煤層氣組成

煤層氣地球化學分析數(shù)據(jù)主要來自煤巖解吸氣、瓦斯抽放氣及井口排采氣等樣品，前兩者數(shù)據(jù)的分布范圍較寬。對中國不同地質時代和不同煤級的358個井田（礦）煤層氣組分的統(tǒng)計顯示，煤層氣組分構成以CH₄為主，其含量變化范圍為66.55%～99.98%，一般為85%～93%；CO₂含量為0%～35.58%，一般＜2%；N₂的含量變化很大，一般＜10%；重烴氣含量隨煤級不同而變化（張新民等，2002）。對美國煤層氣井的795個氣樣的分析結果表明，煤層氣的組分及其平均含量為：CH₄占93.2%，C_2＋（重烴）占1.6%，CO₂占4.4%，N₂占0.8%（Scott et al.，1994）。從前人統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，井口排采的煤層氣無論是熱成因氣（如美國黑勇士盆地、中國沁水盆地），還是生物成因氣（如美國粉河盆地、中國阜新盆地），煤層氣的組分差別不是很大，主要為甲烷，平均為97%～99.75%；重烴氣及非烴氣含量均很低，一般小于2%（表11-1）。相對于常規(guī)天然氣，煤層氣組分比較一致，無論源巖的成熟度高低，煤層氣的組分均顯示為干氣的特征。來源于煤系的常規(guī)天然氣組分，往往受到源巖的成熟度影響，隨著成熟度增大，甲烷含量升高，重烴氣含量降低，過成熟的晚期階段氣體富集甲烷。如高過成熟煤系生成的克拉2氣田甲烷含量達96.58%，C₃以后的烷烴組分基本檢測不到；成熟—高成熟階段生成的牙哈凝析氣田甲烷含量均值只有82.32%，C_2-5含量達11.61%。

表11-1 中國典型煤成氣與國內外煤層氣組分及碳同位素統(tǒng)計

續(xù)表

在碳同位素組成上，煤層氣與天然氣（煤成氣）有著明顯的差別（陶明信，2005）。熱成因的常規(guī)煤成氣與煤層氣碳同位素最大的區(qū)別是，成熟度相近源巖的煤層氣甲烷碳同位素明顯偏輕，如沁水盆地南部二疊系3^#煤層的R_o最高可達3.5%以上，庫車侏羅系煤系源巖R_o小于2%，但庫車克拉2 晚期階段聚集的天然氣甲烷碳同位素為-27.3‰，明顯重于沁水盆地南部過成熟的煤層氣甲烷碳同位素值（-31.95‰），這種現(xiàn)象在其他盆地也普遍存在。造成這種現(xiàn)象的原因主要是受到次生生物作用的影響。

天燃氣的火災危險性表現(xiàn)在哪些方面

隨著城市建設和經濟建設的飛速發(fā)展、人民生活水平的普遍提高和石油化學工業(yè)的發(fā)展。使用天然氣的用戶和單位越來越多，范圍越來越廣。近年來隨著陜北天然氣的大量開發(fā)和開采，目前西安地區(qū)管道天然氣的用戶和單位已達到一定數(shù)量，天然氣的普及使用，必將成為城市主要的生活、生產燃氣。城市天然氣的使用除居民用戶、賓館飯店、生產企業(yè)外，還有壓縮天然氣汽車（即 ComDress Natural Gas，簡稱CNG汽車）。 由于天然氣的主要成份是甲烷（CH4）一般含量在95％以上，其特點是：①熱值高（平均熱值為8000千卡／立方米），燃燒穩(wěn)定：②安全性高，天然氣的燃爆濃度范圍為5％～15％，而煤氣為4%-35％，液化石

松遼盆地廣泛發(fā)育無機氣藏

歷經五十多年的油氣勘探，盡管未展開專門針對無機氣的勘探，但在松遼盆地業(yè)已廣泛發(fā)現(xiàn)高純CO₂氣藏、含烴類的CO₂氣藏及富含CO₂、N₂或H₂的烴類氣藏、高含He、Ar的氣藏等與巖石圈無機作用密切相關的無機氣藏，其中的CO₂、N：或H₂、He、Ar已經碳同位素分析證實為無機成因，其既有源于深部富含無機天然氣的火山巖及深部熱流體對殼內物質和放射性物質萃取的產物，也有源于與殼內火山巖對碳酸鹽巖熱烘烤作用形成的CO₂。與無機氣共生的烴類氣體，則既有源于陸相高演化烴源巖的有機成因CH₄，也有被認為是源于深部的無機成因CH₄（戴金星，1997）。

（一）無機成因CO₂氣藏及識別標志

松遼盆地已發(fā)現(xiàn)最為廣泛的是無機成因CO₂氣藏。早在20世紀70年代末，在盆地南部的德惠凹陷泉頭組地層中發(fā)現(xiàn)了著名的萬金塔CO₂氣藏。1988年在盆地北部齊家古龍坳陷南部的Yin80井的泉頭組地層中發(fā)現(xiàn)了高含CO₂油氣層（CO₂含量43.22%）。1997年在盆地北部徐家圍子斷陷昌德地區(qū)的FaS9井中發(fā)現(xiàn)了高純CO₂氣藏。目前，已經在徐家圍子、長嶺、乾安、德惠等斷陷中發(fā)現(xiàn)了二十多個高含CO₂的（油）氣藏。如此眾多的顯示，從一個側面反映松遼盆地具有巨大的無機成因氣資源。

關于CO₂氣的成因有多種認識：①有機成因的CO₂氣，即在生物菌解過程中形成；②已有的碳酸鹽巖在后期熱作用過程中脫氣產生CO₂氣；③巖漿活動過程中從巖漿熱液中釋放出的CO₂；④從無機成烴的角度來看，即地球內部的無機烴類物質在向地表擴散過程中被氧化而形成的CO₂氣。

就松遼盆地勘探所發(fā)現(xiàn)的CO_，氣組分特征上看，大多具有無機成因特征，無機成因CO₂易于識別。松遼盆地的（油）氣藏中CO₂含量一般達到10%～98.5%，當CO₂含量小于10%時，一般以有機成因CO₂占據(jù)主導，其

。當CO₂含量介于10%～40%時，即認為混有較高比例的無機成因CO₂，其CO₂的碳同位素值

。當CO₂含量大于95%時，為高純CO₂氣藏，以無機成因CO₂占主導，其CO₂的碳同位素值

，屬典型的幔源無機成因CO_，。

在盆地南部的長嶺、乾安、德惠等斷陷，CO₂含量較高（10.11%～35.53%）的主要分布于腰英臺，小合隆、紅崗地區(qū)。含量更高一些的主要分布于乾安、孤店、萬金塔地區(qū)，泉一—四段及營城組CO₂含量高達57.21%～99.02%。純CO₂氣藏主要有G34、G42井區(qū)，長嶺斷陷達爾罕D2、DB11井區(qū)及乾安ChaS2井區(qū)、萬金塔氣田，CO₂混合油氣藏主要分布于孤店油氣田G7井區(qū)和乾安油氣田QS11 井區(qū)的扶余油層。

