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中國常規能源構成：天然氣資源

2011年03月20日 15:17
來源：鳳凰網財經

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天然氣是一種多組分的混合氣體，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。在標準狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態存在，戊烷以上為液體。天然氣在燃燒過程中產生的能影響人類呼吸系統健康的物質極少，產生的二氧化碳僅為煤的40%左右，產生的二氧化硫也很少。天然氣燃燒后無廢渣、廢水產生，相較于煤炭、石油等能源具有使用安全、熱值高、潔凈等優勢。

定義

從廣義的定義來說，天然氣是指自然界中天然存在的一切氣體，包括大氣圈、水圈、生物圈和巖石圈中各種自然過程形成的氣體。而人們長期以來通用的“天然氣”的定義，是從能量角度出發的狹義定義，是指天然蘊藏于地層中的烴類和非烴類氣體的混合物，主要存在于油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣中。天然氣又可分為伴生氣和非伴生氣兩種。伴隨原油共生，與原油同時被采出的油田氣叫伴生氣；非伴生氣包括純氣田天然氣和凝析氣田天然氣兩種，在地層中都以氣態存在。凝析氣田天然氣從地層流出井口后，隨著壓力和溫度的下降，分離為氣液兩相，氣相是凝析氣田天然氣，液相是凝析液，叫凝析油。與煤炭、石油等能源相比，天然氣在燃燒過程中產生的能影響人類呼吸系統健康的物質極少，產生的二氧化碳僅為煤的40%左右，產生的二氧化硫也很少。天然氣燃燒后無廢渣、廢水產生，具有使用安全、熱值高、潔凈等優勢。但是，對于溫室效應，天然氣跟煤炭、石油一樣會產生CO2。因此，不能把天然氣當做新能源。

簡介

天然氣是一種多組分的混合氣體，主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體，如氦和氬等。在標準狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態存在，戊烷以下為液體。天然氣系古生物遺骸長期沉積地下，經慢慢轉化及變質裂解而產生之氣態碳氫化合物，具可燃性，多在油田開采原油時伴隨而出或純天然氣氣田。

天然氣蘊藏在地下多孔隙巖層中，主要成分為甲烷，比重約0.65，比空氣輕，具有無色、無味、無毒之特性。 天然氣公司皆遵照政府規定添加臭劑(四氫噻吩)，以資用戶嗅辨。天然氣在空氣中含量達到一定程度后會使人窒息。

若天然氣在空氣中濃度為5%～15%的范圍內，遇明火即可發生爆炸，這個濃度范圍即為天然氣的爆炸極限。爆炸在瞬間產生高壓、高溫，其破壞力和危險性都是很大的。 依天然氣蘊藏狀態，又分為構造性天然氣、水溶性天然氣、煤礦天然氣等三種。而構造性天然氣又可分為伴隨原油出產的濕性天然氣、不含液體成份的干性天然氣。

主要用途

1、天然氣發電，具有緩解能源緊缺、降低燃煤發電比例，減少環境污染的有效途徑，且從經濟效益看，天然氣發電的單位裝機容量所需投資少，建設工期短，上網電價較低，具有較強的競爭力。

2、天然氣化工工業，天然氣是制造氮肥的最佳原料，具有投資少、成本低、污染少等特點。天然氣占氮肥生產原料的比重，世界平均為80%左右。

3、城市燃氣事業，特別是居民生活用燃料。隨著人民生活水平的提高及環保意識的增強，大部分城市對天然氣的需求明顯增加。天然氣作為民用燃料的經濟效益也大于工業燃料。

4、壓縮天然氣汽車，以天然氣代替汽車用油，具有價格低、污染少、安全等優點。 目前人們的環保意識提高，世界需求干凈能源的呼聲高漲，各國政府也透過立法程序來傳達這種趨勢，天然氣曾被視為最干凈的能源之一，再加上1990年中東的波斯灣危機，加深美國及主要石油消耗國家研發替代能源的決心，因此，在還未發現真正的替代能源前，天然氣需求量自然會增加。

成因

天然氣與石油生成過程既有聯系又有區別：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、后成直至變質作用的始終；與石油的生成相比，無論是原始物質還是生成環境，天然氣的生成都更廣泛、更迅速、更容易，各種類型的有機質都可形成天然氣——腐泥型有機質則既生油又生氣，腐植形有機質主要生成氣態烴。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。近年來無機成因氣尤其是非烴氣受到高度重視，這里一并簡要介紹，最后還了解各種成因氣的判別方法。

