第16卷第4期 天然气地球科学 Vol 16No 4 2005年8月 NATURAL GAS GEOSC IENCE A ug 200 天然气地质学 中国生物成因气的类型划分与研究方向 李先奇,张水昌,朱光有2,梁英波2 (1中国石油天然气股份公司,北京100724;2中国石油勘探开发研究院,北京100083) 摘要生物成因气直接来源于微生物对有机质的改造,是经微生物作用所形成的富含甲烷的气体, 其可以大规模和大范围地生成。依据生物气的形成途径和成因机理,可将广义生物成因气划分为早 期生物成因气、低熟气、晩期生物成因气、原油降解次生生物气和浅层油气次生蚀变改造型天然气 等5类,其分别属于原生型生物气和次生型生物气。运用天然气组分特征和碳同位素组成等地球化 学指标,可以对生物气进行类型识别。由于生物成因气主要分布在浅层,易于开采,而且天然气性质 好,勘探成本较低,认为应加大生物气的勘探力度。指出虽然目前在我国己经发现了约30个生物气 藏,但除柴达木盆地外,大多以小型气田为主,且对生物气形成机理和富集规律还没有完全掌握,而 对生物气的准确评价,不仅可以为浅层气来源提供依据,丰富有机地球化学理论,还可以以此追索 油气运移的路径轨迹、发现新的隐蔽油藏和烃源岩等,因此生物气地质地球化学研究工作的深入开 展,将会大大拓宽油气勘探的领域。 关键词生物气资源潜力成因类型,稠油降解气,低熟气 中图分类号:TE122 文献标识码A 文章编号:1672-1926(2005)04-0477-08 1生物成因气的分布与研究意义 球天然气资源的20%3。特别是近年来随着深部 生物圈研究程度的不断深入,发现微生物赋存深度 生物成因气在世界各地都有发现,它们通常出很大,微生物活动持续时间很长,生物气储量比以前 现在较浅的未成熟沉积物中,包括沼泽、缺氧的淡水的预计要高。而随着大部分常规油气资源的减少和 湖和近海滩的海湾,以及厌氧硫酸盐还原地区的冰逐渐枯竭,未来油气勘探在很大程度上可能要依赖 川和海洋沉积物中。除近代沉积外,煤、富有机于生物成因气的发现。由于生物气分布广(在世界各 质页岩和原油生物降解也能形成大量生物气。地都有发现)、埋藏浅(勘探成本低),并能够形成大 生物成因气在地史过程的碳循环中起非常重要的作气田,因此不少学者推测其很可能成为未来最主要 用,大气中约80%~90%的甲烷为生物气,是温室的天然气资源之一,并已引起世界各国的重视 效应的主要气源。对于地下浅层,由于沉积物中 我国已在柴达木盆地三湖地区、东南沿海(苏、 的有机质在还原环境下经微生物作用可以形成富甲浙、皖沪闽、粤、鄂、湘等8省市)的冲积平原区、莺 烷气体,并可以大规模广范围地生成且聚集起来,形 琼盆地、云南陆良盆地、昆明盆地、保山盆地、广西 成生物气藏。全世界已发现了许多生物气藏,如西西百色盆地、渤海湾盆地、苏北盆地、准噶尔盆地、松辽 伯利亚盆地、美国墨西哥湾海上和阿拉斯加的库克盆地、内蒙古河套盆地等都广泛发现了具有一定工 湾(生物气资源分别为30万亿f、5万亿f)、波兰业价值的生物气藏或见有生物气气苗,同时也有不 的喀尔巴阡山前缘、意大利的亚平宁山前缘、我国的少学者就生物气的形成和分布进行了深入探 柴达木盆地和日本的盐水气等一大批规模较大的生讨23,这些工作一方面显示出中国可能存在巨大 物气藏114 勘探潜力的生物气资源,同时也为生物气研究工作 20多年前一些地球化学家估计,生物气约占全的继续深入开展打下了很好的基础。特别是近年来, 收稿日期2005-06-02,修回日期2005-07-13 作者简介:李先奇(1969-),男,河南镇平人,博士,高级工程师,从事油气地质及勘探方面的研究和管理工作 E-mail: Lxq@ petrich ina c1994-2008 China Academic ournal Electronic Publishing House. All rights reserved. htp: //nw, cnkiner
天然气地质学 收稿日期: 2005206202; 修回日期: 20052072131 作者简介: 李先奇(19692) , 男, 河南镇平人, 博士, 高级工程师, 从事油气地质及勘探方面的研究和管理工作. E-ma il: L xq@petroch ina. com. cn. 中国生物成因气的类型划分与研究方向 李先奇1 , 张水昌2 , 朱光有2 , 梁英波2 (1. 中国石油天然气股份公司, 北京 100724; 2. 中国石油勘探开发研究院, 北京 100083) 摘 要: 生物成因气直接来源于微生物对有机质的改造, 是经微生物作用所形成的富含甲烷的气体, 其可以大规模和大范围地生成。依据生物气的形成途径和成因机理, 可将广义生物成因气划分为早 期生物成因气、低熟气、晚期生物成因气、原油降解次生生物气和浅层油气次生蚀变改造型天然气 等 5 类, 其分别属于原生型生物气和次生型生物气。运用天然气组分特征和碳同位素组成等地球化 学指标, 可以对生物气进行类型识别。由于生物成因气主要分布在浅层, 易于开采, 而且天然气性质 好, 勘探成本较低, 认为应加大生物气的勘探力度。指出虽然目前在我国已经发现了约 30 个生物气 藏, 但除柴达木盆地外, 大多以小型气田为主, 且对生物气形成机理和富集规律还没有完全掌握; 而 对生物气的准确评价, 不仅可以为浅层气来源提供依据, 丰富有机地球化学理论, 还可以以此追索 油气运移的路径轨迹、发现新的隐蔽油藏和烃源岩等, 因此生物气地质地球化学研究工作的深入开 展, 将会大大拓宽油气勘探的领域。 关键词: 生物气; 资源潜力; 成因类型; 稠油降解气; 低熟气 中图分类号: T E12211 + 1 文献标识码:A 文章编号: 167221926 (2005) 0420477208 1 生物成因气的分布与研究意义 生物成因气在世界各地都有发现, 它们通常出 现在较浅的未成熟沉积物中, 包括沼泽、缺氧的淡水 湖和近海滩的海湾, 以及厌氧硫酸盐还原地区的冰 川和海洋沉积物中[ 1～ 4 ]。