松遼盆地南部在地質歷史時期經歷了多次強烈的構造運動和火山活動，基底斷裂發(fā)育。目前，該區(qū)除已發(fā)現(xiàn)萬金塔CO₂氣田外，在鉆井和煤田中多處發(fā)現(xiàn)高含CO₂的不同產狀的天然氣。乾安地區(qū)QS1、QS2、QS8、QS10井和孤店地區(qū)G6、G7、G8井泉三、四段見高含量CO₂氣，含量可達80%以上.G12井測試獲日產CO₂氣44.18m³。營城煤田Yi5、Yi9井曾發(fā)生二氧化碳突出，突出點為砂巖與酸性火山巖（流紋巖）接觸帶，氣體中二氧化碳含量高達93%～96%。紅崗地區(qū)Ho7、Ho119井在高臺子層見有較高含量的二氧化碳（表3-5）。

松遼盆地為我國主要含油氣盆地之一，侏羅系、白堊系沉積巖有機質豐富，可以形成大量有機成因的天然氣（楊繼良、張淑英，1990；徐樹寶等，1991；竇立榮等，1991），其中包括少量有機成因的CO₂，這些油氣運移聚集在圈閉中，形成油氣田。表33-6為松遼盆地南部各類有機成因天然氣組分和碳同位素特征表，其中CO₂含量僅為0.07%～2.84%，由此可見，萬金塔、孤店、乾安等地高含量的CO₂不可能是有機成因的。

表3-5 松遼盆地南部高含二氧化碳井的天然氣地球化學數(shù)據(jù)表

松遼盆地南部地區(qū)存在著深部高CO₂無機成因氣源和淺部富烴有機成因氣源。深淺兩種不同成因、不同組成的天然氣經過運移、聚集，在橫向上與不同地質條件的構造或儲集層中形成各種復雜的匹配組合，或形成以無機成因CO₂為主、混有少量有機成因烴類氣的氣藏，如萬金塔CO₂氣藏（田），或形成以有機成因烴類氣為主、混有少量無機成因CO₂氣的（油）氣藏，如紅崗、乾安油氣藏（田）。深淺兩種不同成因、不同組成的天然氣在縱向上表現(xiàn)出由淺至深，CO₂含量逐漸增加，烷烴氣含量逐漸減少的特征，例如W 2井氣層深度由785m 增至863.4m,CO₂含量由57.79%增加到99.77，%甲烷含量由34.56%減少到0.14%;W5井氣層深度由806m 增至1072m,CO₂含量由82.49%增加到99.48%，甲烷含量由7.98%減少到0.13%～0.52%;H07井氣層由1448.8m 增至1537.8m,CO₂含量由13.41%增加到35.37%，甲烷含量由70.20%減少到59.90%。天然氣組分在縱向上分布的差異性，是各種氣體組分具有不同氣源供給的直接反映，示蹤了氣體組分氣的運移方向，是探索氣源及其成因的一個重要科學信息。

萬金塔、孤店、乾安、紅崗等氣藏或油氣藏的CO₂碳同位素具有以下特點（表3-5，表3-6）：

表3-6 松遼盆地南部天然氣組分和碳同位素數(shù)據(jù)表

（1）CO₂碳同位素明顯偏重，例如萬金塔氣田CO₂碳同位素值

為－4.04‰～8.03‰；孤店地區(qū)G7井和G9井

分別為－9 76‰和－8.44‰.乾安地區(qū)QS8井和QS10井

分別為－3.926‰和－3 732‰；紅崗地區(qū)Ho7井和Ho35井

分別為－2.646‰和－3.72‰，均大于－10‰。而松遼盆地南部有機成因的天然氣，如紅崗構造的生物氣、新北和木頭油田的油型氣及梨樹地區(qū)的煤成氣，其

較輕，都小于 l（0‰ 表3-6）。圖3-56為松遼盆地南部不同成因CO₂含量和碳同位素關系圖，圖中以

為界，大致分為兩個區(qū)域，萬金塔、孤信、乾安、紅崗等高含CO₂的天然氣基本都落在I區(qū)，即

，具有無機成因CO₂的特征。但是

并不是有機成因CO₂和無機成因CO₂的絕對界線值，特別是對于松遼盆地南部具有有機成因和無機成因CO₂形成的雙重有利地質條件的地區(qū)來說，也會形成兩種成因氣的混合，有機成因CO₂和無機成因CO₂之間的混合隨地質條件不同而異，主要取決于兩者氣源及成氣豐度或強度，混合后的

值隨兩種CO₂混合量的不同而發(fā)生變化，由此構成了下述CO₂碳同位素的第二個特征。

（2）在同一構造或小區(qū)內，隨CO₂含量的減少，

一般逐漸變輕。由于在有機成因和無機成因混合氣藏中，往往存在有兩種成因CO₂的此長彼減過程，在CO₂含量較高的氣層，有機成因CO₂所占的比例甚微，其

值基本反映無機成因CO₂的特征。隨CO₂含量的減少，通常有機成因CO₂所占的比例相應增加，因此，反映在

值上則變輕。例如，乾安地區(qū)CO₂含量為85.55%和80.73%時，其

值為－3.926‰和－3.732‰；CO₂含量為7.46%和6.49%時，其

值減小到－15.40‰。此外，紅崗地區(qū)CO₂碳同位素也有此類特征（圖3-56）。由于不同成因CO₂的混合比例與其

值有一定的內在聯(lián)系，因此，可利用

值大致估算同一構造或小區(qū)內有機成因和無機成因CO₂所占的比例，其公式為：

松遼盆地長嶺斷陷火山巖復式成油氣系統(tǒng)

其中Q_有為有機成因CO₂相對含量，

。在應

松遼盆地長嶺斷陷火山巖復式成油氣系統(tǒng)

Ⅰ—無機成因區(qū)；Ⅱ—有機成因區(qū)

在盆地北部的徐家圍子斷陷，也廣泛發(fā)育無機成因CO₂氣藏。其中，昌德地區(qū)發(fā)育昌德東CO₂氣藏，在徐中斷隆帶則以發(fā)育富含CO₂的天然氣藏為主（表3-7）。昌德東氣藏的FaS9、FaS7、FaS6井CO₂氣碳同位素值為－4.06‰～－6.61‰，明顯較松遼盆地油型氣碳同位素值高（－11.45‰～－21.65‰）。將其投到宋巖（1997）的CO₂組分含量及其碳同位素值雙因素圖上（圖3-57），落入無機成因區(qū)。據(jù)國外CO₂氣研究成果，無機幔源成因CO₂氣碳同位素值主要分布在－4‰～－8‰，碳酸鹽巖熱解CO₂氣碳同位素值多在－3.5‰～3.5‰（Pankina等，1978），變質成因CO_，氣碳同位素值可偏輕，如四川甘孜變質成因CO₂氣碳同位素值為－4.77‰～2.9‰。因此盆地深層CO₂氣應為無機成因。

表3-7 松北徐家圍子斷陷昌德東氣藏氣體組分分析數(shù)據(jù)表

3-57 CO₂組分含量及其碳同位素值雙因素圖

（二）無機成因He氣藏

在松遼盆地淺層已發(fā)現(xiàn)大量的He氣藏，其北部有30多口井見到高含He，在昌德地區(qū)FaS9井CO₂的產氣層中發(fā)現(xiàn)He的最高含量達2.743%，汪家屯地區(qū)Wa9-12井泉一段地層中也見到了He含量高達2.104%。此外，在升平、宋站以及朝陽溝地區(qū)也見到了He含量大于0.1%異常。在松南的長嶺斷陷腰英臺地區(qū)，同樣發(fā)現(xiàn)了高含He異常，YS1的登婁庫組含氦量可達2.63%。以徐家圍子斷陷幔源成因He氣分布范圍最廣。

