第一章 稳定同位素的基本概念 1
第一节 稳定同位素地球化学的研究内容 1
一、同位素的定义 1
二、研究内容 1
三、与地质学有关的同位素 3
第二节 稳定同位素的专用术语 4
一、同位素的组成与表示方法 4
二、同位素的分馏 6
三、同位素地质温度计原理 7
四、沉积碳酸盐的古温度计原理 7
第三节 自然界中的稳定同位素 9
一、大气圈的稳定同位素组成 10
二、水圈的同位素组成 10
三、生物圈的同位素组成 11
第二章 碳酸盐岩的稳定同位素分析技术 14
第一节 碳酸盐岩样品制备的基本要求 14
一、样品的地质代表性 14
二、实验室分析的技术要求 15
三、稳定同位素的分析步骤 17
第二节 碳酸盐的氧、碳同位素分析方法 17
一、McCrea分析法 18
二、Shackleton分析法 19
第三节 油田水(地下水)中碳酸根离子的碳、氧同位素分析法 21
第四节 微量样品及特殊样品的碳、氧同位素分析方法 21
一、小钻头取样技术 22
二、激光显微同位素分析技术 22
三、特殊样品的同位素分析技术 24
第五节 包裹体的稳定同位素分析方法 25
第三章 沉积有机质中碳同位素的分析方法 26
第一节 常规分析方法 26
一、方法与原理 26
二、实验方法 27
第二节 与元素分析仪的联机分析方法 28
一、方法原理 28
二、实验装置与实验步骤 28
三、实验方法讨论 28
第三节 天然气分析方法 30
一、常规的气态烃(C1—C5)分析 30
二、罐顶气的分析方法 31
三、天然气氢同位素的在线分析方法 31
第四节 单体烃碳同位素分析的前处理 33
一、分子筛法 33
二、尿素络合法 33
第四章 硫化物的同位素分析方法 34
第一节 硫同位素的基本特征 34
一、硫酸盐的无机还原作用 34
二、细菌对硫酸盐的还原作用 34
第二节 硫化物的同位素分析方法 35
一、实验原理 35
二、实验步骤(以Fritz法为例) 35
第三节 硫酸盐的分析方法 36
一、实验原理 36
二、实验步骤(以Halas法为例) 37
第四节 Kiba试剂法 37
一、Kiba试剂的制样方法 37
二、还原过程 37
第五章 气体同位素质谱仪工作原理 39
第一节 工作原理 39
第二节 常用的稳定同位素质谱分析原理 39
一、氧同位素的质谱分析 39
二、碳同位素的质谱分析 41
三、硫同位素的质谱分析 42
第三节 GC/C/MS在线碳同位素质谱仪工作原理 43
一、工作原理 43
二、GC/C/MS在线碳同位素分析的特殊要求 43
第六章 沉积岩的稳定同位素组成 47
第一节 沉积岩的氢、氧同位素组成 47
一、碎屑沉积物 47
二、化学风化产物(粘土岩或粘土矿物) 48
三、化学沉积岩 48
第二节 碳酸盐岩的碳、氧同位素组成 49
一、地质历史中碳酸盐岩的碳、氧同位素组成特征 49
二、海相碳酸盐的氧、碳同位素组成特征 49
三、湖相碳酸盐碳、氧同位素组成特征及影响因素 53
四、我国湖相碳酸盐岩的碳、氧同位素组成特征 55
第三节 水生生物钙质壳体的稳定同位素组成 57
一、水生生物钙质壳体的稳定同位素组成特点 57
二、水生生物壳体内稳定同位素组成的影响因素 58
三、水生生物壳体内稳定同位素组成的地质学意义 60
第四节 碳酸盐岩碳、氧同位素组成的地质应用 61
一、海相、湖相灰岩的区分 61
二、古水温的推断 62
三、古气候的推测 65
第五节 沉积岩中的硫同位素组成 67
一、地史中的硫同位素组成 67
二、非海相环境中的硫酸盐 68
三、沉积岩中的硫 68
