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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,天然气地球化学,第一页，共46页。,一、概述,目前，对天然气的涵义有两种认识：,广义的天然气包括自然界中的一切气体，即包括岩石圈、水圈、气圈以及地幔和地核中的一切气体,（,CoKonob,，,1991,）；,狭义的天然气系指以烃类气为主,（在少数情况下也有以二氧化碳和氮气为主，极个别情况也有以硫化氢为主）的，分布于岩石圈，水圈以及地幔和地核中的气体。,在油气勘探中主要研究的是岩石圈中的可燃天然气体,，其主要成分是甲烷（,CH,4,）。但是，由于天然气形成过程的复杂性和气态物质的易扩散性自然界的天然气往往是可燃天然气与其它气态物质的混合物，包括以甲烷为首的烷烃系列，二氧化碳、氮、硫化氢、氢、二氧化硫、一氧化碳和汞蒸气等非烃气体以及氦、氖、氩、氪、氙等稀有气体。所以，天然气地球化学着重研究可燃天然气以及与其有关的气态物质的地球化学特征和地球化学过程，其中天然气的成因机理和成因类型判别、气源综合对比及富集规律等方面是当前天然气地球化学研究的主导方向,第二页，共46页。,天然气来源多样,天然气产出类型具有多样性。以气藏而论，既可聚集成游离的常规气藏，又能形成多种非常规气藏，可以与原油伴生形成伴生气藏，但大多数以非伴生气藏为主。在天然气藏气中，伴生气仅占,25,，而非伴生气约占,75,。,天然气的分子量较小，结构较简单，而原油的分子量大，结构也较复杂,。,天然气的物理性质明显有别于原油。天然气分子长度和有效直径比原油小得多；天然气的粘度与原油相比差,3,4,个数量级，在标准状态下，一般天然气的粘度仅,n,10,-2,10,-3,mPa,s,，而原油的粘度为,n,n,10mPa,s,；天然气的密度远比原油低，易被压缩，也易膨胀；天然气的扩散能力远大于原油；天然气在水中的溶解度也远大于原油在水中的溶解度，特别是在高压条件下，具有较高的溶解度；天然气碳同位素的分馏作用远比原油显著。,对储层的要求比原油低，但对盖层的要求比原油高得多。,深层勘探天然气比原油更为有利。,一、概述,第三页，共46页。,一、概述,同时，天然气的成因也具有多样性，既有无机成因气，也有多种类型的有机成因气，并在有机质热演化过程中具有多阶连续成气特征，因此天然气研究更加复杂,第四页，共46页。,二、天然气的类型,（一）天然气的起源,1.,天然气的无机起源,（,1,）上地幔高温生气,（,2,）蛇纹石化生气,（,3,）基性岩浆冷却生烃,2.,天然气的有机起源,3.,天然气的混合起源,第五页，共46页。,（二）天然气的分类,1,、天然气来源分类,（,1,）无机成因气：,泛指在任何环境下由无机物质形成的天然气。,幔源气：,又称深源气，系指地球形成初期捕获的原始气体，从地幔通过不同方式上升到沉积圈的天然气，包括火山喷发和沿深大断裂或转换断层上升运移的气体，其中含有,CH,4,和非烃气体，如,CH,4,、,H,2,O,、,SO,2,、,N,2,及稀有气体。,宇宙气：,指在宇宙空间由放射性反应、核反应及化学反应等作用形成的天然气。以含,H,2,、,He,为特征，并有,CH,基、,CH,2,基等混杂。,二、天然气的类型,第六页，共46页。,二、天然气的类型,岩浆岩气：,指在岩浆岩中由高温化学作用形成的气体。包括在岩浆岩、火 山岩矿物包裹体气及大部分火山气。以含,CO,2,、,H,2,为主，混有,N,2,、,CH,4,、,H,2,S,及稀有气体,变质岩气：,指在变质岩中由高温化学变质作用形成的气体。富含,CO,2,、,N,2,、,H,2,，并有,CH,4,、,H,2,S,及稀有气体混杂。,无机盐类分解气,：指在沉积岩中由无机盐类化学分解产生的气体。如碳酸盐分解产生的,CO,2,、磷酸盐被还原产生的,H,2,S,等。