有机矿产中的碳同位素

煤的δ13C 值与现代陆生植物类似。各种不同时代煤的δ13C 值变化于-19

‰～-29‰之间。在从木质素演变成煤的过程中没有明显的同位素分馏。煤成熟期间形成的大量甲烷，其中一部分可以被煤吸附，由于 12CH4 比 13CH4 更容易扩散和解吸，煤系地层中 CH4 随着埋藏深度的增加，δ13C 值有升高的趋势。

石油的δ13C 值为-20‰～-35‰。比煤更富 12C。与植物总碳和有机碳相比，也是亏损 13C。石油的δ13C 值还受后期和次生作用影响。热蚀变和细菌降解作用可导致石油富集 13C。原油运移过程中随化学组份的改变也会引起同位素分馏，通常是沥青质、非烃和芳烃减少，而石蜡烃和饱和烃相对增加， 因而在运移过程中全油的δ13C 值降低。

尽管石油碳同位素组成总变化范围大于 10‰，但对单个油藏来说，δ 13C 值变化很小，一般在 1‰—2‰左右。如大庆油田原油的δ13C 值在-29‰～- 31‰。因此根据碳同位素组成可以对原油进行分类和对比，从而确定原油的性质和来源。在石油勘探中可应用碳同位素进行油—油、油—源岩对比来确定生油层。

天然气是碳氢化合物和非烃化合物的。混合物在同一气藏中，从甲烷到乙烷至更重的烃，13C 逐渐富集，二氧化碳比所有烃类都富 13C。甲烷是天然气的重要组成，因此，一般可以利用甲烷的δ13C 值来对天然气进行分类、对比。研究气的成因和成熟度，从而提供找气找油方向。

天然气甲烷的δ13C 值与石油和煤相比，富 12C。不同成因或来源的天然气甲烷δ13C 值很不相同，通常低δ13C 值（-55‰～-70‰）的甲烷是细菌活动的产物，与石油成熟过程有关的天然气甲烷的δ13C 值在-50‰（低成熟） 和-30‰（过成熟），这类天然气的重烃与甲烷之比值较高，富含 13C（大于

-30‰）的天然气甲烷与煤成气有关，其天然气中的重烃与甲烷之比较低。从甲烷的形成过程来看，有二种完全不同的机理，即生物成因和热成因。生物成因 CH4 是细菌在还原条件下对有机物分解而产生的，如沼气。热成因是由

温度引起的，主要与有机物的埋藏深度有关，在煤化作用和煤的变质作用以及石油成熟和裂化过程中都可以形成。总的来说，细菌成因 CH4 比热成因 CH4 富 12C 约 20‰—40‰或更多。因此，根据天然气中 CH4 的δ13C 值，可将天然气按不同成熟度阶段划分为：早期微生物成因干气（δ13C 为-55‰～-80‰或更低）、成熟期与油伴生的天然气（-42‰～-55‰）、成熟后期与凝析油有关的天然气（-36‰～-42‰）及过热的干气（大于-36‰）。

在相同成熟度情况下，陆相腐植型有机物生成的天然气 CH4 比海相腐泥型天然气甲烷富 13C。在有的气藏中，CH4 与 CO2 间达到同位素交换平衡，可以利用它们的△13C 值来计算天然气的形成温度。在许多天然气田中，CH4 的δ13C 值随深度而有规律增加，反映了生气层位或其埋深的不同。天然气运移过程中同位素分馏取决于气体组份的性质和运移方式。如果扩散控制运移过程，则富集轻同位素，如气体运移受溶解作用影响，则会导致重同位素相对富集。