一、生物成因氣

1.概念 生物成因氣—指成巖作用(階段)早期，在淺層生物化學作用帶內，沉積有機質經微生物的群體發酵和合成作用形成的天然氣。其中有時混有早期低溫降解形成的氣體。生物成因氣出現在埋藏淺、時代新和演化程度低的巖層中，以含甲烷氣為主。

2.形成條件 生物成因氣形成的前提條件是更加豐富的有機質和強還原環境。 最有利于生氣的有機母質是草本腐植型—腐泥腐植型，這些有機質多分布于陸源物質供應豐富的三角洲和沼澤湖濱帶，通常含陸源有機質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，是因為硫酸對產甲烷菌有明顯的抵制作用，H2優先還原SO42-→S2-形成金屬硫化物或H2S等，因此CO2不能被H2還原為CH4。 甲烷菌的生長需要合適的地化環境，首先是足夠強的還原條件，一般Eh＜-300mV為宜(即地層水中的氧和SO42-依次全部被還原以后，才會大量繁殖)；其次對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。

3.化學組成 生物成因氣的化學組成幾乎全是甲烷，其含量一般＞98%，高的可達99%以上，重烴含量很少，一般＜1%，其余是少量的N2和CO2。因此生物成因氣的干燥系數(Cl/∑C2+)一般在數百～數千以上，為典型的干氣，甲烷的δ13C1值一般-85～-55‰，最低可達-100‰。世界上許多國家與地區都發現了生物成因氣藏，如在西西伯利亞683-1300米白堊系地層中，發現了可采儲量達10.5萬億立方米的氣藏。我國柴達木盆地(有些單井日產達1百多萬方)和上海地區(長江三角洲)也發現了這類氣藏。

二.油型氣

1.概念 油型氣包括濕氣(石油伴生氣)、凝析氣和裂解氣。它們是沉積有機質特別是腐泥型有機質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質和早期形成的液態石油熱裂解形成的。

2.形成與分布

與石油經有機質熱解逐步形成一樣，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烴(C2～C4)即濕氣，以及由于高溫高壓使輕質液態烴逆蒸發形成的凝析氣。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，有機質亦進一步生成氣體，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，故干燥系數升高，甲烷δ13C1值隨有機質演化程度增大而增大。

對我國四川盆地氣田的研究(包茨，1988)認為，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，干燥系數由小到大(T：35.5→P：73.1→Z：387.1)，重烴由多到少。川南氣田中，天然氣與熱變瀝青共生，說明天然氣是由石油熱變質而成的。

三.煤型氣

1.概述

煤型氣是指煤系有機質(包括煤層和煤系地層中的分散有機質)熱演化生成的天然氣。 煤田開采中，經常出現大量瓦斯涌出的現象，如四川合川縣一口井的瓦斯突出，排出瓦斯量竟高達140萬立方米，這說明，煤系地層確實能生成天然氣。

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，重烴氣含量少，一般為干氣，但也可能有濕氣，甚至凝析氣。有時可含較多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等地層發現了特大的煤型氣田，這三個氣區探明儲量22萬億立方米，占世界探明天然氣總儲量的1/3弱。據統計(M.T哈爾布蒂，1970)，在世界已發現的26個大氣田中，有16個屬煤型氣田，數量占60%，儲量占72.2%，由此可見，煤型氣在世界可燃天然氣資源構成中占有重要地位。我國煤炭資源豐富，據統計有6千億噸，居世界第三位，聚煤盆地發育，現已發現有煤型氣聚集的有華北、鄂爾多斯、四川、臺灣—東海、鶯歌海—瓊東南、以及吐哈等盆地。經研究，鄂爾多斯盆地中部大氣區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。

2.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階段。前一階段，堆積在沼澤、湖泊或淺海環境下的植物遺體和碎片，經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，由泥炭化階段進入煤化作用階段，在煤化作用中泥炭經過微生物酶解、壓實、脫水等作用變為褐煤；當埋藏逐步加深，已形成的褐煤在溫度、壓力和時間等因素作用下，按長焰煤→氣煤→肥煤→焦煤→瘦煤→貧煤→無煙煤的序列轉化。

實測表明，煤的揮發分隨煤化作用增強明顯降低，由褐煤→煙煤→無煙煤，揮發分大約由50%降到5%。這些揮發分主要以CH4、CO2、H2O、N2、NH3等氣態產物的形式逸出，是形成煤型氣的基礎，煤化作用中析出的主要揮發性產物。

