石油1-4油气中的稳定同位素讲解
油气地球化学
稳定性同位素质谱分析技术在石油地质中的应用与进展摘要：随着现代分析测试技术的提高,稳定性同位素质谱分析技术在油气地球化学中的应用也越来越广泛。
总结了碳同位素、氦同位素、锶同位素以及Re-Os同位素在油气地球化学中的应用,这些应用包括:用同位素研究来鉴别原油的生成环境和母质类型,对天然气进行成因分类和鉴别,判断天然气的成熟度,进行油气源对比,讨论油气的次生变化,研究油气运移,油气藏的成藏年代等。
探讨了这几种同位素在油气地球化学应用研究中存在的和应注意的问题。
关键词：稳定性同位素；石油地质；应用PROCESS AND APPLICATION OF STABLE ISOTOPESIN GEOLOGY OF NATURAL GAS AND PETROLEUMLiming ZhaoResource school, China University of Geosciences, wuhan, 430074, ChinaAbstract: The important roles of stable isotope data in the determination of the origin of natural gases, identification of kerogen precursors, comparison of oil-gas-sources, retracing of second migration of oil and/or gases, exploring the evolution of organic matter, analyzing the secondary change of oil and/or gases and exploitation of heterogeneous oil and/or gases are elucidated; the latest developments in their study and application in production are also introduced.Keywords: stable isotope, petroleum geology, application前言在石油天然气地质工作中,稳定同位素方法日益受到重视。
稳定碳同位素法在油气地球化学分析中的应用
稳定碳同位素法在油气地球化学分析中的应用李惠平（中国地质大学地球科学学院，湖北武汉，430074）摘要: 随着现代分析测试技术的提高,碳同位素在油气地球化学中的应用也越来越广泛。
总结碳同位素在油气地球化学中的应用,这些应用包括:用碳同位素研究来鉴别原油的生成环境和母质类型,对天然气进行成因分类和鉴别,判断天然气的成熟度,进行油气源对比，讨论油气的次生变化,研究油气运移,研究天然气的混合情况和油藏地球化学。
关键词: 稳定碳同位素;油气地球化学;进展1.鉴别原油的生成环境和油气母质类型稳定碳同位素技术在油气地球化学上应用广泛。
现在普遍认为石油是由古代海相或陆相盆地中的沉积有机质随地层沉降埋深热演化而生成的, 沉积环境决定了有机质的性质, 而有机质的类型影响生成油的碳同位素组成。
因此, 通过原油单体烃碳同位素的研究, 可以确定其生成环境和母质来源。
一般认为原油< - 30‰时, 其烃源岩的沉积环境为海相; 为- 29. 5‰～ - 28‰时, 其烃源岩的沉积环境为湖相; 为- 28‰～ - 24‰时, 其烃源岩的沉积环境为陆相, 与煤系地层有关。
总的来说, 海相来源原油碳同位素比陆相来源的轻。
Bjoroy研究认为湖相来源和陆相来源的原油中正构烷烃和类异戊二烯的同位素值有明显的差别: 在湖相来源的原油中, 类异戊二烯的同位素值与相同碳原子数的正构烷烃的类似; 而在陆相来源的原油中, 类异戊二烯的同位素值比相应的正构烷烃的轻;在湖相来源的原油中, 正构烷烃和类异戊二烯的同位素比值均随着碳原子数的增加变化微弱; 在陆相来源的原油中, 正构烷烃的同位素比值随着碳原子数的增加而变轻, 而类异戊二烯的同位素比值则随着碳原子数的增加而变重。
沈平等将我国主要地区石油分离为饱和烃和芳烃两个馏份进行碳同位素测定, 发现不同来源的石油, 其饱和烃和芳烃的碳同位素组成具有明显差异: 对型或煤系有关的轻质油, 其饱和烃和芳烃都富集较重的碳同位素,型原油与煤系有关的轻质油(或凝析油) 相比, 均具有较轻的饱、芳同位素组成。
塔河油田奥陶系油田水同位素特征及地质意义
文章编号:1001-6112(2007)03-0292-06塔河油田奥陶系油田水同位素特征及地质意义贾存善1,2,马旭杰3,饶 丹2,高仁祥2(1.中国矿业大学资源与安全工程学院,北京 100083; 2.中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所,江苏无锡 214151; 3.中国石化西北分公司勘探开发研究院,乌鲁木齐 830011)摘要:塔河油田奥陶系地层水的 D(SM OW )分布于-44.7 ~-61.0 ,表明为古大气降水和原生沉积水的混合水,并以古大气水为主。
