煤层气组分的形成演化模拟实验研究

采用封闭高压高温热解实验装置，在336.8～600℃模拟温度和50MPa模拟压力及20℃/h和2℃/h升温速率条件下，对泥炭和煤岩进行了热解生气模拟实验，研究了煤层气组分的形成演化．结果表明，煤岩热解煤层气主要由烃类气体组成，其次为非烃气体，而泥炭则相反．烃类气体以甲烷(CH_4)为主，重烃气体(C_2～C_5)较少；非烃气体以二氧化碳(CO_2)为主，氢气(H_2)和硫化氢(H_2S)含量微量．温度是控制煤层气生成演化的主要因素，随着R_o值增大，热解煤层气CH_4生成量呈单向快速增加，CO_2则表现为缓慢增加趋势，C_2～C_5先增后降；泥炭与煤岩及山西组煤岩与太原组煤岩相比较，前者具有更高的煤层气生成潜力，反映了成气物质性质对煤层气组分的生成特征的影响；低温速率有利于CH_4，H_2和CO_2气体的生成以及C_2～C_5气体的裂解，说明时间对煤层气组分的生成演化具有重要的控制作用．结合研究结果，讨论了地质环境下煤层气研究的应用意义．     

原油裂解成气动力学模拟及其意义

应用封闭金管高压釜体系, 对塔里木盆地轮南14井三叠系原油进行了热解生气模拟实验. 通过对C₁～C₅气态烃及热解原油残余可溶烃组分的分析, 发现原油裂解成气的过程可明显分为气体初次生成与二次裂解两个阶段. 前者以液态烃裂解为湿气为主, 后者则以C_2~5组分继续裂解为甲烷和碳沥青, 气体组分逐渐变干为特征. 根据实验结果与化学动力学原理, 建立了原油裂解气初次生成与二次裂解的动力学模型, 获取了相应的动力学参数. 在此基础上, 进一步研究了原油在地质条件下的稳定性及其评价方法, 探讨了原油裂解气初次生成与二次裂解过程对原油裂解气成藏的控制作用, 发现凝析油/湿气热演化阶段是原油裂解气藏形成的关键时刻之一.     

沁水盆地地温场特征及其与煤层气分布关系

根据20口井的温度数据得到沁水盆地平均地温梯度为(28.2±1.03)℃/km．测试了39个岩石样品的热导率数据，计算了20个大地热流值．沁水盆地现今热流变化于44.75～101.81 mW/m~2之间，平均为(62.69±15.20)mW/m~2．运用Thermodel for Windows 2004软件对沁水盆地的古地温史进行了模拟，并得到了沁水盆地晚侏罗—早白垩世最大埋深时的平均古热流，北部为158.41 mW/m~2，中部为119.57 mW/m~2，南部为169.43 mW/m~2．恢复了地层的埋藏史，揭示了地层沉积结束和剥蚀开始的年龄为108～156 Ma，地层的剥蚀厚度北部为2603 m，中部为2291 m，南部为2528.9 m．其古地温场的分布格局为“南北高，中部低”，这在时间和空间上和煤层气的含气量分布相一致，初步显示古地温场对沁水盆地煤层气的形成具有控制作用．     

沁水盆地构造-热演化史的裂变径迹证据

根据沁水盆地锆石裂变径迹、磷灰石裂变径迹分析结果，结合构造变动、岩浆活动及其它古地温温标等分析资料的综合研究，认为沁水盆地在古生代-中生代中期，沁水盆地地温梯度较低．中生代晚期地温梯度高，在盆地中部可达5.56℃/100 m，在盆地南北两端地温梯度可达8.00℃/100 m以上，表明沁水盆地存在异常地温场，发生过一期强烈的构造热事件．构造热事件发生在110～140 Ma之间，主峰值在120～140Ma之间．构造热事件发生受岩石圈深部热活动性增强及岩浆侵入的控制．沁水盆地石炭-二叠系煤层热演化程度主要受中生代晚期异常地温场控制．磷灰石裂变径迹资料记录了26.2～11.5 Ma前的一次快速抬升冷却事件，盆地抬升冷却具有南、北部抬升冷却早，中部抬升冷却晚的特点．石炭-二叠纪地层在50 Ma以前处于完全退火带，古地温大于125℃，50 Ma以来尤其是渐新世—中新世以来才大规模快速抬升冷却，石炭-二叠纪地层抬升退出了退火带(70～125℃)，处于低温环境．中生代晚期构造热事件控制了沁水盆地石炭-二叠系煤层的生烃高峰期，生烃高峰期在晚侏罗世～早白垩世，新生代渐新世—中新世以来发生大规模抬升冷却，地层温度降低，石炭-二叠系煤层生烃过程停止．     

