天然气是怎么形成的？

天然气的形成

几乎所有的天然气都是在地下储集层中发现的，且常常与石油伴生。天然气与石油是那些千万年前死亡的植物和动物遗体沉积到湖泊或海洋底部形成的。大部分的这种有机质在空气中被分解 （氧化）并散失在大气中，但有一些则在被分解之前就掩埋了，或者在不流通的、缺氧的水体中沉积下来，不会被氧化破坏。

随着时间的推移，砂、泥和其他沉积物被石化了（被压缩成岩石）。随着这些沉积物的向上堆积，这些有机质就被保存在沉积岩内。最终，在这些不断积累的沉积层中，重量产生的压力和热力将这些有机质转变成了天然气和石油。沉积的“源”岩包括煤层、页岩及一些石灰岩，由于富含有机质而呈暗色。许多沉积盆地主要生成天然气。

煤是由木质在一定的温度与时间条件下形成的。木质与煤具有一种相似的化学性质——它们只能生成甲烷。这就是煤矿为什么危险而且能够发生爆炸的原因。钻井常常钻入煤层去勘探煤层气，这是当木质被转化为煤时常形成纯甲烷气。这种煤层气可以被煤层吸附并沿着煤的天然裂隙分布，这些裂隙一旦被破坏，先释放出水，然后放出甲烷。产出煤层气的盆地有新墨西哥州与科罗拉多州的SanJuan盆地和阿拉巴马州的Black Warrior盆地。

在其他类型的沉积盆地中，决定生成石油或天然气的主要原因是温度。在相对较浅的深度，温度尚未达到生成石油的高度，细菌的活动迅速地生成了生物成因（或微生物）的天然气，它们几乎全为甲烷 （图1.1）。

图1.1　石油与天然气生成示意图（引自Norman Hyne所著《石油勘探与开发》，PennWell， 1995）

在通常说的沼泽气中，这种生物成因的天然气很难被保存下来，它们大部分渗漏到了大气中。然而，世界上最大的天然气田——西伯利亚的尤里根（Urengoy）气田就是生物成因的。那里天然气被圈闭在不具渗透性的封冻层 （永冻层）之下，该气田的储量达285×1012ft3（8× 1012m3）。

在较深的层位和较高的温度下（高于300℉或150℃），可以生成热成因气。这种天然气可以被圈闭在地下的储集层内，储集层上面有一套非渗透性的“盖层”岩石，它可以阻止天然气向上渗漏。在一些天然气储集层中，高温会汽化较重的液态烃类。当天然气生成，而且温度下降时，这些烃类会重新液化并形成凝析油。这种液体几乎全是汽油，常常被称为天然汽油。在除去乙烷、丙烷和丁烷后，这种凝析油被称为天然气液化 （NGL）。“湿”气是含有凝析油的以气体形态储存在储集层中的天然气 （甚至在开采时依然保持这种状态），可一旦开采到地表，就成为凝析油。“干”气是纯的甲烷，其不论在储集层中还是在地表，都不会出现液体状态。

在更大的深部层位，如在 18000ft（5500m）以下的更高温深处，石油也会被转化为天然气和石墨 （碳），发生了与炼油厂内相似的热“裂解”作用，在那里，较大的烃类分子被分解。在这一深度之下，储集层中仅有气体存在，绝大多数深井都是为了寻找天然气而钻探的。在许多深钻井进入砂岩天然气藏时都会发现，那些砂粒被碳包裹着。显然，原来的石油被埋藏得过深并被热裂解成了天然气。

关于天然气成因的一种不寻常的理论是无机成因学说 （非生物形成），是由Thomas Gold提出的。他是一位天体物理学家，他提出的这一理论受到了石油工业界的怀疑。根据这一理论，无机成因的天然气是这样形成的：陨星撞击地球时所携带的碳与大气层中丰富的氢结合先形成了固态的烃类，然后被加热形成甲烷。如果这一理论成立，那么，地球就可能在更深的部位含有比目前人们想像的更为丰富的天然气资源，而且其分布的位置也不是目前所发现天然气的常规区域和层位。为了验证这一假设勘探人员在瑞士的Siljan Ring钻了一口深井，井位布在一块古老的变质岩脉上，但并未发现什么天然气。由于遇到了难以钻穿的花岗岩岩层，该井于1989年在22824ft（6957m）的深度完钻。

天然气的运移与聚集

天然气有两种途径可以从其生成的烃源岩中被排出：一是随着岩石埋深的加大，压力增加，岩石被压紧，岩石中的孔隙空间被减少，天然气就被挤出。二是，随着天然气的不断生成，它的体积增加，岩石中就会产生裂隙，将气体排出。由于天然气的密度小，它会随着裂隙与断层面向上运移，或者沿水平方向运移，然后沿着可渗透性岩石层向上运移。这种来自烃源岩的天然气垂直于水平方向上的运动称为运移。

天然气在地下被圈闭需要有一些非渗透性的、分布在其上方的盖层岩石。如果在运移的途中没有圈闭，天然气就会向上渗透，最终散失到地表。实际上，地史时期所形成的天然气绝大多数并没有被圈闭住，而是散失了。这就是为什么许多探井无法产出天然气的原因。此外，由于这种运移，原来在地球较深部位生成的天然气可以在较浅的部位被圈闭。