³He/⁴He成分在不同成因環(huán)境下具有顯著差異。殼源成因氦氣³He/⁴He值為11×10^-8，幔源成因的氦氣³He^/H4e值為（1.1～11）×10^-4。上地幔成因氦的N（³He）/N（⁴He）的正常值為1.2×10^-5，地殼中放射性成因氦的N（³He）/N（⁴He）為10.7～10.9，典型值為（1～3）×10^-8，大氣的N（³He）/N（⁴He）為1.4×10^-6。R/Ra值是衡量其成因的主要指標，其中Ra是大氣的N（³He）/N（⁴He）值，為14×10^-6,R為某氦氣的N（³He）/N（⁴He）值。一個盆地或地區(qū)如果R/Ra值大于1，則以無機成因氣為主。

徐家圍子斷陷FaS9井2個井段天然氣中氦同位素N（³He）/N（⁴He）分別為3.9×10^-6和4.5×10^-6,R/Ra分別為2.79和3.00。FaS5井和FaS7井分別為1.53×10-⁶和1.59×10^-6,R/Ra值均大于1。松遼盆地的北緣五大連池火山氣體中氦的同位素N（³He）/N（⁴He）變化范圍在（1.46～4.55）×10^-6之間，與徐家圍子斷陷無機氣中的氦同位素值相似。由此推斷昌德東CO₂氣藏為幔源巖漿成因氣。

松遼盆地南部萬金塔及其他高含CO₂天然氣的氦同位素中普遍高含³He表3-8），³He/⁴He值為（3.16±0.09）×10^-6～（6.94±0.20）×10^-6，它與空氣氦同位素的比值R/Ra為2.26～4.96。由于幔源3He的不斷加入，本區(qū)高含二氧化碳天然氣中的R/Ra＞1。根據(jù)天然氣中共生組分在成因上與氣源的親緣關系推斷³He的大量加人從一方面說明二氧化碳主要來源于地幔。

（三）其他無機成因氣

高氮天然氣藏與深大斷裂或新生代火山活動關系密切。巖漿巖中N的δ¹⁵N為30‰～＋30‰，地幔來源的N，其δ¹⁵N為5‰～＋15‰。大陸有機質的N，其δ¹⁵N值分布范圍為17‰～＋30‰,天然氣中低濃度氮的δ¹⁵N值也分布于這個范圍內，因此，天然氣中低含量氮主要源于沉積有機質。

表3-8 松遼盆地南部高含CO₂天然氣氦同位素特征

徐家圍子地區(qū)N₂的含量在0.137%～99.51%之間，平均為9.03%,N₂氣含量小于10%的，約占80%，氮氣含量大于80%的僅占4%，因此大多數(shù)與烷烴氣伴生的氮氣為有機成因。少數(shù)氣樣氮氣含量達到了90%以上，而且N₂的含量隨深度增加有增加的趨勢，高含量的氮氣大多與早白堊紀的火山巖地層相伴生，分布于深斷裂附近，這些N₂很可能與CO₂一樣是幔源成因的天然氣。FaS4井天然氣中δ¹⁵N值為6.2‰，與地幔來源的氮的δ¹⁵N值一致。天然氣中的N₂可能有相當一部分來源于地球深部。

徐家圍子地區(qū)部分氣樣中出現(xiàn)含H₂異常。H₂雖然也是天然氣中常見的組分，但在烴氣中它的含量很少超過3%。H₂的來源有以下原因：①巖石中分散有機質的轉化（干酪根在縮聚過程中能釋放出氫）；②水的高溫分解或放射性分解。H₂是十分活躍的氣體，它的存在說明氫氣的生成作用正在進行或來源于深部。徐家圍子地區(qū)H₂的含量一般小于1%，平均為0.5%。但少數(shù)氣樣H₂含量大于5%，最大可達39.55%（FaS4井）。如此高含量的H₂可能與無機成因有關。在沉積巖中有機碳一般并不貧乏，然而生成甲烷需要數(shù)量4倍于碳的氫，氫的來源常常不足，成為制約天然氣生成的主要因素。因此徐家圍子地區(qū)發(fā)現(xiàn)高含量的氫，無疑會對天然氣的生成起促進作用，它可能會使天然氣儲量超過預測的資源量。

CO的含量一般很低，但在一些氣樣中含量較高，最高可達23%。CO可能與H₂還原CO₂有關，采樣分析發(fā)現(xiàn)，只要有CO出現(xiàn)的樣品也一定存在H₂，說明H₂是CO 形成的必要條件。

松遼盆地南部CO₂氣藏中還伴生有較多的H₂S氣體（4.55%,QS₂井）。從分布層位看，乾安泉四段產氣層地層溫度在80℃以上，烴類脫硫細菌很難生存，故H₂S很可能來源于深部熱流體。目前鉆探已證實在乾安地區(qū)青三段有玄武巖存在（Q 124井），因此CO₂應主要來源于深部幔源。

天然氣組成及分布特征

（一）天然氣組分特征

根據(jù)目前長嶺地區(qū)油氣勘探成果，斷陷層不同層位、不同構造均發(fā)現(xiàn)工業(yè)氣流或氣顯示，但不同構造，或同一構造不同層位天然氣組成差別都十分明顯。總的來說，從構造帶上看，腰英臺構造—達爾罕構造—雙嶺構造帶，天然氣中烴類氣體含量較高，烴類氣體以CH₄為主，干燥系數(shù)大，登婁庫組和營城組CO₂含量差別很大，登婁庫組CO₂含量一般低于5%，而營城組CO₂較高，大部分在20%左右。西部老英臺低凸起、蘇公坨斷階內側營城組天然氣以CO₂為主，如ChaS2、ChaS4、ChaS6井區(qū)營城組天然氣中CO₂含量都在95%以上（圖3-23）。

圖3-23 腰英臺構造帶CO₂、N₂組分分布圖

1 YS1①（K₁d）；2 YS1②（K₁d）；3—ChaS6（K₁d）；4—ChaS10（K₁d）；5—ChaS1-3（K₁d）；6—ChaS2（K₁d）；7—ChaS1-1（K₁d）；8—YS7①；9—YS7②；10—YS1①（K₁yc）；11—YS1②（K₁yc）；12—YS1③（K₁yc）；13—YS1④（Kyc）；14—ChaS1①（K₁yc）；15—ChaS1②（K₁yc）；16—YP1（K₁yc）；17—YP7

腰英臺構造東北部氣層中天然氣組分也以CH₄為主，含一定量的CO₂、H₂等非烴氣體，如ChaS8井營城組3856m、ChaS102井營城組3771.8m、ChaS103井登婁庫組351lm 及ChaS105井營城組3880m井段天然氣中甲烷的含量均很高，都為80%以上，有的達90%以上，其中ChaS8井營城組3856m，重烴組分接近4%，干燥系數(shù)均大于0.96;ChaS102與105井N₂含量為12.74%和11.04%。

