中国主要含油气盆地天然气的C_(5-8)轻烃单体系列碳同位素研究

中国含油气盆地天然气的烷烃气(C_(1-4))碳同位素已有较多的研究成果.由于C_(1-4)烷烃气的分子种类有限而结构简单,及其碳同位素提供的信息有局限性.在湿气中C_(5-8)轻烃可见率大,并且其分子比C_(1-4)分子的结构复杂和种类多,研究其碳同位素,可取得更大量和丰富的科学信息,对探索和研究天然气的成因、鉴别气的类型和气源对比有重要意义.但天然气中C_(5-8)轻烃单体系列碳同位素研究,在国内、外都还很薄弱,在我国也仅有简单的研究报道.     

我国煤层甲烷异常重碳同位素组成的发现及成因研究

天然气的稳定碳同位素δ~(13)C_(1-n)对于研究气体类型、演化规律、气/气和气源对比有着极为重要的意义。人们业已发现煤层气与油田气在碳同位素组成上存在着较大差异,这表现在煤层气很“干”以及δ~(13)C_1偏负(—40——80‰)两大特征上。近两年我们在重庆南桐煤田龙潭煤系的煤层气体中测得异常重的δ~(13)C_1值,其原因和意义为天然气地质学界所关注。     

沉积有机质芳核与侧链碳同位素组成分布特征

碳同位素组成是油气对比和有机质演化研究的重要手段.国内外先后提出了不同的天然气δ~(13)C_1与R_o的演化模式.认为在相同演化阶段Ⅲ型母质形成天然气比Ⅰ～Ⅱ型母质δ~(13)C_1偏重,即煤型气δ~(13)C_1重于油型气.但由于这些模式大多是局部或区域性的,很难完全代表有机质的完整演化序列.     

鄂尔多斯盆地酸解烃碳同位素组成与气-源对比

在有机质热演化成烃作用的同时,其成烃产物通过岩石吸附、成岩矿物的包裹等作用被记录在沉积岩石中,酸解烃指被成岩碳酸岩、铝硅酸盐等矿物包裹的C_1—C_5,气态烃,在样品粉碎和真空条件下,游离烃已大部分被解析,兼之酸解烃较岩石吸附烃又高出3个量级.其化学组成和同位素组成的变化则应与相应层段生成的天然气地球化学特征相一致,因此可通过源岩酸解气和天然气同位素组成的对比,追索烃源岩,这种气-源对比较前人的工作更直接一些.本文通过鄂尔多斯盆地城川一井酸解烃组成的垂向变化及古生界烃源岩酸解气和天然气碳同位素对比研究,探讨了酸解烃的来源及利用烃源岩酸解气与天然气同位素组成,进行气-     

墨西哥湾沉积物中PMI系列生物标记物及其碳同位素组成

在墨西哥湾海底沉积物中检测到一组含有1～5个不饱和双键、不规则2,6,10,15,19-五甲基二十烯烃(PMI)系列化合物, 其在色谱图上分布在nC22 ～ nC24之间. 这些化合物具有极负的碳同位素组成,13C比值在86.7‰～ 115.5‰之间, 而与其伴生的正构烷烃化合物碳同位素比值在28.4‰～ 34.6‰之间. 这些化合物是海底甲烷古细菌厌氧氧化活动所产生的特征生物标志物, 指示着海底存在天然气渗漏或有天然气水合物的产出.     

环境空气中非甲烷烃类化合物的碳同位素组成

报道了太原市和兰州市夏季环境空气中和燃煤烟气、机动车尾气、油类挥发和餐饮油烟气中部分NMHCs化合物的碳同位素组成特征,并利用同位素组成初步探讨了环境空气中NMHCs的来源.吸附管采样-热解析-色谱-同位素质谱联用仪测试结果表明:兰州市环境样品的δ13C值为-34.6‰～-26.6‰,太原市为-33.8‰～-18.1‰.几种污染源的碳同位素组成为:汽车尾气-31.8‰～-26.7‰、燃煤烟气-25.0‰～-23.1‰、油类挥发-32.5‰～-27.4‰和餐饮油烟气-31.6‰～-24.5‰.环境空气样品与油类挥发、汽车尾气和餐饮油烟排放产生的NMHCs化合物的碳同位素值较接近,说明油类挥发、汽车尾气和餐饮油烟可能为夏季环境空气中NMHCs的主要来源.     

