沁水盆地煤层气井排采水地球化学特征及来源示踪

次生生物气与地下水之间存在一定的关系,特别是在煤层气等天然气储层中,了解地下水与次生生物成因甲烷之间的关系对于天然气勘探和开发具有重要意义。基于中国沁水盆地6个区块的57个煤层气井排采水和3个河水样品的化学组成、氢氧同位素组成(δ18O_(H_(2)O))和δD_(H_(2)O)以及溶解无机碳(DIC)碳同位素组成(δ13C_(DIC)和Δ14C_(DIC)),深入剖析地下水与次生生物成因甲烷之间的复杂关系。结果表明:氢氧同位素分布在大气降水线附近,煤层气井排采水主要来源于大气降雨,硫酸盐微生物还原作用是郑庄和阳泉区块氘同位素富集的主要原因。研究区煤层气井排采水化学组成以Na⁃HCO_(3)型为主,其变化受到水—岩相互作用、阳离子交换等过程的控制。沁水盆地6个研究区块煤层气井排采水的稳定碳同位素呈现高δ13C_(DIC)值(-4.19‰~34.80‰,平均为16.51‰)且与溶解无机碳含量呈明显正相关关系可能是微生物产甲烷作用的结果。煤层气井排采水中δ13C_(DIC)与SO_(4)^(2-)的负相关性以及δ正漂移等指标也指向沁水盆地不同成熟度煤岩中次生生物成因甲烷的广泛存在。δ13C_(DIC)与镜质体反射率(R_(Omax))的负相关性进一步表明沁水盆地不同成熟度煤层中广泛存在次生生物成因甲烷,且在浅埋藏和成熟度较低的煤层中最为显著。地球化学与微生物学的结合将会进一步阐明次生生物甲烷的形成途径和机制。