腰英臺構造帶天然氣基本上都是干氣，干燥系數(shù)在0.96以上，且有隨深度增大干燥系數(shù)增大的趨勢。

總體上看，長嶺地區(qū)登婁庫組天然氣中N₂含量較高，淺處N₂含量較高，隨深度增大而降低，而營城組天然氣中CO₂含量較高，介于0.17%～93.26%，且隨深度增大，CO₂含量增大。此外，長嶺斷陷地區(qū)各個構造帶中，腰英臺構造帶天然氣中所含有的CO₂氣濃度較高，特別是營城組天然氣中CO₂含量達20%以上，而其他構造帶CO₂的含量則較低，大部分都不到5%。

（二）天然氣碳、氫同位素組成特征

腰英臺構造帶天然氣穩(wěn)定碳同位素總體偏重，δ¹³C₁介于16.43‰～－23.78‰，δ¹³C₂介于23.11‰～－29.88‰，多數(shù)高于－29‰，δ¹³C₃介于－16.01‰ 30.74‰，δ¹³C₄介于29.27‰～－34.29‰，以負碳同位素系列為主，主要具有δ¹³C₁＞δ¹³C₂＞δ¹³C₃＞δ¹³C₄（如YP1、YP17井營城組、ChaS1-2井營城組、ChaS103井登婁庫組），個別呈δ¹³C₁＞δ¹³C₂＞δ¹³C₃＜δ¹³C₄（如ChaS1井營城組和ChaS2井登婁庫組）的分布特征。

相對腰英臺構造而言，達爾罕構造帶天然氣穩(wěn)定碳同位素偏輕，δ¹³C₁介于－20.4‰～－29.8‰，δ¹³C₂介于－24.0‰～－32.6‰，δ¹³C₃介于－27‰～－32.15‰，δ¹³C₄介于23.0‰～－31.4‰，同位素倒轉現(xiàn)象較明顯（圖3-24）。大部分樣品具有δ¹³C₁＜δ¹³C₂＜δ¹³C₃＜δ¹³C₄分布特征，但也有個別樣品存在明顯的差別，如DB11井營城組3972～4007m 井段樣品則具有δ¹³C₁＞δ¹³C₂＜δ¹³C₃＜δ¹³C₄的特征。DB11營城組δ¹³D₁為200‰，δ¹³D₂為－175‰，δ¹³D₁＜δ¹³D₂。

前進構造帶存在兩類化學組成特征明顯差別的天然氣，這類天然氣穩(wěn)定碳同位素偏重，但同位素仍然以正序序列為主，即δ¹³C₁＜δ¹³C₂＜δ¹³C₃＜δ¹³C₄＞δ¹³C₅，個別存在同位素倒轉現(xiàn)象（嘲3-25），這類樣品主要分布在TS1井青山口組、T17、T103井和T105井泉一段、TS5井營城組、TS6井沙河子組和營城組。這類天然氣的穩(wěn)定碳同位素值仍然低于腰英臺構造和達爾罕構造帶。第二類天然氣穩(wěn)定碳同位素值明顯偏輕，δ¹³C₁一般低于 40‰，如T19井泉三段1218.20m天然氣δ¹³C₁為－42.33‰，δ¹³C₂為－25.00‰，δ¹³C₃為－31.15‰，具有δ¹³C₁＜δ¹³C₂＞δ¹³C₃的特點；T19井青山口段683m 天然氣δ¹³C₁為－53.96‰，δ¹³C₂為－42.52‰，δ¹³C₃為30.52‰，具有δ¹³C₁＜δ¹³C₂＜δ¹³C₃的特點。

圖3-24 達爾罕構造帶營城組天然氣碳同位素指紋圖

1—DB11;2—D2;3 DB33-9-3;4—DB33-5-5;5 YS2

圖3-25 前進構造帶天然氣碳同位素指紋圖

1～3—T19（1218.2m、683m,618.6m）；4—TS1（K₁q¹）；5—TS5（K₁yc）；6～7—TS6（3957m、3255m）；8—T17（K₁q¹）：9—T105（K₁q¹）；10—T103（K₁q¹）

東嶺構造SN101天然氣樣品碳同位素相對較高，與鄰區(qū)的SN17、SN18和SN3井下白堊統(tǒng)天然氣碳同位素比較接近，DBI1井天然氣碳同位素組成與SN101井也比較接近（圖3-26）。與腰英臺地區(qū)的天然氣相比，松南地區(qū)天然氣同位素不存在明顯的倒轉現(xiàn)象。

圖3-26 松南地區(qū)天然氣碳同位素指紋圖

1—SN101井；2—SN17井；3—SN18井;4—DB11井；5—D1B1井；6—SN3井

腰英臺構造帶CH₄和C₂H₆碳同位素存在隨深度變化而變化的趨勢（圖3-27）,CH₄碳同位素值隨深度增加略有增加的趨勢（個別點除外），乙烷的碳同位素值隨深度增加略顯偏重，由此表明ChaS1井的天然氣存在一定的分餾趨勢，由于天然氣中重烴組分含量較少，主要以甲烷與乙烷為主，因此相對含量垂向變化不明顯，而碳同位素值變化明顯，具有運移分餾效應，天然氣經過了一定距離的運移之后才聚集成藏。

圖3-27 ChaS1井CH₄和C₂H₆碳同位素隨深度變化圖

（三）長嶺斷陷層天然氣中二氧化碳分布規(guī)律

長嶺斷陷不同構造帶中CO₂和N₂的含量是不一樣的，腰英臺構造帶天然氣中CO₂和N₂的含量最高，其次是達爾罕構造帶，東嶺構造帶和雙坨子構造帶天然氣中所含有的CO₂的含量較低。如圖3-28所示，雙坨子構造帶在淺層天然氣中CO₂和N₂含量相對較高，其分布的埋深范圍是2000～2500m，而腰英臺構造帶和達爾罕構造帶天然氣中所含CO₂和N₂主要分布在深層，其分布的深度范圍為3200～4100m。

腰英臺構造帶ChaS1、ChaS7井和YS1井等幾口的CO₂百分含量明顯比達爾罕幾口井的低，腰英臺構造帶甲烷的百分含量較高，天然氣主要為干氣。從CO₂的碳同位素來分析，腰英臺構造帶YS1井為－14.8‰，YP7井為－10.395‰，顯然小于－10‰，主要為有機成因。但腰英臺構造帶YP1井的CO₂的碳同位素為5.4‰，大于 －10‰，為無機成因。而達爾罕構造帶CO₂百分含量很高，一般在25%以上，甲烷的含量也較高，如D2井的CO₂的碳同位素為8.7‰，YS2井CO₂的碳同位素為3.65‰，為無機氣。結合該區(qū)火山巖及斷裂發(fā)育情況分析，腰英臺構造帶CO₂主要是有機成因，后期也有無機氣體的注入，而達爾罕構造帶氣體主要是無機成因，早期主要是有機成因，后期火山活動強烈，導致大量無機氣體的注入。這從腰英臺構造帶和達爾罕構造帶的成藏模式圖中可以得到證實，達爾罕構造帶附近有火山口的分布，火山巖較發(fā)育。