根据油田水的高压物性参数、HC O -3离子碳同位素、锶同位素87Sr/86Sr 比值等的横向变化规律,大致判断出塔里木盆地阿克库勒凸起古大气水的优势流动方向为从阿克库勒凸起的东北构造高地向鼻凸倾伏的西南方向流动,并且在此流动过程中由构造轴部向两翼分流,通过对断裂、裂隙等薄弱带的不断溶蚀扩大,最终形成塔河油田奥陶系复杂的碳酸盐岩岩溶缝洞系统,为油气聚集成藏提供了有效的储集空间。
因此,古大气水流动的方向对岩溶缝洞系统的分布以及缝洞单元的连通性具有重要的控制作用。
关键词:岩溶缝洞系统;同位素;油田水;奥陶系;塔河油田;塔里木盆地中图分类号:T E133 文献标识码:AISOTOPIC CHARACTERISTICS OF OIL FILED WATERSFROM ORDO VICIAN OIL ACCUMULATIONS IN TAHE OILFIELD AND ITS GEOLOGICAL SIGNIFICANCESJia Cunshan 1,2,M a Xujie 3,Rao Dan 2,Gao Renx iang 2(1.College of Resour ce &S af ety Engineer ing ,China Univer sity of M ining &T echnology ,Beij ing 100083,China;2.Wux i Resear ch I nstitute of Petr oleum Geology ,SI N OPEC,W ux i ,J iangsu 214151,China;3.Ex p lor ation &Pr oduction Resear ch I nstitute of N or thw est Br anch Comp any ,SI N OPEC,Ur umq i,X ingj iang 830011,China)Abstract:H y drog en isotope values( D)of oil field waters from the Ordovician oil accum ulations in Tahe oilfield co ver -44.7 ~-61.0 (SM OW),fro m w hich one can conclude that the oilfield w aters ar e mostly paleo atmo spheric w aters mixed w ith orig inal sedim ent seaw ater.Based o n the transv erse chang e tr ends o f the parameters in these oilfield w aters,such as high pr essure physical par am eter,carbon iso to pe o f H CO -3electronegativ e ion and87Sr/86Sr ratio of strontium iso to pe,one can ro ug hly deduce thatthe predom inant flow direction of paleo atmospheric w ater is from the no rtheastern tectonic high po sitio n to the so uthw estern plung e end of the Arkekule no se salient.In this process,the current flow ed from ax is to tw o w ing s of the tectonic,w hich w ould cut through w eakness belt of faults o r cracks and enlarg e the space by carbonates corro sion,finally form ed com plicated karst fracture cavity system o f the Ordovi cian carbonates in Tahe Oilfield.T herefore,the flow direction o f paleo atm ospher ic w ater controled the distribution o f fracture cavity system and connectivity of fr acture cavity cells.Key words:Karst fracture cavity system;isotope;oil field water;the Ordovician;Tahe Oilfield;the Tarim Basin 过去曾认为油田水代表原生水或原始捕集的沉积水。
