天然氣是怎么形成的

　　天然氣是一種主要由甲烷組成的氣態(tài)化石燃料。它主要存在于油田和天然氣田，也有少量出于煤層。下面由學(xué)習(xí)啦小編為你詳細(xì)介紹天然氣的相關(guān)知識(shí)。

　　天然氣是怎么形成的：

　　形成原因

　　天然氣天然氣與石油生成過程既有聯(lián)系又有區(qū)別：石油主要形成于深成作用階段，由催化裂解作用引起，而天然氣的形成則貫穿于成巖、深成、后成直至變質(zhì)作用的始終;與石油的生成相比，無論是原始物質(zhì)還是生成環(huán)境，天然氣的生成都更廣泛、更迅速、更容易，各種類型的有機(jī)質(zhì)都可形成天然氣——腐泥型有機(jī)質(zhì)則既生油又生氣，腐植形有機(jī)質(zhì)主要生成氣態(tài)烴。因此天然氣的成因是多種多樣的。歸納起來，天然氣的成因可分為生物成因氣、油型氣和煤型氣。無機(jī)成因氣尤其是非烴氣受到高度重視，這里一并簡(jiǎn)要介紹，最后還了解各種成因氣的判別方法。

　　生物成因

　　生物成因氣—指成巖作用(階段)早期，在淺層生物化學(xué)作用帶內(nèi)，沉積有機(jī)質(zhì)經(jīng)微生物的群體發(fā)酵和合成作用形成的天然氣。其中有時(shí)混有早期低溫降解形成的氣體。生物成因氣出現(xiàn)在埋藏淺、時(shí)代新和演化程度低的巖層中，以含甲烷氣為主。

　　生物成因氣形成的前提條件是更加豐富的有機(jī)質(zhì)和強(qiáng)還原環(huán)境。最有利于生氣的有機(jī)母質(zhì)是草本腐植型—腐泥腐植型，這些有機(jī)質(zhì)多分布于陸源物質(zhì)供應(yīng)豐富的三角洲和沼澤湖濱帶，通常含陸源有機(jī)質(zhì)的砂泥巖系列最有利。硫酸巖層中難以形成大量生物成因氣的原因，是因?yàn)榱蛩釋?duì)產(chǎn)甲烷菌有明顯的抵制作用，H2優(yōu)先還原SO42-→S2-形成金屬硫化物或H2S等，因此CO2不能被H2還原為CH4。

　　甲烷菌的生長(zhǎng)需要合適的地化環(huán)境，首先是足夠強(qiáng)的還原條件，一般Eh<-300mV為宜(即地層水中的氧和SO42-依次全部被還原以后，才會(huì)大量繁殖);其次對(duì)pH值要求以靠近中性為宜，一般6.0～8.0，最佳值7.2～7.6;再者，甲烷菌生長(zhǎng)溫度O～75℃，最佳值37～42℃。沒有這些外部條件，甲烷菌就不能大量繁殖，也就不能形成大量甲烷氣。

　　有機(jī)成因

　　油型氣

　　油型氣包括濕氣(石油伴生氣)、凝析氣和裂解氣。它們是沉積有機(jī)質(zhì)特別是腐泥型有機(jī)質(zhì)在熱降解成油過程中，與石油一起形成的，或者是在后成作用階段由有機(jī)質(zhì)和早期形成的液態(tài)石油熱裂解形成的。

　　天然氣開采與石油經(jīng)有機(jī)質(zhì)熱解逐步形成一樣，天然氣的形成也具明顯的垂直分帶性。

　　在剖面最上部(成巖階段)是生物成因氣，在深成階段后期是低分子量氣態(tài)烴(C2～C4)即濕氣，以及由于高溫高壓使輕質(zhì)液態(tài)烴逆蒸發(fā)形成的凝析氣。在剖面下部，由于溫度上升，生成的石油裂解為小分子的輕烴直

