澳大利亚天然气来源与演化的稳定同位素证据
同位素质谱仪
同位素质谱仪同位素质谱仪是一种基于同位素比例的分析技术，可用于确定物质的化学成分、结构和原子性质等。
它是现代科学研究中非常重要的一种研究工具，主要应用在天文学、地球化学、生物医药等领域。
下面将详细介绍同位素质谱仪的原理和应用。
一、原理同位素质谱仪是一种测量同位素丰度比例的仪器。
其基本原理是利用同位素丰度比例的差异，通过共同的物理化学过程对样品进行分离、富集和分析。
同位素分离的基本原理是利用同分异构体分子结构不同而使化学反应速率、热力学等性质不同的特点，从而实现分离并量化目标同位素的相对丰度比例。
同位素性质的差异可用于确定物质的组成、来源和变化历史等信息。
二、应用1. 地球化学同位素质谱仪被广泛应用于地球化学领域，如使用稳定碳同位素技术测量石油和天然气的来源和地质历史；利用稳定硫同位素技术监测污染区域的地下水和空气污染源；通过利用放射性同位素技术计算地震活动的时间和地点等。
2. 天文学天文学家经常使用同位素质谱仪研究宇宙中的轻元素，如氢、氦等。
通过测量这些元素的同位素比例，可以确定宇宙的物质起源和演化历史，从而更好地理解宇宙的本质。
3. 生物医药在生物医药领域，同位素质谱仪广泛应用于生物分子的定量分析和代谢研究。
例如，利用稳定碳同位素技术可以测量人体吸入的二氧化碳，从而确定人体代谢率和营养吸收情况。
4. 环境保护同位素质谱仪在环境保护领域也有着重要的应用。
例如，利用氧气同位素技术可以监测大气中氧气的含量和来源，从而更好地了解大气的环境变化和污染情况。
综上所述，同位素质谱仪是一种高精度、高灵敏度的分析技术，具有广泛的应用前景。
在不同领域中，同位素质谱仪均能提供重要的信息，从而帮助科学家更好地研究世界、保护环境、改善人类生活。
浅层天然气
浅层天然气理论上，浅层气的成因可分为有机和无机两类，除去目前还较少发现的无机成因气之外，有机成因的浅层气又可以划分出两种主要类型，即生物气和热成因气。
生物气包括原生型和次生型的，原生型生物气包括早期生物成因气、生物-热催化过渡带气和晚期生物成因气，次生型生物气包括稠油降解气和浅层次生蚀变改造型天然气。
热成因气包括干酪根初次裂解和原油二次裂解生成的天然气。
1. 生物气类型（1）早期生物成因气指在沉积物埋藏早期，有机质在甲烷菌的生物化学作用下生成于浅层的(<1 000m)天然气。
生物成因气一般具有很高的甲烷含量,乙烷以上重烃气体在烃类组分中的比例多低于0. 05%，C1 /( C2+C3 )比值通常大于1 000。
一般认为生物成因气甲烷的δ13 C值小于- 60‰。
戴金星等对我国生物成因气甲烷、乙烷、丙烷的碳同位素研究表明:δ13 C1在- 91‰～- 55‰之间、δ13C2在- 46.5‰～-30.7‰之间和δ13C3在- 32.5‰～-23.5‰之间,且δ13 C1、δ13C2和δ13C3值具有随重烃含量增加而变重的趋势,可能更多地反映了重烃组分的热成因特征。
产气机制：生物或动植物体埋藏后，首先经过喜氧微生物的耗氧降解，形成大分子有机质，并使有氧环境通过喜氧微生物的耗氧及兼性细菌的过渡逐步演变到厌氧环境，并将复杂大分子有机质分解成较低分子量的有机质；随着有机质的深埋，氧气被消耗殆尽，厌氧微生物开始分解有机质，它们利用硫酸盐中的氧进行代谢活动，一方面将硫酸盐还原成H2S，创造了严格的还原环境，另一方面继续将复杂有机质分解成简单有机物，这一过程是由各种喜氧、厌氧发酵菌和硫酸盐还原菌完成的；最后，产甲烷菌将上述过程产生的二氧化碳、甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺等代谢生成甲烷。
（2）生物-热催化过渡带气指烃源岩演化早期尚未进入生油门限的未成熟-低成熟条件下有机质经低温热作用形成的天然气(大概相当于Rt为0.3～0.6％)。
元坝气田天然气组分与同位素特征分析
