地球深部来源的天然气

本文试图通过四川省威远气田震旦纪天然气化学组成特征的研究,探讨该天然气主要是来源于地球深部非生物成因甲烷气的可能性。     

冰封的能源--天然气水合物

天然气水合物是由水和天然气混合后在一定的温度、压力、气体饱和度、水的盐度和pH值等条件下形成的冰状或雪花状的结晶化合物。组成天然气的成分有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)等同系列烃类化合物或这些烃类化合物的混合物，还包括部分二氧化碳(CO2)、溴气(Br2)、二氧化硫(SO2)、氮     

南海北部神狐海域冷泉碳酸盐烟囱的甘油醚类生物标志化合物及其碳同位素组成

在现代冷泉体系中, 甲烷缺氧氧化(AOM)是海洋沉积物中甲烷消耗的主要途径.AOM 以微生物, 即甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌为媒介氧化甲烷, 并还原硫酸根,同时促进冷泉碳酸盐岩的形成. 东沙海区冷泉碳酸盐岩中的生物标志化合物为烃类和醚类异戊二烯. 与东沙海区不同的是, 神狐海区同时存在甲烷缺氧氧化古细菌相关和硫酸盐还原细菌相关的两大类生物标志化合物. 在样品中发现了3 种AOM标志化合物: 含双植烷链的甘油醚(archaeol)、非类异戊二烯结构的二烷基甘油醚(DAGE 1f)和单环二植基甘油二醚(单环MDGD). 这些化合物具有强烈亏损的δ¹³C值(δ¹³C值在-15‰ ~ -104‰之间),明显低于一般海相沉积物中脂类的δ¹³C值, 充分表明其生物成因的甲烷来源. 神狐海区烟囱状的冷泉碳酸盐岩同时反映了该海区曾经发生过持续的富甲烷流体的喷流活动, 推测天然气水合物的分解可能是该海区烃类活动的一个重要原因.     

运移分馏作用凝析油和蜡质油形成的一种重要机制

地下深部的烃类物质在由断裂诱导的压力释放和过量干气注入的共同作用下会导致油、气两相流体的产生．由于不同原油组分在气液两相中的分配系数不同，低碳数的烃类更易溶解在气相中，形成凝析油；而高碳数的烃类则残留在油相中，形成蜡质含量较高的油藏．这种分馏过程同时导致通常与源岩有机质或热成熟度有关的原油组分参数（如饱和烃／芳烃值）和甾萜烷分子参数的广泛变化，原油δ~(１３)Ｃ值也因此变重１％左右．     

草本沼泽泥炭不同演化阶段气体碳氢同位素组成及其演化特征

煤层气聚集存在着“累积聚气”和“阶段聚气”两种形式. 目前缺乏“阶段聚气”煤层气的地 球化学特征和指标的研究. 通过草本沼泽泥炭在不同温度下制备的样品进行热模拟实验, 获得 了不同演化阶段甲烷和乙烷的碳、氢同位素组成和演化规律. 发现甲烷和乙烷碳同位素组成明 显地受原始样品演化程度的影响, 而氢同位素组成主要与成熟度密切相关. 确定了成煤有机质 从Ro 为1.2%, 1.7%, 2.4%, 3.2%, 3.7%分别演化至Ro 5.7% (4.8%)之间生成的气体碳、氢同位素 组成. 建立了成煤有机质在不同演化阶段热解气体碳、氢同位素组成与Ro 之间的关系和甲烷 与乙烷的碳、氢同位素之间的关系式. 这些为研究不同成熟度区间生成的煤层气的成因和“阶 段聚气”的煤层气地球化学特征认识及其成因判识提供了科学依据. 并且, 将这些研究结果应 用到我国沁水盆地南部煤层气研究, 认为该地区煤层气是在中侏罗世以后聚集而成, 具有“阶 段聚气”的特征, 这与地质研究结果相一致, 从而证明了热模拟研究成果对自然界煤层气成因 的判识具有重要的科学意义.     