　　至甲烷，有機(jī)質(zhì)亦進(jìn)一步生成氣體，以甲烷為主石油裂解氣是生氣序列的最后產(chǎn)物，通常將這一階段稱為干氣帶。

　　由石油伴生氣→凝析氣→干氣，甲烷含量逐漸增多，故干燥系數(shù)升高，甲烷δ13C1值隨有機(jī)質(zhì)演化程度增大而增大。

　　對(duì)中國(guó)四川盆地氣田的研究(包茨，1988)認(rèn)為，該盆地的古生代氣田是高溫甲烷生氣期形成的，從三疊系→震旦系，干燥系數(shù)由小到大(T：35.5→P：73.1→Z：387.1)，重?zé)N由多到少。川南氣田中，天然氣與熱變?yōu)r青共生，說明天然氣是由石油熱變質(zhì)而成的。

　　煤型氣

　　煤型氣是指煤系有機(jī)質(zhì)(包括煤層和煤系地層中的分散有機(jī)質(zhì))熱演化生成的天然氣。

　　煤田開采中，經(jīng)常出現(xiàn)大量瓦斯涌出的現(xiàn)象，如四川合川縣一口井的瓦斯突出，排出瓦斯量竟高達(dá)140萬立方米，這說明，煤系地層確實(shí)能生成天然氣。

　　煤型氣是一種多成分的混合氣體，其中烴類氣體以甲烷為主，重?zé)N氣含量少，一般為干氣，但也可能有濕氣，甚至凝析氣。有時(shí)可含較多Hg蒸氣和N2等。

　　煤型氣也可形成特大氣田，1960S以來在西西伯利亞北部K2、荷蘭東部盆地和北海盆地南部P等地層發(fā)現(xiàn)了特大的煤型氣田，這三個(gè)氣區(qū)探明儲(chǔ)量22萬億立方米，占世界探明天然氣總儲(chǔ)量的1/3弱。據(jù)統(tǒng)計(jì)(M.T哈爾布蒂，1970)，在世界已發(fā)現(xiàn)的26個(gè)大氣田中，有16個(gè)屬煤型氣田，數(shù)量占60%，儲(chǔ)量占72.2%，由此可見，煤型氣在世界可燃天然氣資源構(gòu)成中占有重要地位。中國(guó)煤炭資源豐富，據(jù)統(tǒng)計(jì)有6千億噸，居世界第三位，聚煤盆地發(fā)育，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有煤型氣聚集的有華北、鄂爾多斯、四川、臺(tái)灣—東海、鶯歌海—瓊東南、以及吐哈等盆地。經(jīng)研究，鄂爾多斯盆地中部大氣區(qū)的氣多半來自上古生界C-P煤系地層(上古∶下古氣源=7∶3或6∶4)，可見煤系地層生成天然氣的潛力很大。

　　成煤作用與煤型氣的形成;

　　成煤作用可分為泥炭化和煤化作用兩個(gè)階段。前一階段，堆積在沼澤、湖泊或淺海環(huán)境下的植物遺體和碎片，經(jīng)生化作用形成煤的前身——泥炭;隨著盆地沉降，埋藏加深和溫度壓力增高，由泥炭化階段進(jìn)入煤化作用階段，在煤化作用中泥炭經(jīng)過微生物酶解、壓實(shí)、脫水等作用變?yōu)楹置?當(dāng)埋藏逐步加深，已形成的褐煤在溫度、壓力和時(shí)間等因素作用下，按長(zhǎng)焰煤→氣煤→肥煤→焦煤→瘦煤→貧煤→無煙煤的序列轉(zhuǎn)化。

　　實(shí)測(cè)表明，煤的揮發(fā)分隨煤化作用增強(qiáng)明顯降低，由褐煤→煙煤→無煙煤，揮發(fā)分大約由50%降到5%。這些揮發(fā)分主要以CH4、CO2、H2O、N2、NH3等氣態(tài)產(chǎn)物的形式逸出，是形成煤型氣的基礎(chǔ)，煤化作用中析出的主要揮發(fā)性產(chǎn)物見圖5-9。

　　1.煤化作用中揮發(fā)性產(chǎn)物總量 端口;

　　天然氣開采2、CO2 3.H2O 4. CH4 5.NH3 6.H2S

　　從形成煤型氣的角度出發(fā)，應(yīng)該注意在煤化作用過程中成煤物質(zhì)的四次較為明顯變化(煤巖學(xué)上稱之為煤化躍變)：

　　第一次躍變發(fā)生于長(zhǎng)焰煤開始階段，碳含量Cr=75-80%，揮發(fā)分Vr=43%，Ro=0.6%;

