原油裂解成气动力学模拟及其意义

应用封闭金管高压釜体系, 对塔里木盆地轮南14井三叠系原油进行了热解生气模拟实验. 通过对C₁～C₅气态烃及热解原油残余可溶烃组分的分析, 发现原油裂解成气的过程可明显分为气体初次生成与二次裂解两个阶段. 前者以液态烃裂解为湿气为主, 后者则以C_2~5组分继续裂解为甲烷和碳沥青, 气体组分逐渐变干为特征. 根据实验结果与化学动力学原理, 建立了原油裂解气初次生成与二次裂解的动力学模型, 获取了相应的动力学参数. 在此基础上, 进一步研究了原油在地质条件下的稳定性及其评价方法, 探讨了原油裂解气初次生成与二次裂解过程对原油裂解气成藏的控制作用, 发现凝析油/湿气热演化阶段是原油裂解气藏形成的关键时刻之一.     

塔北轮南地区原油沥青质生烃动力学研究

利用限定体系下的黄金管热解技术，研究了轮南地区原油沥青质生烃过程中气态烃的分子组成和分子碳同位素的变化特征．结果表明，轮南地区原油沥青质具有较高的生成甲烷的潜力，生烃过程中气态烃成分和碳同位素的变化规律与干酪根初次裂解气以及原油二次裂解气有所差异。根据原油储层的古地温史对沥青质生成甲烷的动力学计算结果表明，沥青质生成的甲烷具有碳同位素较轻的特征，与已报道的轮南地区天然气甲烷偏重的碳同位素组成不符。轮南地区天然气可能主要来自烃源岩干酪根高温裂解的贡献．     

油裂解生气是海相气源灶高效成气的重要途径

干酪根晚期生气潜力和原油裂解气的问题关系到海相高-过成熟地区天然气的来源和勘探前景. 用高磁场固体₁₃C核磁共振技术研究不同类型和演化程度干酪根的结构和油气潜力碳含量, Ⅰ~Ⅲ型干酪根在高-过成熟阶段气潜力碳含量均较低, 表明生气潜力较小, 生气数量有限; 而低成熟Ⅰ型干酪根油潜力碳含量较高, 表明在生油窗阶段大量生油, 为后期发生油裂解生气奠定了物质基础. 原油生气动力学实验表明, 在160℃左右(Ro=1.6%)原油才开始大量裂解形成天然气, 主生气期晚于干酪根的, 但生气数量是干酪根的2~4倍, 这种成因天然气富含甲基环己烷, 具有不同于干酪根晚期热降解气的特征.     

地层水促进原油裂解成气的模拟实验证据

原油裂解成气是决定深部油气资源勘探潜力和策略的关键,查明影响原油裂解成气下限、潜力大小及可能影响因素将为深层油气勘探提供科学依据.本文通过对比原油、原油加水及各种水介质的恒温(350℃)热解模拟实验,发现水在原油裂解成气过程中起着巨大的作用:①有水参与的情况下,天然气产量有明显的增加,这其中包括烷烃气和非烃类气体:烷烃气产量增加幅度为1.8～3倍;H2,CO2产量也有明显增加.表明水参与了原油裂解生气过程,为其提供了氢.因此,水的存在将大幅提高原油裂解气的潜力;②地层水中Mg2+对原油+水的反应有一定促进作用,使烷烃气总量、H2与CO2产量均有所增加;更为有意思的是,i-C4/n-C4与i-C5/n-C5比值具有明显的增加.说明地层水中Mg2+起到催化作用,在原油+水的反应中增加了歧化反应进程.本项研究对认识影响原油裂解气的因素、评价沉积盆地中的油气资源具有重要意义.     

古元古代冰期事件: 山西五台地区滹沱群的碳同位素证据

古元古代全球性冰期(~2.3 Ga)可能是地质历史时期发育最早的雪球事件. 华北地区广泛出露古元古代轻微变质沉积岩, 但缺乏古元古代冰期事件的沉积学证据. 研究了山西五台地区古元古代滹沱群(2.5~2.2 Ga)稳定碳同位素组成, 结果显示δ¹³C 值在垂向地层序列中的变化有明显的规律性: 豆村亚群大石岭组碳同位素高正值(δ¹³C_carb 值3.2‰~1.0‰); 东冶亚群纹山组-大关洞组中部碳同位素值的降低(δ¹³C_carb 值2.0‰~-1.2‰), 伴随着叠层石从繁盛到衰落的过程; 至大关洞组上部及其与槐荫村组界线附近碳同位素发生显著负漂移(δ¹³C_carb值1.4‰~-3.3‰), 该段地层叠层石不发育; 在其之上的北大兴组-天蓬垴组碳同位素比值逐渐恢复到零值附近(δ¹³C_carb 1.2‰~1.4‰), 叠层石迅速繁盛. 在东冶亚群建安村组-大关洞组中部出现的碳同位素负漂移可能是古元古代全球性冰期事件在我国华北地区的响应, 反映古元古代全球古气候发生了重要的变化.     

