2011-03-28 | 无机成因天然气的一些进展(1)
类别(学习札记) | 评论(0) | 阅读(46) | 发表于 09:05

 Jenden(1993)提出三个识别幔源无机天然气的指标,即CH4碳同位素重于-25‰,C1-C4碳位素反转和3He/4He比值显示为幔源(R/Ra>0.1)。不过之后的研究表明,并不是所有的无机气都是幔源的,对于非幔源成因的无机天然气,上述指标就不那么可靠了。现在认为,能够形成无机天然气的途径主要有三个:(1)Fischer-Tropsch,即费-托合成(幔源成因),(2)含石墨或碳酸盐岩石的变质作用,(3)与蛇纹石化过程相关的气-水-岩相互作用。天然气有机成因是有机质的热裂解过程,显然12C-12C优于13C-12C及13C-13C断裂,因此有机成因的天然气C1-C4碳同位素一般随着碳数的增加而变重,即正序。与之相反,无机成因的天然气,其重烃组成(C2+)是由低碳数的烃气(如CH4)加碳合成的,因此12C-12C优先合成,其结果是C1-C4碳同位素一般随碳数的增加而变轻,即反序。因此,C1-C4碳位素的变化趋势一般被看作是识别无机与有机成因天然气的重要指标。然而大量的费-托合成实验表明,碳同位素随碳数的演化趋势只是实验催化条件和转化率的函数。换句说话,在适合的条件下,费-托合成实验完全能形成碳同位素正序的天然气(这已经被大量的费-托合成实验证实)。因此,单单碳同位素反序并不能识别无机成因的天然气。另一方面,水-岩作用模拟实验表明,生成的甲烷碳同位素可轻至-57‰,这样的碳同位素值在传统的天然气鉴别方案里应为生物气。这样看来,无机成因气目前还没有一个统一有效的识别指标。尽管如此,具体问题可以具体分析;对于特定的天然气,可以通过多种指标来综合判断。如Lollar(2002,2008)认为,对于通过聚合形成重烃的无机天然气(如,加拿大地盾结晶岩中的天然气),可以通过碳同位素反序及氢同位素反序双重条件来识别(图1)。

上面的论述只说明目前常用的无机成因天然气指标甚至不能有效识别天机成因气。那么问题的另一方面,满足Jenden(1993)的三个条件的天然气是否一定为无机气,有机成因气是否有可能也具有这种“无机特征”?

image图1(Lollar,2002)

Refs:

[1]Lollar, B. S., T. D. Westgate, J. A. Ward, G. F. Slater, and G. Lacrampe-Couloume, 2002, Abiogenic formation of alkanes in the Earth's crust as a minor source for global hydrocarbon reservoirs: Nature, v. 416, p. 522-524.

[2]Lollar, B. S., G. Lacrampe-Couloume, K. Voglesonger, T. C. Onstott, L. M. Pratt, and G. F. Slater, 2008, Isotopic signatures of CH4 and higher hydrocarbon gases from Precambrian Shield sites: A model for abiogenic polymerization of hydrocarbons: Geochimica et Cosmochimica Acta, v. 72, p. 4778-4795.

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