第十一章天然气的组成分类及地球化学特征

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1、第十一章第十一章 天然气的组成、分类及地球特征天然气的组成、分类及地球特征u教学目的教学目的熟悉天然气的类型及分类，掌握天然气的成因类型及熟悉天然气的类型及分类，掌握天然气的成因类型及其判别标志其判别标志u主要内容主要内容天然气成因类型天然气成因类型有机成因气的主要类型及其特征有机成因气的主要类型及其特征碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征轻烃地球化学轻烃地球化学各类天然气的鉴别各类天然气的鉴别n重点及难点重点及难点天然气的成因类型及其识别标志天然气的成因类型及其识别标志一、天然气成因类型一、天然气成因类型二、有机成因气的主要类型及其特征二、有机成因气的主要类型及其

2、特征三、碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征三、碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征四、轻烃地球化学四、轻烃地球化学五、各类天然气的鉴别五、各类天然气的鉴别第一节第一节 天然气成因类型天然气成因类型n广义的天然气是指自然界中的一切气体，即岩石圈、广义的天然气是指自然界中的一切气体，即岩石圈、水圈、大气圈以及地幔和地核中的一切气体水圈、大气圈以及地幔和地核中的一切气体n狭义的天然气是指以烃类气体为主（在少数情况下狭义的天然气是指以烃类气体为主（在少数情况下也有以也有以CO2和和N2为主，极个别情况下也有以为主，极个别情况下也有以H2S为为主）的，分布于岩石圈、水圈以及地幔和地核中的主）的，分布于岩石圈、

3、水圈以及地幔和地核中的气体气体n在油气勘探中主要研究的是岩石圈中的可燃天然气在油气勘探中主要研究的是岩石圈中的可燃天然气体，主要成分为体，主要成分为CH4一、概念一、概念1.按天然气来源划分按天然气来源划分有机成因天然气：指沉积岩中沉积有机质通过细菌、物理化学等有机成因天然气：指沉积岩中沉积有机质通过细菌、物理化学等形成的天然气形成的天然气无机成因天然气：无机成因天然气：泛指在任何环境下由无机物质形成的天然气。包括宇泛指在任何环境下由无机物质形成的天然气。包括宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气及无机盐类分解气。无机成因气宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气及无机盐类分解气。无机成因气来源广泛、复杂

4、，多与宇宙或地球深处地幔、岩浆活动有关，当代科来源广泛、复杂，多与宇宙或地球深处地幔、岩浆活动有关，当代科学技术水平尚难深入研究它们。它们常沿深大断裂或转换断层上升至学技术水平尚难深入研究它们。它们常沿深大断裂或转换断层上升至上部圈闭中，聚集成工业气藏。上部圈闭中，聚集成工业气藏。 幔源气（深源气）幔源气（深源气）指从地球形成初期捕获的原始气体，从地指从地球形成初期捕获的原始气体，从地幔通过不同方式运移到沉积圈中的天然气，包括火山活动和沿幔通过不同方式运移到沉积圈中的天然气，包括火山活动和沿深大断裂或转换断层上升运移的天然气深大断裂或转换断层上升运移的天然气岩石化学反应气岩石化学反应气指无机矿

5、物在高温条件下发生化学反应形成指无机矿物在高温条件下发生化学反应形成的天然气的天然气2. 按天然气组分分类按天然气组分分类分为干气和湿气，分为干气和湿气，C2+5%称为湿气；称为湿气； C2+2.0% ）由已生成的液态烃）由已生成的液态烃和残余干酪根及部分重烃气经高温裂解作用而生成的天然气和残余干酪根及部分重烃气经高温裂解作用而生成的天然气 定义：天然气广义上指自然界中存在的一切气体。定义：天然气广义上指自然界中存在的一切气体。天然天然气的气的分类分类（按成分）（按成分）烃类气体烃类气体非烃类气体非烃类气体常温常压下常温常压下的气态烃类的气态烃类乙烷、丙烷、乙烷、丙烷、丁烷和异丁烷丁烷和异丁烷

6、轻烃轻烃重烃重烃甲烷甲烷天然天然气的气的分类分类（按成因）（按成因）生物气生物气油田气油田气煤成气煤成气无机成因气无机成因气天然天然气的气的相态相态气态气态固态固态液态液态甲烷含量大于甲烷含量大于95%称为称为干气干气重烃含量大于重烃含量大于5%，一般比重，一般比重不少于不少于50100g/m3称为称为湿气湿气n生物成因气系指成岩作用阶段早期，在浅层生物成因气系指成岩作用阶段早期，在浅层生物化学作用带内，沉积有机质经微生物的生物化学作用带内，沉积有机质经微生物的发酵和合成作用形成的天然气。其中，有时发酵和合成作用形成的天然气。其中，有时混有早期低温降解形成的气体。混有早期低温降解形成的气体。n