稳定同位素在地质上的应用PPT课件
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例如：以石英、方解石共生矿物对为例：
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1000 lnα石英-水=3.38×106T-2 -3.40 1000 lnα方解石-水=2.78×106T-2-3.40 则石英—方解石氧同位素温度计为：
1000 lnα石-方=(3.38-2.78)·(106T-2)+[ -3.40 -（-3.40）] 1000 lnα石-方=Δ石-方=0.60（106T-2） 外部测温法，可用来计算水介质的氢、氧同位素组成。其条件是，
3、制备成质谱分析气体样品，化合物的另一组要有恒定的同位素组成， C要恒定。
CO2中测氧，
4、要求定量地制备出一种纯气体。
5、原始样品要有足够的纯度。
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§3.2 同位素标准
为了使同位素资料便于对比，同时消除样品分析过程中有可能的系统误差，必须将样品的同位素组 成与某一相应标准物质的同位素组成进行比较，水 石英~水 碱长石~水 方解石~水 白云母~水
a
b
3.38×106
2.15 ×106
2.78 ×106
2.38 ×106
温度区间(oC) -3.40 200~500 -3.82 350~500 -3.40 0~800 -3.89 350~650
形成时，两共生矿物与一个公共流体相达成平衡，则两 个矿物的 δ18O 值之间存在一个平衡差，由此值可根据内 部计温法计算成岩温度。
103lnαA-B =（A1— A2）（106T-2）+ （B1—B2）
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矿床的同位素组成
• 水是成矿溶液的主要成份，查明水的成因，是任何成矿理论首先必须解 决的问题，利用H、O同位素比值能够明确断定成矿溶液中水的来源和 蚀变溶液的成因，测定矿石矿物和脉石矿物的S、C的来源， 共生矿物 可以测温。
石油天然气地质学
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石油天然气地质学
三、馏分、组分和化合物组成三者的关系
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石油天然气地质学
四、石油的分类 石油的分类方法常因目的而异，地球化学家 和地质学家注重原油组成及其与生油岩和演 化作用的关系。代表性的分类方案是Tissot 和Welte(1978)提出的，该分类采用三角图 解，以烷烃、环烷烃、芳烃＋N、S、O化 合物作为三角图解的三个端元。以饱和烃含 量50%为界把三角图分为两大部分，在饱和 烃含量＞50%的区域内，再根据石蜡烃含量 50%、40%处建立次一级分类界线，将饱和 烃＞50%区域分为三种基本类型：石蜡型、 环烷型和石蜡环烷型。在芳烃＋N、S、O 化合物大于50%的区域内，以石蜡烃含量 10%建立分类界线，将石蜡烃含量＞10%的 区域作为芳香-中间型原油，而石蜡烃＜ 10%为重质降解原油。在重质降解原油中， 以环烷烃含量25%处建立分类界线，将环烷 烃含量＞25%的称芳香-环烷型，而＜25% 的称芳-香沥青型。
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石油天然气地质学
3、环烷烃 由许多围成环的多个次甲基（-CH2-）组成。组成环的碳原子数可以是大于3的任何数， 相应称为三员环、四员环、五员环等。石油中的环烷烃多为五员环或六员环。 其含量与成熟度有关：成熟度低→高，由多环→单、双环。一般，单、双环占环烷烃的 50.5%；三环占环烷烃的20%；四、五环占环烷烃的25%。 原油中大于四环的环烷烃一般具有很高的旋光性，所以没成熟的原油旋光性高。多环环 烷烃与四环的甾族化合物和五环的三萜稀类化合物很相似，被作为有机成因的主要证据 之一。 4、芳香烃
根据主峰碳数位置及形态，可将正烷烃分布曲线分为三种基本类型：
A、主峰小于C15，且主峰区较窄，表明低分 子正烷烃高于高分子正烷烃，代表高成熟原油； B、主峰大于C25，主峰区较宽，奇数和偶数 碳原子烃的分布很有规律，二者的相对含量接 近相等，代表未成熟或低成熟的原油； C、主峰区在C15～C25之间，主峰区宽，代 表成熟原油。正烷烃分布特点与成油原始有机 质、成油环境和成熟度有密切关系，因此这些 特征已被广泛用于鉴别生油岩和研究石油的成 熟度。
同位素课总结
