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1、气源对比,提 纲,1、元素、核素、同位素定义,2、元素与核素的表示方法,3、同位素值的表达与测量,4、天然气同位素指标的研究意义,5、天然气同位素指标的应用,元素：具有相同质子数（核电荷数）的某类原子的总称。,核素：具有一定质子数和一定中子数的某种原子。,同位素：具有相同质子数和不同中子数的原子间的互称。,相同元素的不同核素互称同位素。,1、元素、核素、同位素定义,元素、核素、同位素的联系与区别,元素与核素的说明对象都是原子，元素泛指某类原子，是一类原子的总称，不特指某种原子，核素则特指某种原子。,同位素则只是相同元素不同核素间的相互称谓，是一种核素相对另一种（几种）核素而言，其说明的对象仅仅
2、是核素间的关系，不能单独使用指代某类或某种核素。,C,13C,12C,14C,14C 放射性核素放射性元素放射性同位素12C 、13C放射性同位素,混淆 核素,同位素,提 纲,1、元素、核素、同位素定义,2、元素与核素的表示方法,3、同位素值的表达与测量,4、天然气同位素指标的研究意义,5、天然气同位素指标的应用,元素用元素符号表示，如碳、氢、氧三种元素分别表示为：C、H、O。,核素用 形式表达，其中X为相应的元素符号，m为质量数，即核子数质子数中子数，n为原子序数，即质子数，如 由于某一元素的原子序数是一定的，因此其常被省略，而表示为mX的形式，如：12C、13C。,2、元素与核素的表示方法
3、,一种元素的原子量是其所有核素原子量的平均值。,1H=99.985，D=0.015,16O=99.76，17O=0.04，18O=0.20,12C=98.89，13C=1.11，14C=1.210-10,提 纲,1、元素、核素、同位素定义,2、元素与核素的表示方法,3、同位素值的表达与测量,4、天然气同位素指标的研究意义,5、天然气同位素指标的应用,样品经气相色谱仪分离成单分子化合物,进入850的燃烧炉氧化成2和2,再经-100的去水冷阱把2冷冻下来,2由氦气携带进入同位素质谱仪进行测量。,气相色谱仪,燃烧炉,去水冷阱,同位素质谱仪,载气（He）,13C：GC/C/IRMS,3、同位素值的表达
4、与测量,(1)表达：,(2)测量：,（Hayes et al., 1990）,D：锌/铀还原法,GC/TC/IRMS,工序繁多，重复性差 还原过程存在氢同位素分馏（Demny, 1995） 离线分析所需样品量较大，不利于对含量较低的重烃气进行检测,（Thermo Finnigan，1998）,缺点：,C+H2,提 纲,1、元素、核素、同位素定义,2、元素与核素的表示方法,3、同位素值的表达与测量,4、天然气同位素指标的研究意义,5、天然气同位素指标的应用,高44井，长10 ，22472249m ，原油,高52井，长10 ，16491951m ，原油,4、天然气同位素指标的研究意义,长9烃源岩C
5、29，141720S/(20S+20R)与/(+) 交汇图,4、天然气同位素指标的研究意义,鄂尔多斯盆地长9油层组油源对比,4、天然气同位素指标的研究意义,提 纲,1、元素、核素、同位素定义,2、元素与核素的表示方法,3、同位素值的表达与测量,4、天然气同位素指标的研究意义,5、天然气同位素指标的应用,影响因素较多，研究难度大 以往分析技术的限制,5、天然气同位素指标的应用,以碳同位素研究为主,(戴金星等, 1986, 1989, 1990, 1992, 1993, 2003),中国天然气之父戴金星院士,提出“煤系是良好的工业性烃源岩”理论，开拓了我国煤成气开发研究工作。提出了煤成烃模式、各类
6、天然气藏鉴别方法、天然气藏模式及大中型气田富集规律。,戴金星，2009,（1）确定天然气的成因类型,天然气,无机气,有机气（生物成因气）,生物气,热成因气,煤型气,油型气,13C1 13C2 13C3 13C4,13C1 13C2 13C3 -30 -20,正碳同位素序列与负碳同位素序列产生的原因？,亚生物气,13C1 -30 -20,世界各地无机成因甲烷碳同位素值,13C1 13C2 13C3 13C4,（1）确定天然气的成因类型,天然气,无机气,有机气（生物成因气）,生物气,热成因气,煤型气,油型气,13C1 13C2 13C3 13C4,13C1 13C2 13C3-10,13C1 -3
7、0 -20,亚生物气,13C1-55, C2+30.5% 13C2-13C3 -10,13C1-55C2+3-10,13C1-55, C2+30.5% 13C2-13C3 13C2 13C3 13C4,13C1 13C2 13C3 13C4,13C1-55, C2+3 -30 -20,13C213C2, 13C213C4,（3）甲烷及其同系物碳同位素发生倒转原因,原因：,思考题：两种正碳同位素序列的有机成因气混合能否造成负碳同位素序列？,35、33、31、30 20、18、15、14,存在甲烷氧化菌的情况下，天然气中甲烷就优先被降解消耗，致使剩余甲烷的13C值变重 存在乙烷氧化菌，天然气中乙烷
8、就优先被降解消耗，致使剩余乙烷的13C变重 存在丙烷或丁烷氧化菌，以此类推，致使剩余丙烷或剩余丁烷的13C值变重,4.甲烷及其同系物中某一或某些组分被细菌氧化致使该剩余组分的碳同位素变重,甲烷及其同系物在氧化细菌的作用下可发氧化或降解，菌种不同会引起被氧化降解的组分也不同,4.甲烷及其同系物中某一或某些组分被细菌氧化致使该剩余组分的碳同位素变重,Coleman et al., 1981,我国一些烷烃气被细菌氧化的某一组分13C值变重,影响因素较多，研究难度大 以往分析技术的限制碳、氢同位素组成的结合可以反映/提供更为详细、准确的信息（Schoell, 1980, 1983, 1984, 198
9、8）。 与碳等其它元素相比，氢元素的两种稳定同位素（1H和D）之间的相对质量差最大，由此引起的同位素效应也最为明显，这使氢同位素组成成为更为敏感的地球化学指标。 较多的影响因素则可使其反映/提供更为丰富的地质信息，如沉积环境（地层水）、古气候的影响等，这也已为前人研究所证实（Schoell, 1980; Whiticar, 1986, 1999）。,前 言,人们对氢同位素研究的深度和广度薄弱得多,现 状,必要性,热成因,海相（咸水）,淡水,不同沉积环境热成因气甲烷氢同位素组成,(1)确定有机质沉积环境,生物成因 （Schoell，1980）,醋酸发酵,CO2还原,CH3COOH=CO2+CH4,CO2+8H2=CH4+2H2O,(淡水),(咸水),D: -250 -190,D: -190 -175,二、天然气轻烃指标的应用,