,第七页，共46页。,（,2,）有机成因气：,它是指沉积岩中分散状或集中状的有机质通过细菌作用、物理化学作用等形成的天然气。,按有机质母质类型将天然气分为,腐殖型气,（煤型气）、,腐泥型气,（油型气）。有学者还有一种分类,腐殖腐泥气,（陆源有机气）,二、天然气的类型,a,）腐泥型天然气,：简称腐泥气或油型气。由腐泥型干酪根降解而成。,b,）腐殖型天然气,：简称腐殖气或煤型气。由腐殖型干酪根降解而成。该类母质主要分布在煤或含煤层系中，呈分散状有机质或呈集中状腐殖煤出现。不能理解为仅由煤生成的气。,第八页，共46页。,按有机质演化阶段分类,有机质热演化分为未成熟、成熟（包括低成熟和高成熟）、过成熟等阶段。相应的可将有机成因气分为,生物气、生物,热催化过渡带气、热解气（,油型热解气、煤型热解气,）、裂解气，,但由于天然气的生成过程是连续的，所以在这里的划分并没有严格的界限。,二、天然气的类型,第九页，共46页。,油气有机成因的现代模式（戴金星，,1997,）,二、天然气的类型,第十页，共46页。,生物成因气概念：,指在成岩作用阶段早期，在生物化学作用带内，有机质由微生物发酵和合成作用形成的天然气。有时也混有早期低温降解作用形成的天然气,。,这种气体出现在,埋藏浅、时代新和演化程度低,的岩层中，以,含甲烷为主,。如原苏联乌连戈依气田（,K,），储量为,5.9,万亿,m3,（相当于,59,亿吨石油）。我国青海涩北第四纪气田。,二、天然气的类型,第十一页，共46页。,2,、天然气组分分类,天然气可分为,干气,和,湿气,。国际上尚没有划分干气和湿气的统一标准，多数学者以天然气中,C,2,+,的含量加以划分，一般将,C,2,+,5,的称为湿气，,5,的称为干气。,也可将天然气分为,烃类气,（以烃类为主要成分的天然气）和,非烃气,（以非烃为主要成分的天然气）。,二、天然气的类型,第十二页，共46页。,3,、按天然气相态分类,（,1,）气藏气：,指单独聚集成藏的天然气，呈游离态产出，它可能存在于油田内，亦可分布在油田外，它的化学组分变化较大。,（,2,）溶解气：,是指生油母质（,I,、,II,型干酪根）在成熟阶段生成的天然气，常与原油伴生。,（,3,）凝析气：,是指在较高温度、压力下以气态形式存在于地层中，而在采出地面后，由于地表压力、温度较低逆凝结为液态烃的天然气。这种特殊的油气藏目前在浅层和深层都有发现。,（,4,）气体固态水合物：,气体水合物是一种特殊类型的化学物质，气体分子以物理方式封闭在膨胀了的水分子晶格内。,二、天然气的类型,第十三页，共46页。,天然气水合物：,是天然气和水分子组成的固体结晶物质，是水和以甲烷等为主的有机气体构成的可燃性物质。所以又叫可燃冰。,燃烧着的天然气水合物,天然气水合物结构,二、天然气的类型,第十四页，共46页。,4,、按生、储、盖组合分类,自生自储型：指天然气源岩及储层在一个较大的地质层系范围内，气体运聚过程中,未超越大的沉积层系范围。,新生古储型：气源为新地层，通过断层、不整合面以侧向运移为主聚集储藏在老地层中，以古潜山型气藏为特征。,古生新储型：由于气体的易运移特征使老地层源岩形成的气体通过断层、不整合面运移至新地层中储存。,二、天然气的类型,第十五页，共46页。,5.,天然气成因综合分类,二、天然气的类型,第十六页，共46页。,二、天然气的类型,第十七页，共46页。,三、天然气的化学组成,（一）天然气的烃类组分特征及影响因素,1,、烃类的组分特征,烃类为主,通常甲烷占绝对优势，一般,85100%,。,重烃含量较甲烷低得多,有数量不等的重烃气（,C,2,+,），含量比甲烷低，重烃气（,C,2,+,）中以乙烷和丙烷最为常见，含量亦高，碳数大于,4,的重烃气含量较低，在多数情况下含量随碳数的增加而减少。,干气（,dry gas,）：,CH,4,95%,蓝色火焰，少含汽油蒸汽。