可燃冰

科学家发现,地球上有一种可燃气体和水结合在一起的固体化合物,因外形与冰相似,所以叫它“可燃冰”。这种可燃冰的形成有两条途径:一是气候寒冷致使矿层温度下降,加上地层的高压力,使原来分散在地壳中的碳氢化合物和地壳中的水形成气-水结合的矿层。二是由于海洋里大量的生物和微生物死亡后留下的遗尸不断沉积到海底,很快分解成有机气体甲烷、乙烷等,这样,它们便钻进海底结构疏松的沉积岩微孔,和水形成化合物。可燃冰年复一年地积累,形成延伸数千至数万里的矿床。它每m3中含有200m3的可燃气体,已探明的储量比煤炭、石油和天然气加起来的储量…     

煤层中次生生物气的形成途径与母质综合研究

微生物究竟利用煤岩中的哪些物质并通过何种具体途径形成次生生物气,煤层中是否含有丰富的此类物质可形成大量的次生生物气,是重要的基础科学问题.在多方面研究的基础上,运用气体同位素示踪、煤有机地球化学分析与煤热模拟产气实验等方法,对上述问题进行了系统的综合性研究.结果表明:次生生物气形成的具体途径是微生物还原CO2;产次生生物气的煤层具有遭受过微生物降解的特征;热成因气态重烃亦经历了微生物的改造并有可能形成微生物成因CO2;煤在热演化过程中可形成大量的CO2、较多的H2和一定量的气态重烃,加之微生物成因的CO2及煤层水,都可成为次生生物气的直接母源物质.故可溶有机质与气态重烃等组分都可为其他微生物所利用并最终形成次生生物气的母源先质.中低热演化程度的煤层中这些组分丰富,应是形成和寻找次生生物气的主力煤层.     

中国东部盆地天然气中氙同位素过剩

在大陆环境中,相对于大气的~(129)Xe过剩在美国的Harding County和澳大利亚Caroline的二氧化碳气井,以及美国Navajo和印度Gujarat的烃类气中发现.这些~(129)Xe过剩,是地球早期形成现已灭绝的放射性核素~(129)I的衰变产物,它代表着地壳中地球原始组成的加入.中国东部由于拉张,沿北东～南西向断裂构造带分布着一系列中.新生代沉积盆地,其中普遍存在着幔源氦和氖.本文继续以前的工作,试图探讨天然气中氙的来源及其地质意义.1 样品及实验本项研究采集了中国东部的松辽、渤海湾、苏北和三水等4个沉积盆地共30个天然气样品.气体类型包括有二氧化碳、烃类和二氧化碳-甲烷-氮气混合气.天然气藏储层,松辽盆地为白垩系,其余3个盆地以第三系为主.利用全金属稀有气体净化系统和VG5400静态真空质谱计,测定氙同位素组成.制备系统和质谱计的氙本底变化为(5～8)×10~(-15)Cm~3(STP),对样品测量的影响可忽略不计.以大气作为标准,测定结果以既非放射性衰变成因核素也非裂变产物的~(130)Xe归一化绘于图1,同位素比值误差为1б.     

天然气的生成

所谓天然气并非广义上的天然气体,而是以碳氢化合物为主的气体.这是一种燃料气.其化学成分以甲烷(CH4)为主,其次是己烷,丙烷,丁烷.在标准状态下,甲烷,己烷,丙烷,丁烷为气体状态,戊烷以上为液体状态.此外还含有,硫化氢,一氧化碳,二氧化碳,氢,氮,氩,等气体.     

