热成因天然气生成动力学模拟及其地质应用

【摘要】：如何定量研究天然气形成、运移和聚集是当前天然气地球化学研究的一个热点。 天然气生成动力学模拟以干酪根(煤或原油)热解实验为基础,借助生烃动力学模 型和碳同位素动力学模型,结合具体盆地演化史,能定量地预测地质历史时期盆地 天然气组分和碳同位素组成,恢复天然气的成藏史。本研究利用黄金管限定体系对 四类不同类型有机质(正十八烷、煤、泥岩、碳酸盐岩)进行了生烃动力学模拟, 并结合具体地质条件探讨了天然气的生成过程。 限定体系下正十八烷裂解动力学研究显示,大量的气态烃并非直接来源于正十 八烷的裂解,而是主要来源于中间产物的二次裂解,裂解残余正构烷烃与初始正十 八烷相比存在较大的碳同位素分馏;正十八烷在相对低温条件下的裂解和聚合作用 与高温阶段导致轻烃和多环芳烃生成的歧化反应可能是造成热解实验中普遍存在 的气态烃碳同位素组成发生倒转的主要原因;甲烷生成动力学研究显示,由正构烷 烃裂解生成甲烷的最低门限在170℃,大量生成要到200℃,说明在地质条件下, 饱和烃是很难转化成气的。 鄂尔多斯盆地古生界两套烃源岩的热解实验表明,上古生界煤系烃源岩和下古 生界海相碳酸盐岩都具有较强的生气能力,烃源岩热解气中以干气为主(甲烷占 90%以上),其中二叠系煤的生气能力最强,甲烷最高产率约为270 mL/g TOC。经 动力学计算,二叠系煤的甲烷生成活化能分布范围为40-63 kcal/mol,频率因子为 1.01×10~11s~-1:二叠系泥岩的甲烷生成活化能分布范围为40-64 kcal/mol,频率因子 为1.51×10~11S~-1:奥陶系灰岩的甲烷生成活化能分布范围为39-63 kcal/mol,频率因 子为6.51×10~10S~-1,并在此基础上计算了样品生成甲烷的碳同位素动力学参数。 结合盆地具体埋藏史的动力学研究表明,二叠系煤系烃源岩的主生气期集中在 晚侏罗-早白垩世末期;盆地中部奥陶系灰岩主生气期集中在中侏罗-早白垩世末 期。在抬升过程中,二叠系煤系源岩在一定的时段内仍有一定量的气体生成。中部 气田C-P层位天然气为煤成气,源岩为C-P的煤系地层;奥陶系风化壳气藏属混源 气,以石炭一二叠系煤成气为主,奥陶系油型气为辅,定量计算表明,在中部气田大 部分地区,石炭.二叠系来源的天然气比例大于70%。 【关键词】：热成因天然气 动力学模拟 碳同位素 鄂尔多斯盆地
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（广州地球化学研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：P618.13
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 引言8-12
• 第一章 天然气生成热模拟实验技术及其数学模型12-24
• 第一节 热模拟实验技术12-16
• 第二节 干酪根生烃动力学研究及其数学模型16-19
• 第三节 碳同位素动力学数学模型19-21
• 第四节 天然气生成过程动力学模拟21-23
• 第五节 小结23-24
• 第二章 正十八烷裂解动力学实验:对原油裂解的启示24-39
• 第一节 概述24-25
• 第二节 实验结果25-33
• 第三节 正十八烷裂解动力学过程及其地质意义33-35
• 第四节 甲烷生成动力学及其对原油裂解气的启示35-38
• 第五节 小结38-39
• 第三章 煤及干酪根生烃动力学模拟实验39-54
• 第一节 实验样品及实验方法39-41
• 第二节 生烃动力学模拟实验结果41-48
• 第三节 生烃动力学及碳同位素动力学参数48-52
• 第四节 小结52-54
• 第四章 天然气生成动力学在成藏研究中的应用——以鄂尔多斯盆地为例54-75
• 第一节 鄂尔多斯盆地天然气地质特征54-59
• 第二节 烃源岩生烃史研究59-69
• 第三节 烃源岩生气模式与产气性69-71
• 第四节 中部气田气源判识71-74
• 第五节 小结74-75
• 第五章 论文主要结论及创新75-78
• 参考文献78-88
• 已发表和待发表的论文88-89
• 致谢89-90
• 声明90

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