第六节 沉积岩中的锶同位素组成 69
一、海相碳酸盐岩的锶同位素组成 69
二、非海相碳酸盐岩的锶同位素组成 69
第七章 稳定同位素地层学的概念与原理 71
第一节 稳定同位素地层学发展简史与基本原理 71
第二节 稳定同位素地层学研究的基本方法 72
一、稳定同位素数据的获得 72
二、稳定同位素曲线分段法 72
三、稳定同位素地层曲线与生物地层学方法的结合 73
四、稳定同位素地层学研究与磁性地层学的结合 76
第三节 稳定同位素地层学研究中的影响因素 76
一、成岩作用的影响 76
二、生物物种的影响 76
三、样品采集及处理过程中的影响因素 78
四、地层缺失的影响 78
第四节 地质历史中稳定碳同位素组成波动原因 78
一、“死劫难海洋”理论 79
二、其他影响因素 80
三、碳同位素δ13C值波动的石油地质学意义 81
第八章 常用的稳定同位素地层学方法 82
第一节 氧同位素地层学 82
一、氧同位素地层学的发展 82
二、研究方法与应用范围 82
三、应用实例 83
第二节 碳同位素地层学 84
一、碳同位素地层学的发展 84
二、研究方法与范围 85
三、碳、氧同位素地层曲线的配合解释 85
四、稳定同位素地层学与层序地层学的配合 88
第三节 沉积岩中有机碳同位素地层学 91
一、基本原理 91
二、地质应用 91
第四节 硫同位素地层学 94
一、硫同位素地层学的研究内容与应用范围 94
二、应用实例 95
三、潜在的“事件地层学”工具 96
第五节 锶同位素地层学 99
一、研究内容与应用范围 99
二、显生宙海洋中的锶同位素变化 100
三、地质应用 101
第九章 油田水与储层水中稳定同位素分析 104
第一节 有机质在不同沉积阶段的碳同位素组成特征 104
一、有机质在不同沉积阶段的变化 104
二、不同演化带内有机质及其反应产物的稳定同位素组成特征 105
三、油田水中HCO3-离子来源判断 108
第二节 碳酸盐胶结物的成因判断 109
一、基本原理 109
二、两个典型实例 111
第三节 储层水的来源判断 118
一、地表水 119
二、海水 120
三、蒸发残余水(天然盐水) 120
四、变质水 120
第十章 储层稳定同位素地球化学 123
第一节 储层内碳酸盐胶结物研究 123
一、碳酸盐胶结作用的地球化学分带 123
二、与沉积相有关的碳酸盐胶结物的碳、氧同位素组成分析 127
三、碳酸盐胶结物的重结晶与交代作用 129
第二节 稳定同位素分析在成岩作用研究中的应用 130
一、埋藏成岩过程中的同位素组成变化 130
二、其他类型岩层中碳酸盐的碳、氧同位素分析 132
第三节 储层孔隙形成与油气变化分析 136
一、孔隙度变化研究 136
二、储层内油气变化研究 139
第四节 硫与锶同位素在成岩作用与储层研究中的应用 141
一、硫同位素的应用原理 141
二、在储层研究中的应用 142
三、硫同位素与碳同位素的配合解释 142
四、锶同位素在储层研究中的应用 144
第十一章 沉积有机质的稳定同位素地球化学 146
第一节 干酪根的碳、氢同位素组成 146
一、干酪根的碳、氢同位素组成特征 146
二、影响干酪根同位素组成的因素 149
三、我国油气区干酪根碳同位素组成特征 152
第二节 干酪根碳同位素组成的演化规律 157
一、地史中的干酪根碳同位素组成演化 158
二、热成熟作用中干酪根同位素组成的演化 159
第三节 干酪根同位素组成的示踪原理 162
第四节 可溶有机质的稳定同位素组成 163
一、可溶有机质碳同位素组成特点 164