甲烷厌氧氧化作用: 来自珠江口淇澳岛海岸带沉积物间隙水的地球化学证据

对珠江口淇澳岛海岸带沉积物间隙水中甲烷、硫酸盐、CH4-δ ¹³C和SCO2-δ ¹³C的地球化学参数垂直剖面特征的研究结果显示: 甲烷浓度梯度在硫酸盐还原带底部急剧增大, 而间隙水硫酸盐浓度随深度呈线性降低; 在硫酸盐-甲烷转换带(SMT)中, 甲烷碳同位素逐渐变重, 并引起间隙水SCO₂-δ ¹³C值变为极负.间隙水地球化学参数的变化特征提供了该区域沉积物中存在AOM作用的证据.根据数学模型计算出的三个站位甲烷厌氧氧化速率和硫酸盐还原速率, 可知AOM消耗的硫酸盐占总硫酸盐损耗的比例分别为9.0%, 84%和45.5%, 对应的AOM产生的ΣCO₂占总CO₂的比例分别为4.7%, 72.4%和29.45%.有机质的输入量的大小影响沉积物底部甲烷浓度、扩散通量及SMT分布.较高的有机质输入量一方面有利于加速间隙水硫酸盐通过有机质矿化分解作用损耗, 另一方面引起进入SMT的甲烷扩散通量增大, 使得AOM过程硫酸盐的消耗量相应增大, 结果造成SMT向沉积物表层上移.     

甲烷传感器气敏材料的研究现状与进展

甲烷气体检测传感器在保障居民生活安全用气、天然气管道的安全运行以及煤矿安全生产等领域发挥着不可或缺的作用.基于气体分子吸附和解吸从而引起特定物理量相对变化的气敏传感技术,使得快速响应和低成本的甲烷检测传感器得以发展和应用,传感器的性能得到了很大的提高.本文详细介绍了气敏型甲烷传感器的分类及原理,并根据纳米敏感材料与甲烷气体分子之间作用的原理,综述了近年来包括金属氧化物及其复合材料、有机聚合物复合材料、超分子穴番-A、碳纳米管及其掺杂材料在内的关于甲烷气敏材料制备和气敏性能等方面的研究成果,并展望了基于气敏原理的甲烷传感器及其气敏材料未来的研究方向.     

垃圾:转化为生物煤气

一种新思路正开始形成产业，即开发垃圾这一潜在的能源。最基本的例子是把有机垃圾转化成生物煤气——一种可作燃料的气体，其成分类似天然气——主要是甲烷。现时北爱尔兰贝尔法斯特的 Ｑｕｅｅｎ大学的化学家们已经开发出一项有效地燃烧生物煤气而不产生污染副产品的新技术。正是其污染物阻碍了这一能源的开掘和利用。 生物煤气的产生过程就如同自然界一直在发生的有机物的分解。在沼泽、积水的泥土，甚至在我们的热源管道系统内，热熔有机物中的细菌在绝氧（没有空气）条件下把它们转化为甲烷。 通过厌氧菌分解垃圾，像把污水、腐烂的植…     

一个多层的早期成岩作用模型

早期成岩作用指的是沉积物在沉积至浅埋藏过程中在沉积颗粒、孔隙水及沉积环境水介质之间发生的一系列物理、化学及生物学作用.早期成岩作用可以在沉积物中形成地球化学层序带,自上而下可依次出现氧化带(OX带)、硫化物还原带(SR带)和甲烷带(ME带)等. 对这些带的部分作用机理的认识已日趋深入,并进而出现了较为成功的早期成岩作用方面的模型.这些模型多以底层水的有机质、溶解氧和硫酸根的浓度,沉积物的孔隙率、沉积速率,以及溶质的扩散系数及有机质的反应速率(后两者可为孔隙水温度的函数)等为已知参数,计算出有机质、溶解氧和硫酸根的浓度在沉积物中随深度的分布,从而区分出氧化带和硫化物还原带.但是,现有的模型只能用来计算一次性的沉积事件,即只能用来计算一个沉积层;而对于有多次性的沉积事件发生,从而形成多个沉积层,并且这些沉积层之间相互存在影响的情形,现有的模型无法应用.而多层沉积的情况在实际中又是经常发生的.因此,本文在现有的单层早期成岩作用模型的基础上,发展出了一个多层的早期成岩作用模型,尝试解决这一问题.     

