1～5GPa压力下蛇纹石脱水反应温度的确定——电导率方法

含水矿物脱水反应的P-T条件对于探讨成岩作用、岩浆成因、变质演化以及俯冲带的地球化学过程具有重要意义.高温高压下含水矿物的脱水温度主要通过平衡实验、高压差热分析(HP-DTA)、分子动力学(MD)计算和热力学计算等确定.蛇纹石是超镁铁质岩中一种重要的含水矿物,广泛存在于大洋板块中.目前对蛇纹石及其相体系在高压下脱水温度的确定主要是基于平衡实验的方法,也已进行过蛇纹石脱水反应的电导率测量,但是均在小于200MPa压力下.高温高压下,通过测量不同压力下蛇纹石的电导随温度的变化,发现脱水反应发生时其电导的变化非常明显,可以通过电导的变化准确地确定其脱水温度.     

某些现代生物中正构烷烃碳同位素研究

选择了对油气生成具有意义的各种现代生物进行热压模拟实验,测定了不同生物体中正构烷烃碳同位素值,并研究了不同生物体中单个正梦烷烃的同位素分布特征,该实验结果为判别沉积有机质中正构烷烃的生物来源提供了重要线索。     

低等水生生物: 高蜡油形成的重要来源

尽管对原油中高分子量化合物的形成途径有多种解释, 但其真正来源并不很清楚. 通过对辽河盆地大民屯凹陷典型高蜡油区不同性质源岩抽提物中显晶蜡和微晶蜡含量和组成的定量分析, 并结合源岩有机岩石学和热解色谱特征分析, 揭示富含低等水生生物的油页岩是大民屯凹陷高蜡油的主要母源. 高蜡油的主要生源组分是藻类体和无定形基质体, 它们富含脂肪族结构, 生成长链烷烃的潜力很高. 源岩蜡产率受有机质丰度和成熟度的控制, 高丰度和低成熟源岩有利于蜡的形成与保存, 随源岩有机质丰度降低和成熟度增高, 源岩蜡产率降低, 表明原油中的蜡主要是富含低等水生生物有机质在热演化阶段早期(R_O = 0.4%~0.7%)形成的产物. 尽管陆源高等植物的表皮和孢粉类同样能够提供蜡的生源母质, 但湖相低等水生生物的贡献可能更加重要.     

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．     

柴达木察尔汗湖贝壳堤剖面长链支链烷烃及其古环境意义

系统地分析了中国柴达木盆地察尔汗湖贝壳堤剖面中的生物标志化合物, 在古湖泊沉积中检测出含季碳的长链支链烷烃A~C系列化合物, 分别被确定为5,5-二乙基烷烃、6,6-二乙基烷烃、5-丁基, 5-乙基烷烃系列, 它们的相对丰度表现为A > B > C. 根据A, C系列为奇数碳分布, B系列为偶数碳分布, A系列的高值区域对应于B和C系列的高值区域的特征, 认为A, B和C来自相同生物源. 根据在剖面下部A系列丰度较低, 而在剖面上部湖泊咸化过程中A系列丰度较高来判断, 该系列化合物来自更适宜湖泊咸化过程中所存在的某种喜热的菌藻类. 从研究剖面变化趋势来看, 湖泊早期输入的有机质成熟度较高, A系列C23为主峰, 湖泊发育和晚期低成熟有机质比较丰富, 其主峰碳有向高碳数转移的趋势. 在剖面中A25/nC25比值在湖泊发育过程中其相对丰度存在明显差异, 反映了柴达木盆地该阶段湖泊演化过程与气候环境的特殊性, 表明这类支链烷烃的分布特征可能记录了湖泊演化历史过程中的环境信息, 这对恢复与重建剖面记录的气候环境具有十分重要的意义.     

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.     

海相碳酸盐岩烃源岩热解动力学研究:气液态产物演化特征

以生烃动力学对海相碳酸盐岩的生烃情况进行了热模拟实验, 对气液态烃类组分的生烃动力学参数进行了标定. 在此基础上, 结合专用Kinetics软件将动力学参数作为参照指标, 用动力学方法外推到地质实际中. 结果表明, 在一定的地质条件下, 海相碳酸盐岩热解生成气态烃的主要温度为150℃~220℃ (Easy%Ro介于1.0%~3.0%), 液态烃的生成温度主要为100℃~170℃(Easy%Ro介于0.5%~1.5%). 通过该研究可以建立海相碳酸盐岩有机质生烃动力学演化的参照系, 进而能够对中国成熟度较高的其他海相碳酸盐岩烃源岩作出相对合理的评价, 从而为海相碳酸盐岩烃源岩的定量评价提供一种新的方法和途径, 为加强海相碳酸盐岩油气勘探提供了依据.     

