非生物成因天然气的稳定同位素地球化学特征与判据

本采自松辽盆地的天然气进行了化学组分和氦、碳同位素分析。经空气校正后的氦同位素组成为 ~3He/~4He＝0.26 * 10~(-6)～7.48 * 10~(-6)，相应的幔源氦的贡献额为 2.3%～63%，显示了明显的幔源氦信息，表明松辽盆地天然气藏中有幔源挥发份加入。烃类气藏甲烷的灿位素组成为 δ~(13)C＝-53.3‰～-16.7‰，δ~(13)C小于-25‰ 的甲烷是生物成因的产物，δ~(13)大于-25‰的甲烷则可能是非生物成因的。甲烷及其同系物的碳同位素组成存在两类不同的分配模式。正序排列的分析模式，即 δ~(13)C_(CH_4) < δ~(13)C_(C_2H_6) < δ~(13)C_(C_3H_8) < δ~(13)C_(C_4H_(10))，表明了生物成因天然气的特征，而反序排列的分配模式，即 δ~(13)C_(CH_4) > δ~(13)C_(C_2H_6) > δ~(13)C_(C_3H_8) > δ~(13)C_(C_4H_(10))的存在则暗示了松辽盆地存在非生物成因的商业天然气藏。模拟原始太阳星云中地球吸积区条件进行了原始宇宙成因烃类的合成实验（费托反应）。对合成气进行了碳同位素组成分析，并结合反应机理讨论了费托反应中碳同位素的分馏和原始宇宙成因烃类的碳同位素分配模式。反应合成气中二氧化碳具有最重的碳同位素组成。甲烷及其同系物的碳同位素分配模式具有与生物成因烃类完全不同的反序排列特征，即 δ~(13)C_(CH_4) > δ~(13)C_(C_2H_6) > δ~(13)C_(C_3H_8) > δ~(13)C_(C_4H_(10))，这表明由原始宇宙成因烃类构成的非生物成因天然气中甲烷及其同系物的碳同位素分配的反序排列的。对非生物成因天然气的判识应依靠多项指标。作为灵敏的幔源挥发份示踪剂的氦同位素是非生物成因天然气有效的间接指示剂，甲烷及其同系物碳同位素的反序排列分配模式加上重的碳同位素组成可作为非生物成因天然气的可靠的内在指标。松辽盆地的区域构造特征，天然气中显著的幔源氦的存在，较重的甲烷同位素组成 (δ~(13)C_(CH_4) > -25‰)和甲烷及其同系物碳同位素的反序排列充分证明了松辽盆地存在非生物成因的商业天然气藏。