油气的碳、氢稳定同位素研究是油气地球化学的重要组成部分。按油气的元素组成,稳定同位素相应包括碳、氢稳定同位素;硫、氮、氧稳定同位素;微量—痕量元素稳定同位素和稀有气体稳定同位素4部分。本节将着重介绍碳、氢稳定同位素。钱莹微博 一、有关同位素的基本概念
(一)同位素效应
在参与生物、化学、物理的作用过程中,元素的一种同位素被另一种同位素所取代,从而引起物理、化学性质上的变化.称为同位素效应。同位素效应可以明显地影响分子扩散迁移速率,化学反应速率等。同位素效应的根本原因是同位素质量上的差异,这种差异越大,则同位素效应越显著。 (二)同位素分馏作用
在各种地质作用过程中,由于各种同位素效应的存在,同一种物质或物相中,其同位素丰度仍保持相对的稳定性;而不同物质或物相间,其同位素的丰度则出现差异,引起上述现象的同位素转移和分配作用过程称为同位素分馏作用。
二、碳、氢稳定同位素在自然界的丰度、比值、标准和δ值 (一)碳、氢稳定同位素在自然界的丰度、比值和标准
原油中常见的碳、氢的稳定同位素在自然界的分布、比值符号和标准,如表1-17所示。
表1-17 自然界中碳、氢稳定同位素的符号、丰度、同位素比值及标准简表
(摘自Stark,Walleace,1975)
原子序数 | 同位素丰度(%) | 同位素比 | 比值 | 标准及符号 | δ值符号 |
1 | 1H 99.985 2H 0.015 | 2H/1H | 1.5×10-4 | 标准平均大洋水缩写号SMOW | 汪昱妻子 δD(‰,SMOW) |
6 | 12农业经济问题C 98.892 13C 1.108 | 13C/12C | 1.12×10-2 | 南卡罗来纳州白垩系皮狄组美洲板箭石缩写代号PDB | δ13C(‰,PDB) |
| | | | | |
自然界不同的含碳、氢物质的同位素丰度有着明显的区别,同位素的比值:D/H,13Cpubmed/12C也各不相同。利用这一特性可确定油气的成因,进行油气源对比和油气运移等研究。
(二)δ值的定义及不同标准δ值的换算
同位素比值的测量和对比单位一般是用干分数来表示的。δ值的定义如下:
式中的Rs为样品的同位素比值,对于碳、氢稳定同位素。分别以D/H、13C/12C;Rr为标准的稳定同位素比值(氢为SMOW的D无政府主义/H,碳为PDB的13C/12C)。
同一种元素的同位素在不同文献中所采用的标准有时不同。如碳同位素。不仅国外有多种标准,国内也有不同标准。常用的碳同位素标准的13C/12C值及国际常用标准(PDB)的δ13C值,如表1-18所示。
表1-18 常用的碳同位素标准的13C/12C值
标准名称 | 13C/12C | δ13C(‰,PDB) |
PDB(加哥标准) BaCO3(斯德哥尔摩标准) 石墨(NBS,No.21) 石油(NBS,No.22) 周口店灰岩(中国标准) 福一井甲烷(中国四川) | 1123.72×10-5 1112.15×10-5 1092.48×10-5 1090.68×10-5 1123.60×10-5 1084.40×10-5 | 0 -10.3 -27.8 -29.4 -0.1 -26.08 |
| | |
为了便于对比,通常要把一种标准换成另一种标准或国际标准。如将测得对A标准的δ值(马基雅维利δ13CA),换算成B标准的δ值(δ13CB)时,可用下列公式进行换算:
式中护δ13CB为求取对B标准的δ值;δ13CA为测得对A标准的δ值;RAr、RBr为A、B标准的13C/12C比值。
例如,四川进行碳同位素研究时,采用福一井的CH4为工作标准(即A际准),它的13C/12C的1084.4×10;测得纳16井P11-3A层的天然气(CH4)的δ13C值为4‰ (对福一井标准),代入上式求对周口店标准(B标准)的δ13C值,计算得-31.03‰;求PDB标准时,则为-31.13‰。