沼泽沉积物中单体正构烷烃碳同位素研究

80年代末,国外研制出GC-C-IRMS碳同位素分析新技术,使碳同位素研究进入了分子水平,出现了生物标志化合物稳定碳同位素地球化学研究新领域.生物标志化合物碳同位素组成与生物先质及成岩演化的关系,是该研究领域的关键问题之一.国外已从生物体、现代沉积物和热模拟实验研究着手,对这一问题进行了一些研究.研究结果表明,沉积物中生物标志化合物碳同位素组成与生物先质碳同位素组成和成岩演化关系密切.例如,Rieley等研究了Ellesmere湖泊现代沉积物和湖周围C_3植物叶中单体正构烷烃碳同位素组成,发现两者具有成因联系.本文对我国甘南(甘肃省南部)现代沼泽沉积物泥炭和准噶尔盆地古代沼泽沉积物长焰煤样品中单体正构烷烃碳同位素进行了分析,研究了它们碳同位素组成与有机质输入源和成岩演化的关系.     

天然气碳同位素在气体运移研究中的应用——以辽河盆地为例

油气藏形成过程中,普遍发生初次和二次运移.对于多产层、多源岩、构造复杂和断裂发育的含油气盆地,利用天然气碳同位素组成确定源岩及天然气运移距离是最有效手段之一.在天然气形成演化过程中,其同位素组成变化主要与母质类型和演化程度(成熟度)有关,而气体运移聚集过程中甲烷同位素分馏效应甚微.因此,可以利用天然气碳同位素组成特征追索源岩和计算天然气运移距离.本文以辽河盆地为例,探讨天然气碳同位素组成在气体运移研究中的应用.     

黄土-古土壤序列碳酸盐同位素组成与古气候变化

土壤和古土壤碳酸盐同位素组成是灵敏的古气候变化标志。根据现代土壤碳酸盐氧同位素组成与大气降水同位素组成的关系,以及碳同位素组成与土壤植被群落中以C_4光合作用途径的植物百分率的关系,从土壤碳酸盐同位素组成中,分别可以获得土壤形成时年平均温度的信息和植被群落中C_4植物百分率。中国黄土-古土壤序列中碳酸盐是主要物质成分之一,研究其同位素组成为进行第四纪古气候研究将有一定的意义。本文通过对宝鸡晚更新世以来     

扬子克拉通及华北克拉通大陆岩石圈地幔碳同位素组成及其差异: 金刚石碳同位素原位测试证据

金刚石碳同位素组成和对比是了解克拉通大陆岩石圈地幔物质组成及其演化的窗口. 本文用二次离子质谱(SIMS)方法对产于华北克拉通(山东蒙阴和辽宁瓦房店)和扬子克拉通(湖南沅水流域)的11颗金刚石不同生长层的碳同位素组成进行了123个点高精度原位(in-situ)测试. 结果显示, 华北克拉通和扬子克拉通金刚石碳同位素组成存在一定差异; 华北克拉通金刚石早期生长“核心”碳同位素δ¹³C组成平均为-3.0‰(VPDB), 分布范围为-6.0‰~-2.0‰, 与全球橄榄岩型金刚石一致; 扬子克拉通金刚石早期“核心”δ¹³C平均为-7.4‰, 分布范围为-8.6‰~-3.0‰, 和榴辉岩型金刚石特点一致; 3个产地单颗金刚石不同生长层碳同位素变化不具有一致性, 与是否含包裹体无关, 但与金刚石是否存在溶蚀间断明显有关, 证实金刚石生长过程地幔流体碳同位素组成不均一, 碳储库(介质)不均一性对金刚石生长过程碳同位素变化的影响较分馏作用更为明显; 与此同时, 现有的测试结果显示, 华北和扬子克拉通金刚石中心-边缘生长层碳同位素变化与氮含量之间缺乏相关性, 反映我国两个克拉通金刚石生长过程中地幔流体碳和氮元素之间存在复杂的交换、地球化学环境可能相对开放. 上述结果暗示, 金刚石形成时扬子克拉通和华北克拉通地幔交代流体碳的组成及来源存在差异.     

墨西哥湾沉积物中PMI△系列生物标记物及其碳同位素组成

在墨西哥湾海底沉积物中检测到一组含有1~5个不饱和双键、不规则2,6,10,15,19-五甲基二十烯烃(PMI?)系列化合物,其在色谱图上分布在nC22~nC24之间.这些化合物具有极负的碳同位素组成,δ13C比值在?86.7‰~?115.5‰之间,而与其伴生的正构烷烃化合物碳同位素比值在?28.4‰~?34.6‰之间.这些化合物是海底甲烷古细菌厌氧氧化活动所产生的特征生物标志物,指示着海底存在天然气渗漏或有天然气水合物的产出.     

