無機成因氣

無機成因氣屬於乾氣,以甲烷為主,有時含CO2、N2、HE及H2S、HG蒸汽等,甚至以它們的某一種為主,形成具有工業意義的非烴氣藏。

地球深部岩漿活動、變質岩和宇宙空間分布的可燃氣體,以及岩石無機鹽類分解產生的氣體,都屬於無機成因氣或非生物成因氣。它屬於乾氣,以甲烷為主,有時含CO2、N2、HE及H2S、HG蒸汽等,甚至以它們的某一種為主,形成具有工業意義的非烴氣藏。
1. 甲烷�
無機合成:CO2 + H2 → CH4 + H2O 條件:高溫(250℃)、鐵族元素
地球原始大氣中甲烷:吸收於地幔,沿深斷裂、火山活動等排出�
板塊俯衝帶甲烷:大洋板塊俯衝高溫高壓下脫水,分解產生的H、C、CO/CO2→CH4�
2. CO2
天然氣中高含CO2與高含烴類氣一樣,同樣具有重要的經濟意義,對於CO2氣藏來說,有經濟價值者是CO2含量>80%(體積濃度)的天然氣,可廣泛用於工業、農業、氣象、醫療、飲食業和環保等領域。我國廣東省三水盆地沙頭圩水深9井天然氣中CO2含量高達99.55%,日產氣量500萬方,成為有很高經濟價值的氣藏。
目前世界上已發現的CO2氣田藏主要分布在中—新生代火山區、斷裂活動區、油氣富集區和煤田區。從成因上看,共有以下幾種:
無機成因 :
上地幔岩漿中富含CO2氣體當岩漿沿地殼薄弱帶上升、壓力減小,其中CO2逸出。
② 碳酸鹽岩受高溫烘烤或深成變質可成大量CO2,當有地下水參與或含有AL、MG、FE雜質,98~200℃也能生成相當量CO2,這種成因CO2特徵:CO2含量>35%,Δ13CCO2>-8‰。
③ 碳酸鹽礦物與其它礦物相互作用也可生成CO2,如白雲石與高嶺石作用即可。
另外,有機成因有:
生化作用
熱化學作用
油田遭氧化
煤氧化作用
3.N2
N2是大氣中的主要成分,據研究,分子氮的最大濃度和逸度出現在古地台邊緣的含氮地層中,特別是蒸發鹽岩層分布區的邊界內。氮是由水層遷移到氣藏中的,由硝酸鹽還原而來,其先體是NH4+。
N2含量大於15%者為富氮氣藏,天然氣中N2的成因類型主要有:
① 有機質分解產生的N2:100-130℃達高峰,生成的N2量占總生氣量的2.0%,含量較低;(有機)
② 地殼岩石熱解脫氣:如輝綠岩熱解析出氣量,N2可高達52%,此類N2可富集;
③ 地下滷水(硝酸鹽)脫氮作用:硝酸鹽經生化作用生成N2O+N2;
④ 地幔源的N2:如鐵隕石含氮數十~數百個PPM;
⑤ 大氣源的N2:大氣中N2隨地下水循環向深處運移,混入最多的主要是溫泉氣。
從同位素特徵看,一般來說最重的氮集中在硝酸鹽岩中,較重的氮集中在芳香烴化合物中,而較輕的氮則集中在銨鹽和胺基酸中。
4.H2S
全球已發現氣藏中,幾乎都存在有H2S氣體,H2S含量>1%的氣藏為富H2S的氣藏,具有商業意義者須>5%。
據研究(ZHABREW等,1988),具有商業意義的H2S富集區主要是大型的含油氣沉積盆地,在這些盆地的沉積剖面中均含有厚的碳酸鹽一蒸發鹽岩系。
自然界中的H2S生成主要有以下兩類:
① 生物成因(有機):包括生物降解和生物化學作用;1
② 熱化學成因(無機):有熱降解、熱化學還原、高溫合成等。根據熱力學計算,自然環境中石膏(CASO4)被烴類還原成H2S的需求溫度高達150℃,因此自然界發現的高含H2S氣藏均產於深部的碳酸鹽—蒸發鹽層系中,並且碳酸鹽岩儲集性好。
5.稀有氣體(HE、AR、…)
這些氣體儘管在地下含量稀少,但由於其特殊的地球化學行為,科學家們常把它們作為地球化學過程的示蹤劑。
HE、AR的同位素比值3HE/4HE、40AR/36AR是查明天然氣成因的極重要手段,因沿大氣→殼源→殼、幔源混合→幔源,二者不斷增大,前者由1.39×10-6→>10-5,後者則由295.6→>2000。
此外,根據圍岩與氣藏中AR同位素放射性成因,還可計算出氣體的形成年齡(朱銘,1990)。

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