除近代沉积外, 煤、富有机 质页岩和原油生物降解也能形成大量生物气[ 5～ 9 ]。 生物成因气在地史过程的碳循环中起非常重要的作 用, 大气中约 80%～ 90% 的甲烷为生物气, 是温室 效应的主要气源[ 10 ]。对于地下浅层, 由于沉积物中 的有机质在还原环境下经微生物作用可以形成富甲 烷气体, 并可以大规模广范围地生成且聚集起来, 形 成生物气藏。全世界已发现了许多生物气藏, 如西西 伯利亚盆地、美国墨西哥湾海上和阿拉斯加的库克 湾(生物气资源分别为 30 万亿 ft3、5 万亿 ft3 )、波兰 的喀尔巴阡山前缘、意大利的亚平宁山前缘、我国的 柴达木盆地和日本的盐水气等一大批规模较大的生 物气藏[ 11 ]。 20 多年前一些地球化学家估计, 生物气约占全 球天然气资源的 20% [ 1, 3 ]。特别是近年来随着深部 生物圈研究程度的不断深入, 发现微生物赋存深度 很大, 微生物活动持续时间很长, 生物气储量比以前 的预计要高。而随着大部分常规油气资源的减少和 逐渐枯竭, 未来油气勘探在很大程度上可能要依赖 于生物成因气的发现。由于生物气分布广(在世界各 地都有发现)、埋藏浅(勘探成本低) , 并能够形成大 气田, 因此不少学者推测其很可能成为未来最主要 的天然气资源之一, 并已引起世界各国的重视。 我国已在柴达木盆地三湖地区、东南沿海(苏、 浙、皖、沪、闽、粤、鄂、湘等 8 省市) 的冲积平原区、莺 - 琼盆地、云南陆良盆地、昆明盆地、保山盆地、广西 百色盆地、渤海湾盆地、苏北盆地、准噶尔盆地、松辽 盆地、内蒙古河套盆地等都广泛发现了具有一定工 业价值的生物气藏或见有生物气气苗, 同时也有不 少学者就生物气的形成和分布进行了深入探 讨[ 12～ 37 ] , 这些工作一方面显示出中国可能存在巨大 勘探潜力的生物气资源, 同时也为生物气研究工作 的继续深入开展打下了很好的基础。特别是近年来, 第 16 卷 第 4 期 2005 年 8 月 天 然 气 地 球 科 学 NA TU RAL GA S GEO SC IEN CE V o l. 16 N o. 4 A ug. 2005 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
天然气地球科学 Vol 16 随着我国天然气消费量的迅速增长和天然气输气管代谢生成甲烷。其形成过程可归结为有H2+CO2还 网的铺设,将带动我国天然气工业的快速发展,在这原和乙酸发酵2条途径,最终由产甲烷菌完成甲烷 种情况下,重新评价和认识生物气,对下一步天然气的生成。实际上,从各种复杂有机物到形成甲烷是由 资源的勘探开发具有重要意义 多种细菌群落共同作用的复杂过程,产甲烷菌不能 2生物气的成因与分类 直接利用较大有机分子产生甲烷。在适当的地质条 件下,这种生物气可以聚集成藏形成生物气藏。其形 传统的生物气是指生物甲烷,即埋藏较浅沉积成往往在沉积物埋臧早期,有机质在甲烷菌的生物 物中的有机质(未熟)在还原环境下经微生物作用所化学作用下生成于浅层的(<1000m)天然气。我国 形成的富甲烷气体,其生成主要通过乙酸盐发酵和柴达木盆地三湖地区的第四系生物气就是著名的生 二氧化碳还原2种途径完成。而事实上,原油生物降物气藏,我国东南沿海的极浅层天然气藏(埋深仅 解也能形成大量生物气,且具有传统生物气的特征:30~50m)也是浅层生物气的典型。目前在世界上 以甲烷为主的生物气,其最大的特点是分布在稠油已发现了10多个大型的生物气田,我国除了在柴达 油藏的附近,并可形成一定规模的生物气藏,因比把木盆地三湖地区取得了较好的勘探效益外,其它地 它称为广义的生物气,即稠沺降解气,并扫它作为 区尚未取得大的突破,不过已在10多个盆地发现了 个新的研究领域 生物气显示。 另外,除了有机物在低温未成熟阶段可由厌氧 前人的实验研究表明微生物活动主要受周围环 细菌的生物化学作用产生的生物气外,沉积有机质境的制约。其中温度、养分、压力,地层水的矿化度和 在生化甲烷形成阶段之后,又没有达到热降解成烃酸碱性是制约其生命活动的重要因素。在养分充足 门限,即低演化成熟阶段时,也能够形成以甲烷为主的条件下,最重要的条件是温度。适于微生物活动的 要组份的天然气,称为低熟气,或称为生物-热催化温度范围为0~80℃之间。在0℃以下,微生物虽能 过渡带气4,或称为亚生物气准生物气。它存活,但其生理活动基本停止。目前也发现有在 与广义上的生物气存在一定的差异。为方便讨论,笔80℃以上存活的微生物,但其生理活动也十分微弱 者也将其放到生物气中,作为一种特殊类型考虑。在常压条件下,微生物在30~50℃时生理活动最为 21传统生物气 活跃。在地下地质条件下,一般认为,微生物活动带 传统生物气是指含有机质的烃源岩在浅埋藏阶在浅于2000m的范围内,而主要在浅于1500m 段(往往在沉积物埋藏早期),其环境(主要是温度、地层中生命活动旺盛。因此生物气藏也主要形成于 压力水化学条件)适宜微生物生存繁殖,微生物在浅层 其生命活动过程中,对烃源岩中有机质作用而形成 生物气一般具有很高的甲烷含量,乙烷以上重 的天然气,即有机质在甲烷菌的生物化学作用下生烃气体在烃类组分中的比例很少,绝大多数低于 成于浅层的(<1000m)天然气,又称为细菌成因气0.05%,C/(C2+C3)通常大于1000生物气的碳同 或早期生物成因气,属于原生型生物气。在适当的地位素在天然气系列中最轻,其甲烷碳同位素(δC) 质条件下,这种生物气可以聚集成藏形成生物气藏。一般小于-60‰41,但也有学者将该值划为 这种生物气成因理论源于沼气发酵过程,产气5%甲烷氢同位素在-158‰。-368‰之间,其 机制可概括为生物或动植物体埋藏后,首先经过喜差别主要反映沉积环境和母质类型。