页岩气析出过程中的H同位素分馏及地质意义

作者：马勇; 李大华^*; 黄越; 罗彤彤; 汪生秀; 张海鹏; 钟宁宁

来源：地球化学, 2023, 1-12.

DOI：10.19700/j.0379-1726.2023.02.013

• 页岩气
• H同位素
• C同位素
• 同位素分馏
• 赋存状态

采用长时间储层温度下页岩气现场解吸实验， 揭示页岩气析出过程中气体赋存状态变换与气体组分及甲烷H、C稳定同位素的关联性。结果表明， 与解吸气甲烷C同位素δ13C1早期变化幅度较小、后期持续变重的现象不同， 甲烷H同位素δD(CH4)具有明显先变轻后变重的规律， 且在解吸至40%～50%阶段后与C同位素同步变重。依据δD(CH4)变化规律及页岩含气性、气体渗流特征， 可将页岩气析出过程划分为游离气压差渗流、游离气渗流–吸附气解吸扩散共存和吸附气解吸扩散3个阶段: 阶段Ⅰ裂隙及基质孔隙中的游离气在压差作用下渗流， 产出页岩气的δD(CH4)和δ13C1基本不变; 阶段Ⅱ游离气渗流与吸附气解吸扩散共存， 质量较轻的12CH4优先脱附， 吸附气的补给使得产出气体的δD(CH4)显著变轻(变轻4‰～10‰)， 而δ13C1 变轻的现象并不显著; 阶段Ⅲ析出的气体主要来自吸附气解吸， 受吸附–解吸和扩散作用的共同影响， 产出气体的δD(CH4)(增重21.9‰～32.9‰)和δ13C1(增重15‰～20‰)显著变重。δD(CH4)对页岩气析出过程气体赋存状态变换的响应比δ13C1更敏感和有效， 因此有望建立一种基于页岩气析出过程中δD(CH4)变化规律预测页岩气产量的定量评价方法。

• 单位
  重庆地质矿产研究院; 中国石油大学（北京）