1.煤化作用中揮發性產物總量 2.CO2 3.H2O 4.CH4 5.NH3 6.H2S

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

第一次躍變發生于長焰煤開始階段，碳含量Cr=75-80%,揮發分Vr=43%，Ro=0.6%；

第二次躍變發生于肥煤階段，Cr=87%,Vr=29%,Ro=1.3%；

第三次躍變發生煙煤→無煙煤階段，Cr=91%，Vr=8%,Ro=2.5%；

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

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

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

在成煤作用中，各顯微組分對成氣的貢獻是不同的。長慶油田與中國科院地化所(1984)在成功地分離提純煤的有機顯微組分基礎上，開展了低階煤有機顯微組分熱演化模擬實驗，并探討了不同顯微組分的成烴貢和成烴機理。發現三種顯微組分的最終成烴效率比約為類脂組:鏡質組:惰性組=3:1:0.71，產氣能力比約為3.3:1:0.8，說明惰性組也具一定生氣能力。

四.無機成因氣

地球深部巖漿活動、變質巖和宇宙空間分布的可燃氣體，以及巖石無機鹽類分解產生的氣體，都屬于無機成因氣或非生物成因氣。它屬于干氣，以甲烷為主，有時含CO2、N2、He及H2S、Hg蒸汽等，甚至以它們的某一種為主，形成具有工業意義的非烴氣藏。 1. 甲烷 無機合成：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，分解產生的H、C、CO/CO2→CH4

2. CO2

天然氣中高含CO2與高含烴類氣一樣，同樣具有重要的經濟意義，對于CO2氣藏來說，有經濟價值者是CO2含量＞80%(體積濃度)的天然氣，可廣泛用于工業、農業、氣象、醫療、飲食業和環保等領域。我國廣東省三水盆地沙頭圩水深9井天然氣中CO2含量高達99.55%，日產氣量500萬方，成為有很高經濟價值的氣藏。

目前世界上已發現的CO2氣田藏主要分布在中—新生代火山區、斷裂活動區、油氣富集區和煤田區。從成因上看，共有以下幾種：

無機成因： ① 上地幔巖漿中富含CO2氣體當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可成大量CO2，當有地下水參與或含有Al、Mg、Fe雜質，98～200℃也能生成相當量CO2，這種成因CO2特征：CO2含量＞35%，δ13CCO2＞-8‰。③ 碳酸鹽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。 另外，有機成因有：

生化作用、熱化學作用、油田遭氧化、煤氧化作用

3.N2

N2是大氣中的主要成分，據研究，分子氮的最大濃度和逸度出現在古地臺邊緣的含氮地層中，特別是蒸發鹽巖層分布區的邊界內。氮是由水層遷移到氣藏中的，由硝酸鹽還原而來，其先體是NH4+。

N2含量大于15%者為富氮氣藏，天然氣中N2的成因類型主要有： ① 有機質分解產生的N2：100-130℃達高峰，生成的N2量占總生氣量的2.0%，含量較低；(有機)② 地殼巖石熱解脫氣：如輝綠巖熱解析出氣量，N2可高達52%，此類N2可富集；③ 地下鹵水(硝酸鹽)脫氮作用：硝酸鹽經生化作用生成N2O+N2；④ 地幔源的N2：如鐵隕石含氮數十～數百個ppm；⑤ 大氣源的N2：大氣中N2隨地下水循環向深處運移，混入最多的主要是溫泉氣。 從同位素特征看，一般來說最重的氮集中在硝酸鹽巖中，較重的氮集中在芳香烴化合物中，而較輕的氮則集中在銨鹽和氨基酸中。

4.H2S 全球已發現氣藏中，幾乎都存在有H2S氣體，H2S含量＞1%的氣藏為富H2S的氣藏，具有商業意義者須＞5%。據研究(Zhabrew等，1988)，具有商業意義的H2S富集區主要是大型的含油氣沉積盆地，在這些盆地的沉積剖面中均含有厚的碳酸鹽一蒸發鹽巖系。 自然界中的H2S生成主要有以下兩類： ① 生物成因(有機)：包括生物降解和生物化學作用；② 熱化學成因(無機)：有熱降解、熱化學還原、高溫合成等。根據熱力學計算，自然環境中石膏(CaSO4)被烴類還原成H2S的需求溫度高達150℃，因此自然界發現的高含H2S氣藏均產于深部的碳酸鹽—蒸發鹽層系中，并且碳酸鹽巖儲集性好。