陨星体的中子俘获效应和大气层前的半径

在一些陨石中观察到由次级宇宙射线产生的中子效应, 即由⁷⁹Br和⁸¹Br俘获次级中子产生的⁸⁰Kr和⁸²Kr过剩. 根据⁷⁹Br(n, gb)⁸⁰Kr, ⁸¹Br(n, gb)⁸²Kr及²⁴Mg(n,a)²¹Ne反应, 分别导出超热中子通量 (J_n (30 ~300 eV))和快中子通量(J_n ( > 5 MeV)). 对中国的一些降落型普通球粒陨石的宇宙成因稀有气体分析发现, 这些陨石的超热中子(30 ~ 300 eV, 来自80Kr_n)与快中子(>5 MeV, 来自21Ne)的通量比值随J_n(30 ~ 300 eV)值增高而增大, 表明它们在进入大气层前具有较大的质量, 并有相当一部分次级中子慢化为超热中子. 根据Jn(30 ~ 300 eV)/J_n (> 5 MeV)值与陨星体大小的函数关系, 估算陨星体进入大气层前的最小半径和最小质量, 计算结果为: 肇东球粒陨石 60 cm, 3200 kg; 老城镇 32 cm, 490 kg; 随州 31 cm, 450 kg; 西乌珠穆沁22 cm, 160 kg; 东台 21 cm, 140 kg.     

煤岩显微组分的成烃实验研究与评价

选取了一批有代表性的煤和煤岩显微组分样品进行煤成油、成气的模拟实验、Ｒｏｃｋ－Ｅｖａｌ热解、色谱、色总－质谱等分析测定,提供了不同热演化阶段各类煤样的气态烃、轻烃、氯仿沥青Ａ、液态烃和总烃产率数据和曲线。综合研讨了煤的成油和成气规律及煤岩组成、热演化程度等对油气产率和产物组成的影响,并通过新疆吐哈盆地、塔里木盆地等煤成油气田样品的分析测定与各类煤岩样品生油生气模拟实验结果的对比研究,提出了烟煤阶段     

煤岩结构纳米级变形与变质变形环境的关系

煤岩结构的纳米级变形与变质变形环境有着较密切的关系. 在不同变质变形环境中, 煤岩结构可以发生显微变形, 甚至可以表现在纳米级尺度上, 由此并导致分子结构和纳米级孔隙结构(<100 nm)的变化, 后者是煤层气的主要吸附空间. 通过X射线衍射和液氮吸附法对不同变质变形环境、不同变形系列构造煤大的分子结构与纳米级孔隙结构特征进行了深入研究, 并结合高分辨透射电子显微镜对大分子结构和孔隙结构直观观测, 结果表明: 构造煤大分子基本结构单元(BSU)堆砌度L_c从低煤级变质变形环境至高煤级变质变形环境增长较快, 这主要反映了不同变形机制下构造煤不同变质变形环境的差异. 尽管温度因素对大分子结构参数L_c的变化也取重要作用, 但应力作用更明显. 煤BSU堆砌度L_c以及L_a /L_c参数的变化反映了构造变形强弱的变化, 可以当作构造煤结构纳米级变形程度的指示剂. 由于温度、压力的增大, 主要是定向应力的作用, 分子的局部定向性增强, BSU内各碳网及BSU间排列的秩理化程度明显增强. 对于纳米级孔隙结构的变形, 随着应力作用的增强, 同一变质变形环境不同类型构造煤纳米级过渡孔孔容所占比例明显降低, 微孔及其以下孔径段孔容明显增多, 可见亚微孔和极微孔; 过渡孔比表面积所占比例大幅度降低, 而亚微孔却增加得较快. 非均质结构煤孔隙参数与弱脆性变形煤相当. 但不同变质变形环境构造煤的纳米级孔隙的变形又有所区别. 温度与围压条件对纳米级孔隙特征参数的演化也有一定的作用, 但应力的变化却对纳米级孔隙特征参数的演化起到主要作用.     