如果生物成因 氧微生物的耗氧降解,形成大分子有机质,并使有氧气藏中含有一定量的乙烷以上重烃气体,其很可能 环境通过喜氧微生物的耗氧及兼性细菌的过渡逐步是混有低温热解成因气。 演变到厌氧环境,并将复杂大分子有机质分解成较22低熟气 低分子量的有机质随着有机质的深埋,氧气被消耗 低熟气是指烃源岩演化早期尚未进入生油门限 殆尽,厌氧微生物开始分解有机质,它们利用硫酸盐的未成熟-低成熟条件下形成的天然气(大概相当 中的氧进行代谢活动,一方面将硫酸盐还原成H2S,于Ro为Q3%~06%),是与原油裂解气和干酪根 创造了严格的还原环境,另一方面继续将复杂有机裂解气相对的一个概念,不同学者对它有不同的命 质分解成简单有机物,这一过程是由各种喜氧、厌氧名,如早期热成因气、低温热成因气或生物-热催化 发酵菌和硫酸盐还原菌完成的,最后,产甲烷菌将上过渡带气等。王万春等1学者对此有详细的论述。 述过程产生的二氧化碳、甲酸乙酸、甲醇、甲基胺等如 Galmoy针对西西伯利亚超大型气田天然气的特 c1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://nn.cnkiner
随着我国天然气消费量的迅速增长和天然气输气管 网的铺设, 将带动我国天然气工业的快速发展, 在这 种情况下, 重新评价和认识生物气, 对下一步天然气 资源的勘探开发具有重要意义。 2 生物气的成因与分类 传统的生物气是指生物甲烷, 即埋藏较浅沉积 物中的有机质(未熟) 在还原环境下经微生物作用所 形成的富甲烷气体, 其生成主要通过乙酸盐发酵和 二氧化碳还原 2 种途径完成。而事实上, 原油生物降 解也能形成大量生物气, 且具有传统生物气的特征: 以甲烷为主的生物气, 其最大的特点是分布在稠油 油藏的附近, 并可形成一定规模的生物气藏, 因此把 它称为广义的生物气, 即稠油降解气, 并把它作为一 个新的研究领域。 另外, 除了有机物在低温未成熟阶段可由厌氧 细菌的生物化学作用产生的生物气外, 沉积有机质 在生化甲烷形成阶段之后, 又没有达到热降解成烃 门限, 即低演化成熟阶段时, 也能够形成以甲烷为主 要组份的天然气, 称为低熟气, 或称为生物- 热催化 过渡带气[ 38～ 43 ] , 或称为亚生物气、准生物气[ 44 ]。它 与广义上的生物气存在一定的差异。为方便讨论, 笔 者也将其放到生物气中, 作为一种特殊类型考虑。 2. 1 传统生物气 传统生物气是指含有机质的烃源岩在浅埋藏阶 段 (往往在沉积物埋藏早期) , 其环境(主要是温度、 压力、水化学条件) 适宜微生物生存繁殖, 微生物在 其生命活动过程中, 对烃源岩中有机质作用而形成 的天然气, 即有机质在甲烷菌的生物化学作用下生 成于浅层的(< 1 000 m ) 天然气, 又称为细菌成因气 或早期生物成因气, 属于原生型生物气。在适当的地 质条件下, 这种生物气可以聚集成藏形成生物气藏。 这种生物气成因理论源于沼气发酵过程, 产气 机制可概括为: 生物或动植物体埋藏后, 首先经过喜 氧微生物的耗氧降解, 形成大分子有机质, 并使有氧 环境通过喜氧微生物的耗氧及兼性细菌的过渡逐步 演变到厌氧环境, 并将复杂大分子有机质分解成较 低分子量的有机质; 随着有机质的深埋, 氧气被消耗 殆尽, 厌氧微生物开始分解有机质, 它们利用硫酸盐 中的氧进行代谢活动, 一方面将硫酸盐还原成H 2S, 创造了严格的还原环境, 另一方面继续将复杂有机 质分解成简单有机物, 这一过程是由各种喜氧、厌氧 发酵菌和硫酸盐还原菌完成的; 最后, 产甲烷菌将上 述过程产生的二氧化碳、甲酸、乙酸、甲醇、甲基胺等 代谢生成甲烷。其形成过程可归结为有H 2+ CO 2 还 原和乙酸发酵 2 条途径, 最终由产甲烷菌完成甲烷 的生成。实际上, 从各种复杂有机物到形成甲烷是由 多种细菌群落共同作用的复杂过程, 产甲烷菌不能 直接利用较大有机分子产生甲烷。在适当的地质条 件下, 这种生物气可以聚集成藏形成生物气藏。其形 成往往在沉积物埋藏早期, 有机质在甲烷菌的生物 化学作用下生成于浅层的(< 1 000m ) 天然气。我国 柴达木盆地三湖地区的第四系生物气就是著名的生 物气藏, 我国东南沿海的极浅层天然气藏 (埋深仅 30～ 50 m ) 也是浅层生物气的典型。目前在世界上 已发现了 10 多个大型的生物气田, 我国除了在柴达 木盆地三湖地区取得了较好的勘探效益外, 其它地 区尚未取得大的突破, 不过已在 10 多个盆地发现了 生物气显示。 前人的实验研究表明微生物活动主要受周围环 境的制约。其中温度、养分、压力, 地层水的矿化度和 酸碱性是制约其生命活动的重要因素。在养分充足 的条件下, 最重要的条件是温度。适于微生物活动的 温度范围为 0～ 80℃之间。在 0℃以下, 微生物虽能 存活, 但其生理活动基本停止。目前也发现有在 80℃以上存活的微生物, 但其生理活动也十分微弱。 在常压条件下, 微生物在 30～ 50℃时生理活动最为 活跃。在地下地质条件下, 一般认为, 微生物活动带 在浅于 2 000 m 的范围内, 而主要在浅于 1 500 m 地层中生命活动旺盛。因此生物气藏也主要形成于 浅层。 生物气一般具有很高的甲烷含量, 乙烷以上重 烃气体在烃类组分中的比例很少, 绝大多数低于 0105% , C1ö(C2+ C3) 通常大于 1 000。生物气的碳同 位素在天然气系列中最轻, 其甲烷碳同位素(∆ 13C1 ) 一 般 小 于 - 60‰[ 45 ] , 但 也 有 学 者 将 该 值 划 为 - 55‰; 甲烷氢同位素在- 158‰～ - 368‰之间, 其 差别主要反映沉积环境和母质类型。如果生物成因 气藏中含有一定量的乙烷以上重烃气体, 其很可能 是混有低温热解成因气。 2. 2 低熟气 低熟气是指烃源岩演化早期尚未进入生油门限 的未成熟- 低成熟条件下形成的天然气(大概相当 于R O 为 0. 3%～ 0. 6% ) , 是与原油裂解气和干酪根 裂解气相对的一个概念, 不同学者对它有不同的命 名, 如早期热成因气、低温热成因气或生物- 热催化 过渡带气等。王万春等[ 38 ]学者对此有详细的论述。 如 Galim ov 针对西西伯利亚超大型气田天然气的特 874 天 然 气 地 球 科 学 V o l. 16 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