Vol.12，No.4Aug.20182018年第12卷·第4期天然气技术与经济Natural Gas Technology and Economy元坝气田天然气组分与同位素特征分析doi ：10.3969／j.issn.2095-1132.2018.04.0050引言元坝气田位于四川省苍溪县及阆中市境内，为一个大型低缓构造带，其北西为九龙山背斜构造带西南倾末端，北东为通南巴背斜构造带西南倾末端，南部为川中低缓构造带的北部斜坡。
该区海相构造层整体比较平缓，褶皱小，断层不发育，仅在川中低缓构造带的北部及九龙山背斜构造带东南翼发育一些裙边状的小型鼻状构造。
该气田是我国首个超深层生物礁大气田，也是目前国内规模最大、埋藏最深的生物礁大气田［1-2］，气藏硫化氢含量高，达1.2%～13.5%，整体表现为高含硫化氢的酸性气藏。
气藏现今埋深6200～7000m ，至2015年底，在海相礁滩领域累计探明储量为2195.82×108m 3，初步建成40×108m 3／a 的产能。
前人对四川盆地高含硫化氢气藏的研究已做了大量工作，研究重点主要集中在川东地区热化学硫酸盐还原作用机理［3-4］、对储层改造作用［5-6］、高含硫化氢气藏成因类型与分布规律探讨［7-10］方面，认为在川东海相层系硫酸盐热化学还原反应（TSR ）普遍，使得天然气原有的地球化学特征发生了改变，同时产生的酸性流体对碳酸盐岩储层具有改善作用。
而对四川盆地其他地区的TSR 作用研究较少，笔者通过对四川盆地北部元坝地区长兴组生物礁大气田的天然气地球化学特征和碳、氢同位素组成等进行系统研究，探讨了TSR 作用对天然气组分与碳氢同位素组成的影响，将对四川盆地深部碳酸盐岩油气勘探开发有着重要的现实意义。
1天然气地球化学特征1.1组分特征元坝气田长兴组天然气甲烷在烃类中的相对含量大都在99.4%～99.9%，C 2以上的重烃含量均少于1%，表现为典型的干气特征。
同位素在矿床学的应用—同位素矿床地球化学
不能直接得到岩浆水的δD、δ18O值， 但通过计算能得到。
不同研究者给出的δD值和δ18O值存在 很大差别。多数认为，把与“正常”岩浆 平衡的水(原始岩浆水)δD变化范围定为40‰~-80‰，δ18O5.5‰~9.5‰是可以接受 的。
(7) 热液水
它可以是岩浆热液、大气降水热液和 变质热液等。现在所说的热液水已不具有 成因意义，它可以是岩浆来源的气液，也 可以是其它类型的水，还可以是两种及其 以上水的混合。
热液水的氢、氧同位素组成是很复杂 的，必须就具体的矿床作具体的分析。
(8) 有机水
自然界中存在一种有机水，有机水的 D/H比值通过脱水作用、脱氢作用、氧化 作用和/或交换作用而直接或间接从有机物 质、沥青、煤、油母岩、石油、天然气等 转化而来。
大气降水的δD与δ18O的关系为：
δD=8δ18O+10 大气降水的氢、氧同位素组成随纬度、 高度、气温等的改变而发生明显的变化。 因为来自大气圈水的冷凝作用基本上是一 个平衡的过程，氢、氧的同位素分馏是呈 比例的。因此大气降水的δ18O和δD之间有 线性关系。不同地区大气降水δ18O与δD方 程式略有差别。
(一) 地质流体自然类型类型
地质流体在成矿作用中都起到重要媒 介作用，从古代的矿床到现代的地热区， 从洋底经岛弧区到大陆内部，都有一系列 成矿作用出现，一些大型、超大型矿床的 形成与流体作用有密切关系。
1 地质流体自然类型 对自然界水的类型的划分有不同的依据和
原则。按水的成因类型可划分为：
海水、大气降水、初生水、同生水和建造水、 岩浆水、变质水、热液水和有机水。
热液矿物同位素组成并不代表热液的 同位素组成。
在 很 情 况 下 ， δ34S 矿 物 ≠ δ34SΣs 、 δ13C 矿 物 ≠δ13CΣc。矿液中fS2和fCO2的逸度限制了 热液矿物的δ34S、δ13C的变化范围。从富 硫、碳的溶液中沉淀的含硫、碳矿物可以 比从贫硫、碳的溶液中沉淀的矿物具较大 范围的δ34S、δ13C值。
天然气成因类型及其鉴别_宋岩
无机成因气系指非生物成因天然气 。 近 20 余年 来 , 我国许多学者较深入地研究了无机成因气[ 19-25] , 并 将无机成因气列为天然气重要的成因类型之一 。