高压对牛奶中细菌的生理活性的影响

细菌的生命过程和它的生活环境有极为密切的关系,环境因素极大地影响着细菌的生长、繁殖和代谢. 温度和压力是影响细菌生命活动的两大物理因素.由于细菌生存的温度多在50℃以下,此温度在实验中非常容易实现.长久以来人们相当注重研究温度对细菌生命过程的影响:各种细菌最适宜的生长温度、最高生长温度,最低生长温度以及为什么不同种类的细菌对温度有不同的敏感性都已经相当清楚.然而,压力对细菌生命过程的作用及作用机制很少有人研究.尤其是数十个MPa以上极端高压环境下细菌的生命活动的研究几乎无人问津.这是细菌生命活动研究方面的一大缺陷.研究压力对细菌生长、繁殖、死亡及其他生命活动的影响是全面深入地了解认识微生物,促进有益微生物生长,控制有害微生物生长,造福于人类所不可缺少的.随着高压科学和技术的进步,现在在较大腔体内产生几个GPa以下的高压力已经不是很困难的事情. 近年来一些人相继开展了高压下微生物的研究,得到了一些很有意义的结果.例如,Tamura等人发现在30 MPa压力下培养的大肠杆菌,每个细胞的细胞长度     

固体有机质拉曼光谱参数计算样品热演化程度的方法与地质应用

固体有机质的拉曼峰的形态和位移充分揭示了芳香碳环结构中原子和分子的振动信息与样品热演化程度的关系.根据煤热演化系列中拉曼光谱中D峰和G峰的间距(G-D)和峰高比(Dh/Gh)参数与标准煤样镜质组反射率(vRo%)之间的对应关系,分别建立了与镜质组反射率等效的两个拉曼参数计算反射率(RmcRo%)的数学公式:其中以拉曼位移的峰间距参数计算样品热演化程度的方程为RmcRo%=0.0537d(G-D)-11.21,主要适用于成熟至高成熟阶段的碳化固体有机质样品;以拉曼峰高比参数计算样品热演化的方程为RmcRo%=1.1659h(Dh/Gh)+2.7588,主要适用于过成熟至粒状石墨化以前的碳化固体有机质样品.初步应用结果表明固体有机质的拉曼光谱分析参数计算的反射率"RmcRo%",可以作为表征样品热演化程度的分子级指标,在地质学中有广泛应用前景.     

利用电子顺磁共振方法研究沉积盆地源岩有机质热演化

1 实验方法和原理利用电子顺磁共振技术研究沉积盆地有机质,主要基于其自由基的变化.自由基在干酪根演化过程中的变化及由此引起的电子顺磁共振谱线特征的变化,是我们用电子顺磁共振研究有机质热演化的基础.由干酪根自由基的形成过程可知,自由基的数目(浓度)与受热温度有关,随干酪根在热成熟过程中的不断裂解,失去烷基链,自由基浓度也就不断增加;除此以外,干酪根结构中杂原子(O,N,S等)键随演化过程的断裂也会形成自由基.因而可用电子顺磁共振方法(基于自由基浓度的变化)来研究烃源岩的成熟度和盆地的热历史.     

青藏高原安多高压基性麻粒岩的发现及其地质意义

在青藏高原安多微陆块中发现了高压基性麻粒岩,其峰期矿物组合为石榴子石+单斜辉石+石英+金红石.该高压麻粒岩经历了两期退变质作用,退变质矿物呈后成合晶产状,早期退变质矿物组合是Opx+Pl±Spl,晚期退变质矿物组成是Hbl+Pl.温度与压力计算表明,高压麻粒岩相峰期变质温度为860~920℃,压力为14.6~15.6kbar;早期退变质的形成温压为820~890℃和8.8~11.5kbar;晚期退变质条件为550~670℃和5.2~6.5kbar.其退变质作用P-T轨迹为顺时针型近等温降压到降温降压的过程,指示该麻粒岩经历了俯冲至深部地壳层位(~50km),之后又快速抬升到浅部地壳(~20km)的变质过程.该高压麻粒岩的形成可能与安多微陆块和羌塘地体中生代时期的弧-陆碰撞作用有关,这对探讨青藏高原的构造演化具有重要的意义.     