粉末套管法制备MgB2/Fe超导线材及超导电性

在对MgB₂超导体成相物理化学过程分析基础上, 用原位粉末套管(PIT)技术制备了MgB₂/Fe超导线材, 采用扫描电子显微镜(SEM)研究了线材中MgB₂超导相的微观结构, 使用标准四引线法测量了线材的传输临界电流密度(J_c), 结果表明: 线材中MgB2的晶粒尺寸为1~3 mm, 晶粒间的连接较好, 线材在20 K, 自场下, J_c达到6.1×0⁴ A/cm².     

油裂解生气是海相气源灶高效成气的重要途径

干酪根晚期生气潜力和原油裂解气的问题关系到海相高-过成熟地区天然气的来源和勘探前景. 用高磁场固体₁₃C核磁共振技术研究不同类型和演化程度干酪根的结构和油气潜力碳含量, Ⅰ~Ⅲ型干酪根在高-过成熟阶段气潜力碳含量均较低, 表明生气潜力较小, 生气数量有限; 而低成熟Ⅰ型干酪根油潜力碳含量较高, 表明在生油窗阶段大量生油, 为后期发生油裂解生气奠定了物质基础. 原油生气动力学实验表明, 在160℃左右(Ro=1.6%)原油才开始大量裂解形成天然气, 主生气期晚于干酪根的, 但生气数量是干酪根的2~4倍, 这种成因天然气富含甲基环己烷, 具有不同于干酪根晚期热降解气的特征.     

三氟甲烷抑制CH4/O2低压预混平面火焰的实验研究

利用同步辐射分子束质谱对三氟甲烷抑制下的CH₄/O₂低压预混平面火焰的燃烧生成组分进行了实验测量, 通过选择性探测燃烧自由基与反应中间体, 初步研究了三氟甲烷(CF₃H)的化学灭火动力学. 结果表明, 同步辐射分子束质谱方法能够广泛探测到灭火剂作用下的燃烧生成组分, 尤其是反应中间体与自由基. 三氟甲烷灭火剂(CF₃H)在火焰预热区内完全参与反应, 生成了CF₃和CF₂等含氟中间体, 并且CF3将作为主要组分继续参与火焰主反应区内的抑制过程. 由三氟甲烷(CF₃H)生成的主产物氟化氢(HF), H－F键能远大于H－Br键能, 因此十分稳定, 不会参与类似的溴化氢(HBr)对燃烧自由基OH和H的清除反应, 这是造成三氟甲烷(CF₃H)灭火性能低于传统含溴哈龙灭火剂的主要原因.     

塔北轮南地区原油沥青质生烃动力学研究

利用限定体系下的黄金管热解技术，研究了轮南地区原油沥青质生烃过程中气态烃的分子组成和分子碳同位素的变化特征．结果表明，轮南地区原油沥青质具有较高的生成甲烷的潜力，生烃过程中气态烃成分和碳同位素的变化规律与干酪根初次裂解气以及原油二次裂解气有所差异。根据原油储层的古地温史对沥青质生成甲烷的动力学计算结果表明，沥青质生成的甲烷具有碳同位素较轻的特征，与已报道的轮南地区天然气甲烷偏重的碳同位素组成不符。轮南地区天然气可能主要来自烃源岩干酪根高温裂解的贡献．     

