.2。(2)煤型凝析油煤型凝析油组分组分碳同位素比油型凝析油碳同位素重碳同位素比油型凝析油碳同位素重第67页(2)煤型凝析油煤型凝析油组分组分碳同位素比油型凝析油碳同位素重碳同位素比油型凝析油碳同位素重煤型气煤型气:13C饱饱-29.5 13C芳芳-27.5油型气油型气:13C饱饱-27 13C芳芳-27.5第68页2.油气成熟度确定原油原油类类型型正庚正庚烷烷指数指数(%)异庚异庚烷烷指数指数未成熟原油未成熟原油11800.8石蜡石蜡质质原油原油18220.81.2成熟原油成熟原油22301.22.0过过成熟原油成熟原油30602.04.0利用轻烃组分划分原油类型表利用轻烃组分划分原油类型表(Thompson,1983)第69页第四节 轻烃地球化学第70页3.生物降解作用判识降解基本规律是降解基本规律是:长链成份降解比短链快长链成份降解比短链快;正正构构烷烷烃烃比比异异构构烷烷烃烃降降解解快快，异异构构烷烷烃烃比比环环烷烷烃烃降降解解快快;异异构构己己烷烷系系列列生生物物降降解解改改变变特特征征显显著著，尤尤其其是是2-MC5/3-MC5展现规律性，可作为生物降解气主要参数展现规律性，可作为生物降解气主要参数;轻轻烃烃遭遭受受生生物物降降解解作作用用过过程程，使使残残余余各各种种单单体体烃烃都都随随降解作用增大逐步富集同位素降解作用增大逐步富集同位素D和和13C第71页3.生物降解作用判识第72页第五节 各类天然气判别1、天然气碳同位素组成是天然气成因类型判别主要指标（1）无机成因气与有机成因气判别（2）生物气与油型热解气（3）油型气与煤型气判别2、轻烃用于天然气成因类型判别（1）C7轻烃系统三角图版（2）C5-C7轻烃组成三角图版（3）烷芳指数和石蜡指数3、生物标志物用于天然气成因类型判别（1）姥植比（2）二环倍半萜C15/C16比值第73页一、天然气中有机成因组分和无机成因组分判别一、天然气中有机成因组分和无机成因组分判别 1.有机成因甲烷和无机成因甲烷判别有机成因甲烷和无机成因甲烷判别1)利用利用13 C1和和CH4含量判别含量判别13 C1-10 无机成因，无机成因，13 C1 -30 有机成因，有机成因，介于其间为混合区介于其间为混合区第74页2)利用利用13 C1-C1/(C2+C3)图版判别图版判别第75页2.有机成因烃气和无机成因烃有机成因烃气和无机成因烃气判别气判别n有机成因烷烃气是正碳同位素系列 13 C1 13 C2 13 C3 13 C4n无机成因烷烃气是负碳同位素系列 13 C1 13 C2 13 C3 13 C4第76页二、不一样有机成因气中烃气组分判别二、不一样有机成因气中烃气组分判别 1.有机成因甲烷判别有机成因甲烷判别 1)生物气甲烷和生物气甲烷和(原油原油)伴生气甲烷判别伴生气甲烷判别生物气13 C1 -55，伴生气13 C1-55，大部分-53。热降解气13 C1 在在-55-35（包茨，1988）第77页2)伴生气甲烷和油型裂解气甲烷判别伴生气甲烷和油型裂解气甲烷判别 伴生气伴生气13 C1 -55-40，油裂解气油裂解气13 C1-40-30，沈平认为，沈平认为，伴生气伴生气13 C1 在在-48-40，油裂解气油裂解气13 C1-40第78页 2.油型烷烃气和煤型烷烃气判别油型烷烃气和煤型烷烃气判别 1)油型甲烷和煤型甲烷判别油型甲烷和煤型甲烷判别第79页2)油型烷烃类气和煤油型烷烃类气和煤型烷烃类气判别型烷烃类气判别(包包含部分混合气含部分混合气)（1）图版法）图版法利用我国利用我国477个不一样个不一样有机成因天然气碳同有机成因天然气碳同位素系列数据及国外位素系列数据及国外7个盆地个盆地(地域地域)129碳同碳同位素编制。位素编制。13 C1-13 C2-13 C3第80页(2)图解法图解法13 C1-Ro关系图关系图第81页第82页四、应用生物标志化合物判别煤型气和油型气1.姥植比判别煤型气和油型气姥植比判别煤型气和油型气2.按叶油烷和杜松烷判别煤型气按叶油烷和杜松烷判别煤型气3.松香烷系列和海松烷系列判别煤型气松香烷系列和海松烷系列判别煤型气4.二环倍半菇二环倍半菇C15/C16比值判别煤型气和油型气比值判别煤型气和油型气5.双杜松烷判别煤型气双杜松烷判别煤型气第83页第84页-10第85页第86页复习思索题复习思索题1.什么叫轻烃？怎样利用轻烃地化参数进什么叫轻烃？怎样利用轻烃地化参数进行天然气成因类型划分？行天然气成因类型划分？2.试述有机成因气中烷烃气组分判别？试述有机成因气中烷烃气组分判别？3.油型气和煤型气碳同位素及生标判别标油型气和煤型气碳同位素及生标判别标志？志？4.天然气无机成因气和有机成因气判别特天然气无机成因气和有机成因气判别特征？征？第87页