沼泽环境中有机质碳同位素组成特征

对不同环境中现代生物和现代沉积物的有机质碳同位素特征的研究国外做了许多工作,研究发现植物的δ~(13)C值变化范围为—4到—34‰,影响植物碳同位素组成变化的主要因素是植物的生长环境和植物的光合作用特征。不同沉积环境的有机质碳同位素组成有着明显的差别。如太平洋沉积物中富里酸和腐殖酸的δ~(13)C值分别为—20.4‰和—22.3‰。滨海沉积物中富里酸和腐殖酸的δ~(13)C值分别为—24.1‰和—25.1‰。而美国加里福尼亚州沼泽     

中国东部表土总有机质碳同位素和长链正构烷烃碳同位素对比研究及其意义

中国东部较高空间分辨率表土总有机质(TOC)碳同位素, 以及从中抽提的来自陆生高等植物的具有明显奇偶优势的长链正构烷烃碳同位素, 具有一致的空间变化趋势和显著的正相关关系. 两者都在北纬31°~40°之间较为偏正, 而在该区域以北和以南都较为偏负, 这一结果与中国东部表土植硅体碳同位素研究结果是一致的, 共同指示了中国东部地区北纬31°~40°之间区域的水热组合条件较适合C₄植物的生长. 来自华北同一研究地点相同植被类型(草地)下的12个表土, 其总有机质碳同位素和长链正构烷烃碳同位素变化幅度都很小, 两者之间的差异也很稳定. 这些研究结果说明, 在中国东部地区, 表土TOC碳同位素和长链正构烷烃碳同位素可以同等有效的作为上覆植被中C₃/C₄植物比例的指示器. 同时, 中国东部表土两类碳同位素的对比表明, -22‰和-32‰可以作为纯C₄和纯C₃植被下表土长链正构烷烃碳同位素组成的端元值(C27, C29, C31加权平均值)而应用于估计历史时期C4植物的相对生物量贡献.     

中国东部盆地天然气中氙同位素过剩

在大陆环境中,相对于大气的~(129)Xe过剩在美国的Harding County和澳大利亚Caroline的二氧化碳气井,以及美国Navajo和印度Gujarat的烃类气中发现.这些~(129)Xe过剩,是地球早期形成现已灭绝的放射性核素~(129)I的衰变产物,它代表着地壳中地球原始组成的加入.中国东部由于拉张,沿北东～南西向断裂构造带分布着一系列中.新生代沉积盆地,其中普遍存在着幔源氦和氖.本文继续以前的工作,试图探讨天然气中氙的来源及其地质意义.1 样品及实验本项研究采集了中国东部的松辽、渤海湾、苏北和三水等4个沉积盆地共30个天然气样品.气体类型包括有二氧化碳、烃类和二氧化碳-甲烷-氮气混合气.天然气藏储层,松辽盆地为白垩系,其余3个盆地以第三系为主.利用全金属稀有气体净化系统和VG5400静态真空质谱计,测定氙同位素组成.制备系统和质谱计的氙本底变化为(5～8)×10~(-15)Cm~3(STP),对样品测量的影响可忽略不计.以大气作为标准,测定结果以既非放射性衰变成因核素也非裂变产物的~(130)Xe归一化绘于图1,同位素比值误差为1б.     

中国前寒武系-寒武系界线的碳同位素地层学研究

十余年前,在白垩系-第三系的分界线上发现了海相碳酸盐碳同位素组成较大幅度(2—4‰)的变化。这一发现促使一些地质学家去调查其它一些重要的年代地层单位分界线上碳同位素组成的变化。此后,在一些年代地层单位分界线上或其附近确实有所发现,如二叠系-三叠系和泥盆系-石炭系界线等。因此,许多地质学家把碳同位素作为地层学研究的一种潜在工具。     

应用GC-IRMS技术测定气源岩热解产物中轻烃的碳同位素组成

采用玻璃管真空热解方法，并结合色谱／同位素比值质谱(GC-IRMS) 技术对气源岩热解产物中轻烃碳同位素进行测定．热解产物中大量CO₂的存在对CH4碳同位素组成的测定具有明显干扰，初始温度设为－40℃能够有效排除CO₂对δ¹³C_CH4测定的影响；另外，加大进样量（二次进样）或通过NaOH溶液吸收CO₂有助于C₂₊轻烃组分δ¹³C的测定．通过采取上述措施可以获得热解产物中 C₁~C₇轻烃的碳同位素组成，对气／源对比以及天然气成因的研究具有重要的意义．     