5.稀有氣體(He、Ar、…) 這些氣體盡管在地下含量稀少，但由于其特殊的地球化學行為，科學家們常把它們作為地球化學過程的示蹤劑。He、Ar的同位素比值3He/4He、40Ar/36Ar是查明天然氣成因的極重要手段，因沿大氣→殼源→殼、幔源混合→幔源，二者不斷增大，前者由1.39×10-6→＞10-5，后者則由295.6→＞2000。 此外，根據圍巖與氣藏中Ar同位素放射性成因，還可計算出氣體的形成年齡。

分布

天然氣是存在于地下巖石儲集層中以烴為主體的混合氣體的統稱。包括油田氣、氣田氣、煤層氣、泥火山氣和生物生成氣等。主要成分為甲烷，通常占85-95%；其次為乙烷、丙烷、丁烷等。它是優質燃料和化工原料。其中伴生氣通常是原油的揮發性部分，以氣的形式存在于含油層之上，凡有原油的地層中都有，只是油、氣量比例不同。即使在同一油田中的石油和天然氣來源也不一定相同。他們由不同的途徑和經不同的過程匯集于相同的巖石儲集層中。若為非伴生氣，則與液態集聚無關，可能產生于植物物質。世界天然氣產量中，主要是氣田氣和油田氣。對煤層氣的開采，現已日益受到重視。

中國沉積巖分布面積廣，陸相盆地多，形成優越的多種天然氣儲藏的地質條件。根據1993年全國天然氣遠景資源量的預測，中國天然氣總資源量達38萬億m3，陸上天然氣主要分布在中部和西部地區，分別占陸上資源量的43.2%和39.0%。

中國天然氣資源的層系分布以新生界第3系和古生界地層為主，在總資源量中，新生界占37.3%，中生界11.1%，上古生界25.5%，下古生界26.1%。天然氣資源的成因類型是，高成熟的裂解氣和煤層氣占主導地位，分別占總資源量的28.3%和20.6%，油田伴生氣占18.8%，煤層吸附氣占27.6%，生物氣占4.7%。中國天然氣探明儲量集中在10個大型盆地,依次為：渤海灣、四川、松遼、準噶爾、鶯歌海-瓊東南、柴達木、吐-哈、塔里木、渤海、鄂爾多斯。中國氣田以中小型為主，大多數氣田的地質構造比較復雜，勘探開發難度大。1991-1995年間，中國天然氣產量從160.73億m3增加到179.47億m3，平均年增長速度為2.33%。

我國天然氣資源量區域主要分布在我國的中西盆地。同時，我國還具有主要富集于華北地區非常規的煤層氣遠景資源。

經過十幾年的艱苦勘探，成果已清晰地展現在世人面前。它表明，在我國960萬平方公里的土地和300多萬平方公里的管轄海域下，蘊藏著十分豐富的天然氣資源。

專家預測，資源總量可達40-60多萬億立方米，是一個天然氣資源大國。勘探領域廣闊，潛力巨大，前景十分美好。

近幾年，祖國的東南西北中天然氣勘探喜訊頻傳，初步為我們描繪出了21世紀天然氣發展的輪廓。

東，就是東海盆地。那里已經噴射出天然氣的曙光；

南，就是鶯歌海-瓊東南及云貴地區。那里也已展現出大氣區的雄姿； 西，就是新疆的塔里木盆地、吐哈盆地、準噶爾盆地和青海的柴達木盆地。在那古絲綢之路的西端，石油、天然氣會戰的鼓聲越擂越響。它們不但將成為我國石油戰略接替的重要地區，而且天然氣之火也已熊熊燃起，燎原之勢不可阻擋；

北，就是東北華北的廣大地區。在那里有著眾多的大油田、老油田，它們在未來高科技的推動下，不但要保持油氣穩產，還將有可能攀登新的高峰；

中，就是鄂爾多斯盆地和四川盆地。鄂爾多斯盆地的天然氣勘探戰場越擴越大，探明儲量年年劇增，開發工程正在展開。四川盆地是我國天然氣生產的主力地區，最近又有新的發現，大的突破，天然氣的發展將進入一個全新的階段，再上一個新臺階。

從北到南，從東到西，從陸地到海洋，天然氣的希望之火沖天旺，天然氣大國之夢將在希望之火中化成美麗七彩的火鳳凰。

隨著科技的發展，在未來的世界里人類肯定會找到比天然氣更為理想的能源。但不管將來誰取代天然氣，天然氣將起到向新能源邁進的不可替代的重要的橋梁作用。

[責任編輯：wangkt] 標簽：天然氣 甲烷 成因 氣田 

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