7、在表层沉积物中，微生物的活动可以使有机在表层沉积物中，微生物的活动可以使有机质分解形成质分解形成CO2、H2、H2S、CH4、NH3和和N2等气体。等气体。 第二节第二节 有机成因气的有机成因气的主要类型及其特征主要类型及其特征一、生物（细菌）成因气一、生物（细菌）成因气醇醇有有机机酸酸H HC CO OO OH HO O（葡葡萄萄糖糖）n nC CH H2 22 2厌厌氧氧、产产酸酸菌菌2 22 2O OH HC CH HH HC CO O2 24 4产产甲甲烷烷菌菌2 22 2还原环境还原环境浅处浅处 沉积物中微生物分解有机质，形成各种气体沉积物中微生物分解有机质，形成各种气体含氧环境含氧

8、环境有机质在厌氧细菌作用下发酵形成有机质在厌氧细菌作用下发酵形成CH4有机质被氧化，放出有机质被氧化，放出CO2、SO2、N2等气体等气体产酸阶段产酸阶段产甲烷阶段产甲烷阶段还原剂还原剂（C6H12O6）n+nH2O Nc6h12o6(单糖)菌解其它产物其它产物不溶有机质不溶有机质可溶有机质可溶有机质挥发性酸挥发性酸菌体菌体其它产物其它产物CH4+CO2菌体菌体产甲烷菌产甲烷菌酶的发酵作用酶的发酵作用产酸菌产酸菌CO2+H2 CH4+H2OSO42-+H2 S2-+H2O N2+H2 NH3辅酶辅酶M和和F420色素因子色素因子活化活化CO2和和H2，合成甲合成甲基，还原为甲烷基，还原为甲烷有

9、机质的厌氧降解有机质的厌氧降解水解作用水解作用好气氧化好气氧化葡萄糖葡萄糖产甲烷阶段产甲烷阶段光合产物光合产物（纤维素）（纤维素）4 41 12 23 3产乙酰产乙酰/产氢产氢阶段阶段乙醇乙醇丙醇丙醇丁醇丁醇丙酮丙酮丁酸丁酸丙酸丙酸乳酸乳酸乙酸乙酸甲酸甲酸CO2CO2H2CH4发酵作用发酵作用1. 生物气的形成条件n1)1)拥有丰富的原始有机质，拥有丰富的原始有机质，特别是腐殖型和混特别是腐殖型和混合型有机质合型有机质，这是细菌活动所需碳源的物质基，这是细菌活动所需碳源的物质基础。础。n2)2)严格的缺游离氧、缺硫酸盐环境，这是厌氧严格的缺游离氧、缺硫酸盐环境，这是厌氧的甲烷菌群繁殖的必要条件

10、。的甲烷菌群繁殖的必要条件。n3)3)地温低于地温低于7575时，甲烷菌才能大量繁殖；当时，甲烷菌才能大量繁殖；当温度超过温度超过7575时，甲烷菌大量死亡，不利于甲时，甲烷菌大量死亡，不利于甲烷气的生成。烷气的生成。n4)4)最适合甲烷菌繁殖的最适合甲烷菌繁殖的pHpH值为值为6.56.57.57.5。硫酸根的存在对硫酸根的存在对甲烷的形成有一甲烷的形成有一定的抑制作用定的抑制作用当沉积物表面位于当沉积物表面位于硫酸盐还原带，硫酸盐还原带，并具有一定厚度时，并具有一定厚度时，有利于形成甲烷。有利于形成甲烷。通过细菌作用在通过细菌作用在浅处可生成甲烷气浅处可生成甲烷气富含有机质的开阔海洋环境剖

11、面富含有机质的开阔海洋环境剖面硫酸盐岩还原带硫酸盐岩还原带有氧有氧无氧无氧有氧呼吸有氧呼吸无氧呼吸无氧呼吸光合作用光合作用溶解物剖面溶解物剖面水水-沉积物剖面沉积物剖面（生物化学带）（生物化学带）代谢作用剖面代谢作用剖面O O2 2SOSO4 4HSHSHCOHCO3 3CHCH4 4H H4 4空气空气沉积物沉积物有氧带有氧带碳酸盐岩还原带碳酸盐岩还原带（甲烷生成带）（甲烷生成带）水水透光带透光带气水合物是立方晶系的气水合物是立方晶系的结晶化合物。结晶化合物。当水结冰时，晶格膨当水结冰时，晶格膨胀，形成的笼式结构可胀，形成的笼式结构可以容纳气体分子。以容纳气体分子。1 小的晶胞结构中小的晶胞