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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,天然氣地球化學,第一頁，共46頁。,一、概述,目前，對天然氣的涵義有兩種認識：,廣義的天然氣包括自然界中的一切氣體，即包括巖石圈、水圈、氣圈以及地幔和地核中的一切氣體,

2、（,CoKonob,，,1991,）；,狹義的天然氣系指以烴類氣為主,（在少數(shù)情況下也有以二氧化碳和氮氣為主，極個別情況也有以硫化氫為主）的，分布于巖石圈，水圈以及地幔和地核中的氣體。,在油氣勘探中主要研究的是巖石圈中的可燃天然氣體,，其主要成分是甲烷（,CH,4,）。但是，由于天然氣形成過程的復雜性和氣態(tài)物質(zhì)的易擴散性自然界的天然氣往往是可燃天然氣與其它氣態(tài)物質(zhì)的混合物，包括以甲烷為首的烷烴系列，二氧化碳、氮、硫化氫、氫、二氧化硫、一氧化碳和汞蒸氣等非烴氣體以及氦、氖、氬、氪、氙等稀有氣體。所以，天然氣地球化學著重研究可燃天然氣以及與其有關的氣態(tài)物質(zhì)的地球化學特征和地球化學過程，其中天然氣的

3、成因機理和成因類型判別、氣源綜合對比及富集規(guī)律等方面是當前天然氣地球化學研究的主導方向,第二頁，共46頁。,天然氣來源多樣,天然氣產(chǎn)出類型具有多樣性。以氣藏而論，既可聚集成游離的常規(guī)氣藏，又能形成多種非常規(guī)氣藏，可以與原油伴生形成伴生氣藏，但大多數(shù)以非伴生氣藏為主。在天然氣藏氣中，伴生氣僅占,25,，而非伴生氣約占,75,。,天然氣的分子量較小，結構較簡單，而原油的分子量大，結構也較復雜,。,天然氣的物理性質(zhì)明顯有別于原油。天然氣分子長度和有效直徑比原油小得多；天然氣的粘度與原油相比差,3,4,個數(shù)量級，在標準狀態(tài)下，一般天然氣的粘度僅,n,10,-2,10,-3,mPa,s,，而原油的粘度為

4、,n,n,10mPa,s,；天然氣的密度遠比原油低，易被壓縮，也易膨脹；天然氣的擴散能力遠大于原油；天然氣在水中的溶解度也遠大于原油在水中的溶解度，特別是在高壓條件下，具有較高的溶解度；天然氣碳同位素的分餾作用遠比原油顯著。,對儲層的要求比原油低，但對蓋層的要求比原油高得多。,深層勘探天然氣比原油更為有利。,一、概述,第三頁，共46頁。,一、概述,同時，天然氣的成因也具有多樣性，既有無機成因氣，也有多種類型的有機成因氣，并在有機質(zhì)熱演化過程中具有多階連續(xù)成氣特征，因此天然氣研究更加復雜,第四頁，共46頁。,二、天然氣的類型,（一）天然氣的起源,1.,天然氣的無機起源,（,1,）上地幔高溫生氣,

5、（,2,）蛇紋石化生氣,（,3,）基性巖漿冷卻生烴,2.,天然氣的有機起源,3.,天然氣的混合起源,第五頁，共46頁。,（二）天然氣的分類,1,、天然氣來源分類,（,1,）無機成因氣：,泛指在任何環(huán)境下由無機物質(zhì)形成的天然氣。,幔源氣：,又稱深源氣，系指地球形成初期捕獲的原始氣體，從地幔通過不同方式上升到沉積圈的天然氣，包括火山噴發(fā)和沿深大斷裂或轉換斷層上升運移的氣體，其中含有,CH,4,和非烴氣體，如,CH,4,、,H,2,O,、,SO,2,、,N,2,及稀有氣體。,宇宙氣：,指在宇宙空間由放射性反應、核反應及化學反應等作用形成的天然氣。以含,H,2,、,He,為特征，并有,CH,基、,CH

6、,2,基等混雜。,二、天然氣的類型,第六頁，共46頁。,二、天然氣的類型,巖漿巖氣：,指在巖漿巖中由高溫化學作用形成的氣體。包括在巖漿巖、火 山巖礦物包裹體氣及大部分火山氣。以含,CO,2,、,H,2,為主，混有,N,2,、,CH,4,、,H,2,S,及稀有氣體,變質(zhì)巖氣：,指在變質(zhì)巖中由高溫化學變質(zhì)作用形成的氣體。富含,CO,2,、,N,2,、,H,2,，并有,CH,4,、,H,2,S,及稀有氣體混雜。,無機鹽類分解氣,：指在沉積巖中由無機鹽類化學分解產(chǎn)生的氣體。如碳酸鹽分解產(chǎn)生的,CO,2,、磷酸鹽被還原產(chǎn)生的,H,2,S,等。,第七頁，共46頁。,（,2,）有機成因氣：,它是指沉積巖中分

