第三章 天然气
27.天然气是从哪来？
天然气与煤炭、石油并称目前世界一次能源的三大支柱。天然气的蕴藏量和开采量都很大，其基本成分是甲烷，是优质燃料和化工原料。它不仅作为居民的生活用燃料，而且还被用作汽车、船舶、飞机等交通运输工具的燃料。由于天然气热值高，燃烧产物对环境污染少，被认为是优质洁净燃料。
天然气是地下岩层中以碳氢化合物为主要成分的气体混合物的总称，其中甲烷占80%～90%。天然气按在地下存在的相态可分为游离态、溶解态、吸附态和固态水合物。天然气按照其储藏状态的不同分为伴生气和非伴生气两种。顾名思义，当天然气田与石油层共存，开采的同时也有石油被开采出来的天然气就被称为伴生气。这种伴生气大约占整个天然气储存的40%，大部分由原油中的挥发性组分所组成。由于它是与石油共存，存在于油田中，所以又称作“油田气”。它溶解在石油中或形成油田构造中的气帽，并对石油储藏提供气压。
而非伴生气自然是不依靠着石油存在的天然气了，包括气田天然气和凝析气田天然气，在底层下就以气体存在。凝析气田天然气有一个奇怪的现象，把它从地下开采出后以后，由于地表压力、温度忽然下降，它就会分离为气液两相，气相是凝析气田天然气，液相是凝析液，被称作凝析油。在地下是气体，一旦到达地面就变成液体，是不是很神奇？
从开采角度，人们把天然气分为常规天然气和非常规天然气。常规天然气是指由常规油气藏开发出的天然气，包括采自气田的天然气和油田的伴生气。非常规天然气是指在地下的储存状态和聚集方式与常规天然气有明显差异的天然气。主要有页岩气、煤层气、致密砂岩气、深盆气、可燃冰及浅层生物气等。由于其成因、成藏机理与常规天然气不同，开发难度较大。常规天然气和非常规天然气的基本区别见表2-1。
表2-1 常规天然气和非常规天然气的基本区别
天然气是怎样生成的？天然气成因在学术界争论由来已久。按成因可分为4种类型，即生物成因气、油型气、煤型气和无机成因气。当然，自然界也广泛存在成因上既有无机来源又有有机来源混杂在一起的天然气，被视为混合成因气。但在勘探实践中，多用“混合气”来描述由油和煤、油和生物甲烷菌作用形成的天然气混合物。
生物成因气是指成岩作用阶段早期，在浅层生物化学作用带内，沉积的有机质经微生物的群体发酵和合成作用形成的天然气。生物成因气形成的前提条件是丰富的有机质和强还原环境。最有利于生气的有机母质是草本腐殖型-腐泥腐殖型，这些有机质多分布于陆源物质供应丰富的三角洲和沼泽湖滨带，通常含陆源有机质的砂泥岩系列最有利。生物成因气出现在埋藏浅、时代新和演化程度低的岩层中，其化学组成几乎全是甲烷，其含量一般>98%，高的可达99%以上，重烃含量很少，一般<1%，其余少量的CO2和N2。在我国东海、云南陆良、百色盆地等地都有生物成因的天然气田发现。
油型气包括湿气（石油伴生气）、凝析气和裂解气。它们是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，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。
煤型气是指煤系有机质（包括煤层和煤系地层中的分散有机质）热演化生成的天然气。煤型气的原始有机质基本组成是碳水化合物及木质素，主要来自于各种门类的植物遗体。它们随着埋深的增加，经煤化作用演变成不同煤阶的煤，或者伴随矿物质经成岩作用形成腐殖型干酪根。从成因上讲，煤成气和煤层气都属于煤型气。煤成气由生气母岩（煤层、碳质泥岩、泥岩）中扩散、运移出来的部分煤型气。聚集并储存于其他储层（如砂岩、砾岩、灰岩）中，可形成不同规模的常规工业性气藏，是煤成气的主要部分，为勘探、开发主要对象。煤层气俗称“瓦斯”，主要成分是甲烷，是基本上未运移出煤层，以吸附、游离状态贮存于煤层及其围岩中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，其热值是通用煤的2～5倍，燃烧后几乎没有污染物，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。
无机成因气泛指无机物质在各种自然环境下经复杂地质作用形成的天然气，通常包括地球深部岩浆活动、变质作用、无机矿物分解作用、放射作用所形成的岩浆气、变质岩气和各种无机岩分解气以及宇宙空间所产生的宇宙气体。由此看来，这类天然气的形成一般是不涉及有机物质的参与和反应的。无机成因气属于干气，以甲烷为主，有时含CO2、N2、He及H2S、Hg蒸汽等，或以它们的某一种为主，形成具有工业意义的非烃气藏。
此外，在地球的大气圈和岩石圈中还广泛存在着由上述各种成因气体混合而成的气体。这种混合成因气在物质组成、形成背景和贮存状态上往往各不相同，各具特色。