(1) 各同位素体系简介，包括表达形式及其在地球各储库的分布(2) 各同位素在地质过程中的主要分馏机制(3) 稳定同位素在地质过程中的应用，例举主要应用及其原理。
一、稳定同位素理论及简介1、 同位素(isotope)是同一化学元素的核素，它们具有相同的核外电子排布结构。
由于核外电子数由原子核中质子数决定，因而总的化学性质相同，只是质量不同。
2、 稳定同位素：不具有放射性的同位素称为稳定同位素(Stable isotopes)。
3、 一般传统稳定同位素限于质量数小于40的非金属元素，如CHONS 。
4、 同位素比值R=X*/X ，X*和X 分别表示重同位素和轻同位素含量.5、6、 两种物质间同位素分馏的程度用分馏系数a 表示：7、 ∆ = 103 ln α ; ∆ = (α - 1) × 1038、 振动能是产生同位素分馏的主因——这是理论计算同位素分馏的基础。
9、 自然界存在三种类型的同位素分馏，平衡分馏，动力学分馏和非质量相关分馏。
二、H 、O 同位素1、氧有3种稳定同位素 16O 17O 18O 氢有2种稳定同位素 1H D(2H)2、地球上的岩石有相似的氢同位素组成，平均：-60‰；大气水具有非常轻的氢同位素组成；地幔dD ：-90~-60‰；绝大多数火成岩的d18O 变化范围为5~15‰，dD 范围为-40~-100‰。
橄榄岩：d18O ＝5.5‰ MORB ： d18O ＝5.7‰；M 型花岗岩：δ18O = 6－7.5‰，同正常玄武岩浆分异有关；I 型花岗岩：δ18O = 7.5－10‰，源岩是贫18O 的地壳岩浆岩；S 型花岗岩：δ18O = 10-13‰，是富18O 沉积岩部分熔融产物。
化学沉积岩δ18O 较高，20-403、分馏机制：由于晶体化学差异，矿物不同18O 富集程度也不同。
石英>方解石》角闪石》黑云母》橄榄石。
4、O 同位素应用：古温度计、古气候、示踪陆壳物质再循环、水岩相互作用H 同位素应用：示踪成矿流体来源三、C 同位素1、自然界中碳以12C 、13C 、14C 等多种同位素的形式存在，12C 、13C 相对丰度分别为98.89%、1.11%；14C 只有极微量且具放射性，半衰期为5730年。
13第六章稳定同位素1
①同位素交换反应
•同位素交换反应:化学反应达到平衡状态时， 各物相间发生的同位素再分配现象。
例如在热液中同时沉淀方铅矿及闪锌矿，可 以写出下列同位素交换反应式：
Pb34S+Zn32S Pb32S+Zn34S 当反应达到平衡时，各矿物对中同位素组成的 比值将为一常数，其平衡常数 K 为：
在共生矿物中34S一般富集于健能较强的矿物 中，硫化物富集重硫同位素（34S）的顺序为： 辉钼矿→黄铁矿→闪锌矿→磁黄铁矿→黄铜矿 →硫镉矿→方铅矿→辰砂→辉铜矿→辉锑矿→ 辉铋矿→辉银矿。
硫的氧化物（SO2）含氧酸根化合物（SO2-4） 的键能比硫化物大，它们比硫化物明显富集34S。 矿床中硫酸盐的δ34S值大于硫化物的δ34S值。
(1) 如果溶液中 H2S∶ SO2-4 =9∶1
沉淀的硫化物的硫同位素组成为一个小的负值
(2) 当溶液进入强氧化环境时，大量H2S被氧化 成[SO2-4 ]离子，34S大量富集于[SO2-4 ] 中，沉 淀硫化物的δ34S值将为巨大的负值。
如H2S∶[SO2-4 ] = 1∶9时，沉淀的闪锌矿的 δ34S=-30.0‰，方铅矿δ34S值为-33.3‰。
同位素地质温度计的最大优点是计温不
受矿物形成时的压力影响（同位素分馏不受 压力影响）。但计算温度的矿物对在形成时 必须达到同位素平衡，即必须是在同一溶液 中一起沉淀的，或同时重结晶的。
五 硫同位素分馏的动力学效应
硫同位素的动力学分馏程度与反应速度有关， 反应速度越慢，分馏效应越明显。低温分馏效应 则受体系开放程度所制约。
富集32S。
（2）低氧逸度（log fO2 ＜-38） PH降低氢离子活度增加，有利于H2S（溶液）和 HS-的形成，两者相对硫化物优先富集34S，成
单体烃稳定碳同位素概要
单体烃稳定碳同位素在沉积和油气地质中的应用摘要随着科学技术的进步，人们已不满足测定原油总体的δ13C值及原油族组分碳同位素值，而是着眼于研究原油中单体烃分子的碳同位素特征，以便获得更多、更详细烃分子系列碳同位素信息。
因此，单体烃碳同位素分析技术应用而生，原油单体烃碳同位素分析技术主要用于油源对比。
由于碳同位素仪比较复杂，包括的设备多，操作繁琐，国内同行业有这样大型仪器的单位不多，因而对此项技术的开发有很重要的意义。
原油单体烃碳同位素分析技术在油源对比等地质应用方面具有可行性,同时体现出有效的实际应用价值。
关键词单体烃碳同位素油气地质原油分类油源对比单体烃碳同位素能从分子级别反映单个化合物的来源，较之于全油和族组成分同位素，具有更明显的优越性，已广泛应用于油气成因类型、油源识别、混源定量等油气勘探实践中。
其数据的精度在相当程度上取决于单体化合物分离的纯度、仪器检测的稳定性及标样的界定。