一种蓝细菌的热解产气模拟

近年来蓝藻(blue-green algae)常被改称为蓝细菌(cyanobacteria)。从前寒武纪到泥盆纪蓝细菌和光合细菌等海洋浮游生物是有机碳的主要来源。由于蓝细菌分布广,生物量大,是沉积岩中石油和天然气藏形成的最重要的一类生物输入源,蓝细菌热解产气模拟实验对天然气的成因类型、形成机制、判识模式研究以及对我国深部盆地天然气勘探都具有重要理论和实践意义。     

岩石解析气实验新方法对气源对比研究的突破

经多年反复实验和改进,建立了高真空条件下、球磨机碎样、不经水介质直接收集解析气的装置和方法,从而最大限度地排除大气污染、粉碎热解以及经水介质集气等各种干扰因素,使所获解析气中的烃类气体体积百分含量大幅度提高,最高可达80%以上,碳同位素系列可实测至δ13C1~δ13C5.利用新建立的装置进行初步研究,结果表明:(1)利用烃源岩解析气的乙烷碳同位素组成判识烃源岩类型,与应用烃源岩有机地球化学参数判识结果完全一致,说明利用天然气的乙烷碳同位素组成作为判识母质类型的参数是可行的;(2)利用烃源岩解析气甲烷碳同位素组成计算的烃源岩热演化程度Ro值与烃源岩实测镜质体反射率吻合极好,证实了利用统计学方法得到的天然气甲烷碳同位素组成与热演化程度的对应关系是可靠的;(3)首次建立了天然气气-源直接对比方法,运用自然源岩样品解析气的实测δ13C1和实测Ro值建立的lgRovsδ13C1表达式,为油气勘探区进行精细油气源对比创造了条件.     

普光气田中高密度甲烷包裹体的发现及形成的温度和压力条件

根据包裹体均一温度测定和激光拉曼光谱分析,在普光气田三叠系储层中发现一批高密度甲烷包裹体,其均一温度Th=-117.5~-118.1℃,相对应的密度分别为0.3455～0.3477g/cm3,测定的甲烷包裹体的拉曼散射峰v1位移主要为2911~2910cm?1,也反映甲烷包裹体密度很高.样品中与甲烷包裹体主要共生的盐水包裹体均一温度Th=170~180℃,结合拉曼光谱分析的甲烷包裹体组成,用PVTsim软件模拟高密度甲烷包裹体在地质历史中的捕获压力达153~160MPa以上.观测数据表明,普光气田目前虽然为常压气藏,储层中流体压力在56~65MPa左右,但在白垩纪时期原油裂解气大量产出阶段可能形成高压.高密度甲烷包裹体的发现,为气藏在地质历史中的超压现象提供了重要证据.同时,根据拉曼光谱分析,发现部分高密度甲烷包裹体含少量H2S,CO2和重烃等信息,也揭示了包裹体捕获的地球化学环境可能与H2S的生成有关.甲烷包裹体的观测结果为研究油裂解气藏的压力条件和探讨H2S成因的硫酸盐化学反应(TSR)提供了依据.     

AlCl3介质中甲烷水合物相平衡PT轨迹

天然气水合物形成／分解过程和稳定存在的条件是能否进行天然气资源精确评价和水合物灾害防治的技术关键，用可视蓝宝石高压釜水合物实验装置，测定了甲烷水合物在AlCl3溶液中的三相（甲烷水合物－AlCl3溶液－甲烷气）平衡条件，结果表明，当压力在4．040－8．382MPa范围时，形成甲烷水合物的温度在272．15－278．15K之间，随着压力增大，生成甲烷水合物的温度下降，同时，对相同库尔浓度的AlCl3，KCl溶液和其他盐类介质中甲烷水合物生成／分解的PT轨迹和抑制作用进行了研究，并与前人分析结果进行了比较，获得了甲烷水合物相平衡压力与温度的经验公式，认为在盐类溶液（介质）中，AlCl3溶液对甲烷水合物生成具有很好的抑制作用。     