李先奇等中国生物成因气的类型划分与研究方向 表1生物气成因类型划分 原生型生物气 生型生物气 对比项目 早期生物成因气 晚期生物成因气原油降解次生生物气浅层油气次生蚀变 形成机制有机质在甲烷菌的生物有机质经低温热降二次埋深变浅由微厌氧细菌作用于原油气受到氧化等喜氧细 化学作用下生成 解作用而形成 生物作用生成 油重新形成 菌降解后形成的气体 分布位置浅层 中浅层 浅层 烃类组成甲烷为主重烃极低含-089之间含部分甲烷为主,含部分重甲烷为主重烃经极甲烷为主重烃极低 CO2、N2 碳同位素变重,丙烷最 同位素81在.9%‰5‰℃1在·55‰~烷丙烷碳同位素组碳同位素变轻可小重,8C1<C2<8C3 成则显示热成因气于.70 的特征。 田实例柴达木 廊固凹陷 _松辽西斜坡 济阳坳陷 征,提出了腐殖型有机质早期(Ro=05%07%) 王万春等概括指出,烃源岩在未成熟至低成 转化成烃的认识,认为 U rengo超大气田的天然气熟演化阶段生成的低温热成因天然气是有机质经低 既不是生物成因气,也非深部来源的过成熟气,而是温热作用生成的,是以甲烷为主要组分的且甲烷碳 有机质热演化早期经热化学反应生成的早期成熟阶同位素组成较轻(8C1值为-60%‰050‰)的天 段形成的天然气,即早期热成因气。Rowe等对加然气,但比生物气重,含有少量CC4的重烃和非 拿大西部沉积盆地浅层源岩吸附气的硏究发现,烃烃类气体,并常与轻质油或凝析油伴生,其烃源岩热 类气体具有很轻的碳同位素组成认为浅层源岩吸演化程度在025%~06%的范围内,与传统生物 附气中除甲烷气体中有生物成因气混入外,还认为气具有明显差异。 重烃气体为低温热成因气,因此把它称为低温热成23晚期生物成因气 因气1王万春等通过对辽河盆地天然气地质及地 晩期生物气是指经过一定热演化程度的烃源 球化学特征的研究,认为该盆地东部凹陷甲烷δC岩,由于构造抬升而再次进入微生物作用带内,在适 值在-55‰~·50‰之间,埋深较浅,是自生自储气当的条件下由于微生物的作用而再次生成的生物 藏中的生物-热催化过渡带气。徐永昌等经过进1,即二次埋深变浅,适宜于厌氧细菌的活动,属 步研究则认为过渡带气的甲烷具有较轻的碳同位于再生型生物气。由于传统的生物气只能形成于烃 素组成(δ℃1值为-60‰-48‰,有一定量乙烷源岩热演化之前,微生物对原始有机质作用而形成 以上的重烃,C11.s比值在Q7Q9之间),过渡的生物气。晚期生物气则是对经过热演化的烃源岩 带气并非是典型的干气,过渡带气相应的源岩成熟再次被微生物作用而产气,这是一个新的生物气亚 度Ro为04%~055%个别达到07%,埋深在类。这类生物气的形成与活跃的地下水系统密切相 1000-2500m,部分埋深可达3000m。刘文汇关。晚期生物成因气也可以在区域水动力系统发育 通过对我国10多个沉积盆地过渡带气组分和同位的各种煤级的煤层中生成,这是由于水的活动将氧 素组成的分析认为:过渡带气是以甲烷为主,含一定及一些喜氧细菌带入煤层,使煤层中的复杂有机化 量重烃的烃类天然气,其δC1为-60‰%-45‰%,合物经过喜氧氧化作用变为厌氧的产甲烷菌能够利 各种类型的母质在演化的早期阶段均可形成过渡带用的简单化合物,并随着水中溶解氧的消耗形成厌 气,但以偏腐殖型母质最为有利。总之,经过中科氧环境而生成生物气。晚期生物成因气往往与热成 院兰州地质所长期研究,形成了比较完善的生物-因气混合而储集在地层中,因此其甲烷碳同位素组 热催化过渡带气理论,认为这类低熟气是沉积盆地成偏轻(<-50‰),而乙烷、丙烷碳同位素组成则显 中介于生物化学作用带与热解作用带之间,生物化示热成因气的特征。我国南方浅层广泛分布海相碳 学作用趋于结束而热解作用还未达到经典油气理论酸盐岩,某些地层仍含有一定量的有机质,后期由于 的干酪根晚期降解门限的层段,在温度不高、压力较地壳抬升运动再次进入微生物作用范围内,其是否 小,而粘土矿物催化作用和构造应力引起的力化学能够再次生成生物气也是一个值得关注的问题。 作用极其活跃的条件下,特定成气有机质通过脱羧、24原油降解次生型气 脱基团和缩聚等作用形成小分子的烃类 原油降解气是指原油在厌氧微生物降解过程中 c1994-2008ChinaAcademicournalElectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://nww.cnki.ner
表 1 生物气成因类型划分 对比项目 原生型生物气 早期生物成因气 (细菌成因) 低熟气 晚期生物成因气 次生型生物气 原油降解次生生物气 浅层油气次生蚀变 改造天然气 形成机制 有机质在甲烷菌的生物 化学作用下生成 有机质经低温热降 解作用而形成 二次埋深变浅由微 生物作用生成 厌氧细菌作用于原 油重新形成 油气受到氧化等喜氧细 菌降解后形成的气体 分布位置 浅层 中、浅层 浅层 浅层 浅层 烃类组成 甲烷为主, 重烃极低; 含 部分CO 2、N 2 C1öC125 比值在 0. 7 ～ 0. 89 之间含部分 CO 2、N 2 甲烷为主, 含部分重 烃 甲 烷 为 主, 重 烃 极 低; 含N 2 较高 甲烷为主, 重烃极低; 同位素 ∆ 13C1 在- 91‰～ - 55‰ 之间 ∆ 13C1 在 - 55‰ ～ - 50‰之间 ∆ 13C1< - 50‰, 而乙 烷、丙烷碳同位素组 成则显示热成因气 的特征。 