中元古代雾迷山组碳酸盐岩碳和氧同位素组成及海平面变化

北京十三陵地区雾迷山组(1310～1207 Ma)白云岩的δ13C数值范围从-1.5‰～1.5‰ (PDB),δ18O数值范围一般为-4‰～-5‰ (PDB).它们碳同位素组成具有旋回性变化的特征.δ13C从地层层序的边界发生正偏移,至1.5‰(PDB),然后发生负偏移至-1.5‰(PDB).有时,在δ13C为负值的层段δ18O数值较高,约为-4.0‰(PDB).碳、氧同位素组成的这种特征可能与海平面变化相关.     

食物控制的陆生蜗牛碳同位素组成

陆生蜗牛壳体化石碳酸盐(文石, CaCO₃)稳定碳同位素组成已被用于解释过去古植被C₃/C₄光合作用类型的变化, 但是蜗牛壳体碳同位素组成是否取决于其食物碳同位素组成一直是争议的问题. 对黄土高原等地现生蜗牛软体躯干有机碳和壳体文石无机碳同位素组成测量表明, 壳体文石无机碳同位素δ¹³C_a分布范围为-13.1‰ ~ -4.3‰; 对应的软体躯干有机碳同位素δ¹³Corg分布范围为-26.8‰ ~ -18.0‰, 两者之间存在显著的相关关系(δ¹³C_a = 1.021 δ¹³C_org + 14.38; R = 0.965; N = 31), 壳体文石¹³C相对于躯干平均富集(14.2 ± 0.8)‰. 由于蜗牛软体和食物碳同位素组成一致, 这样结果表明黄土高原陆生蜗牛壳体碳同位素组成可以反映其食物的同位素特征和潜在生态背景. 进而认为: (1)蜗牛碳酸盐壳体中的碳主要来自于蜗牛代谢(呼吸)作用产生的CO₂; (2) 蜗牛休眠、壳体封闭时期壳内CO₂与体液HCO₃^-之间碳同位素处于平衡分馏状态; 蜗牛活动时期CO₂的释放, 壳体文石形成, 碳同位素动力分馏作用发生, 导致壳体文石¹³C富集程度显著高于同位素平衡分馏值.     

鄂尔多斯盆地中、古生界原油轻烃单体系列碳同位素研究

以往人们分析所得的原油碳同位素组成资料,实质上是原油各个组份综合的碳同位素组成值,它虽在油气成因研究及追踪油气源岩等方面取得了良好的应用效果,但其埋没了原油中众多的单体组份或某些特殊组份所具有的地球化学科学信息,以及单体间的互相关系。随着研究的深入,原油中单个化合物碳同位素的分析与研究已为油气地球化学工作者所关注,我们所进行的原油轻烃单体系列碳同位素研究,在国内尚属首次,国外这方面的研究亦刚刚起     

2002年华北沿海特大沙尘单体长链正构烷烃的碳同位素组成

利用气相色谱/质谱(GC/MS)和气相色谱/同位素比值质谱(GC/IRMS), 就2002年春季华北沿海青岛两次特大沙尘长链正构烷烃的单体碳同位素组成进行了分析和研究. 结果显示典型植物蜡源正构烷烃(C29和C31)单体碳同位素组成比典型人为源汽车尾气部分(C₂₁~C₂₃)明显偏轻. C₂₉非沙尘期碳同位素组成为－30.3‰ ~－31.9‰, 平均为－30.5‰; 特大沙尘期为－31.1‰ ~－31.5‰, 平均为－31.3‰. C₃₁非沙尘期碳同位素组成为－31.1‰ ~－33.0‰, 平均为－31.4‰; 特大沙尘期为－31.3‰ ~－32.6‰, 平均为－31.7‰. 研究区特大沙尘中的植物蜡主要来源于草本植物由长程输送而来, 本地源植物蜡主要来源于落叶植物和木本植物. 华北沿海特大沙尘期的植物蜡83.3%为C₃植物的贡献, 非沙尘期C₃植物对植物蜡的贡献可占80.0%, 表明现代气候环境下, 东亚沙尘向中国近海及西北太平洋输送的植物蜡主要源于C₃植物. 长链正构烷烃的分子和分子-同位素组成可作为东亚沙尘及西北太平洋沉积物中陆源有机质物源识别的有效指标.