无机成因气多与 宇宙或地球深部地幔 、岩浆活动 有关 , 它们沿深大断裂上升至沉积圈中 。无 机成因气 的主要成分有 CO 2 、甲烷和稀有气体 。由于 甲烷具有 高氧逸度的不稳定性 , 故沉积层中无机成因 甲烷发现 较少 , 无机成因气以 CO 2为主 。
石 油 勘 探 与 开 发 24 2005 年 8 月 PET RO L EUM EX PL O RA T ION A N D DEV ELO PM EN T V ol. 32 N o. 4
文章编号 :1000-0747(2005)04-0024-06
将天然气的原始母质划分为腐泥型或偏腐泥型和 腐殖型或偏腐殖型 , 相应地把天然气按其母 质类型划 分成两大类型 , 即 :腐泥型气又称油型气 , 腐 殖型气又 称煤成气 。
沉积岩中总有机碳的测定
沉积有机质、石油与天然气碳同位素分析方法
自然界中，生物的发育与沉积有机质是既有关联又相互区别的两个过程。
现代科学早已证实，生物是生油母质的最基本来源，但并不能直接形成石油与天然气，生成油气的母质是死亡后的生物残体经沉积作用埋藏于地下沉积物中的有机质。
沉积有机质又可分为两大类: ①不溶于有机溶剂和强酸等溶剂的有机碳，即岩石中除去碳酸盐、石墨中的碳以外的碳; ②可溶于有机溶剂的有机质———氯仿沥青“A”。
用沉积有机质的碳、氢同位素组成特点判断生烃母质类型、热演化的成熟度、有机质的来源，进行油气与烃源岩的对比等已成为有机地球化学、同位素油气地球化学研究中的重要组成部分。
在进行沉积有机质、石油等物质的碳稳定同位素分析之前，须将沉积有机质按照《沉积岩中干酪根分离方法(GB/T 19144—2003》抽提获得干酪根、饱和烃、芳香烃、沥青质等，然后才可进行碳同位素分析流程。
石油的碳同位素分析可直接进行，但石油内饱和烃、芳香烃、胶质、沥青质等组分的碳同位素分析也需经地球化学方法抽提、制备才可进行。
沉积有机质的碳同位素分析经过一个多世纪的发展，尽管有许多不同的有机质分离方法，但进行同位素分析的主要步骤依然未变。
目前碳同位素测量方法普遍采用氧化法。
该方法设备简单，操作方便，应用非常广泛，其优点为: ①灵敏度高，试样用量小(对沉积有机质的试样量要求仅为1mg) ;②精度和准确度高。
同位素地球化学5
5.3.1
5.3.2 5.3.3 5.3.4
稳定同位素基础及分馏机理
氢、氧同位素地球化学 硫同位素地球化学 碳同位素地球化学
5.3.2 氢、氧同位素地球化学
➢ 5.3.2.1
➢5.3.2.2 ➢5.3.2.3 ➢5.3.2.4
自然界氢氧同位素的分馏 各种自然产状水的氢氧同位素组成 岩石中的氢氧同位素组成 氢氧同位素地球化学应用
3、封存水 大气降水和海水深循环后长期封存（不 流动）的产物，以高温和高矿化度为特征。 ❖ δD=－120‰~ － 25‰； ❖ δ18O=－16‰~+25‰
4、变质水
❖ δD=－140‰~ － 20‰； ❖ δ18O=－16‰~+25‰ ❖ 高温变质水与岩石达到同位素交换平衡，
因此，变质热液的同位素组成指示变质环 境、原岩性质和流体来源。
实验测试25℃时液相（l）和气相（v）间 氢氧同位素分馏系数为：
αl-v= (18O / 16O)l/ (18O / 16O)v=1.0029 αl-v= (D/H)l/ (D/H)v =1.017
➢由于水分子经过反复多次蒸发~凝聚过程，
使得内陆及高纬度两极地区的蒸气相（雨、 雪）中集中了最轻的水（ δ18O 、δD趋向更 大负值）；
5、原生水及岩浆水☆
❖ 来自地幔的与铁、镁超基性岩平衡的水称 为原生水；
❖
δD=－85‰~ －50‰；
δ18O=5‰~+9‰
❖ 岩浆水指的是高温硅酸盐熔体所含的水及 其分异作用形成的水 ：
❖
δD=－80‰~ －50‰；
δ18O=6‰~+10‰
5.3.2.3 岩石中的氢氧同位素组成
1、岩浆岩 2、沉积岩 3、变质岩
2011 第三章 油气地球化学的主要分析方法简介