圖3-28 長嶺斷陷不同構造帶CO₂和N₂量含與深度的關系

此外，長嶺斷陷天然氣中CO₂和N₂含量具有 一定的深度變化規(guī)律，CO₂含量隨著埋深的增加而增大；而N₂的變化趨勢則相反，即隨著深度的變小而增加。

在長嶺斷陷腰英臺構造帶天然氣中CO₂和N₂的含量是在所有研究的構造帶中含量最高的，CO₂氣體的含量從0%～100%都有分布，N₂的含量則變化不大，規(guī)律也不明顯，除個別井達到17%外，其含量一般不超過10%。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，腰英臺構造帶的CO₂和N₂含量高的天然氣主要分布在營城組，登婁庫組天然氣中CO₂較低，且CO₂含量隨著深度的增加，有增加的趨勢，這種增加的趨勢在營城組表現(xiàn)的尤為突出，N₂則在淺層其含量較高，而在深部含量較低（圖3-29）。

達爾罕構造帶天然氣中CO₂和N₂的含量都不高，CO₂含量的分布范圍為0%～40%,N₂的含量較低，所分析樣品中，其含量還不到10%。CO₂氣體含量隨著深度的增加而增加（圖3-30）。而N₂則由于所分析的樣品較少和其含量不高，導致其分布規(guī)律不是很明顯。

雙坨子構造帶天然氣中CO₂和N₂含量也較低，CO₂的百分含量不到2.5%,N₂的含量則達到了5￥～10%，進一步的研究發(fā)現(xiàn)，雙坨子構造帶所分析的樣品埋深較淺，這樣可能會有空氣中N₂的混入。雙坨子構造帶CO₂氣體和N₂的分布規(guī)律則沒有其他構造帶的明顯（圖3-31）。

圖3-29 腰英臺構造帶不同層位CO₂和N₂含量與深度的關系

圖3-30 達爾罕構造帶營城組CO₂、N₂含量與深度的關系

圖3-31 雙坨子構造帶登婁庫組CO₂、N₂含量與深度的關系

從圖3-32可以看出，長嶺斷陷天然氣中CO₂的成因隨深度的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，在淺層（約1500m處）CO₂主要是無機成因的，并且這幾個樣品點的CO₂的碳同位素主要集中在－5‰左右，初步判斷，可能來自幔源。而深層（約3500m處）CO₂的成因則較為復雜，既有有機成因的，也有無機成因的，還有混合成因的。

圖3-32 長嶺斷陷不同構造帶CO₂碳同位素與深度的關系

天然氣成因類型劃分及氣源分析

（一）無機與有機天然氣類型劃分

天然氣成因類型的判識主要依賴于天然氣的組分和碳、氫同位素組成，并以天然氣伴生的輕質油、凝析油、原油的輕烴地球化學特征以及稀有氣體同位素組成為輔。腰英臺地區(qū)的甲烷碳同位素明顯偏重，其δ¹³C₁＞30‰。據(jù)戴金星（1992），除高成熟和過成熟的煤型氣外，δ¹³C₁＞-30%。的均為無機成因的甲烷，因此利用CH₄（%）與δ¹³C₁（‰）圖可知（圖3-33），腰英臺構造帶主要分布煤型氣區(qū)內，ChaS1井與YS1井（3466m）登婁庫組可能為無機成因甲烷氣或者少量的無機氣混入的有機氣，另外ChaSl井區(qū)的個別樣品介于無機氣與有機氣之間，從而表明此研究區(qū)有深部的無機氣混入，達爾罕構造帶以及雙坨子地區(qū)主要分布有機成因煤成氣，煤型氣與油型氣需要進一步的判識（張枝煥、童亨茂等，2008）。

圖3-33 無機與有機天然氣類型劃分

1—YS1（K₁d）；2—YS1（K₁yc）；3—YP1（K₁yc）；4—YP7（K₁yc）；5—YS2（K₁yc）；6—DB11（K₁yc）；7—D2（K₁yc）；8—DB33井區(qū)；9—ChaS1井區(qū)；10—雙—坨子地區(qū)

（二）有機烷烴氣體進一步鑒別

在有機成因的烷烴氣中，生物氣和裂解氣均具有高甲烷含量、低重烴含量的特點，它們的區(qū)別之一是生物氣甲烷碳同位素較低，而裂解氣的甲烷碳同位素值偏重，根據(jù)生物氣的一個良好鑒別標志δ¹³C₁＜-55%來看，長嶺斷陷天然氣均屬于裂解氣。從δ¹³C₁—1gC₁/C₂₊₃關系圖來看（圖3-34），腰英臺構造帶與ChaS1井區(qū)的天然氣均屬于煤型氣，ChaS1井個別樣品明顯有無機氣的混入，為煤成氣與無機氣的混合氣。雙坨子地區(qū)與腰英臺地區(qū)的天然氣組成特征明顯存在差別，主要為原油伴生氣以及凝析油與原油伴生氣的混合氣，由此表明兩研究區(qū)的天然氣的氣源是不一致的，腰英臺與達爾罕構造帶的天然氣主要為腐殖型干酪根裂解氣，而非原油裂解氣（張枝煥、童亨茂等，2008）。

蘇聯(lián)學者Гуцадо（1981）從CH₄與CO₂共生體系碳同位素熱平衡原理出發(fā)，以世界上已有CH₄與CO₂共生體系中測得的δ¹³C_.和δ¹³Cco₂為依據(jù)，將自然界不同成因類型的CH₄與CO₂共生體系劃分為三個區(qū)，即Ⅰ區(qū)為無機成因區(qū)，Ⅱ區(qū)為生物化學氣區(qū)，Ⅲ區(qū)為有機質熱裂解氣區(qū)。根據(jù)圖3-35不難看出，研究區(qū)腰英臺構造帶主要分布有機質熱裂解氣，YS1井與YS2井營城組天然氣個別樣品分布在無機氣的成因區(qū)域，大部分樣品介于有機質熱裂解氣區(qū)與無機成因氣區(qū)，達爾罕構造帶的天然氣主要為有機質裂解氣，因此腰英臺構造區(qū)塊的天然氣極有可能存在混源特征，可能有無機氣的混入，其混源單元還需要進一步的鑒別。

圖3-34 天然氣δ¹³C₁—lg（C₂+（C₃）關系圖

1—ChaS1井區(qū)；2—雙坨子地區(qū)；3—YS1（K₁yc）；4—YS1（K₁d）；5—YP1（K₁yc）；6—YP1（K₁yc）；7—YS2（K₁yc）；8—DB11（K₁yc）；9—DB33井區(qū)

圖3-35 CH₄與CO₂共生體系碳同位素分布圖

1—YS1（K₁d）；2—YS1（K₁yc）；3—YP1（K₁yc）；4—YP7（K₁yc）；5—YS2（K₁yc）；6—DB11（K₁yc）；7—D2（K₁yc）；8—DB33井區(qū)

（三）無機成因甲烷氣及識別標志

自然界烴類的大規(guī)模形成是有機－無機物質相互作用的結果，而現(xiàn)今油氣勘探都是在有機烴源發(fā)育的盆地中進行，有機和無機烷烴氣混合成藏使無機烷烴氣不如非烴氣易于識別。盡管如此，目前在許多裂谷盆地中發(fā)現(xiàn)了一系列可能的無機成因天然氣的聚集，說明無機成因油氣仍有一定的發(fā)展前景。