储层介质环境对深埋油藏原油热裂解影响的初步实验研究

温度和压力对于原油热裂解的影响已有大量研究, 然而, 油藏所处介质环境对于原油热裂解的影响研究长期以来并未得到足够重视. 本文主要以原油中-高分子量正构烷烃(nC₁₀₊)为研究对象, 重点考察实验过程中轻烃(nC_8–)的生成行为, 通过轻烃这个窗口, 以热压模拟实验为手段, 探视碳酸盐储层和碎屑岩储层环境碳酸盐矿物、黏土矿物、石英的含水体系对于原油热裂解的影响. 研究结果表明, 不同储层介质环境设定实验温度点热裂解后不同实验系统内nC₁₀₊残余量表现为: 原油+伊利石+水>原油+蒙脱石+水>原油+水>原油+石英+水>原油+方解石+水. 若以原油+水系统为基准, 则伊利石和蒙脱石含水系统对原油热裂解有抑制作用, 而石英、尤其方解石含水系统对原油热裂解具有促进作用. nC₁₀₊稳定碳同位素组成表现为: 从原油+伊利石+水、原油+方解石+水、原油+蒙脱石+水、原油+石英+水到原油+水逐渐亏损¹³C. 不同储层介质环境作用的差异性是导致nC₁₀₊含量与对应稳定碳同位素值之间无显著协变关系的重要原因. 不同实验系统内nC_8–生成量等也存在较为显著的差异显示储层介质环境对轻烃生成及其裂解生气和nC₁₀₊烃类C—C键断裂及异构化、环烷-芳构化反应均具有重要影响. 本项研究对于原油热裂解化学动力学模型准确建立具有一定启示意义.     

运用稳定碳同位素比值评价气源岩理论潜在生气率

根据瑞利分馏过程导出动力学分馏因子和干酪根剩余分数,从而运用气体碳同位素比值直接计算动力学分馏因子和对气源岩理论潜在生气率进行评价,并介绍一应用实例.1 原理有关天然气生气机理和碳同位素分馏机理,前人已有广泛而深入的讨论.为简单起见,本文仅讨论干酪根热解直接生气过程的碳同位素效应.     

正十八烷的裂解及其地球化学意义

通过正十八烷裂解产物中残余液态烃组分的研究来探讨气态烃碳同位素的分馏机理．研究结果表明，正十八烷在相对低温条件下的裂解和聚合作用与高温阶段导致轻烃和多环芳烃生成的歧化反应，可能是造成热解实验中普遍存在的气态烃碳同位素组成发生倒转的主要原因．这将为天然气碳同位素组成的定量模拟提供重要依据，并有助于原油裂解气的判识与评价．     

鼎湖山季风常绿阔叶林土壤CO2气体碳同位素组成、更新特征及来源比例

给出了雨季(7月)鼎湖山季风常绿阔叶林两个土壤剖面(DHLS和DHS)中CO₂气体的碳同位素组成和更新特征, 探讨了土壤CO²气体的来源比例. 结果表明: 该林区土壤CO₂气体含量变化范围为6120~18718 μL•L⁻¹, 随深度增加而增大, 75 cm以下则逐渐减少. 在DHLS剖面, 土壤CO₂气体的δ¹³C值的变化范围为−24.71‰~−24.03‰, 与同层位气体含量呈显著负相关(R²=0.91), 模拟结果显示该剖面中的CO₂气体主要来源于根系呼吸作用(>80%); 而在DHS剖面, 土壤CO₂气体的δ¹³C值变化范围为−25.19‰~−22.82‰, 模拟结果显示除表层(20 cm)90%来源于根系呼吸作用外, 深部(40~105 cm)主要来源于微生物的分解作用(51%~94%). ¹⁴C年龄显示, DHLS和DHS剖面中土壤CO₂气体中的碳均为现代碳, ¹⁴C年龄之间最大差值分别为8和14个月, DHLS剖面中土壤CO₂气体更新速率较快. 在DHLS和DHS剖面中, 土壤CO₂气体?¹⁴C值的变化范围分别为100.0‰~107.2‰和102.5‰~112.1‰, 高于现代大气CO₂和同层位土壤有机碳的?¹⁴C值, 土壤CO₂气体可能是大气核爆¹⁴C的一个重要储库.     