碳同位素变轻可小 于- 70‰ 碳同位素变重, 丙烷最 重, ∆ 13C1< ∆ 13C2< ∆ 13C3 > ∆ 13C4 气田实例 柴达木 辽河、准噶尔 廊固凹陷 松辽西斜坡 济阳坳陷 征, 提出了腐殖型有机质早期(R O = 0. 5%～ 0. 7% ) 转化成烃的认识, 认为U rengoy 超大气田的天然气 既不是生物成因气, 也非深部来源的过成熟气, 而是 有机质热演化早期经热化学反应生成的早期成熟阶 段形成的天然气, 即早期热成因气[ 46 ]。Row e 等对加 拿大西部沉积盆地浅层源岩吸附气的研究发现, 烃 类气体具有很轻的碳同位素组成, 认为浅层源岩吸 附气中除甲烷气体中有生物成因气混入外, 还认为 重烃气体为低温热成因气, 因此把它称为低温热成 因气[ 47 ]。王万春等通过对辽河盆地天然气地质及地 球化学特征的研究, 认为该盆地东部凹陷甲烷 ∆ 13C 值在- 55‰～ - 50‰之间, 埋深较浅, 是自生自储气 藏中的生物- 热催化过渡带气[ 41 ]。徐永昌等经过进 一步研究则认为过渡带气的甲烷具有较轻的碳同位 素组成(∆ 13C1 值为- 60‰～ - 48‰, 有一定量乙烷 以上的重烃, C1öC1- 5比值在 0. 7～ 0. 9 之间) , 过渡 带气并非是典型的干气, 过渡带气相应的源岩成熟 度 R O 为 0. 4%～ 0. 55%、个别达到 0. 7% , 埋深在 1 000～ 2 500 m , 部分埋深可达 3 000 m [ 42 ]。刘文汇 通过对我国 10 多个沉积盆地过渡带气组分和同位 素组成的分析认为: 过渡带气是以甲烷为主, 含一定 量重烃的烃类天然气, 其 ∆ 13C1 为- 60‰～ - 45‰, 各种类型的母质在演化的早期阶段均可形成过渡带 气, 但以偏腐殖型母质最为有利[ 42 ]。总之, 经过中科 院兰州地质所长期研究, 形成了比较完善的生物- 热催化过渡带气理论, 认为这类低熟气是沉积盆地 中介于生物化学作用带与热解作用带之间, 生物化 学作用趋于结束而热解作用还未达到经典油气理论 的干酪根晚期降解门限的层段, 在温度不高、压力较 小, 而粘土矿物催化作用和构造应力引起的力化学 作用极其活跃的条件下, 特定成气有机质通过脱羧、 脱基团和缩聚等作用形成小分子的烃类。 王万春等[ 38 ]概括指出, 烃源岩在未成熟至低成 熟演化阶段生成的低温热成因天然气是有机质经低 温热作用生成的, 是以甲烷为主要组分的且甲烷碳 同位素组成较轻(∆ 13C1 值为- 60‰～ - 50‰) 的天 然气, 但比生物气重, 含有少量 C2～ C4 的重烃和非 烃类气体, 并常与轻质油或凝析油伴生, 其烃源岩热 演化程度在 0. 25%～ 0. 6% 的范围内, 与传统生物 气具有明显差异。 2. 3 晚期生物成因气 晚期生物气是指经过一定热演化程度的烃源 岩, 由于构造抬升而再次进入微生物作用带内, 在适 当的条件下由于微生物的作用而再次生成的生物 气[ 35 ] , 即二次埋深变浅, 适宜于厌氧细菌的活动, 属 于再生型生物气。由于传统的生物气只能形成于烃 源岩热演化之前, 微生物对原始有机质作用而形成 的生物气。晚期生物气则是对经过热演化的烃源岩 再次被微生物作用而产气, 这是一个新的生物气亚 类。这类生物气的形成与活跃的地下水系统密切相 关。晚期生物成因气也可以在区域水动力系统发育 的各种煤级的煤层中生成, 这是由于水的活动将氧 及一些喜氧细菌带入煤层, 使煤层中的复杂有机化 合物经过喜氧氧化作用变为厌氧的产甲烷菌能够利 用的简单化合物, 并随着水中溶解氧的消耗形成厌 氧环境而生成生物气。晚期生物成因气往往与热成 因气混合而储集在地层中, 因此其甲烷碳同位素组 成偏轻(< - 50‰) , 而乙烷、丙烷碳同位素组成则显 示热成因气的特征。我国南方浅层广泛分布海相碳 酸盐岩, 某些地层仍含有一定量的有机质, 后期由于 地壳抬升运动再次进入微生物作用范围内, 其是否 能够再次生成生物气也是一个值得关注的问题。 2. 4 原油降解次生型气 原油降解气是指原油在厌氧微生物降解过程中 N o. 4 李先奇等: 中国生物成因气的类型划分与研究方向 974 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
天然气地球科学 Vol 16 形成的生物气,属于次生型生物气。我国已发现的大藏储量具有正相关关系 量浅层重质油田(藏)大部分是细菌降解的结果,但 原油降解气和浅层次生蚀变改造天然气都属于 是过去的研究和认识都只局限于喜氧细菌的降解作次生型的生物气,其分布都与稠油有密切的关系,几 用而忽视了厌氧细菌的降解作用。实际上我国东部乎都是和稠油油藏共生,以溶解气、气顶气、油环气 各含油气盆地中,与生物气共生的重质油藏也存在或是油藏上方气层气的形式出现,它们都不属于未 厌氧降解作用,而且原油的厌氧细菌降解作用也很成熟烃源岩中的原生生物气,也不是过渡带气,而是 普遍,但是它和喜氧细菌对原油的单一破坏作用不浅层油藏受厌氧细菌降解或喜氧细菌降解再生的生 同,厌氧细菌对原油既有破坏性的一面,又有建设性物气 的一面,即它能使原油性质变差,又能再生某些烃 类并能形成可供勘探开发的新的烃类资源形成生3生物气的运移聚集和保存 物气。我国东部各含油气盆地中已发现了不少这类 生物气是沉积物中的有机质在还原环境下经厌 生物气藏,几乎都是和油藏共生的,这些生物气都是氧微生物作用所形成的富甲烷气体,它可以大规模 以油藏的溶解气、气顶气、油环气或是油藏上方气层广范围地生成。但是,地层中所生成的大量生物气却 气的形式出现,它们都不属亍未成熟烃源岩中的原只有少量能大规模地聚集起来,因此研究生物气成 生生物气,也不是过渡带气,而是浅层油臧受厌氧细藏意义重大 菌降解再生的生物气。如松辽盆地北部西斜坡区 我国已经发现了约30个生物气藏,大多以 分布的稠油埋藏深度为20σ~-8σ0m(分布层位为萨中小型规模气藏为主(如杭州湾地区、洞庭楼地区、 尔图油层和高台子油层),油藏流体地球化学分析表钱塘江口地区、云南陆良盆地、云南保山盆地、广西 明,该地区稠油形成主要与厌氧细菌的生物降解作百色盆地等均发现的生物气藏),唯独柴达木盆地东 用有关。