到目前為止，對無機成因烴類氣體的判斷主要依據(jù)有烴類氣體的組分、碳同位素、烷烴碳同位素系列、與烴類氣體伴生的非烴氣體、稀有氣體的含量及同位素以及地質背景綜合分析等方法。松遼盆地有無機成因CH₄的一些重要判別依據(jù)：

1.該區(qū)與無機CO₂氣藏等伴生的CH₄氣藏，有特高甲烷碳同位素及負碳同位素系列

在松遼盆地采送的與無機CO₂氣藏等伴生的甲烷碳同位素分析樣品，碳同位素值出現(xiàn)了大量的δ¹³C₁值大于－30‰，其中還有大量大于－20‰的樣品，并出現(xiàn)了大量負碳同位素系列樣品，且上述兩種特征還同時出現(xiàn)在同一氣田（藏），顯示了無機成因烴氣的存在。

碳同位素是判識無機成因天然氣最直接的證據(jù)。我國許多地區(qū)如云南騰沖縣澡塘河、四川甘孜縣拖壩、吉林長白山天池、內蒙古克什克騰旗熱水鎮(zhèn)以及國外許多地區(qū)如新西蘭地熱區(qū)、東太平洋熱液噴出口、俄羅斯希比尼地塊巖漿巖、美國黃石公園等都發(fā)現(xiàn)了無機CH₄。這些地區(qū)的甲烷碳同位素雖然變化較大，但一般都大于30‰。

許多學者亦提出了鑒定無機成因CH₄的下限值，有的為大于－20‰，有的為－30‰。但必須指出的是不論哪一個值都不是劃分無機甲烷的絕對值，因為某些高（過）成熟的煤型CH₄也有顯示重碳同位素特征的特點，因此在確定其成因時還需綜合考慮其他資料，如烷烴氣碳同位素系列、地質構造背景等。其中碳同位素系列是識別有機、無機烷烴氣最有效的手段之一。

有機成因的天然氣主要源于沉積物中分散有機質的分解。在生烴母質干酪根熱降解生成烷烴氣的過程中，由于¹²C—¹²C鍵的鍵能低于¹²C—¹³C鍵，因此生物成因天然氣中CH₄及其同系物的碳同位素組成具有隨碳數(shù)的增大而變重的分布特征，即δ¹³C₁＜δ¹³C₂＜δ¹³C₃＜δ¹³C₄正碳同位素系列。這種分布特征幾乎存在于所有有機成因的天然氣藏，并被有機質熱解成烴的模擬實驗和理論推導所證實。而對于無機成因的烷烴氣來說，重烴氣含量很少，而且主要是由甲烷通過放電作用聚合形成的。在由CH₄聚合形成高分子烴類或CO加氫合成烴類的過程中，由于¹²C—¹³C鍵的鍵能低于¹²C—¹²C鍵，使¹²C隨分子量的增加而逐漸富集，從而形成甲烷同系物的碳同位素組成與有機成因的同位素系列正好相反，即形成δ¹³C₁＞δ¹³C₂＞δ¹³C₃負碳同位素系列。如前面提到的俄羅斯希比尼地塊與巖漿巖有關的天然氣中δ¹³C₁為3.2‰，δ¹³C₂為9.1‰，δ¹³C₃為16.2‰；美國黃石公園泥火山氣的δ¹³C₁為21.5‰，δ¹³C₂為26.5‰。

徐家圍子斷陷在昌德、汪家屯、肇州以及朝陽溝等地區(qū)及腰英臺氣田均發(fā)現(xiàn)了甲烷碳同位素異常和負碳同位素系列，表明該區(qū)有無機烴類氣體存在。汪家屯地區(qū)W a903井甲烷碳同位素最重達12.22‰，而乙烷的碳同位素為22.99‰；昌德地區(qū)表現(xiàn)的最為明顯，F(xiàn)aS1、FaS2等井多個氣樣顯示負碳同位素系列，且甲烷碳同位素偏重。從這些氣樣組分來看，干燥系數(shù)

一般都在0.98以上，顯得很干，也與無機成因烷烴氣的特征相似。

此外，也有學者提出負碳同位素系列并不是判斷無機成因烴類氣體最可靠的標志，由兩種不同成因天然氣混合，或由天然氣的擴散引起同位素分餾均可造成這種現(xiàn)象的出現(xiàn)。以往的研究認為混合作用形成甲烷至丁烷碳同位素的完全反序排列可能性不大，但最近的同位素數(shù)值模擬研究結果表明，兩種碳同位素正序排列的天然氣，混合后可以得到碳同位素完全反序排列的天然氣，但要求混合的兩個端元的天然氣必須具有不同的成因或來源，或它們是明顯不同演化階段的產物。從徐家圍子地區(qū)的地質條件和同位素特征來看，很難用兩種有機成因的氣混合加以解釋，因為要得到FaS1、FaS2那樣重的甲烷負碳同位素系列，要求具有有機成因天然氣甲、乙、丙碳同位素為15‰，－14‰，13‰相當?shù)奶烊粴獯嬖?，而這種天然氣無法與有機質演化的任一階段相對應，在徐家圍子地區(qū)也未發(fā)現(xiàn)具這種特征的天然氣。因此，混合作用不能合理解釋該區(qū)存在的負碳同位素系列。

2.在該區(qū)火山巖的原生流體包裹體中發(fā)現(xiàn)CH₄

地球深部流體的性質和成分是當前國內外學術界爭論的熱點課題。火山噴發(fā)物中含有大量的非烴氣體、少量烴類氣體、稀有氣體以及沿一些深大斷裂帶及地震期前后有烴類氣體、CO₂和稀有氣體釋放已是公認的事實。近年來對火山巖及其地幔巖流體包裹體的研究進一步揭示其流體相主要為H₂O、CO₂、CH₄、N₂、H₂、H₂S及一些稀有氣體。地幔物質及其所含流體在橫向和縱向上分布也是極不均勻的，如河北大麻坪尖晶石二輝橄欖巖幔源巖氣體包裹體中還原性氣體含量高達68.0%～93.4%，而山東棲霞大方山二輝橄欖巖樣品中還原性氣體為8.5%～39.3%。有學者研究了我國華北地區(qū)地幔巖的分布，認為地球深部由上到下依次為尖晶石二輝橄欖巖、尖晶石－石榴石二輝橄欖巖和石榴石二輝橄欖巖，分別代表巖石圈地幔和軟流圈地幔。其中石榴石二輝橄欖巖中的H₂和CH₄的含量最高，而尖晶石二輝橄欖巖含H₂和CH₄相對較低，因而認為地球深部不同圈層可能孕育有不同性質和類型的天然氣，由淺至深有H₂O→CO₂→CH₄、H₂富集的趨勢，其中莫霍面附近可能是CO₂的聚集帶，巖石圈與軟流圈界面附近可能是烴氣的富集帶，而H₂可能有更深的來源。