喜马拉雅造山带下地壳麻粒岩成因: 来自高温高压实验的证据

利用喜马拉雅结晶岩系中的黑云斜长片麻岩进行脱水熔融实验研究,模拟喜马拉雅造山带麻粒岩下地壳的形成过程.实验温度和压力条件分别为770～980℃及1.0～1.4GPa.黑云母的Ti和F含量较高导致其脱水温度高达约900℃（1.0～1.4GPa）.实验产物由过铝花岗质熔体和具有麻粒岩矿物组合的残留相（P1+Qz+Grt+Opx+Bio+I1m/Rut±Kfs±Cpx）组成.残留相矿物组合与出露于喜马拉雅东、西构造结麻粒岩的矿物组合相似,并且二者的特征矿物（石榴石和辉石）的成分一致;残留相的化学成分可以与中性麻粒岩地体的成分对比.实验残留相的波速特征也与青藏高原和造山带下地壳上部的速度吻合.获得如下认识:（1）青藏高原下地壳上部可能是由含石榴石中性麻粒岩组成;（2）喜马拉雅下地壳麻粒岩和淡色花岗岩的形成有着成因上的联系;（3）黑云斜长片麻岩的脱水熔融可能是青藏高原下地壳麻粒岩形成、地壳物质重组和结构调整的重要方式.同时实验也为探讨青藏高原下地壳麻粒岩的矿物组成、化学成分以及形成时温度和压力环境提供了约束条件.     

二氨基乙二肟和氮杂环化合物在高温高压水中的反应

在温度 150～ 4 0 0℃ ,压力 2 7 5MPa的条件下 ,通过二氨基乙二肟在水热环境 ,尤其在超临界水中的反应化学实验结果表明 ,二氨基乙二肟既可以通过热解作用而聚合成较高分子量的氮杂环混合物 ,进而水解转化成CO2 和NH3,也可以直接发生水解作用生成CO2 和NH3:产物在分配主要取决于温度、压力、反应时间、pH和某些复杂的化学平衡因素 ;水解反应的可能机制是水的亲核加合 ,分子间键的断裂和重新结合 ,可能首先发生于不饱和键位置上 .     

中国东部表土总有机质碳同位素和长链正构烷烃碳同位素对比研究及其意义

中国东部较高空间分辨率表土总有机质(TOC)碳同位素, 以及从中抽提的来自陆生高等植物的具有明显奇偶优势的长链正构烷烃碳同位素, 具有一致的空间变化趋势和显著的正相关关系. 两者都在北纬31°~40°之间较为偏正, 而在该区域以北和以南都较为偏负, 这一结果与中国东部表土植硅体碳同位素研究结果是一致的, 共同指示了中国东部地区北纬31°~40°之间区域的水热组合条件较适合C₄植物的生长. 来自华北同一研究地点相同植被类型(草地)下的12个表土, 其总有机质碳同位素和长链正构烷烃碳同位素变化幅度都很小, 两者之间的差异也很稳定. 这些研究结果说明, 在中国东部地区, 表土TOC碳同位素和长链正构烷烃碳同位素可以同等有效的作为上覆植被中C₃/C₄植物比例的指示器. 同时, 中国东部表土两类碳同位素的对比表明, -22‰和-32‰可以作为纯C₄和纯C₃植被下表土长链正构烷烃碳同位素组成的端元值(C27, C29, C31加权平均值)而应用于估计历史时期C4植物的相对生物量贡献.     

论非生物成因天然气

从能源气体研究的角度出发,天然气通常指以甲烷为优势组分的可燃性气体.依据甲烷的形成过程可将天然气划分为:(1)生物(或细菌)气,主要指沉积物中的有机质在厌氧细菌作用下分解产生的气体;(2)热降解气,主要指沉积物中的有机质在一定的温度、压力等作用下降解产生的气体;(3)非生物气,主要指源于地球深部的原始气体,或在地球深部由无机反应合成的烃类气体.沉积物中的有机质在细菌、温度、压力等作用下可形成具商业开采价值的天然气藏的生物成因观点已被绝大多数地质学家所认可.然而,非生物成因烃类能否聚集成藏仍是地学界近百年来争论不休的重大科学论题.     