7、散狀或集中狀的有機質(zhì)通過細菌作用、物理化學作用等形成的天然氣。,按有機質(zhì)母質(zhì)類型將天然氣分為,腐殖型氣,（煤型氣）、,腐泥型氣,（油型氣）。有學者還有一種分類,腐殖腐泥氣,（陸源有機氣）,二、天然氣的類型,a,）腐泥型天然氣,：簡稱腐泥氣或油型氣。由腐泥型干酪根降解而成。,b,）腐殖型天然氣,：簡稱腐殖氣或煤型氣。由腐殖型干酪根降解而成。該類母質(zhì)主要分布在煤或含煤層系中，呈分散狀有機質(zhì)或呈集中狀腐殖煤出現(xiàn)。不能理解為僅由煤生成的氣。,第八頁，共46頁。,按有機質(zhì)演化階段分類,有機質(zhì)熱演化分為未成熟、成熟（包括低成熟和高成熟）、過成熟等階段。相應的可將有機成因氣分為,生物氣、生物,熱催化過渡帶氣

8、、熱解氣（,油型熱解氣、煤型熱解氣,）、裂解氣，,但由于天然氣的生成過程是連續(xù)的，所以在這里的劃分并沒有嚴格的界限。,二、天然氣的類型,第九頁，共46頁。,油氣有機成因的現(xiàn)代模式（戴金星，,1997,）,二、天然氣的類型,第十頁，共46頁。,生物成因氣概念：,指在成巖作用階段早期，在生物化學作用帶內(nèi)，有機質(zhì)由微生物發(fā)酵和合成作用形成的天然氣。有時也混有早期低溫降解作用形成的天然氣,。,這種氣體出現(xiàn)在,埋藏淺、時代新和演化程度低,的巖層中，以,含甲烷為主,。如原蘇聯(lián)烏連戈依氣田（,K,），儲量為,5.9,萬億,m3,（相當于,59,億噸石油）。我國青海澀北第四紀氣田。,二、天然氣的類型,第十一頁

9、，共46頁。,2,、天然氣組分分類,天然氣可分為,干氣,和,濕氣,。國際上尚沒有劃分干氣和濕氣的統(tǒng)一標準，多數(shù)學者以天然氣中,C,2,+,的含量加以劃分，一般將,C,2,+,5,的稱為濕氣，,5,的稱為干氣。,也可將天然氣分為,烴類氣,（以烴類為主要成分的天然氣）和,非烴氣,（以非烴為主要成分的天然氣）。,二、天然氣的類型,第十二頁，共46頁。,3,、按天然氣相態(tài)分類,（,1,）氣藏氣：,指單獨聚集成藏的天然氣，呈游離態(tài)產(chǎn)出，它可能存在于油田內(nèi)，亦可分布在油田外，它的化學組分變化較大。,（,2,）溶解氣：,是指生油母質(zhì)（,I,、,II,型干酪根）在成熟階段生成的天然氣，常與原油伴生。,（,3,

10、）凝析氣：,是指在較高溫度、壓力下以氣態(tài)形式存在于地層中，而在采出地面后，由于地表壓力、溫度較低逆凝結為液態(tài)烴的天然氣。這種特殊的油氣藏目前在淺層和深層都有發(fā)現(xiàn)。,（,4,）氣體固態(tài)水合物：,氣體水合物是一種特殊類型的化學物質(zhì)，氣體分子以物理方式封閉在膨脹了的水分子晶格內(nèi)。,二、天然氣的類型,第十三頁，共46頁。,天然氣水合物：,是天然氣和水分子組成的固體結晶物質(zhì)，是水和以甲烷等為主的有機氣體構成的可燃性物質(zhì)。所以又叫可燃冰。,燃燒著的天然氣水合物,天然氣水合物結構,二、天然氣的類型,第十四頁，共46頁。,4,、按生、儲、蓋組合分類,自生自儲型：指天然氣源巖及儲層在一個較大的地質(zhì)層系范圍內(nèi)，氣

11、體運聚過程中,未超越大的沉積層系范圍。,新生古儲型：氣源為新地層，通過斷層、不整合面以側向運移為主聚集儲藏在老地層中，以古潛山型氣藏為特征。,古生新儲型：由于氣體的易運移特征使老地層源巖形成的氣體通過斷層、不整合面運移至新地層中儲存。,二、天然氣的類型,第十五頁，共46頁。,5.,天然氣成因綜合分類,二、天然氣的類型,第十六頁，共46頁。,二、天然氣的類型,第十七頁，共46頁。,三、天然氣的化學組成,（一）天然氣的烴類組分特征及影響因素,1,、烴類的組分特征,烴類為主,通常甲烷占絕對優(yōu)勢，一般,85100%,。,重烴含量較甲烷低得多,有數(shù)量不等的重烴氣（,C,2,+,），含量比甲烷低，重烴氣（

