沁水盆地北部太原组煤层气碳同位素特征及成因探讨

徐占杰¹，刘钦甫¹，郑启明²，程宏飞¹，李中平³，毋应科¹

1. 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院2. 河南工程学院资源与环境学院3. 中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心

摘 要：为了研究沁水盆地北部寺家庄太原组煤层甲烷（CH₄）及二氧化碳（CO₂）的成因,对11口煤层气井排采气进行了化学组分和同位素测试,探讨了煤层CH₄及CO2的成因及联系。结果表明:沁水盆地北部煤层CH₄平均体积分数为98.6%,CO₂为0.25%,N₂为1.07%;煤层CH₄碳同位素值介于-33.2‰^-40.8‰,平均值为-37.1‰,以煤热裂解成因为主,含有微生物CO₂还原成因CH₄,属于混合成因煤层气。沁北煤层CH₄碳同位素分馏起主导作用的是解吸-扩散-运移作用,储层浅部压力小,含轻碳同位素的CH₄优先解吸,经扩散运移至上部地层进而逸散到大气中。煤层CO₂的δ¹³C值为-15.9‰⁺0.05‰,平均值为-8.6‰,为煤热演化初期或最近一次煤层抬升再沉降后煤中有机质热裂解产生,碳同位素较重的地方受地下水或微生物CO₂还原作用影响。煤层CO₂碳同位素随煤层埋藏变浅而变重,浅部煤层微生物CO₂还原作用强,使CO₂碳同位素变重。

关键词：煤层气;碳同位素;沁水盆地;成因;微生物气;