D (%) I1
70 60 Ⅰ 50
40 30 Ⅱ1
20
Ⅱ2
10 Ⅲ
410 420 430 440 450 460 470 480 490
Tmax ℃
21 Ⅰ
19
17
15
13
11 Ⅱ1
9
7
5
Ⅱ2
3
Ⅲ
1
410
430
450
470
Tmax ℃
降解潜率D、Tmax生油岩有 机质类型图版
类型指数、Tmax生油岩有机质 类型图版
与无机矿物 分离开来
深入研究
分子量较小的化合物（沥青）：有机溶剂萃取（抽提） 高分子量的化合物（干酪根）：与无机基质的分离
从取样、储存、碎样直到分离的整个过程中， 有机质都容易受到污染或发生物理化学变化。
有机质的分离、纯化等基础工作十分重要，它 是保证仪器测试准确性和可靠性的关键。
一、岩石中可溶有机质的抽提
五、有机元素分析
有机元素是石油及沉积岩中有机质的基本组成， 其中以碳、氢元素为主。从干酪根至沥青到原油，氢 显著地增加、碳稍有增加，而硫、氮、氧却一致减少。 由于氢比其他元素轻得多，所以氢含量较高的石油比 重低。
在石油地球化学研究中，一般用元素组成范围或 原子比值来表征有机母质的性质，用干酪根或抽提物 中C、H、O元素随埋深的变化来研究生油岩中有机质 热演化特征等，因而是重要的分析项目之一。
一、概述
色谱法：又称色谱分析、色谱分析法、层析法，是一种分离和 分析方法。色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配，以 流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会 以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。
1．两相所处状态分类
第2章 油气成因(已改)
气来讲，亨特的定义就限定为成熟的烃源岩；而从广义成烃角
度来看，烃源岩既包括成熟烃源岩，也包括未成熟烃源岩。因 为生物成因气也可以形成工业性油气聚集。
总之， 生油岩主要是由低能环境下沉积的粘土和 碳酸盐淤泥组成，但并非所有低能环境下的细粒沉积 都是生油岩。 对生油岩的研究，通常要从有机质丰度、有机质 类型和有机质成熟度等三个方面来分析，才能作出正 确评价。 有机质丰度 生油岩研究鉴别从 有机质类型 有机质成熟度 定性定量评价
量繁殖，生成甲烷的温度一般低于75℃。
3）生物成因气的δ
13C
1值较低，一般为-60‰～-
85‰之间,最低可为-90‰，最高可到-55‰。
腐植型母质生物成因气其δ
13C 1值约为-58‰～-80‰ 1值可高达-45‰--50‰±
若有深部热成因气的加入，δ
13C
甲烷含量高
生物成因气的组成特点 重烃含量低 （两低一高）
一、石油有机起源的证据
有机说的核心就是认为：油气起源于生物物质，油 气有机起源说之所以能够确立，有其充分的地质及地球 化学论据，归纳总结如下。 1.世界上99%以上的油气产自沉积岩。据罗诺夫 (1958)的调查统计，含油气盆地的沉积岩有机碳含量三 倍于非含油气盆地(有机碳是衡量岩石中有机质丰度的
基本参数)，可见含油气情况与有机质之间有着密
所以，干酪根是沉积岩中有机质的主体。
二、形成油气的原始物质
小
结
① 在各种生物门类中，以水生低等浮游生物是最主要的 成烃原始生物物质；(因其出现时间早，产量高) ② 在生物的生化组分中脂类化合物最有利于形成油气； ③ 干酪根是地球岩石圈中最广泛的有机质分布形式； ④ 干酪根是沉积岩中有机质的主体。
⑤ 干酪根是最主要成烃物质，但并非原始成烃物质的全部；
碳同位素组成特征及其在地质中的应用
同位素地球化学目录一、碳的同位素组成及其特征 (1)1.碳同位素组成 (1)Ⅰ、碳的同位素丰度 (1)Ⅱ、碳的同位素比值〔R〕 (1)Ⅲ、δ值 (2)2.碳同位素组成的特征 (2)Ⅰ.交换平衡分馏 (2)Ⅱ.动力分馏 (3)Ⅲ.地质体中碳同位素组成特征 (4)二、碳同位素在地质科学研究中的应用 (8)1. 碳同位素地温计 (8)2．有机矿产的分类比照及其性质确实定 (9)Ⅰ.煤 (9)Ⅱ.石油 (9)Ⅲ. 天然气 (11)碳同位素组成特征及其在地质科研中的应用一、碳的同位素组成及其特征碳在地球上是作为一种微量元素出现的，但分布广泛，在地质历史中有着重要作用。