二、可溶有机质与干酪根碳同位素在油源对比中的应用 165
三、我国油气区可溶有机质的碳同位素组成 168
四、海相黑色页岩建造中沉积有机质的碳同位素组成 170
第十二章 石油的碳、氢同位素组成 174
第一节 石油的碳、氢同位素组成 174
一、石油的形成与同位素的分馏效应 174
二、海相石油与陆相石油的同位素组成特征 175
三、其他种类原油的同位素组成特征 177
四、油气运移对碳同位素分馏的影响 183
第二节 我国石油的碳同位素组成特征 183
第三节 地史时期原油碳同位素组成的变化规律 187
一、国外不同地质时期原油的碳同位素组成特点 187
二、我国不同地质时期原油的碳同位素组成 187
第四节 原油族组成的碳、氢同位素组成 190
一、不同族组分的碳、氢同位素组成特征 190
二、不同沉积相中石油族组分的同位素组成 192
三、生物降解及水冲刷作用对原油族组分同位素组成的影响 195
四、族组分同位素组成特征在油源对比中的应用 196
五、同位素组成与生物标志化合物的相关性 197
第五节 族组分的单体烃同位素组成 200
一、单体烃同位素组成的概念 200
二、不同成因原油中单体烃碳同位素组成 200
三、油源对比研究 207
第六节 石油中的硫同位素 209
第十三章 天然气的碳、氢同位素组成 211
第一节 影响天然气组成的因素 211
一、天然气的形成营力作用 211
二、天然气碳同位素组成与热成熟作用的关系 212
三、天然气氢同位素组成与热成熟作用的关系 214
四、运移作用对天然气同位素组成的影响 217
第二节 不同类型天然气的同位素组成特征 219
一、各种类型天然气同位素组成特点 219
二、不同类型天然气的同位素组成识别方法 225
第三节 我国油气区天然气的同位素组成特征 231
一、生物气的碳同位素组成 231
二、油型气与煤成气的同位素组成 234
三、无机成因气的同位素组成 238
第四节 天然气单体烃分子系列碳同位素组成 239
一、天然气单体烃分子系列碳同位素组成特征 239
二、天然气C5+轻烃碳同位素分析的地质应用 240
第五节 天然气中硫及稀有气体的同位素组成 241
一、天然气的硫同位素组成 241
二、天然气的氦同位素组成 242
三、天然气的氩同位素组成 244
第十四章 煤的同位素组成 246
第一节 煤化作用简介 246
一、煤的化学组成 246
二、煤化作用的实质 246
第二节 煤的同位素组成 247
一、煤的同位素组成 247
二、影响煤同位素组成的因素 250
三、不同地质时代煤的同位素组成 250
第三节 我国煤的同位素组成 251
一、我国煤的碳同位素组成特征 252
二、煤组分的碳同位素组成特点 253
第十五章 油气勘探与开发中的稳定同位素地球化学研究 255
第一节 地表化探与罐装烃研究中的稳定同位素分析 255
一、地表化探中的稳定同位素分析 255
二、罐装岩屑轻烃的碳同位素分析 260
第二节 稳定同位素分析在油藏地球化学与储层评价中的应用 262
一、油藏地球化学研究中的同位素分析 262
二、储层性能评价中的同位素分析 265
第三节 泥岩中成岩碳酸盐的碳、氧同位素组成分析 268
一、与生物气生成有关的“成岩碳酸盐”碳、氧同位素分析 268
二、利用“成岩碳酸盐”同位素组成推算古剥蚀度 272
三、油页岩中菱铁矿成因判断 274
第四节 天然气藏的同位素分析 275
一、气体组分“指纹图”技术 275
二、天然气藏开发中的同位素分析 278
三、天然气的成因类型与成熟度判识应用 280
参考文献 285