成壤钙结核孔隙和基质碳酸盐碳同位素对比及其对碳酸盐成因的指示意义

成壤碳酸盐碳同位素常被用于古环境研究, 而原生碳酸盐的干扰会使其碳同位素值发生改变. 为了建立判定成壤钙结核中是否存在原生碳酸盐的实验方法, 对黄土高原地区中新世黄土中23个成壤钙结核孔隙和基质部位进行了微形态鉴定和碳酸盐碳同位素测试. 结果表明, 同一个钙结核基质(B)与孔隙(A)碳酸盐碳同位素差值(δ¹³C_(B–A))范围为−0.16‰~0.44‰, 其中基质中含原生碳酸盐的钙结核的δ¹³C_(B-A)值范围为0.27‰~0.44‰, 大于测量误差(±0.2‰), 而不含原生碳酸盐的钙结核的δ¹³C_(B-A)值范围为−0.16‰~0.13‰, 在测量误差之内. 由此, 得到利用碳同位素手段判断黄土钙结核中是否含有原生碳酸盐的简便方法, 将δ¹³C_(B-A)的值在测量误差之内作为判断钙结核中不含原生碳酸盐的碳同位素标准.     

柴达木盆地西部新生代盐湖相烃源岩中高支链类异戊二烯烃(C25HBI)的检出及其地质地球化学意义

发育于盐湖相环境的柴达木盆地西部第三系渐新统下干柴沟组是该盆地西部地区的主力烃源岩层. 在该组上段沉积有机质中检出了硅藻的特征性生物标志化合物——含25 个碳原子的高支链类异戊二烯烃(C₂₅HBI), 该化合物的检出对于揭示区域沉积有机质发育的生物地球化学背景具有重要意义. 研究结果表明, 柴达木盆地西部地区下干柴沟组上段烃源岩中的C₂₅HBI 碳同位素值介于-18‰到-20‰之间, 为典型硅藻生源特征. 由于沉积环境中硅藻生长在大量消耗水体溶解CO₂ 的同时, 必须利用无机碳酸盐碳才能维持其快速繁殖, 硅藻勃发代表了水体环境富营养、高生产率特征, 因此富重碳同位素C₂₅HBI 在沉积有机质中的检出有可能成为该地区优质烃源层发育的标志之一. 同时, 由于硅藻发育环境水体溶解CO₂处于胁迫状态, 将导致沉积有机质总体以富集¹³C 为特征, 可能是造成该地区第三系沉积有机质碳同位素偏重的原因之一. 作为该套烃源岩沉积有机质的生源之一, 硅藻生源高碳数正构烷烃(>n-C₂₅)具有无碳优势分布的特点, 使得该地区高碳数正构烷烃的生源和成因复杂化,在烃源岩有机质评价时应引起重视.     

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.     

岩石解析气实验新方法对气源对比研究的突破

经多年反复实验和改进, 建立了高真空条件下、球磨机碎样、不经水介质直接收集解析气的装置和方法, 从而最大限度地排除大气污染、粉碎热解以及经水介质集气等各种干扰因素, 使所获解析气中的烃类气体体积百分含量大幅度提高, 最高可达80%以上, 碳同位素系列可实测至δ¹³C₁~δ¹³C₅. 利用新建立的装置进行初步研究, 结果表明: (1) 利用烃源岩解析气的乙烷碳同位素组成判识烃源岩类型, 与应用烃源岩有机地球化学参数判识结果完全一致, 说明利用天然气的乙烷碳同位素组成作为判识母质类型的参数是可行的; (2) 利用烃源岩解析气甲烷碳同位素组成计算的烃源岩热演化程度R_o值与烃源岩实测镜质体反射率吻合极好, 证实了利用统计学方法得到的天然气甲烷碳同位素组成与热演化程度的对应关系是可靠的; (3) 首次建立了天然气气-源直接对比方法, 运用自然源岩样品解析气的实测δ¹³C₁和实测R_o值建立的lgR_o vs δ¹³C₁表达式, 为油气勘探区进行精细油气源对比创造了条件.     

