GC/C/MS碳同位素在线分析及济阳坳陷天然气中碳同位素研究

因受分析测试方法和分析仪器灵敏度限制,前人对天然气中碳同位素研究主要为C_(1～4)气态分子,而C_(5～8)系列碳同位素研究则处于起步阶段。本项研究通过MAT-252同位素质谱计,将天然气样品经色谱分离、脉冲加热燃烧和质谱测定,获得了天然气中C_1-C_7正构烷烃系列碳同位素组成以及C_4以上部分异构体碳同位素组成,并以济阳坳陷桩西-五号桩-孤东地区天然气为例,探讨了天然气中碳同位素分馏机理。     

吐哈盆地天然气轻烃地球化学特征与低熟气判识

低熟气是潜在天然气资源极为重要的领域, 对其的识别既有重要的理论意义也有重要的实际意义, 其鉴别除碳、氢同位素外, 轻烃参数是主要的指标. 在吐哈盆地采集了20 个气样进行了轻烃分析, 结果表明, 天然气轻烃组分具有高甲基环己烷、高异构烷烃和低苯的特征, 这意味着成气母质为典型的腐殖型, 古环境为淡水沉积环境, 这些特征与盆地的地质背景一致. 对异庚烷值、庚烷值和天然气甲烷碳同位素组成等成熟度指标的对比研究说明, 吐哈盆地天然气主要是侏罗系煤系在低演化阶段形成的低熟气. 母质为Ⅲ型, 成熟度处于低演化阶段, 这是低熟气最根本的特征. 即轻烃的研究结果进一步证实了吐哈盆地是我国的低熟气规模性气区. 这对我国低熟气进一步的勘探开发无疑有很好的促进作用.     

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-     

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.     

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.     

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.     

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.     

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Ro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Ro值建立的lgRovsδ13C1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．     

东营凹陷与幔源富CO2流体有关的复合成因烷烃

应用天然气碳同位素地球化学对幔源流体有关的复合成因烷烃进行初步的探讨，不营凹陷天然气烷烃碳同位素在数值上具有有机成因特征，但是在数据结构上却存在两个次总体，反映两种不同的成因类型，总体上，高δ13CCH4值次总体与幔源CO2含量较高的天然气相对应，主要分布在幔源流体和基性火成岩活动区，研究表明，盆地埋藏热演化，烃源岩类型以及盆地流体－岩石反应不是造成东营凹陷甲烷碳同位素变化的主要原因，其主要原因可能是幔源流体与有机成因油气 的混合。     

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     

四硫富瓦烯衍生物-C60Brn的合成及其Langmuir膜

1985年Kroto等人首次发现在自然界中存在碳的第三种形式——C_(60)。1990年Kr(?)tschmer等人成功地合成了毫克级的C_(60)。由于C_(60)特殊的物理和化学性能,已引起人们极大兴趣。 1991年Obeng等人首次报道了C_(60)在气-液界面的分子行为,但不能获得优质的LB膜。作者发现C_(60)Br_n能克服C_(60)的缺点,其原因是C_(60)分子是一个疏水性分子,而Br原子的引入将大大提高C_(60)Br_n分子的两亲性。另外,研究结果表明C_(60)Br_n的吸电子能力比C_(60)强。C_(60)Br_n分子是一个很好的电子受体。     

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.     

陕甘宁盆地上三叠统有机-生物成因次生淡水方解石的发现及地质意义

对陕北靖边地区ZJ23井上三叠统延长组长3段地层中,首次发现的次生方解石进行了碳、氧同位素测试,其结果显示具有异常低的碳、氧同位素特征,6个样品的δ~(13)C_(PDB)值为—30.08％～—32.47％,δ~(18)O_(PDB)值为—14.28‰～—15.47‰。次生方解石的碳同位素组成正好与盆地内上三叠统～下侏罗统湖相原油(源岩为T_3Y_长8～T_3Y_长6半深水湖相沉积的偏腐泥型生油岩)中正构烷烃分子系列的碳同位素组成相近,这一现象预示了两者之间的某种成因联系。对该井段岩芯的矿物岩石学特征、缝洞和方解石包裹体中原油、巨晶方解石的包裹体测试结果,进一步证实了形成次生方解石的CO_2是由油气的细菌降解作用所提供的。运用各项资料,并结合地质背景,建立了此类有机-生物成因次生淡水方解石的成因模式,并探讨这一发现的地质意义。     

运移、扩散、水洗对鄂尔多斯盆地中部上古生界煤成气影响的模拟研究

对鄂尔多斯盆地中部上古生界煤成气特征进行了动力学模拟．通过与中部苏里格庙气田区上古生界储层中现存天然气特征对比发现，二者在干燥系数上存在明显差别，分析认为主要原因在于运移作用．同时对包括扩散作用在内的各种次生作用进行了数字模拟，从而认识到穿过盖层由扩散作用影响的天然气，富含甲烷，湿气组分含量变小；甲烷的碳同位素组成变轻，乙烷等湿气组分的碳同位素基本不变；残留天然气受之影响，特征变化一般不大，可忽略．具体到本盆地，由于扩散作用的影响，上古生界煤成天然气碳同位素特征(δ^13C1=-33．46‰，δ^13C2=-23．1‰，C1／C1-4=85．6％)变为残余天然气特征(δ^13C1=-32．78‰，δ^13C2=-23．1‰，C1／C1-4=83％)；水洗作用使8％的煤成气损失，但对天然气特征影响不明显；天然气从煤系源岩排出过程中，各组分的碳同位素值变化较小，但对于干燥系数的影响比较大．     

我国煤成烃气的δ~(13)C-R_0关系

近十年来,我们在松辽、渤海湾、鄂尔多斯、四川、准噶尔、塔里木、楚雄、琼东南与东海9个盆地及14个煤矿,取了202个煤成气样,获得甲烷及其同系物的碳同位素(δ~(13)C_1、δ~(13)C_2、δ~(13)C_3和δ~(13)C_4)分析数据426个,从中选择出原生的煤成气,并对其可确定源岩成熟度(R_0)进行了测定。从这些资料,明显可见我国原生煤成烃气的δ~(13)C值随其源岩成熟度增加而增大的特征。     

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.