一旦天然气运移进入了圈闭，就会聚集在圈闭的顶部并充填岩石内的孔隙。如果圈闭中也存在石油，与石油“伴生”的天然气或者在油层之上的储层中，或者溶解在石油中。伴生的天然气含有许多除甲烷之外的烃类物质。圈闭内“非伴生气”与油层并不接触。在非伴生气的井中，产出的天然气几乎全为甲烷。

含有天然气的储集层岩石必须是孔隙性和渗透性的。孔隙度是测量储集岩储集流体 （天然气或石油）能力的指标。渗透率是测量这类流体流过岩石难易程度的指标。绝大多数储集岩是可以在“致密的”（低渗透率）的地层中被发现的。

天然气形成的原因有三种：

1、生物原因形成，地表以下的成岩作用时，浅层沉积了许多有机质，经过微生物群的发酵和合成作用，就形成了生物原因的天然气，这种天然气埋藏的深度比较浅，而且时代比较新，演化的程度也比较低。

2、有机原因天然气，有机原因生成的气体有油型气和煤型气，主要是通过沉积中的有机物质，在热降解的过程中形成。

3、无机原因天然气，地球上的元素通过像太阳那样的核聚变，碳元素由于发生较轻的元素核聚变的时候，和原本大气中有的氢元素发生反应，形成无机原因天然气。

发展状况

在70年代世界能源消耗中，天然气约占 18%～19%。

2006-2010年，我国天然气剩余技术可采储量由3.0万亿立方米增至3.8万亿立方米，增长25.90%天然气产量从586亿立方米增至968亿立方米，增长65%。

2011年1-10月中国天然气产量达到826亿立方米，同比增长6.60%。尽管储量及产量均出现大幅增长，仍满足不了国内天然气市场消费需求。

天然气供应量的增长不及消费量的增长速度，国内天然气供需不平衡，导致我国天然气进口量不断攀升。2011年1-10月，我国进口天然气约250亿立方米，同比增长近1倍。

1、生物成因

成岩作用（阶段）早期，在浅层生物化学作用带内，沉积有机质经微生物的群体发酵和合成作用形成的天然气称为生物成因气。其中有时混有早期低温降解形成的气体。生物成因气出现在埋藏浅、时代新和演化程度低的岩层中，以含甲烷气为主。生物成因气形成的前提条件是更加丰富的有机质和强还原环境。

2、有机成因

沉积有机质特别是腐泥型有机质在热降解成油过程中，与石油一起形成的天然气，或者是在后成作用阶段由有机质和早期形成的液态石油热裂解形成的天然气称为油型气，包括湿气（石油伴生气）、凝析气和裂解气。

3、煤型气

煤田开采中，经常出现大量瓦斯涌出的现象，如重庆合川区一口井的瓦斯突出，排出瓦斯量竟高达140万立方米，这说明，煤系地层确实能生成天然气。

煤型气是一种多成分的混合气体，其中烃类气体以甲烷为主，重烃气含量少，一般为干气，但也可能有湿气，甚至凝析气。有时可含较多Hg蒸气和N2等。

4、无机成因

地球深部岩浆活动、变质岩和宇宙空间分布的可燃气体，以及岩石无机盐类分解产生的气体，都属于无机成因气或非生物成因气。它属于干气，以甲烷为主，有时含CO2、N2、He及H2S、Hg蒸汽等，甚至以它们的某一种为主，形成具有工业意义的非烃气藏。

扩展资料：

天然气用途：

1、工业燃料

以天然气代替煤，用于工厂采暖，生产用锅炉以及热电厂燃气轮机锅炉。天然气发电是缓解能源紧缺、降低燃煤发电比例，减少环境污染的有效途径，且从经济效益看，天然气发电的单位装机容量所需投资少，建设工期短，上网电价较低，具有较强的竞争力。

天然气发电，通过处理天然气以后，然后安装天然气发电机组来提供电能。

2、工艺生产

如烤漆生产线，烟叶烘干、沥青加热保温等。

3、天然气化工工业

天然气是制造氮肥的最佳原料，具有投资少、成本低、污染少等特点。天然气占氮肥生产原料的比重，世界平均为80%左右。

4、城市燃气事业

特别是居民生活用燃料，包括常规天然气，以及煤层气和页岩气这两种非常规天然气。主要是生产以后并入管道，日常使用天然气。随着人民生活水平的提高及环保意识的增强，大部分城市对天然气的需求明显增加。天然气作为民用燃料的经济效益也大于工业燃料。

5、压缩天然气汽车

以天然气代替汽车用油，具有价格低、污染少、安全等优点。国际天然气汽车组织的统计显示，天然气汽车的年均增长速度为20.8%，全世界共有大约1270万辆使用天然气的车辆，2020年总量将达7000万辆，其中大部分是压缩天然气汽车。

天然气是优质高效的清洁能源，二氧化碳和氮氧化物的排放仅为煤炭的一半和五分之一左右，二氧化硫的排放几乎为零。天然气作为一种清洁、高效的化石能源，其开发利用越来越受到世界各国的重视。全球范围来看，天然气资源量要远大于石油，发展天然气具有足够的资源保障。

6、增效天然气

是以天然气为基础气源，经过气剂智能混合设备与天然气增效剂混合后形成的一种新型节能环保工业燃气，燃烧温度能提高至3300℃，可用于工业切割、焊接、打破口，可完全取代乙炔气、丙烷气，可广泛应用于钢厂、钢构、造船行业，可在船舱内安全使用，现市面上的产品有锐锋燃气，锐锋天然气增效剂。

参考资料：百度百科-天然气

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