原油单体烃碳同位素的分布形式主要取决于样品的性质，特别是母源岩原始沉积环境与生源输人，受成熟度等其他因素的影响相对较小。
我国西部叠合盆地由于存在多套有效烃源岩，不同成因类型原油混源现象普遍，如塔里木盆地可能包含海相与陆相各自不同层位烃源岩，甚至海相与陆相成因原油的混源，因此单体烃碳同位素在油源识别中至关重要。
为了更好地应用单体烃碳同位素技术，需要建立不同地质模式下不同成因类型原油的单体烃碳同位素模型，并对可能的影响因素进行评价。
1单体正构烷烃碳同位素的古植被与古气候意义近年来,由于气相色谱-燃烧-同位素比质谱联用仪(GC/C/IRMS)新技术的成功运用,使得单体分子标志化合物碳同位素的研究已在生物源识别、C3与C4植被类型确定、全球碳循环等方面得到了应用。
单体分子标志物碳同位素的研究使稳定同位素在古气候学中的应用达到分子级水平,不但为局部或全球古气候研究而且为控制全球碳循环的机制探讨提供了新的更加准确的证据。
因而,分子标志物的分布与单体碳同位素组成特征的联合应用,可以大大增强追踪古环境中有机质来源和重建古生物地球化学过程及古环境的能力。
第一章有机化学基础和稳定同位素(油气地球化学)
位
12CO2+13CH4＝ 13CO2+12CH4
素 交换结果：使CO2中富集13C，CH4中富集12C，甲烷中重碳同位素相对减少。
第三节 稳定同位素
第 三、同位素分馏机理
一 2）动力同位素效应
章
动力同位素效应是由于两种同位素反应速度的差异引起的。
有 （1）光合作用的同位素动力分馏效应。
机
植物通过光合作用固定了碳，伴随着发生碳同位素分馏作用，导致
官能团异构
CH3OCH3 甲醚
CH3CH2C CH 1-丁 炔
CH3CH2 CH2 OH
丙醇
OH
CH3CHCH3 OH
异丙醇
OH
取代位置异构
CH2 CH OH 乙烯醇
CH3CHO 乙醛
互变异构
二、立体化学基础
第
一 2.立体结构异构
章
立体异构是指具有相同的分子式和相同的原子连接顺序，但是由于分子内的Fra bibliotek13C
1.1112
位
32S
素
95.78
14N
99.63
34S
4.22
15N
0.37
第三节 稳定同位素
第 一
二、表示方法
章 同位素的组成是指样品中某一种元素的各种同位素的含量。
描述样品中同位素的组成可用：
有 机
1)丰度
化 2)同位素比值
学
如18O/16O、12C/13C、D/H等。
基 础
3)δ值
和
δ‰=（R样品/R标准–1）×1000‰
学
13CO2+H12CO3–＝12CO2+H13CO3–
基
础 交换 结果：使水 中HCO3–、 CO32–富集重碳 同位素。海 水中HCO3–或 CO32–的
稳定同位素质谱与同位素光谱结合的方法分析氧同位素１７Ｏ／１６Ｏ
２０１３年６月Ｊｕｎｅ２０１３岩 矿 测 试ＲＯＣＫＡＮＤＭＩＮＥＲＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＶｏｌ．３２，Ｎｏ．３３９２～３９７收稿日期：２０１２－１２－０３；接受日期：２０１３－０２－２０基金资助：中国地质大调查项目（１２１２０１１１２０２７６，１２１２０１１３０１５１００）作者简介：李立武，博士，研究员，主要从事气体地球化学分析测试与研究。
Ｅ ｍａｉｌ：ｌｌｗｕ＠ｌｚｂ．ａｃ．ｃｎ。
文章编号：０２５４５３５７（２０１３）０３０３９２０６稳定同位素质谱与同位素光谱结合的方法分析氧同位素１７Ｏ／１６Ｏ李立武１，王 广２，李中平１，杜 丽１，曹春辉１（１．中国科学院油气资源研究重点实验室，甘肃兰州 ７３００００；２．国家地质实验测试中心，北京 １０００３７）摘要：传统的氧同位素分析方法一般将各种形式的氧转化为ＣＯ２，再通过稳定同位素质谱测定其氧同位素组成，由于二氧化碳中的１７Ｏ和１３Ｃ在质谱中有相同的质荷比ｍ／ｚ，这种方法不能测得１７Ｏ同位素的丰度，三氧同位素（１６Ｏ、１７Ｏ、１８Ｏ）丰度分析的关键是１７Ｏ同位素丰度的分析。
为了测量１７Ｏ同位素丰度，一般需要先将各种形式的氧转化为Ｏ２，然后利用稳定同位素质谱进行分析，转化过程复杂或者有危险。
本文提出了一种新思路，应用稳定同位素质谱与碳同位素光谱相结合的方法分析１７Ｏ／１６Ｏ。
先采用传统方法将各种形式的氧转化为ＣＯ２，再由多接收器稳定同位素质谱计测得ＣＯ２的质谱峰高比４５／４４（记为Ｒ４５），同位素光谱如光腔衰荡光谱测得１３Ｃ／１２Ｃ（定义为Ｒ１３），计算其同位素比值１７Ｏ／１６Ｏ＝（Ｒ４５－Ｒ１３）／２，方法的分析精度好于±０．０８‰（１σ）。
该方法是在传统方法的基础上，增加一个ＣＯ２碳同位素光谱分析步骤，通过简单的数据处理就可以获得１７Ｏ同位素组成，而无需将各种形式的氧转化为Ｏ２，１８Ｏ同位素样品制备方法成熟，无危险性，且分析精度优于或相当于其他测试方法。
第十讲稳定同位素地球化学