沁水盆地煤层气藏演化的关键时期分析

在地温梯度、埋藏史研究的基础上，探讨了沁水盆地煤层气藏的成藏过程和聚气历史．通过对沁水盆地南部阳城地区和西部霍州地区的煤层热演化史、煤层气地球化学特征和聚气历史的对比研究表明，现今沁水盆地煤层气藏的形成取决于决定煤层气地化特征的“关键地质时期”和决定现今煤层含气量的“关键地质时刻”．演化程度最高的地质时期决定了煤层气的组分和碳同位素特征，即是决定煤层气地球化学特征的关键地质时期；煤层气的含气量以吸附气为主，因此煤层气的聚气历史(地史上的含气量变化)与决定煤层温度、压力的埋藏史有着直接的关系，而现今煤层气的含气量则主要取决于关键地质时刻的煤层上覆“有效地层厚度”．     

用干酪根生烃动力学方法预测甲烷生成量之一例

美国某地绿河页岩组在油气勘探中提出以下问题 :该地层中的有机质通过热演化达到R^o为0.70 %时 ,能否产生高于 80mL/ g (TOC)的甲烷 ?本文用干酪根生烃动力学的方法研究了上述问题 .首先根据热解实验数据推导出甲烷及R^o 的动力学参数 ,并利用这些参数结合待研究地层的沉积埋藏史 ,恢复该地层的古地热史 ,最后计算出有机质在Ro=0 6 9%时所产生的甲烷数量为 96mL/ g(TOC) .结果说明 ,仅从干酪根生烃能力的角度来看 ,该地层中的甲烷应主要为干酪根原地热演化产生的.     

二维伊辛系统远离平衡态的蒙特卡罗模拟

采用能够避开临界慢化困难的短时动力学蒙特卡罗模拟方法, 对二维伊辛模型在非平衡态下的动力学特性进行数值研究. 系统分别从高温无序相和低温完全有序相淬火到临界温度T_C, 采用Heat-bath算法作数值模拟, 计算双时自关联函数A(t, t′), 得到动力学临界指数z≈2.16. 以数值方式证实临界行为存在普适的标度律, 并证实从有序初态开始演化, 临界指数lC完全由静态指数决定: λ_C = β/ν.     

大荔黄土-古土壤序列δ 13CSC值及其古环境意义

对最近250 ka大荔地区两个剖面全岩碳酸盐的碳同位素组成进行了分析, 初步探讨了影响黄土-古土壤序列δ ¹³C_SC值的因素及其古环境意义. 大荔黄土-古土壤序列δ ¹³C_SC值与磁化率的变化基本同步, δ ¹³C_SC曲线的负峰分别对应着不同的古土壤发育期. 研究认为, 植物成因CO₂的介入会导致δ ¹³C_SC值降低, 降低的幅度主要与古植被发育程度和古湿度有关, 植被中C₄植物的相对含量可能仅影响其次一级的变化. 低 δ ¹³C_SC值大体上指示了植被相对丰富、气候湿润的环境状况. 倒数第2次间冰期以来, 大荔地区植被发育最差、最干旱的时期是L₂的黄土堆积期; 而植被最为丰富、气候最湿润的则是末次间冰期. 发生在MIS(深海氧同位素)第3阶段晚期即 40~30 kaBP的青藏高原“高温大降水事件”的水文效应已波及气候相对湿润的关中地区, 对当地植被和湿度均产生了明显影响.     

介观动力学模拟和结合等温线研究十二烷基氧丙基-β-羟基三甲基溴化铵与黄原胶相互作用

将介观动力学模拟方法应用在表面活性剂/黄原胶(XC)体系中, 对阳离子表面活性剂十二烷基氧丙基-β-羟基三甲基溴化铵(C₁₂NBr)与XC相互作用的微观动力学及形成的聚集体构型进行了理论模拟研究, 并与具有相同亲水基团不同疏水结构的壬基苯氧丙基-β-羟基三甲基溴化铵(C₉phNBr)与XC之间的相互作用进行了比较. 结果表明, 两种表面活性剂和XC形成的聚集体构型均为具有螺旋特征的长棒状结构; C₉phNBr在XC上的缔合比C₁₂NBr更难, 需要更长的扩散时间. 此外, 还对两种表面活性剂在XC上缔合的动力学演变过程进行了详细的探讨, 并通过结合等温线的实验结果对模拟结果进行了验证.     