由于松辽西部斜坡的稠油是从齐家古龙部的三湖地区气田例外。柴达木盆地东部的三湖地 凹陷长距离运移而来,齐家古龙凹陷主要烃源岩青区是新生代晚期形成的大型沉积坳陷,面积为 段和嫩一段地层的镜质体反射率一般在110%37000km2。本区自20世纪50年代开始勘探以来 以上,处于成熟阶段的生油高峰期,而西斜坡发现了共发现各类地面构造10余个,并多已开展了钻探 大量与稠油伴生的天然气,其组成以甲烷为主,碳同已探明气田6个,其中涩北一号、涩北二号和台南气 位素值为-75‰~-50‰左右,甲烷是靠细菌厌氧田为储量近千亿m3的大型生物气田。由于该区特 分解石油形成的 有的第四系大型生物气田,自“六五”以来的科技攻 25浅层次生蚀变改造型天然气 关研究一直没有间断21,取得的认识主要有:该区 浅层次生蚀变改造型天然气是指已形成油气藏生物气烃源岩包括第四系和上第三系狮子沟组2套 中的烃类组分被微生物(细菌)有选择性地降解后的地层N23+Q),气源岩类型包括暗色泥岩和碳质泥 气体。这一过程与原油降解气的最大区别是该过程岩,其分布严格受沉积相带的控制,储层为第四系松 是在氧化环境下完成的,主要是由喜氧细菌参与完散胶结粉砂岩、泥质粉砂岩,盖层为第四系泥岩膏 成,其结果是使残留的烃类组分碳同位素组成变重。盐层,以平缓、低幅度背斜气藏为主;含气系统以第 如甲烷被甲烷氧化菌氧化时,轻同位素C比重同位四系自生自储式为主。该区气源岩有机质丰度较低, 素'℃C较快地被消耗灬。同时微生物对储层中烃有机质类型主要是陆源为主的腐殖型和含腐泥腐殖 类组分的改造更多地作用于湿气组分。强烈的微生型,单位体积源岩的生气量不大,但前人研究认为该 物改造能够使湿气组分几乎全部消失而导致气藏中区源岩厚度较大,补偿了质量上的不足,能够形成丰 的天然气成为干气。而这种干气又容易与过成熟干富的天然气资源,为大型生物气藏的形成提供了物 气相混淆。在微生物改造天然气的初始阶段,丙烷组质基础。虽然已经查明柴达木盆地东部生物气大气 分优先被破坏,使残余气体丙烷组分减少且丙烷碳田,然而一些核心的勘探问题至今尚未很好地解决, 同位素组成显著变重。由于天然气中的重烃组分受影响了该区的天然气勘探开发进程。 微生物的选择性降解,天然气的碳同位素系列分布 总体来看,生物气藏通常埋藏都很浅,盖层固结 出现局部反序现象。这种浅层次生蚀变改造天然气程度差、易渗透,盖层突破压力和渗透率的细微变化 在我国许多含油气盆地都有分布,且主要分布在稠能导致天然气聚集或散失3。如果生物气是早期生 油油藏的上方或上倾方或者附近,其储量与稠油油成的,大部分浅层生物甲烷在深埋和盖层发育过程 o199-4-2008ChinaAcademicournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://nnvcnkiner
形成的生物气, 属于次生型生物气。我国已发现的大 量浅层重质油田(藏) 大部分是细菌降解的结果, 但 是过去的研究和认识都只局限于喜氧细菌的降解作 用而忽视了厌氧细菌的降解作用。实际上我国东部 各含油气盆地中, 与生物气共生的重质油藏也存在 厌氧降解作用, 而且原油的厌氧细菌降解作用也很 普遍, 但是它和喜氧细菌对原油的单一破坏作用不 同, 厌氧细菌对原油既有破坏性的一面, 又有建设性 的一面, 即它能使原油性质变差, 又能再生某些烃 类, 并能形成可供勘探开发的新的烃类资源, 形成生 物气。我国东部各含油气盆地中已发现了不少这类 生物气藏, 几乎都是和油藏共生的, 这些生物气都是 以油藏的溶解气、气顶气、油环气或是油藏上方气层 气的形式出现, 它们都不属于未成熟烃源岩中的原 生生物气, 也不是过渡带气, 而是浅层油藏受厌氧细 菌降解再生的生物气[ 18 ]。如松辽盆地北部西斜坡区 分布的稠油埋藏深度为 200～ 800 m (分布层位为萨 尔图油层和高台子油层) , 油藏流体地球化学分析表 明, 该地区稠油形成主要与厌氧细菌的生物降解作 用有关[ 48 ]。由于松辽西部斜坡的稠油是从齐家古龙 凹陷长距离运移而来, 齐家古龙凹陷主要烃源岩青 一段和嫩一段地层的镜质体反射率一般在 1. 10% 以上, 处于成熟阶段的生油高峰期, 而西斜坡发现了 大量与稠油伴生的天然气, 其组成以甲烷为主, 碳同 位素值为- 75‰～ - 50‰左右, 甲烷是靠细菌厌氧 分解石油形成的。 2. 5 浅层次生蚀变改造型天然气 浅层次生蚀变改造型天然气是指已形成油气藏 中的烃类组分被微生物(细菌) 有选择性地降解后的 气体。这一过程与原油降解气的最大区别是该过程 是在氧化环境下完成的, 主要是由喜氧细菌参与完 成, 其结果是使残留的烃类组分碳同位素组成变重。 如甲烷被甲烷氧化菌氧化时, 轻同位素12C 比重同位 素13C 较快地被消耗[ 49, 50 ]。同时微生物对储层中烃 类组分的改造更多地作用于湿气组分。强烈的微生 物改造能够使湿气组分几乎全部消失而导致气藏中 的天然气成为干气。而这种干气又容易与过成熟干 气相混淆。在微生物改造天然气的初始阶段, 丙烷组 分优先被破坏, 使残余气体丙烷组分减少且丙烷碳 同位素组成显著变重。由于天然气中的重烃组分受 微生物的选择性降解, 天然气的碳同位素系列分布 出现局部反序现象。这种浅层次生蚀变改造天然气 在我国许多含油气盆地都有分布, 且主要分布在稠 油油藏的上方或上倾方或者附近, 其储量与稠油油 藏储量具有正相关关系。 原油降解气和浅层次生蚀变改造天然气都属于 次生型的生物气, 其分布都与稠油有密切的关系, 几 乎都是和稠油油藏共生, 以溶解气、气顶气、油环气 或是油藏上方气层气的形式出现, 它们都不属于未 成熟烃源岩中的原生生物气, 也不是过渡带气, 而是 浅层油藏受厌氧细菌降解或喜氧细菌降解再生的生 物气。 