第十讲地质常用主要稳定同位素简介18OFull atmospheric General Circulation Model (GCM) with water isotope fractionation included.内容提要●基本特征●氢同位素●碳同位素●氧同位素●硫同位素10.1. 传统稳定同位素基本特征☐只有在自然过程中其同位素分馏变化为可测量范围的元素，才能应用于地质研究用途，这些元素的质量范围多<40；☐多为能形成固、气、液多相态物质的元素，其稳定同位素组成可发生较大程度变化。
总体上，重同位素趋于在结合紧密的固相物质中富集；重同位素趋于在氧化价态最高的物相中富集；☐生物系统中的同位素变化常用动力效应来解释。
在生物作用过程中(如光合作用、细菌反应及其它微生物过程)，相对于反应初始组成，轻同位素趋于在反应生成物中富集。
10.2. 氢(hydrogen)☐直到1930年代，人们才发现H不是由1 个同位素，而是由两个同位素组成：1H：99.9844%2H(D)：0.0156%☐在SMOW中D/H=155.8 10-6☐氢还有一个同位素氚(3H)，但为放射性核素，半衰期仅为~12.5y。
10.2.1 氢同位素基本特征☐与多数重元素的同位素组成不同，太阳系物质具有高度不均一的氢(氧)同位素组成，尤其是内地行星与彗星之间；☐1H与D同位素间质量相对差最大，在地球样品中表现出最大的稳定同位素变化(分馏)范围；☐从大气圈、水圈直至地球深部，氢总是以HO、OH-，2H2、CH4等形式存在，即在各种地质过程中起着重要作用；☐氢同位素以 D表示，其同位素测量精度通常为0.5‰至2‰(相对其它稳定同位素偏低)。
JFC:Jupiter family cometsOCC:outer solar system Oortcloud comets内地行星与碳质球粒陨石具有相似的氢同位素组成，但与彗星之间存在差异(Taylor,2015,PSRD: Water in Asteroid 4 Vesta)(Robert ,2011,Nature Geoscience)行星和陨石的氢同位素组成(Alexander et al., 2012, EPSL)NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDAWater in apatite in meteorites from Vesta varies in its hydrogen isotopic composition. Range is similar to the range in Earth.来自小行星带不同陨石样品中磷灰石的氢同位素组成(Sarafian et al.,2014)Hydrogen isotope variations in mantle-derived materials(Bell and Ihinger, 2000)金云母K-碱镁闪石韭闪石&羟钛角闪石10.2.2 主要分馏机制◆发生氢同位素分馏的主要原因是水蒸气压的不同，其次为其冰点差异。
石油1-4油气中的稳定同位素
• 氢同位素分布特点：
A、原油中δD一般为－80~－160‰。
天然气δD一般为－105~－270‰；与δ13C存在一定的正相
关性，即δ13C高，δD也高。
B、饱和烃δD＜芳烃δD＜非烃δD。
34
/S
32
) 样品 ( S
34
34
/S
32
) 标准
(S
/S
32
) 标准
1000 ‰
标准：以坎冈-迪阿布洛陨石陨硫铁的硫作为标准,S34/S32=0.045 沉积岩中的δ34S值介于-4.14‰~+4.55‰之间。经研究 发现同时代地层中石油和天然气的δ34S具有稳定值；而不 同时代的石油，该值却变化较大。可为不同时代的油源对 比提供一个新途径。
天然气：δ C，从-20‰～-100‰
低温浅层＜-50‰～-100‰
400
深层、年代较老，较高温：≥ -50‰ ～ -20‰±
600 前寒武纪
Э
德根斯（ 1969） 其他作者
二、油气中的氢同位素
稳定同位素：H1 （氕）、 H2 （氘）
相对丰度 ： H1-99.9844%，H2 -0.0156%
放射性同位素：H3 （氚），半衰期12.46年
2、氧碳同位素
稳定同位素：O16、O17、O18
相对丰度 ：O16-99.579%，C18-0.2039% 由于O17分布很少，一般研究O16/O18比值。 氧同位素在油气地质学中研究极少，一般只 用于测定古地温。由于水和碳酸盐中的水与二氧 化碳所含的氧之间存在同位素交换平衡，这个平 衡受环境温度控制。因而，可利用碳酸盐中的 O16/O18比值来测定古沉积盆地的温度。
石油天然气地质和与勘探1-4同位素
石油天然气地质和与勘探1-4同位 素
目录
• 引言 • 石油天然气地质概述 • 同位素在石油天然气地质中的应用 • 勘探技术与方法 • 实例分析：某地区石油天然气地质与勘探 • 结论与展望
01 引言
目的和背景
1 2 3