南岭东段后太古宙地层的Sm-Nd同位素特征与地壳演化

南岭东段闽西南地区发育中元古代至早中生代地层. 系统的Sm-Nd同位素研究表明, 它们的Nd模式年龄和ε_Nd(t)值主要与古元古界麻源群十分相似, 反映它们主要是古元古代地壳组分再循环作用产物; 但在新元古代(0.8~0.7 Ga)和晚古生代(约0.25 Ga)时期, 由于新元古代和晚古生代末强烈岩浆活动所伴随的新生地壳组分的加入, 使它们的Nd模式年龄降低和ε_Nd(t)值升高, 在t_DM-t_Str.和ε_Nd(t)-t_Str.图上, 分别形成明显的“谷”和“峰”. 由此表明, 这些特殊时期构造-岩浆活动在改变华南沉积岩物源方面的重要性和普遍性.     

脉冲电流对Zr基大块非晶玻璃转变行为及晶化动力学的影响

用DSC分析方法从动力学角度研究了脉冲电流对Zr基大块非晶合金玻璃转变和晶化动力学的影响. 结果表明: Zr_41.3Ti_14.2Cu_12.8Ni_10.3Be_21.4大块非晶合金经过脉冲电流低温处理后, 其玻璃转变温度Tg, 起始晶化温度Tx和各晶化峰的峰值温度Tpi都显著降低, 但过冷液相区DT基本不变. 用Kissinger 方程进行计算的结果表明, 经脉冲电流低温处理后, Zr_41.3Ti_14.2Cu_12.8Ni_10.3Be_21.4大块非晶合金玻璃转变的表观激活能明显降低, 而晶化的表观激活能基本保持不变. 脉冲电流对Zr_41.3Ti_14.2Cu_12.8Ni10.3Be21.4大块非晶玻璃转变行为和晶化动力学的影响与脉冲电流处理所导致的结构弛豫有关.     

海相干酪根天然气生成成熟度上限与生气潜力极限探讨——以塔里木盆地研究为例

塔里木盆地海相寒武系-奥陶系烃源岩的热解、干酪根元素、高温热解气相色谱及黄金管封闭热模拟实验揭示，海相Ⅰ，Ⅱ型干酪根的天然气生成成熟度上限或“生气死亡线”为镜质体反射率3．0％；以煤为代表的Ⅲ型有机质的“生气死亡线”最高可达镜质体反射率10％．不同类型有机质生成天然气的极限量存在明显差别．干酪根元素物质平衡法计算，海相Ⅱ型干酪根在R0〉1．5％以后演化阶段的生气量极限小于185m^3／t（TOC），不足其总生烃量的30％；在R0〉2．0％演化阶段的生气量极限小于110m^3／t（TOC），不足其总生烃量的20％．岩石热解法获得的相同演化阶段天然气生成量仅为干酪根元素质量平衡法计算值的1／10左右．黄金管封闭高温高压热模拟和高温热解方法获得的生气量介干两者之间，镜质体反射率1.3％以后的生气量极限为60～90m^3／t（TOC）．岩石热解法获得的生气量是最小生气潜力，而干酪根元素质量平衡法获得的生气量是其极限生气潜力，实际生气量应低干元素质量平衡法计算出来的生气量极限．     

青藏高原高海拔地区C4植物的发现

通过对青藏高原地区27°42′~40°57′N, 88°93′~103°24′E, 海拔2210~5050 m范围内采集的植物进行碳同位素分析, 发现其中2种藜科和6种禾本科植物是C₄植物. 11个地点的4种C₄植物海拔超过了3800 m, 其中6个地点的3种C₄植物(白草Pennisetum centrasiaticum, 云南野古草Arundinella yunnanensis和固沙草Orinus thoroldii)分布在海拔4000 m以上, 最高可达4520 m. 分析认为在大气低CO₂分压背景下, 强光照提供的充足能量使C₄植物能忍耐更低的温度, 以及青藏高原南部降雨集中于高温季节的有利条件, 可能是C₄植物生长在高海拔地区的重要原因.