,湿气（,wet gas,）：含重烃气，黄色火焰。,第十八页，共46页。,三、天然气的化学组成,2,、影响烃类组分的主要因素,母质类型,主要表现在成熟阶段，腐泥母质生成的天然气比腐植母质的天然气重烃含量高。,成熟作用,天然气烃类组成随成熟度而变化，,从未成熟,成熟,过成熟，甲烷含量由高,低,高，重烃含量由低,高,低,（图）。,Berner,（,1989,）总结出了腐泥母质生成天然气组分随成熟度的变化关系式：,甲烷（,%,）,=9.1lnRo+93.1,乙烷（,%,）,=-6.3lnRo+4.8,丙烷（,%,）,=-2.9lnRo+1.9,C,2-4,，,R,o,，,油型气重烃含量曲线,煤成气重烃含量曲线,第十九页，共46页。,三、天然气的化学组成,运移与保存条件,甲烷比重烃气的分子量小、结构简单、密度低、被吸附能力弱,，因而在天然气运移过程中，甲烷运移会更快和更远，致使一些油气田上部气藏的天然气相对富集甲烷，出现天然气组分自下而上甲烷含量逐渐增高、重烃气含量逐渐减少的现象。,烷烃,扩散系数（,cm,2,/s,）,烷烃,扩散系数（,cm,2,/s,）,甲烷,10,-6,正戊烷,10,-7,乙烷,10,-6,正己烷,10,-8,丙烷,10,-7,正庚烷,10,-8,异丁烷,10,-7,正癸烷,10,-9,正丁烷,10,-7,天然气在页岩中的扩散系数,碳数越少，运移能力越强,第二十页，共46页。,三、天然气的化学组成,在油气藏的保存过程中，当天然气的扩散作用起到主要作用时，,埋藏较浅的扩散影响就越大,塔里木盆地库车坳陷大宛齐油田溶解气组成,第二十一页，共46页。,三、天然气的化学组成,生物降解作用,已形成的天然气在细菌作用下，可以发生生物降解。我国比较典型的生物降解气在济阳坳陷孤岛地区。该区地表水直接将细菌带入油气层，地温适中，地层水矿化度低，造成了油层气的严重生物降解，使天然气中甲烷相对富集而成为干气。,W.J.Stahel(l979),年在进行石油的细菌降解实验时，曾详细地论述了溶解于石油的气态烃的细菌降解特征，即,：长链成分降解比短链快；正构烷烃比异构烷烃快；异构烷烃比环烷烃快,。,1984,年,James,和,Burns,对澳大利亚和加拿大的生物降解型天然气研究发现，乙、丙烷含量很少，只有甲烷能保存下来,第二十二页，共46页。,三、天然气的化学组成,混合作用,在同一地区，当有多种天然气来源，如多套母质类型或成熟度不同的生气源岩提供的有机气，或者是火山活动、岩石化学作用提供的无机气。这些不同成因、不同组成的天然气沿着各自的运移途径很可能聚集在同一构造、同一储集层中，形成多源气藏，致使气藏中天然气的组成变得更为复杂，其中混合比例的大小控制着天然气的组成的变化,第二十三页，共46页。,同位素表明为生物气，而天然气组分显示重烃含量较高，显然不是纯生物气。表明它可能是生物气和热解气混合的结果。,三、天然气的化学组成,混合作用,第二十四页，共46页。,三、天然气的化学组成,(,二,),天然气的非烃组分特征及影响因素,天然气的非烃组成包括,CO,2,、,N,2,、,H,2,S,、,H,2,、,CO,、,SO,2,、,Hg,等以及微量的惰性气体（氦、氖、氩、氪、氙等），有时还含有少量的有机硫、氧、氮化合物。天然气中非烃气的含量一般小于,10,，但亦有少量气藏非烃气的含量超过,10,，极少数是以非烃气为主的气藏，如,N,2,、,CO,2,气藏。,美国,:,本得隆起 二迭系砂岩气藏,N,2,达,8.6%,（,Nitrogen,）,中国,:,广东 三水盆地 砂头峪气田,CO,2,达,99.5%,（,Carbon dioxide,）,河北：赵兰庄油气田 孔一段,H,2,S,达,92%,（,Hydrogen sulfide,）,第二十五页，共46页。,三、天然气的化学组成,
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