12、,C,2,+,）中以乙烷和丙烷最為常見，含量亦高，碳數(shù)大于,4,的重烴氣含量較低，在多數(shù)情況下含量隨碳數(shù)的增加而減少。,干氣（,dry gas,）：,CH,4,95%,藍色火焰，少含汽油蒸汽。,濕氣（,wet gas,）：含重烴氣，黃色火焰。,第十八頁，共46頁。,三、天然氣的化學組成,2,、影響烴類組分的主要因素,母質(zhì)類型,主要表現(xiàn)在成熟階段，腐泥母質(zhì)生成的天然氣比腐植母質(zhì)的天然氣重烴含量高。,成熟作用,天然氣烴類組成隨成熟度而變化，,從未成熟,成熟,過成熟，甲烷含量由高,低,高，重烴含量由低,高,低,（圖）。,Berner,（,1989,）總結出了腐泥母質(zhì)生成天然氣組分隨成熟度的變化關系式

13、：,甲烷（,%,）,=9.1lnRo+93.1,乙烷（,%,）,=-6.3lnRo+4.8,丙烷（,%,）,=-2.9lnRo+1.9,C,2-4,，,R,o,，,油型氣重烴含量曲線,煤成氣重烴含量曲線,第十九頁，共46頁。,三、天然氣的化學組成,運移與保存條件,甲烷比重烴氣的分子量小、結構簡單、密度低、被吸附能力弱,，因而在天然氣運移過程中，甲烷運移會更快和更遠，致使一些油氣田上部氣藏的天然氣相對富集甲烷，出現(xiàn)天然氣組分自下而上甲烷含量逐漸增高、重烴氣含量逐漸減少的現(xiàn)象。,烷烴,擴散系數(shù)（,cm,2,/s,）,烷烴,擴散系數(shù)（,cm,2,/s,）,甲烷,10,-6,正戊烷,10,-7,乙烷,

14、10,-6,正己烷,10,-8,丙烷,10,-7,正庚烷,10,-8,異丁烷,10,-7,正癸烷,10,-9,正丁烷,10,-7,天然氣在頁巖中的擴散系數(shù),碳數(shù)越少，運移能力越強,第二十頁，共46頁。,三、天然氣的化學組成,在油氣藏的保存過程中，當天然氣的擴散作用起到主要作用時，,埋藏較淺的擴散影響就越大,塔里木盆地庫車坳陷大宛齊油田溶解氣組成,第二十一頁，共46頁。,三、天然氣的化學組成,生物降解作用,已形成的天然氣在細菌作用下，可以發(fā)生生物降解。我國比較典型的生物降解氣在濟陽坳陷孤島地區(qū)。該區(qū)地表水直接將細菌帶入油氣層，地溫適中，地層水礦化度低，造成了油層氣的嚴重生物降解，使天然氣中甲烷相

15、對富集而成為干氣。,W.J.Stahel(l979),年在進行石油的細菌降解實驗時，曾詳細地論述了溶解于石油的氣態(tài)烴的細菌降解特征，即,：長鏈成分降解比短鏈快；正構烷烴比異構烷烴快；異構烷烴比環(huán)烷烴快,。,1984,年,James,和,Burns,對澳大利亞和加拿大的生物降解型天然氣研究發(fā)現(xiàn)，乙、丙烷含量很少，只有甲烷能保存下來,第二十二頁，共46頁。,三、天然氣的化學組成,混合作用,在同一地區(qū)，當有多種天然氣來源，如多套母質(zhì)類型或成熟度不同的生氣源巖提供的有機氣，或者是火山活動、巖石化學作用提供的無機氣。這些不同成因、不同組成的天然氣沿著各自的運移途徑很可能聚集在同一構造、同一儲集層中，形成

16、多源氣藏，致使氣藏中天然氣的組成變得更為復雜，其中混合比例的大小控制著天然氣的組成的變化,第二十三頁，共46頁。,同位素表明為生物氣，而天然氣組分顯示重烴含量較高，顯然不是純生物氣。表明它可能是生物氣和熱解氣混合的結果。,三、天然氣的化學組成,混合作用,第二十四頁，共46頁。,三、天然氣的化學組成,(,二,),天然氣的非烴組分特征及影響因素,天然氣的非烴組成包括,CO,2,、,N,2,、,H,2,S,、,H,2,、,CO,、,SO,2,、,Hg,等以及微量的惰性氣體（氦、氖、氬、氪、氙等），有時還含有少量的有機硫、氧、氮化合物。天然氣中非烴氣的含量一般小于,10,，但亦有少量氣藏非烴氣的含量超過,10,，極少數(shù)是以非烴氣為主的氣藏，如,N,2,、,CO,2,氣藏。,美國,:,本得隆起 二迭系砂巖氣藏,N,2,達,8.6%,（,Nitrogen,）,中國,:,廣東 三水盆地 砂頭峪氣田,CO,2,達,99.5%,（,Carbon dioxide,）,河北：趙蘭莊油氣田 孔一段,H,2,S,達,92%,（,Hydrogen sulfide,）,第二十五頁，共46頁。,三、天然氣的化學組成,