揭示油气藏形成与分布规律
通过同位素研究，可以深入了解油气藏的形成机 制、运移路径和富集规律，为油气勘探提供科学 依据。
地震数据采集
地震数据处理与解释
对采集的地震数据进行处理，提高信 噪比和分辨率，进而通过地震剖面解 释、构造解释和岩性解释等，确定地 下构造形态和油气藏分布。
采用人工震源激发地震波，通过检波 器接收地震波信号，并将其转换为电 信号进行记录。
重力、磁力勘探技术
01
重力勘探原理
利用地下岩（矿）石密度差异引起的重力变化进行地质勘探的方法。通
同位素技术在油气勘探中的应用
详细介绍同位素技术在油气勘探各个环节中的应 用实例及其效果。
ABCD
油气地质中的同位素研究
重点阐述同位素在油气生成、运移、聚集和保存 等方面的应用及其取得的成果。
同位素研究发展趋势与展望
探讨同位素研究在油气地质与勘探领域的发展趋 势及未来可能的研究方向。
02 石油天然气地质概述
综合以上分析，认为该地区 具有优越的成藏条件，包括 良好的烃源岩、优质的储层 和有效的盖层。
勘探历程及成果展示
勘探历程
自上世纪80年代以来，该地区经历了多轮勘探工作，包括地震勘探、 钻井勘探和地球化学勘探等。
主要成果
通过勘探工作，在该地区发现了多个油气田和含油气构造，累计探 明石油地质储量数亿吨，天然气地质储量数百亿立方米。
05 实例分析：某地区石油天 然气地质与勘探
《石油地质学》课程笔记
《石油地质学》课程笔记第一章绪论1.1 石油和天然气在现代社会中的地位石油和天然气是现代社会最重要的化石能源，对于全球经济发展和社会进步具有举足轻重的作用。
它们不仅是能源的主要来源，还是化学工业、农业、医药、制冷和运输等行业不可或缺的原材料。
随着全球经济的快速增长，石油和天然气需求持续增加，导致资源紧张和价格波动。
因此，石油和天然气资源的勘探、开发和利用成为各国政府和企业关注的焦点。
1.2 我国油气地质与勘探发展简史我国石油和天然气的开发利用历史悠久，早在公元前就有关于石油和天然气的记载。
20世纪初，我国开始引进西方的地质理论和勘探技术，开展油气资源的调查和勘探。
新中国成立后，我国油气地质与勘探事业取得了举世瞩目的成就。
1950年代，发现了大庆、胜利等大型油田，使我国成为石油生产大国。
此后，我国在陆地和海域油气勘探不断取得突破，形成了多个重要的油气产区。
1.3 世界油气地质与勘探发展简史世界油气地质与勘探的发展历程与人类对能源的需求密切相关。
19世纪初，人们开始使用煤油作为照明燃料，推动了石油勘探的兴起。
随着内燃机的发明和应用，石油需求激增，促使勘探技术不断进步。
20世纪初，地质学家们提出了油气成因理论，为油气勘探提供了科学依据。
此后，地震勘探、钻井技术、油气藏评价等技术的突破，使得油气勘探领域不断扩大，发现了大量油气田。
第二章石油、天然气、油田水的基本特征2.1 石油的元素组成石油是一种复杂的混合物，主要由碳（C）和氢（H）两种元素组成，碳的含量约占83%至87%，氢的含量约占11%至14%。
此外，石油中还含有少量的硫（S）、氮（N）、氧（O）和微量金属元素等。
2.2 石油的化合物组成石油中的化合物主要包括烷烃、环烷烃和芳香烃。
烷烃是石油中含量最高的化合物，主要包括甲烷、乙烷、丙烷等。
环烷烃包括环戊烷、环己烷等。
芳香烃包括苯、甲苯、二甲苯等。
2.3 石油的馏分组成与组分组成石油可以通过蒸馏分离成不同的馏分，主要包括：轻馏分（液化石油气、汽油）、中馏分（柴油、煤油）、重馏分（润滑油、沥青）和残余油（重油、渣油）。
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（3）热力和化学反应的动力效应
12C—12C键裂解的能量较小，有机质大分子转 变成烃类小分子的过程中， 12C—12C键优先断裂， 生成的烃类比它的母质具有较轻的同位素组成。
在低温条件形成的烃类，富集12C，而后期高温 条件形成的烃类，则相对富集13C
（4） 理化学效应
主要是蒸发作用和扩散作用。
时代 0
R
原油δ13C (PDB):
100 K
一 般 为 -22‰ ～ -33‰ ， 平 均 -25‰ ～ -
26‰
海年相代原越油：老-的27原‰～油-，221‰2C
J
200 T
年 龄 （Ma）
陆越相富原集油：，-1239C‰越～少-33‰(相对值小)
P
300 C
天然气：δ13C，从-20‰～-100‰ 低温浅层＜-50‰～-100‰
（3）热力和化学反应的动力效应
同位素的质量不同， 13C和12C取代分子或键 的化学活动性也不同。
C-C键的稳定性：13C— 13C ＞ 13C—12C ＞ 12C—12C
即12C-12C活动性最大，13C- 13C的化学活动性最 差。在相同条件下， 12C-12C参与反应的几率和速 度较13C- 13C大。
δD=［（D/H1）样品－（D/H1）标准］/（D/H1）标准］×1000‰ （D/H1）标准值取标准海水中的（D/H1）值，缩写为SMOW。