3 生物气的运移聚集和保存 生物气是沉积物中的有机质在还原环境下经厌 氧微生物作用所形成的富甲烷气体, 它可以大规模 广范围地生成。但是, 地层中所生成的大量生物气却 只有少量能大规模地聚集起来, 因此研究生物气成 藏意义重大。 我国已经发现了约 30 个生物气藏[ 51 ] , 大多以 中小型规模气藏为主(如杭州湾地区、洞庭楼地区、 钱塘江口地区、云南陆良盆地、云南保山盆地、广西 百色盆地等均发现的生物气藏) , 唯独柴达木盆地东 部的三湖地区气田例外。柴达木盆地东部的三湖地 区是新生代晚期形成的大型沉积坳陷, 面积为 37 000 km 2。本区自 20 世纪 50 年代开始勘探以来, 共发现各类地面构造 10 余个, 并多已开展了钻探, 已探明气田 6 个, 其中涩北一号、涩北二号和台南气 田为储量近千亿m 3 的大型生物气田。由于该区特 有的第四系大型生物气田, 自“六五”以来的科技攻 关研究一直没有间断[ 52 ] , 取得的认识主要有: 该区 生物气烃源岩包括第四系和上第三系狮子沟组 2 套 地层(N 223+ Q ) , 气源岩类型包括暗色泥岩和碳质泥 岩, 其分布严格受沉积相带的控制; 储层为第四系松 散胶结粉砂岩、泥质粉砂岩; 盖层为第四系泥岩、膏 盐层; 以平缓、低幅度背斜气藏为主; 含气系统以第 四系自生自储式为主。该区气源岩有机质丰度较低, 有机质类型主要是陆源为主的腐殖型和含腐泥腐殖 型, 单位体积源岩的生气量不大; 但前人研究认为该 区源岩厚度较大, 补偿了质量上的不足, 能够形成丰 富的天然气资源, 为大型生物气藏的形成提供了物 质基础。虽然已经查明柴达木盆地东部生物气大气 田, 然而一些核心的勘探问题至今尚未很好地解决, 影响了该区的天然气勘探开发进程。 总体来看, 生物气藏通常埋藏都很浅, 盖层固结 程度差、易渗透, 盖层突破压力和渗透率的细微变化 能导致天然气聚集或散失[ 53 ]。如果生物气是早期生 成的, 大部分浅层生物甲烷在深埋和盖层发育过程 084 天 然 气 地 球 科 学 V o l. 16 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
李先奇等中国生物成因气的类型划分与研究方向 481 中很可能大量溢散,所以生物气主要是晚期聚集当地下微生物生气条件并开展相应的生物化学实验 然,产甲烷菌活动可以在源岩沉积之后几百万年持计算生气量,对比生物气的形成速度及由盖层封闭 续进行,气藏最终定型时间也可以在晚期。因此性导致的散失速度,评价生物气的形成与保存机制 盖层是决定生物气聚集成藏的决定性因素之一。从探索生物气形成的地质条件和控制因素等方面的研 资源预测的角度来看,生物气的研究也存在一些亟究,不仅可以为生物气(包括低熟气和稠油降解气) 待解决的问题,如:有效气源岩评价指标和资源潜力的来源提供依据,丰富成藏理论和有机地球化学理 评价问题,运移动力及聚集效率问题等 论,而且还可以以此追索油气运移的路径轨迹、发现 4生物气研究进展与存在问题 新的隐蔽油气藏和烃源岩,寻找有利富集带,为下步 整体勘探部署提供依据等。这些工作的深入研究,将 早期生物成因气、低熟气晚期生物成因气、原会大大拓宽油气勘探的领域。 油降解次生生物气浅层油气次生蚀变改造天然气 都主要分布在浅层,同位素都相对较轻但是在地球5结语 化学等方面还具有明显的差异,相对容易识别 我国生物气的勘探工作,除柴达木盆地外,其它 (表1)。而目前,虽然国内外对其形成机理有一定的地区没有系统开展过,生物气的勘探和研究水平很 探索,但是人们还没有完全掌握它们形成的条件和低,且中国发现的生物气藏多带有偶然性,是其它油 机理,比如,世界储量第一的大气藏——西西伯利亚气勘探或开发的副产品。虽然在其它地区也发现了 乌连戈伊超大型气田,多数学者认为是生物气气藏,大量的生物气藏,但是储量规模都较小(还是没有找 也有一些学者认为是低熟气或混和气。因此对于碳到大规模生物气藏?),那么在什么样的条件和环境 同位素较轻的天然气,其形成机理尚未达成一致,特下发育的烃源岩才能形成像柴达木盆地三湖地区那 别对于微生物繁殖和产气过程研究还不够。识别微样大的生物气资源,什么样的条件下才能聚集成藏? 生物活动的控制因素需要大量地球化学、地质、水文以及如何有效地评价和选择生物气田勘探目标等 和生物化学等方面的信息,但由于无法得到地下微都是目前亟待攻克的难题。原油生物降解过程是次 生物的活动习性,所有这些信息的获取都非常困难,生型生物气的主要来源,但长期以来一直停留在对 其它的因素还包括氧化还原势、养分、基质和电子受现象本身的描述上,而对降解过程中形成的代谢物 体等。虽然生物气的代谢路径已经建立,但甲烷生成并不清楚。由于生物气埋藏浅,易于开采,天然气性 速率尚未定量。 质好,而且我国也具有好的生物气资源基础,因此应 另外,从成因机制来看,形成甲烷的前身物是可加强生物气和低熟气领域的勘探工作。 溶部分转化而成的乙酸及CO2沉积有机大分子被 在研究过程中,重点要开展以下几方面的工作 各种菌类分解形成可溶及不溶部分,可溶部分有可 (1)确定活跃气源灶。查明主要的气源岩是低 能被菌类利用形成甲烷,但是究竟哪部分更可能成碳泥岩,还是高碳泥岩,还是在气源层中存在着某种 为生物甲烷的来源,目前还不清楚,而不溶部分与生未明的有机质(如可溶有机质、水溶有机质等),并建 物甲烷的形成无关是确定的。因此,常被我们用来评立相应的评价标准 价源岩好坏的指标TOC(总有机质含量)对生物气 (2)进行气源岩生物地球化学和微生物学研 源岩的评价没有任何的指示意义。因此,TOC不是究。确定究竟哪些微生物参与了生气过程,重建地下 有效的生物气源评价指标3。然而,目前国际上还微生物生气条件并开展相应的生物化学实验,计算 没有发现比较通用合适的指标。所以寻找有效指标生气量 是开展生物气研究工作的重要而必要的组成部分, (3)识别天然气聚集过程。