在該區(qū)非氣層段火山巖中采集的火山巖流體包裹體，普遍有較高含量的無機烴氣，證實無機成因烴類氣體對該區(qū)氣藏的貢獻不容忽視。從徐家圍子地區(qū)巖漿火山巖流體包裹體氣液相成分來看，巖漿成分由基性變?yōu)樗嵝詴r，CO₂有從少變多的趨勢，CH₄的變化趨勢正好相反，因此上述研究成果及推斷可能是正確的。在長嶺達爾罕及腰南構造，在DB11 井的4017～4120m井段的基性巖中發(fā)現(xiàn)大量含CH₄的氣液相包裹體，其中CH₄的最高含量可達到31.9%，該層測試產純CH₄，而在相鄰的DS2井3670～3780m的酸性流紋巖中，產出以CO₂為主的氣藏，在該層中發(fā)育大量含CO₂的氣液相包裹本。

3.在該區(qū)發(fā)現(xiàn)大量示指深部低氧逸度環(huán)境的伴生氣體

在松遼盆地，已發(fā)現(xiàn)部分高含H₂及CO、H₂S氣的氣藏，反映該區(qū)地殼深部存在低氧逸度環(huán)境，有利于甲烷的生成。無機成因氣中低氧逸度組分往往構成共生組合，如DB11井營城組玄武巖段，H₂含量達6%,H₂S含量達（30～50）×10^-6，與CH₄共生。其各項同位素指標均反映這些組分源自無機成因，證實深部存在低氧逸度的大地構造環(huán)境。

4.從地質背景綜合分析方法證實應當存在無機成因甲烷

一般認為，某些高（過）成熟的煤型甲烷也有顯示重碳同位素特征的特點，并經不同成因天然氣混合，或由天然氣的擴散引起同位素分餾可造成負碳同位素系列。因此，在一些不含煤系的地區(qū)，如部分烴類氣藏的δ¹³C₁出現(xiàn)明顯偏重，且出現(xiàn)負碳同位素系列，但周緣未發(fā)現(xiàn)明顯的煤系烴源巖，可以確定存在較大規(guī)模的無機甲烷供給。

無機CO₂與甲烷的共生，在各類有機烴類成藏條件差別不大的情況下，在局部地區(qū)出現(xiàn)特高、特大的氣藏，或在有機烴類氣體供給很少的區(qū)帶，在圈閉中發(fā)現(xiàn)大量甲烷，揭示存在無機成因甲烷的供給。

以腰英臺—達爾罕斷凸帶為例，該帶已鉆達基巖頂面的D2、DBIl井揭示，經二維、三維地震資料標定，該區(qū)周鄰不存在煤系源巖，其它方向有機烴源的運移供給路線也很長。但在腰英臺深層氣田，發(fā)現(xiàn)富含CO₂（含量15%～24%），以CH₄為主（76%～85%）的氣藏，也存在甲烷重碳同位素和碳同位素反向序列。在YS1、YS101、YS102、ChaS1、ChaS1-1、ChaS1-2、ChaS1-3井揭示大型腰英臺氣田，探明天然氣地質儲量達（600～700）×10⁸m³的情況下，周圍的ChaS2、D2、YN1井卻僅發(fā)現(xiàn)了CO₂氣，未發(fā)現(xiàn)烴類聚集。這些表明腰英臺深層氣田有天然成因甲烷的混人。

由于巖石圈地幔及地殼深處廣泛存在C、H、O、N等元素，無機成因天然氣的主要組成是CO₂，其次是CH₄及N₂等，無機成因氣藏也是以CO₂為主，含部分CH₄、H₂、N₂、CO₂等組分。在無機成因的甲烷氣苗中，甲烷含量一般在5%～30%，但即使是這種較低含量，無機成因甲烷供給量也遠大于有機成因甲烷供給量。1979年Welham等指出，東太平洋北緯21°處中脊噴出的熱液（400℃）中，含氫氣、甲烷的氦，δ¹³C₁值為17.6‰～－15‰，R/Ra約為8，說明這些氣體是幔源的。該處噴出的H₂的體積濃度為10%，每年噴出H₂和CH₄分別為12×10⁸m³和1.6×10⁸m³，如果以此噴出速度，即使僅按照與火山熱事件的地質歷史100萬年來計算，該處噴出的H₂和CH₄即可達到1200×10¹²m³、160×10¹²m³，也遠遠大于有機物的生烴量。由此也可見，CO₂的供給量是何等驚人。

同時在沉積蓋層的深埋壓實條件下，CO₂易于與地殼中碳酸鹽巖、堿性巖類發(fā)生反應，并大量溶解于水中，而產生大量的損耗。而在地殼沉積蓋層的溫度、壓力條件下，CH₄則有相對的化學穩(wěn)定性，在CO₂逃逸和散失量很大的條件下，無機成因CH₄常可以形成相對富集，甚至形成無機成因甲烷為主的天然氣藏。

（四）煤型氣與油型氣的鑒別

確認天然氣屬于煤型氣還是屬于油型氣，對于追溯、對比烴源巖起著重要作用，目前最為常用的參數(shù)是乙烷或丙烷碳同位素。YS1井登婁庫組天然氣δ¹³C₂為－24.7‰，為典型的煤型氣，YS1井營城組天然氣δ¹³C₂為－26.4‰～－26.5‰，DBIl-1井與DBl1-2井營城組天然氣δ¹³C₂為－26.1‰～－28.7‰，均為煤型氣和油型氣混合氣區(qū)，DB33-9-3井天然氣的δ¹³C₂為－29.3‰，也接近煤型氣和油型氣混合氣區(qū)，按照δ¹³C₂值－29%。為界限，長嶺斷陷天然氣為高成熟的煤型氣。

1.“V”型鑒別圖（δ¹³C₁-δ¹³C₂-δ¹³C₃）

考慮到甲烷、乙烷與丙烷三者碳同位素的綜合信息，在δ¹³C₁—δ¹³C₂δ¹³C₃相關圖上（圖3-36），利用烷烴成因天然氣碳同位素系列數(shù)據(jù)，能夠鑒別不同成因的有機天然氣。其中Ⅰ區(qū)為煤型氣，Ⅱ區(qū)為油型氣，Ⅲ區(qū)為混合型氣，Ⅳ區(qū)為深層混合氣（戴金星，1992；顧憶等，1998）。從圖3-36可以看出，腰英臺構造帶與達爾罕構造帶的天然氣主要分布在碳同位素倒轉區(qū)以及煤型氣和油型氣或者深層氣的混合氣區(qū)，而且天然氣的成熟度明顯偏高，DBll井的天然氣可能有少量的油型氣混入，雙坨子地區(qū)的天然氣主要為煤型氣與油型氣，由此表明，雙坨子構造帶的天然氣的特征明顯不同于上述兩個構造帶，腰英臺與達爾罕構造帶的天然氣明顯具有多源的性質，而且可能混有深部的無機氣，造成其甲烷的同位素明顯偏重，導致其烴類組分的同位素發(fā)生倒轉。

2.δ¹³C₂-δ¹³C₁圖

通過利用δ¹³C₂值的大小將天然氣劃分為煤型氣、油型氣以及煤型氣與油型氣的混合氣區(qū)，再通過δ¹³C₁受熱演化程度的差異將天然氣劃分為未熟、低熟，成熟、高熟以及過成熟五個階段，可以很好地將天然氣中煤型氣與油型氣類型分開，從圖3-37可以看出，腰英臺與達爾罕構造帶的DB33-9-3、DB33-5-5、DB11井以及ChaS1井的個別樣品可能為高過成熟的煤型氣與油型氣混合氣，而其余樣品天然氣均為高過成熟的煤型氣，雙坨子地區(qū)的天然氣成熟度略低，分布油型氣或煤型氣，不同于腰英臺與達爾罕構造帶的天然氣的特征。