碳的原子序数为6 ，原子量为12.011，属元素周期表第二周期ⅣA族。
碳在地壳中的丰度为2000×10-6，是一个比拟次要的微量元素。
在地球外表的大气圈、生物圈和水圈中，碳是最常见的元素之一，是地球上各种生命物质的根本成分馏。
碳既可以呈固态形式存在，又能以液态和气态形式出现。
它既广泛分馏布于地球外表的各层圈中，也能在地壳甚至地幔中存在。
总之，碳可呈多种形式存在于自然界中。
在有机物质和煤、石油中，以复原碳的形式存在，在二氧化碳气体和水溶液中，以氧化碳形式出现。
碳还可呈自然元素形式出现在某些岩石中〔如金刚石和石墨〕。
一般用同位素丰度、同位素比值和δ值来表示同位素的组成。
Ⅰ、碳的同位素丰度同位素丰度指同位素原子在元素总原子数中所占的百分比，自然界中的碳有2个稳定同位素：12C和13C。
习惯采用的平均丰度值分别为98.90%和1.10%。
由此可见，在自然界中碳原子主要主要是以12C的形式存在。
另外碳还有一个放射性同位素14C，半衰期为5730a。
放射性14C的研究，目前已开展成为一种独立的同位素地质年代学测定方法，主要应用于考古学和近代沉积物的年龄测定。
适合用于作碳稳定同位素分馏析的样品包括：石墨、金刚石等自然碳矿物，方解石、文石、白云石、菱铁矿、菱锰矿等碳酸盐矿物；石灰岩、白云岩、大理岩等全岩样品；各种矿物包裹体中的C O2和CH4气体以及石油、天然气及有机物质中的含碳组分馏等。
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海洋地质 ２０１３年第１期
澳大利亚天然气来源与演化的稳定同位素证据
Ｊｕｎｈｏｎｇ ＣＨＥＮ，Ｃｈｒｉ ｓ ＢＯＲＥＨＡＭ，Ｄｉａｎｎｅ ＥＤＷＡＲＤＳ
●
在澳大利亚，天然气是仅排在煤炭和铀之后的第三大能源资源。尽管如此，对具有
经济重要性的天然气来源问题仍然不甚明了。为了解决这个问题，笔者从来自澳大利亚主
要油气省的８５０份天然气样品中分析整理了同位素和地球化学数据，认为源岩年龄从古生
代早期跨越到新生代。
未变化的天然气体属于热成因（甲烷中８”Ｃ变化范围是一４９‰～一２７‰；６ Ｄ变化范围
为…２９０％０ １２５‰）。根据丙烷中¨Ｃ和Ｄ的含量，以及甲烷中”Ｃ的消耗和／或二氧化碳中
Ｃ的含量来判定被改造的生物气，用丁烷８ ３Ｃ替代干酪根８ Ｃ的方法能确定气源的碳同
位素组成。而在生物降解作用较强的情况下，可以通过戊烷６”ｃ进行辅助研究。因此，
晚古生代源岩中干酪根６”Ｃ的估算变化范围在一３３‰～一２２‰之间，而海相源岩中干酪根
６“Ｃ却严重亏损。
８”Ｃ－ＣＯ：提供了深入观察有机一无机ＣＯｚ的方法，８ —Ｎ２（－６．０％ｏ～２．３％０，Ｎ２高达４７％）
用来区分有机和无机氮（例如地下水）的注入。通过这些数据集成能更好的理解澳大利
亚天然气来源和保存演化史，更有利于提高勘探的成功率。
［翻 译］ 雷振宇
［校 对］ 赵静邱燕
低渗砂岩储层的精细描述与评价
王力军
油藏地质建模是油藏描述最为重要的手段之一。然而，地质建模的准确性和有效性
还不能满足现今油田生产与发展的迫切需求，尤其是不能满足低渗砂岩储层的非均质性
和夹层的研究。
本文遵循具有沉积地层构造（ａｍ级）的定性和定量的描述的常规３Ｄ地质建模过程，
利用近井岩心尺度建模的方法来提高描述钻井物理性质的准确性（ＮＴＧ，渗透率、孔隙度），
从而实现对整个油田低渗储层的精细描述与评价。
对比常规建模的结果，岩心尺度建模的方法更佳。而且这种新方法在中国鄂尔多斯
盆地取得了良好的成效。
［翻 译］ 万晓明
［校 对］ 简晓玲邱燕
火成岩储层特征及其勘探技术的研究
王伟峰，高斌，魏平胜，潘建国，易译军，李飞
火成岩储层勘探已经有１２０年的历史。在经历偶然发现、初步勘探及深入研究三个