　　第二次躍變發(fā)生于肥煤階段，Cr=87%，Vr=29%，Ro=1.3%;

　　第三次躍變發(fā)生煙煤→無煙煤階段，Cr=91%，Vr=8%，Ro=2.5%;

　　第四次躍變發(fā)生于無煙煤→變質(zhì)無煙煤階段，Cr=93.5%，Vr=4%，Ro=3.7%，芳香族稠環(huán)縮合程度大大提高。

　　在這四次躍變中，導(dǎo)致煤質(zhì)變化最為明顯的是第一、二次躍變。煤化躍變不僅表現(xiàn)為煤的質(zhì)變，而且每次躍變都相應(yīng)地為一次成氣(甲烷)高峰。

　　煤型氣的形成及產(chǎn)率不僅與煤階有關(guān)，而且還與煤的煤巖組成有關(guān)，腐殖煤在顯微鏡下可分為鏡質(zhì)組、類脂組和惰性組三種顯微組分，中國(guó)大多數(shù)煤田的腐殖煤中，各組分的含量以鏡質(zhì)組最高，約占50～80%，惰性組占10～20%(高者達(dá)30～50%)，類脂組含量最低，一般不超過5%。

　　在成煤作用中，各顯微組分對(duì)成氣的貢獻(xiàn)是不同的。長(zhǎng)慶油田與中國(guó)科院地化所(1984)在成功地分離提純煤的有機(jī)顯微組分基礎(chǔ)上，開展了低階煤有機(jī)顯微組分熱演化模擬實(shí)驗(yàn)，并探討了不同顯微組分的成烴貢和成烴機(jī)理。發(fā)現(xiàn)三種顯微組分的最終成烴效率比約為類脂組：鏡質(zhì)組：惰性組=3：1：0.71，產(chǎn)氣能力比約為3.3：1：0.8，說明惰性組也具一定生氣能力。

　　無機(jī)成因

　　地球深部巖漿活動(dòng)、變質(zhì)巖和宇宙空間分布的可燃?xì)怏w，以及巖石無機(jī)鹽類分解產(chǎn)生的氣體，都屬于無機(jī)成因氣或非生物成因氣。它屬于干氣，以甲烷為主，有時(shí)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(yè)意義的非烴氣藏。

　　甲烷

　　無機(jī)合成：CO2 + H2 → CH4 + H2O 條件：高溫(250℃)、鐵族元素

　　地球原始大氣中甲烷：吸收于地幔，沿深斷裂、火山活動(dòng)等排出

　　板塊俯沖帶甲烷：大洋板塊俯沖高溫高壓下脫水，分解產(chǎn)生的H、C、CO/CO2→CH4

　　CO2

　　天然氣中高含CO2與高含烴類氣一樣，同樣具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，對(duì)于CO2氣藏來說，有經(jīng)濟(jì)價(jià)值者是CO2含量>80%(體積濃度)的天然氣，可廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象、醫(yī)療、飲食業(yè)和環(huán)保等領(lǐng)域。中國(guó)廣東省三水盆地沙頭圩水深9井天然氣中CO2含量高達(dá)99.55%，日產(chǎn)氣量500萬方，成為有很高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的氣藏。

　　世界上已發(fā)現(xiàn)的CO2氣田藏主要分布在中—新生代火山區(qū)、斷裂活動(dòng)區(qū)、油氣富集區(qū)和煤田區(qū)。從成因上看，共有以下幾種：

　　無機(jī)成因 ：

　?、?上地幔巖漿中富含CO2氣體當(dāng)巖漿沿地殼薄弱帶上升、壓力減小，其中CO2逸出。

　　②碳酸鹽巖受高溫烘烤或深成變質(zhì)可成大量CO2，當(dāng)有地下水參與或含有Al、Mg、Fe雜質(zhì)，98～200℃也能生成相當(dāng)量CO2，這種成因CO2特征：CO2含量>35%，δ13CCO2>-8‰。

　?、厶妓猁}礦物與其它礦物相互作用也可生成CO2，如白云石與高嶺石作用即可。