• 氢同位素分布特点：
A、原油中δD一般为－80~－160‰。 天然气δD一般为－105~－270‰；与δ13C存在一定的正相
关性，即δ13C高，δD也高。
34 S
(S 34
/ S 32 ) 样品 (S 34 / S 32 ) 标准 (S 34 / S 32 ) 标准
1000 ‰
标准：以坎冈-迪阿布洛陨石陨硫铁的硫作为标 准,S34/S32=0.045
沉积岩中的δ34S值介于-4.14‰~+4.55‰之间。经研究 发现同时代地层中石油和天然气的δ34S具有稳定值；而不
石油天然气 地质与勘探
任课人：逄雯
第四节 油气中的稳定同位素
一、油气中的碳同位素 二、油气中的氢同位素 三、油气中的硫、氧、氮同位素
同位素：原子核内具相同数量的质子而中子数
不同的原子 。
稳定同位素：原子核结构不会自发地改变的同
位素
放射性同位素（不稳定同位素）：能自发
蜕变，形成具另外质子数的新原子的同位素 。
蒸发作用：使气相富集轻同位素12C ，液相浓缩 物富集重同位素12C 。
扩散作用：先扩散部分富集12C ，残余富13C。 气体分子穿过多孔介质的速度与质量有关。
12CH4比13CH4的平动速度快3.1℅，12CH4扩散得 更快更远，即先行扩散部分富集12C，残余部分富集 13C。
2、碳稳定同位素丰度及分布特点
• 稳定同位素：C12、C13
相对丰度 ：C12-98.892%，C13-1.108%
• 放射性同位素：C14 ，半衰期5568年，用于考古
碳同位素丰度表示法：
13C
(C13 / C12 ) 样品 (C13 / C12 ) 标准 (C13 / C12 ) 标准
×1000 ‰
标准：美国南卡罗莱纳州白垩系箭石的碳同位素，简称 PDB标准，其中 C13/C12 =1123.7×10-5
6个质子，6个中子
质子 中子 电子
6个质子，7个中子
《在碳稳定同位素中质子、中子和电子构型示意图》
一、油气中的碳同位素
❖ 稳定同位素有两个最显著的属性： ❖ （1）稳定性：经过复杂的化学反应之后，
原子核结构不发生变化。 ❖ （2）分馏作用：指同位素在两种同位素比
值不同的物质之间进行分配。 ❖ 油气分析的同位素主要有： C、H、S、
同时代的石油，该值却变化较大。可为不同时代的油源对 比提供一个新途径。
2、氧碳同位素
稳定同位素：O16、O17、O18 相对丰度 ：O16-99.579%，C18-0.2039%
由于O17分布很少，一般研究O16/O18比值。 氧同位素在油气地质学中研究极少，一般只 用于测定古地温。由于水和碳酸盐中的水与二氧 化碳所含的氧之间存在同位素交换平衡，这个平 衡受环境温度控制。因而，可利用碳酸盐中的 O16/O18比值来测定古沉积盆地的温度。
B、饱和烃δD＜芳烃δD＜非烃δD。
C、 δ13C、δD：生物成因气较低，热解成因气都较高。
D、同油气聚集伴生的水中H2含量增高，由于石油与水的氢 同位素交换，产生了富H2的石油。
古老地层水中H2含量较多。
三、油气中的硫、氧、氮氢同位素
1、硫同位素
四个同位素：S32、S33 、 S34、S36
一般测定S32和 S34
反应结果，使不同物质中有的13C富集，另 一些则12C富集。海水比大气中的CO2富集13C。
（2）光合作用的动力效应
植物光合作用的过程中，吸收CO2和H2O， 致使自身富集12C ，而13C 相对减小。
海洋生物13C含量相对比较多，但是，海洋植 物利用海水碳酸盐产生CO2光合作用，δ13C值 增高。
O、N。
1、碳稳定同位素的分馏机理：
同位素分馏：同位素在两种同位素比值不同的物 质之间的分配。
碳同位素分馏：在两种具有不同的C13/C12比值的 物质之间发生的同位素分配作用。
（1）同位素交换反应
不发生化学反应，只在不同化学物质，不 同相或单个分子之间发生的同位素重新分配所 引起的分馏作用。
12CO2 + 13CH4 == 13CO2 + 12CH4 13CO2 + H 12CO3－ == 12CO2 + H 13CO3 －
12
2、碳稳定同位素丰度及分布特点
原油的δ13C值介于-24‰~-31‰
①海相： δ13C值较高：-27‰～-22‰； 陆相： δ13C值偏低：-29‰～-33‰。
②随组分分子量的增大，急剧增大。 饱和烃 芳烃 非烃 沥青质，δ13C 依次增大
时代老的石油， C12 富集， δ13C 低
原油不同组分的δ13C 值变化连线---碳同位素类型曲线。 不同成因的石油类型曲线不同。
400
D
S
深层、年代较老，较高温：≥-50‰～- 500 O 20‰±
Э
δ13C石油（ ‰ ）
-20
-25
-30
600 前寒武纪
德 根 斯 （1969） 其他作者
、油气中的氢同位素
稳定同位素：H1 （氕）、 H2 （氘） 相对丰度 ： H1-99.9844%，H2 -0.0156%
放射性同位素：H3 （氚），半衰期12.46年