圖3-36 天然氣δ¹³C₂-δ¹³C₁不同成因類型圖

1—ChaS1井區(qū)；2—雙坨子地區(qū)；3—YS1（K₁d）;4—YS1（K₁yc）；5—YP1（K₁yc）；6—YS7（K₁yc）;7—YS2（K₁yc）;8—D2（K₁yc）;9—DB11（K₁yc）；10—DB33井區(qū)

圖3-37 天然氣δ¹³C₂—δ¹³C₁不同成因類型圖

1—ChaS1井區(qū)；2—雙坨子地區(qū)；3—YS1（K₁d）；4—YS1（K₁yc）；5—YP1（K₁yc）;6—YP7（K₁yc）,7—YS2（K₁yc）;8—D2（K₁yc）;9—DB11（K₁yc）;10—DB33井區(qū)

3.C₁/C_1-5與δ¹³C₁圖

利用干燥系數(shù)（C₁/C_1-5）與δ¹³C₁同樣也可以判識天然氣類型.對于煤型氣與油型氣在不同的演化階段過程中，其干燥系數(shù)與δ¹³C₁存在一定的對應關系，對于成熟度高的油型氣與煤型氣，其干燥系數(shù)與δ¹³C₁必然很高，圖3-38中A1、B1、C1、D1、E1為煤型氣演化階段，界限由虛線表示，A2、B2、C2、D2、E2為油型氣演化階段，界限為由實線表示。通過圖3-38可以看出，腰英臺構造帶與達爾罕構造帶的營城組與登婁庫組的天然氣主要分布在高成熟的煤型氣與油型氣區(qū)，雙坨子地區(qū)天然氣具有煤型氣與油型氣的混合特征，明顯不同于兩構造帶的天然氣特征。

圖3-38 利用C₁/C_1-5與δ¹³C₁圖判別不同類型烷烴氣體

1—ChaS1井區(qū)；2—雙坨子地區(qū)；3—YS1（K₁d）;4—Ys1（K₁cy）；5—D2（K₁cy）；6—YP1（K₁yc）；7—YP7（K₁yc）；8—YS2（K₁yc）;9—DB11（K₁yc）;10—DB3井區(qū)

（五）天然氣同位素倒轉現(xiàn)象分析

長嶺斷陷腰英臺與達爾罕構造帶天然氣碳同位素系列數(shù)據(jù)分析表明，碳同位素倒轉系列和負碳同位素系列是其主體，并且碳同位素明顯偏重。導致碳同位素異常的原因有很多，研究天然氣碳同位素倒轉的原因，對天然氣的成因或其經受的次生變化作出判斷，可以作為天然氣運移途徑和氣源對比的一種間接方法。戴金星（1993）曾對烷烴氣碳同位素系列倒轉問題作過詳細研究，認為引起碳同位素系列倒轉的主要原因有：1）有機氣與無機氣的混合，二者分別屬于正碳同位素系列與負碳同位素系列的典型，當二者混合時，很容易發(fā)生同位素分布的倒轉現(xiàn)象；2）煤型氣與油型氣的混合，這是造成碳同位素系列倒轉的主要原因；3）同型不同源或同源不同期天然氣的混合，同源的早期形成的低成熟度的天然氣散失一部分后的剩余氣，與晚期較高成熟度形成的天然氣形成混合天然氣，可導致烷烴氣同位素倒轉；4）生物降解作用，細菌選擇降解某些組分致使剩余組分變重；5）地溫增高也可使碳同位素倒轉，在碳同位素交換平衡下，若地溫高于100℃，則出現(xiàn)正碳同位素系列；當溫度高于200℃時，則正碳同位素系列改變成為負碳同位素系列（戴金星，1990）；6）源巖性質控制，在中國陸相河湖交替發(fā)育的含油氣盆地，烴源巖有機質的分布是不均一的，同一套烴源巖中I型和Ⅲ型有機質可能同時存在，因此其產生的烴類烷烴氣可能發(fā)生倒轉，松遼盆地北部深層烴源巖就有混源的特點。

此外，蓋層微滲漏造成的蒸發(fā)分餾作用也是許多天然氣藏同位素出現(xiàn)倒轉的重要原因，Prinzhofer等（1995）在對Jenden的資料進行重新解釋時，認為微滲漏作用更能合理地解釋Appalachian盆地天然氣同位素的倒轉現(xiàn)象，他們按Jenden等提出的混合模式計算后發(fā)現(xiàn)有些樣品點并不符合混合模式，提出了一種新的微滲漏模式。黃海平（2000）利用微滲漏模式較好地解釋了徐家圍子斷陷深層天然氣同位素倒轉的現(xiàn)象。從圖3-39看出，腰英臺構造帶的ChaS1井區(qū)、達爾罕構造帶的DB11-1、DB11-2、DB33-9-3、DB33-5-5等井天然氣樣品同位素發(fā)生倒轉，是受到蓋層微滲漏作用的影響。

導致天然氣碳同位素倒轉可能是上述因素之一，也可能是兩種或兩種以上的因素引起的。長嶺斷陷深層天然氣普遍被認為主要來源于沙河子組和營城組，經歷了較復雜的構造變形和較高的成熟演化階段，可能存在多源氣的混合，主力烴源巖發(fā)育于盆地斷陷晚期和坳陷早期，火山活動頻繁，烴源巖除正常的熱演化外，還受到因火山活動引起的異常熱事件，主力烴源巖沙河子組和火石嶺組在盆地分布不均一，有機質具有非均質性，因生氣層上下部位和層內成熟度及有機質性質不一樣，也會使同層同時生成的天然氣同位素發(fā)生混合而倒轉。盆地基底發(fā)育深大斷裂，無機成因的CO₂、N₂普遍存在，并且豐度較高，在腰英臺地區(qū)CO₂含量平均值為20%以上，因此天然氣中可能有無機成因烷烴氣加入，天然氣藏產層主要在登婁庫組與營城組，成藏模式比較復雜，天然氣可能以垂直運移為主，運移路徑較長，因而可以引起多期次的天然氣碳同位素動力分餾效應。

圖3-39 天然氣同位素反轉解釋模式

1—ChaS1井區(qū)；2－雙坨子地區(qū)；3—YS1（K₁d）；4—YS1（K₁yc）;5—D2（K₁yc）;6—YP1（K₁yc）;7—YP7（K₁yc）;8—YS2（K₁yc）;9—DB11（K₁yc）；10—DB33井區(qū)

據(jù)此按照通常的天然氣同位素的劃分，結合長嶺斷陷腰英臺地區(qū)天然氣各種分析數(shù)據(jù)可知，YS1井登婁庫組以及ChaS1井個別樣品表現(xiàn)出無機成因氣的特點，而腰英臺構造帶大部分井區(qū)的樣品，如YS1、YS2、YP7井以及達爾罕構造帶的DB33井區(qū)、DB1I井主要分布有機成因的烷烴氣（張枝煥、童亨茂等，2008）。