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．     

扬子克拉通北缘显生宙碎屑沉积岩Mo同位素初步研究及其地质意义

通过对扬子克拉通北缘西乡-碑坝小区寒武纪-侏罗纪碎屑沉积岩的Mo、Nd同位素进行测定, 结合微量元素数据分析, 结果表明, 该区寒武纪-侏罗纪碎屑沉积岩的d 98Mo变化范围在-0.65‰ ~ +1.87‰之间, eNd(t)变化范围在-1.46 ~ -10.90之间. 茅口组晚期一个样品(4820)具有相对偏正的δ⁹⁸Mo和ε_Nd(t)(0.97‰, -1.46), 有可能与二叠纪晚期峨眉山地幔柱的喷发过程中, 扬子克拉通北缘古海水中富集的大量硫化氢有关, 此时海水中的MoO₄^2-转变为MoS₄^2-, 并具有偏正的Mo同位素组成. 晚二叠世长兴期样品(4814)也具有明显偏正的δ⁹⁸Mo(1.87‰), 但eNd(t)相对偏负(-10.90), 并具有相对较高的总有机碳(TOC)含量和总硫含量(TS) (分别为1.52%, 2.02%), 暗示该时期具有较高的初级生产力和有机碳埋藏量, 似乎表明脱硫酸还原作用产生的大量HS^-, H₂S与同期海相沉积岩明显偏正的δ⁹⁸Mo有一定的耦合性. 研究显示, 古大陆边缘碎屑沉积岩的Mo同位素变化, 与区域构造活动及产生的环境效应存在一定的相关性, 可以作为指示区域古环境演化的有效示踪剂.     

云南中、小盆地低演化天然气地球化学特征

对云南若干中、小盆地 (陆良、杨林、保山及景谷 )第三系生物气及未 低熟油伴生气进行了研究 .生物气组分以甲烷为主 ,在烃气中 >99% .同位素组成轻 ,δ13 C1为 - 6 0 0‰～- 75 4‰ ,其中保山盆地相对较重 ( - 6 0‰～ - 6 5‰ ) ,陆良及杨林盆地较轻 ,δ13 C1均小于- 70‰ ,比较而言 ,可能意味保山生物气藏成藏时间较早 .景谷盆地原油为未 低熟原油 ,其伴生气具有相对高的湿度 ,烃气中甲烷相对含量为 5 8%～ 95 % ,就组分而言与正常石油伴生气相似 ,但其甲烷碳同位素值为 - 5 3 8‰～ - 5 7 8‰ ,明显较一般油田伴生气相对富集12 C ,具有与生物 热催化过渡带气相似的特征 .乙烷碳同位素在 - 34 6‰～ - 2 9 ‰之间 ,其源岩应为油源岩 ,但对低演化阶段石油伴生气而言 ,其组成偏重 ,同时 ,乙、丙、丁烷之间有同位素组成倒转现象 ,也许暗示着存在Ⅲ型有机质成气的贡献 ,δ13 CCO2 基本小于 - 1 0‰ ,应是有机成因产物     

中国海相沉积盆地富气机理与天然气的成因探讨

中国海相盆地蕴含有丰富的天然气资源，特别是古生界海相层系成为近年来中国天然气勘探的热点，并相继有大型气田发现．研究认为中国古生界烃源岩的高．过成熟或煤系烃源岩以倾气为主及TSR作用是导致海相层系富气的主要原因．古生界海相发育优质的泥质烃源岩和煤系烃源岩，其中前者热演化程度高且沉积组合富含硫酸盐类，导致原油裂解成气；后者以成气为主且演化程度已进入高成熟，因而海相盆地以富气为主，特别是四川盆地和鄂尔多斯盆地的海相层系几乎没有发现油藏，且以干气为主．海相天然气主要属于煤成气和原油裂解气或二者的混合，其中在原油裂解气中往往富含硫化氢和二氧化碳，烃类碳同位素组成较为复杂且存在倒转现象，这主要是受热演化和TSR次生蚀变或不同成因类型天然气的混合所致．煤成气是中国海相天然气的主要构成部分，四川盆地上二叠统和鄂尔多斯盆地石炭系-二叠系煤系烃源岩具有较大的生烃潜力，是今后海相天然气勘探的重点，塔里木盆地海相层系不发育煤系烃源岩，因此以寻找原油裂解气为主．     

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.     

不同类型镜质体的气态烃碳同位素生成动力学

金管封闭体系热模拟条件下镜质体生烃动力学研究表明：活化能随镜质体类型、结构的不同而有很大差异．均质镜质体裂解活化能最高而基质镜质体活化能分布相对较低．而由不同类型镜质体裂解生成的甲烷均具有非常相似的碳同位素分布，热模拟早期δ^13C1随温度的升高而下降，晚期逐渐上升，更高温度热解时保持平衡或略有下降．由此可见镜质体的热解天然气碳同位素分馏主要受时间、温度及总碳同位素值的控制，而镜质体结构及活化能分布对碳同位素分馏影响较小．早期δ^13C1下降的趋势可能是由于镜质体的不均质性或在不同的活化能区间^12C-^12C及^12C-^13C之间的活化能差值(△E)有所不同造成的．     

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.