金在藻类-有机质-流体系统中分布的实验研究

模拟实验证实许多藻类在一定条件下具有很强的聚金能力;一些学者进一步的实验工作表明,有机质、原油能促进金的淋滤、迁移、还原和沉淀等地球化学过程。然而藻类、有机质、有机流体的这些成矿作用并不是孤立的。相反,随着地质作用的发展,当藻类死后转变成各种有机质、有机流体时,这些成矿作用也在不断地演化,构成一个生物-有机质-流体（OOF）成矿系统。本文按照地质作用的发展过程（沉积→成岩）,系统地研究在藻类转变为各种有机质、有机流体的演化过程中,其中的成矿元素金的分布是如何动态地变化的。这种系统的动态研究符合实际的成岩成矿过程,能够为金的生物成矿作用演化提供依据。     

最小含氧带和硫化环境控制14亿年前有机质生烃能力

显生宙沉积有机质富集和生烃潜力受控于初级生产力和保存环境,但元古宙以原核生物为主的广泛厌氧环境对烃源岩发育的控制作用并不清楚.中国华北燕辽盆地中元古界下马岭组发育一套厚达250 m的富有机质烃源岩,主要形成于硫化厌氧和最小含氧带(oxygen minimum zone, OMZ)水体环境,沉积时限约为1400～1360 Ma.选择有代表性的两类黑色页岩样品开展了黄金管热模拟实验,结果表明, 14亿年前富有机质页岩的生油气潜力与显生宙优质烃源岩相当,且明显受控于沉积时的海洋水体环境;硫化厌氧环境的沉积有机质,虽丰度略低(TOC 5%),但生油能力明显高于OMZ环境下的沉积有机质(TOC达12%);两类沉积环境有机质的生烷烃气能力却相反.这说明,厌氧环境不但有利于有机质富集,同时保存了对生油更加有效的富氢脂肪结构;尽管OMZ海洋初级生产力很高,在底层水有氧环境下也能够沉积高丰度的有机碳,但氧化作用使其生油潜力明显降低.研究证实,中元古代海洋环境的动态演化对沉积有机质的母源构成、生烃潜力和产物组成具有重要影响,为深入了解并探索中新元古界的烃源岩发育机制和油气资源潜力提供了一个重要窗口.     

静高压下SiO_2的一个新态——高密度石英玻璃的发现

多年来对陨石坑的不断深入研究,陆续发现冲击压力下石英的高压相——柯石英、超石英及石英的非晶质相——冲击熔融石英和击变石英玻璃。然而冲击压力下所形成的这些石英玻璃,其折光率和密度均与熔融石英、焦石英的比较相近。静高压下是否有石英玻璃的生成呢?我们在使用石英相变法标定6-6Ⅱ级顶砧型超高压腔的压力实验时,在98kb和约300℃的条     

高温高压实验变形煤流动的宏观与微观力学表现

对沁水煤田不同地区不同煤级的煤岩样品开展了同步升温和升压高温高压实验变形(温度200～500℃；围压200～500 MPa；应变速率0.5×10~(-5)/s；全量应变-10%)．实验结果显示，在不同的温度和压力条件下煤岩的强度有着显著的变化．对于煤岩强度的影响，温度的效应要高于压力的效应．结合显微构造分析可以认为，实验环境条件下煤岩的脆-韧性转变发育于200℃/200 MPa和300℃/300 MPa之间．煤岩的脆性变形产生了宏观破裂带和透入性破裂组合，而大量发育的波状消光、变形纹和动态重结晶颗粒等充分反映了较高温度和压力条件下晶质塑性变形过程的主导地位．     

二氨基乙二肟和氮杂环化合物在高温高压水中的反应

在温度 150～ 4 0 0℃ ,压力 2 7 5MPa的条件下 ,通过二氨基乙二肟在水热环境 ,尤其在超临界水中的反应化学实验结果表明 ,二氨基乙二肟既可以通过热解作用而聚合成较高分子量的氮杂环混合物 ,进而水解转化成CO₂ 和NH₃,也可以直接发生水解作用生成CO₂ 和NH₃:产物在分配主要取决于温度、压力、反应时间、pH和某些复杂的化学平衡因素 ;水解反应的可能机制是水的亲核加合 ,分子间键的断裂和重新结合 ,可能首先发生于不饱和键位置上 .