渭南黄土中温室气体组分的初步研究

温室气体的研究,是全球变化研究计划的主要内容之一.目前人们对土壤温室气体排放的监测积累了一些资料,但对土壤内部,尤其是土壤深部温室气体的了解还很少.我国西北地区广泛分布有巨厚的黄土沉积物,这些沉积物实际上是干旱半干旱气候条件下,一种成土作用较弱的古土壤.研究黄土沉积物深部气体组分的含量与分布,有助于全面了解土壤温室气体的排放机理.本文就此问题作初步探讨.1 采样与实验方法样品的采集借助于胜利石油管理局麻花钻机进行.该钻机的主要特点是使钻头前部与钻孔隔离,以使被收集的气体不与大气混合,钻入的最大深度为2.7m,它利用钻杆中间的毛细管(下部通过钻头附近的毛细孔与土壤相通,上部出口用特制橡皮密封)负压原理,用注射器直接收集土壤气体.盛装土壤气体的气样瓶是标准的密封铝合金瓶,采样前已将气样瓶抽真空至2×1.33 322Pa.土样的采集是借助钻杆螺旋形状,将某一深度上的土样返至地表获得.我们对陕西渭南黄土地层L2～SO中的气体及土样进行了采集.采样时间为1995年2月21日～22日.3个采样地点位于桥头镇附近彼此相距10～20km的3块麦田旁.在每一个采样地点,布置4～10个钻孔(钻孔之间的距离最大不超过70m,最小为0.5m).每一钻孔中,按不同深度取1～3个土壤气体及同一深度上的土样,一般是     

固城湖沉积物中的结合态有机类脂化合物

生物专属性与在早期成岩作用过程中的稳定性是反映古气候古环境变化的生物标志化合物的重要属性。内陆湖泊沉积物中的沉积有机质来源广泛,大量陆源碎屑有机质的输入,以及有机质在早期成岩作用过程中发生的变化,使其组成趋于复杂化,一些生物标志化合物的生源指征意义也变得模糊起来。除游离有机类脂质外,在沉积物中尚可分离出以化学键（酯键、酰胺键、醚键等）结合于有机大分子中的结合态有机类脂质,其组成、来源及早期成岩变化与游离有机类脂质有所不同。本文对固城湖沉积物中呈酯键和呈酰胺键结合的有机类脂     

南海北部陆坡NH-1孔沉积物中自生硫化物及其硫同位素对深部甲烷和水合物存在的指示

海洋沉积系统中较高的甲烷浓度和通量是水合物形成的重要物质基础. 向上迁移扩散的甲烷在硫酸盐-甲烷交接带(SMI)与硫酸盐反应生成硫化物矿物. 保存在沉积物中的自生硫化物及其硫同位素可以用来有效地指示甲烷通量和SMI深度, 进而指示深部水合物形成或存在的可能性. 通过对中国南海北部陆坡水合物可能存在区域NH-1孔柱状样岩芯沉积物中硫化物及其硫同位素的研究发现: (1) 沉积物中黄铁矿含量较高, 矿物颗粒较大; (2) 沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)峰值(>2 μmol/g)最浅深度位于437.5 cm, 大于自生黄铁矿相对富集的深度(141.5~380.5 cm); (3)在262.5~380.5 cm间沉积物中自生黄铁矿中硫同位素δ³⁴S具有显著的正异常值(最大+15‰), 其他深度均为数值稳定的负异常; (4) δ³⁴S正异常出现在自生黄铁矿相对富集区. 与Jorgensen等对黑海沉积物硫化物的研究结果相比较, 这些特征表明研究区域的SMI下边界深度为(或曾经在)437.5~547.5 cm, 反映了向上迁移扩散的甲烷通量具有(或曾经具有)异常高值. 这一结论与蒋少涌等通过孔隙水硫酸盐梯度和刘坚等通过顶空气甲烷异常在研究区邻近海域所获得的结果相吻合. 表明研究区海域深部形成或赋存水合物的可能性很大. 沉积物中自生硫化物及其硫同位素可用作寻找水合物有效的地球化学指标之一.