頁巖氣組分

從化學成分上來看，頁巖氣是典型的由甲烷組成的干氣(甲烷占90%以上)，但是有一些地層產濕氣。各地區頁巖氣組分不同，一般通過甲烷、乙烷及丙烷(C1，C2及C3)的相對含量來區別生物氣、熱解氣，因為微生物作用下泥頁巖主要生成以甲烷為主的碳氫化合物(Rowe和Muehlenbachs，1999)。以福特沃斯(Fort Worth)盆地頁巖氣組分數據為例(表6－3):氣體以甲烷為主，所占比例52%～93%;其次為濕氣，所占比例3%～43%;氮氣、二氧化碳等非烴氣體含量小于7%。氣體成熟度通常以鏡質組反射率(Ro)為標準，福特沃斯(Fort Worth)盆地頁巖氣成熟度范圍大體從0.7%～1.2%。巴涅特(Barnett)頁巖及Boonsville的少數樣品表現出高成熟度(Hill et al.，2007)。

表6－3福特沃斯(Fort Worth)盆地生產井頁巖氣組分表

(據Hill et al.，2007)

然而更重要的是，純甲烷可以通過富含有機質頁巖或煤層內的熱流運移生成。運移過程中“色層分析”效應會在這些巖層中產生，從而使更長鏈烴類留在原來的地層中(Price和Schoell，1995)。從新奧爾巴尼(New Albany)盆地米德郡頁巖氣樣品組分的分析數據可以很明顯地看出，隨著地層深度的增加，甲烷含量從高達92%降低到40%左右，而隨地層深度增加，乙烷、丙烷和二氧化碳含量均有不同程度的增加，呈正相關關系，特別是乙烷、丙烷含量從不到1%增加到10%以上。但是二氧化碳與乙烷、丙烷含量卻呈負相關關系，如樣品7的二氧化碳百分含量達到10.23%，乙烷、丙烷百分含量均在1%以下(表6－4)，既有生物甲烷氣體進入造成對其他氣體稀釋的原因，也有可能是由于微生物活動過程中對長鏈烷烴的厭氧氧化，使二氧化碳含量相對增加。

表6－4新奧爾巴尼(New Albany)盆地米德郡頁巖氣樣品組分表

研究表明，隨著溫度升高甲烷碳同位素值增大。熱成熟度及甲烷碳同位素的關系通過經驗(Jenden，1985)及數學關系(Tang et al.，2000)得到。生物甲烷碳同位素含量同時也有很大的變化，主要是受到甲烷母質碳同位素和主要代謝路徑的影響。天然氣各組分碳同位素的變化也是由于溫度、H+、源巖等導致環境壓力變化的結果(Sugimoto和Wa-da，1995)。最終同樣影響熱解氣的后生作用，也會改變生物氣的組分。

圖6－1是比較頁巖氣中生物成因氣、熱解氣及混合成因氣的地球化學特征和氣體含量隨深度變化的差異。前三組是用新奧爾巴尼(New Albany)頁巖做的實驗，第四組為安特里姆郡(Antrim)頁巖樣品，分析天然氣組分摩爾百分含量隨著深度的變化規律。第一、二組樣品具有多變的甲烷摩爾百分含量，二氧化碳為高值區，乙烷、丙烷卻表現為低值，推斷該頁巖氣為生物成因。由于新奧爾巴尼(New Albany)頁巖埋藏相對較淺，具有一定的孔滲性，因此頁巖氣的運移能力有所增強。第三組樣品在相同深度情況下，具有最低的甲烷摩爾百分含量，乙烷、丙烷摩爾百分含量卻高于第一、二組的樣品，這種趨勢和組分含量顯示頁巖氣為熱成因氣。第四組安特里姆郡頁巖氣樣品二氧化碳濃度高，乙烷、丙烷摩爾百分含量相對較低(Martini，2008)。

圖6－1壓碎頁巖樣品提取的天然氣組分及具代表性的鉆井天然氣總氣體含量與深度關系圖 (據Hill，2000)

生物成因氣所在的層位其天然氣總量是最高的。盆地之間頁巖氣組分等地球化學性質的差異大致是由于微生物作用甲烷生成量的不同造成的。因此，深度和靜水壓力值實際上并不能很好的預測天然氣總量，以安特里姆郡(Antrim)頁巖與新奧爾巴尼(New Albany)頁巖樣品的含氣量為例，雖然其埋深相差很大，但樣品的含氣量卻沒有明顯的差別。