结合地下水流动体 它制约着生物气预测的准确程度。特别是在确定主系、地下水化学分析、甲烷气和溶解无机碳同位素组 要的气源岩是低碳泥岩,还是高碳泥岩,还是在气源成和浓度等全面评价天然气来源。天然气组成分布 层中存在着某种未明的有机质(如可溶有机质,水溶能为气源灶位置提供重要信息,天然气组成区域性 有机质等),必须建立相应的评价标准。生物气的生变化与流体流动有关,把地质和地下水化学结合起 成阶段、生物气的排烃方式运移相态和运移驱动力来能较好理解天然气资源的区域分布。 研究也较少。对气源岩进行生物地球化学和微生物 (4)成藏条件特别是盖层条件的研究。对生物 学研究,确定究竟哪些微生物参与了生气过程,重建气的最终聚集机制至今尚未有明确认识,尤其是盖 o1994-2008 China Academic ournal Electronic Publishing House. All rights reserved. htp: //n. cnki ner
中很可能大量溢散, 所以生物气主要是晚期聚集; 当 然, 产甲烷菌活动可以在源岩沉积之后几百万年持 续进行[ 54 ] , 气藏最终定型时间也可以在晚期。因此 盖层是决定生物气聚集成藏的决定性因素之一。从 资源预测的角度来看, 生物气的研究也存在一些亟 待解决的问题, 如: 有效气源岩评价指标和资源潜力 评价问题, 运移动力及聚集效率问题等。 4 生物气研究进展与存在问题 早期生物成因气、低熟气、晚期生物成因气、原 油降解次生生物气、浅层油气次生蚀变改造天然气 都主要分布在浅层, 同位素都相对较轻, 但是在地球 化学等方面还具有明显的差异, 相对容易识别 (表 1)。而目前, 虽然国内外对其形成机理有一定的 探索, 但是人们还没有完全掌握它们形成的条件和 机理, 比如, 世界储量第一的大气藏——西西伯利亚 乌连戈伊超大型气田, 多数学者认为是生物气气藏, 也有一些学者认为是低熟气或混和气。因此对于碳 同位素较轻的天然气, 其形成机理尚未达成一致, 特 别对于微生物繁殖和产气过程研究还不够。识别微 生物活动的控制因素需要大量地球化学、地质、水文 和生物化学等方面的信息, 但由于无法得到地下微 生物的活动习性, 所有这些信息的获取都非常困难; 其它的因素还包括氧化还原势、养分、基质和电子受 体等。虽然生物气的代谢路径已经建立, 但甲烷生成 速率尚未定量。 另外, 从成因机制来看, 形成甲烷的前身物是可 溶部分转化而成的乙酸及CO 2。沉积有机大分子被 各种菌类分解形成可溶及不溶部分, 可溶部分有可 能被菌类利用形成甲烷, 但是究竟哪部分更可能成 为生物甲烷的来源, 目前还不清楚; 而不溶部分与生 物甲烷的形成无关是确定的。因此, 常被我们用来评 价源岩好坏的指标 TOC (总有机质含量) 对生物气 源岩的评价没有任何的指示意义。因此, TOC 不是 有效的生物气源评价指标[ 55 ]。然而, 目前国际上还 没有发现比较通用合适的指标。所以寻找有效指标 是开展生物气研究工作的重要而必要的组成部分, 它制约着生物气预测的准确程度。特别是在确定主 要的气源岩是低碳泥岩, 还是高碳泥岩, 还是在气源 层中存在着某种未明的有机质(如可溶有机质, 水溶 有机质等) , 必须建立相应的评价标准。生物气的生 成阶段、生物气的排烃方式、运移相态和运移驱动力 研究也较少。对气源岩进行生物地球化学和微生物 学研究, 确定究竟哪些微生物参与了生气过程, 重建 地下微生物生气条件并开展相应的生物化学实验, 计算生气量; 对比生物气的形成速度及由盖层封闭 性导致的散失速度, 评价生物气的形成与保存机制; 探索生物气形成的地质条件和控制因素等方面的研 究, 不仅可以为生物气(包括低熟气和稠油降解气) 的来源提供依据, 丰富成藏理论和有机地球化学理 论; 而且还可以以此追索油气运移的路径轨迹、发现 新的隐蔽油气藏和烃源岩, 寻找有利富集带, 为下步 整体勘探部署提供依据等。这些工作的深入研究, 将 会大大拓宽油气勘探的领域。 5 结语 我国生物气的勘探工作, 除柴达木盆地外, 其它 地区没有系统开展过, 生物气的勘探和研究水平很 低, 且中国发现的生物气藏多带有偶然性, 是其它油 气勘探或开发的副产品。虽然在其它地区也发现了 大量的生物气藏, 但是储量规模都较小(还是没有找 到大规模生物气藏?) , 那么在什么样的条件和环境 下发育的烃源岩才能形成像柴达木盆地三湖地区那 样大的生物气资源, 什么样的条件下才能聚集成藏? 以及如何有效地评价和选择生物气田勘探目标等, 都是目前亟待攻克的难题。原油生物降解过程是次 生型生物气的主要来源, 但长期以来一直停留在对 现象本身的描述上, 而对降解过程中形成的代谢物 并不清楚。由于生物气埋藏浅, 易于开采, 天然气性 质好, 而且我国也具有好的生物气资源基础, 因此应 加强生物气和低熟气领域的勘探工作。 在研究过程中, 重点要开展以下几方面的工作: (1) 确定活跃气源灶。查明主要的气源岩是低 碳泥岩, 还是高碳泥岩, 还是在气源层中存在着某种 未明的有机质(如可溶有机质、水溶有机质等) , 并建 立相应的评价标准。 (2) 进行气源岩生物地球化学和微生物学研 究。确定究竟哪些微生物参与了生气过程, 重建地下 微生物生气条件并开展相应的生物化学实验, 计算 生气量。 (3) 识别天然气聚集过程。结合地下水流动体 系、地下水化学分析、甲烷气和溶解无机碳同位素组 成和浓度等全面评价天然气来源。天然气组成分布 能为气源灶位置提供重要信息, 天然气组成区域性 变化与流体流动有关, 把地质和地下水化学结合起 来能较好理解天然气资源的区域分布。 (4) 成藏条件特别是盖层条件的研究。对生物 气的最终聚集机制至今尚未有明确认识, 尤其是盖 N o. 4 李先奇等: 中国生物成因气的类型划分与研究方向 184 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net