鄂尔多斯盆地兴县地区煤层气地球化学特征及成因

煤层气化学组分、甲烷碳氢同位素特征对煤层气成因、分布规律和煤层气资源评价具有重要意义。为了查明河东煤田北部兴县地区山西组、太原组煤层甲烷及二氧化碳成因，采集研究区煤层气井解吸气样，通过组分分析、CH₄碳氢同位素和CO₂碳同位素测试，根据煤层气成因图版，分析了煤层气稳定同位素的地质影响因素，揭示了研究区煤层气成因。结果表明，区内主力煤层的甲烷碳同位素存在明显差异:8煤甲烷δ13C₁值介于-55.1‰~-44.2‰，平均为-49.2‰；13煤δ13C₁值介于-65.7‰~-55.7‰，平均为-59.8‰。同一煤层内甲烷碳同位素呈现出随煤层埋深增加而变重、随水动力条件增强变轻的特点；甲烷碳同位素偏轻，重烃组分偏少，表明受到一定因素或次生作用的影响。8煤以热成因气为主，13煤以次生生物成因气为主。研究区8煤δ13C （CO₂）介于-17.3‰~-4.8‰，13煤δ13C （CO₂）介于-26.3‰~-6.9‰，二氧化碳为煤热演化初期或最近一次煤层抬升再沉降后煤中有机质热裂解产生。研究成果为明确该区煤层气勘探开发方向提供了理论依据。      

不同成因类型煤型气地球化学特征及其判识意义

通过数理统计前人公开发表的国内外21个盆地或地区的324组煤型气地化数据, 分析不同成因类型煤型气地层分布和稳定碳、氢同位素组成及空间分布特征, 提出多个煤型气成因类型判识图版, 并以实例论证这些图版的可行性.研究结果表明: 与煤层相关的生物成因气不同于常规生物气, 最显著区别在于前者δ13C(CH₄)上限值低, 即生物成因气δ13C(CH₄)＜-60‰, 热成因气δ13C(CH₄)＞-40‰, 混合成因气δ13C(CH₄)介于二者之间.随着有机质演化程度增强, 从生物成因气至热成因气, δ13C(CH₄)、δ13C(CO₂-CH₄)、δ13C(C₂H₆-CH₄)及CH₄/(C₂H₆+C₃H₈)具有变重趋势且相关性明显, δ13C(CH₄)与δ13C(CO₂-CH₄)、δ13C(CH₄)与δ13C(C₂H₆-CH₄)及δ13C(CH₄)与CH₄/(C₂H₆+C₃H₈)是划分煤型气成因类型最可靠的图版.      

保德地区煤层气地球化学特征及成因探讨

为了查明保德地区煤层气地球化学特征及成因,采集煤样、煤层气样及水样,开展气体组分分析、煤层气井产出水水质检测和稳定同位素分析。结果表明:煤层气组成中烃类气体以CH₄为主,体积分数为88.60%~97.59%;含有少量乙烷,体积分数仅为0.01%~0.14%;干燥系数均大于0.99,属于极干煤层气。非烃类组分中,主要含有CO₂和N₂,其中,CO₂体积分数为1.74%~7.61%,N₂体积分数为0.04%~8.18%。煤层气δ13C(CH₄)值为–56.8‰~–47.7‰,δ13C(CO₂)值为–6.6‰~13.9‰,δD(CH₄)值为–252.6‰~–241.6‰。煤层产出水呈弱碱性,属于NaHCO₃类型水,与地表水离子构成、矿化度、δD(H₂O)和δ18O(H₂O)值均相近,有地表水的补给,有利于产CH₄菌大量繁殖,生成次生生物气。综合认为,研究区煤层气为热成因气和生物气的混合气,生物成因气主要是通过二氧化碳还原作用形成,受煤层解吸–扩散–运移作用、水溶作用和次生生物作用导致煤层气“变轻”。研究成果为后续煤层气勘探开发提供指导。      

黄陇煤田大佛寺井田煤层气成因机制研究

彬长矿区大佛寺井田为典型的黄陇侏罗纪低阶煤煤层气田。井田内煤层气井较多,但有关煤层气成因机制方面的研究较少。厘清井田内煤层气地球化学特征及成因机制,对深化煤层气的形成机理认识和科学评价煤层气资源量具有重要指导意义,可为煤层气高、低产井产能差异化分析提供重要依据。采集研究区内6口煤层气井井口排采气样品,22块4号煤层煤样及煤层水和地表水样各1件,开展显微煤岩组分、气体化学组分、碳同位素和水样水质检测,并结合部分研究区相关的文献数据,分析大佛寺井田煤层CH₄碳同位素特征、成因类型及偏轻机理。结果表明:大佛寺井田主采的4号煤层显微煤岩组分中,有机组分含量明显趋高,平均为93.2%,其中,惰质组最具优势,平均68.2%;镜质组次之,平均22.8%,镜质体反射率R_max平均0.65%。煤层气组分以CH₄为主,CH₄体积分数为73.805%~98.006%,平均83.753%;N₂体积分数为1.259%~25.735%;平均15.220%;CO₂体积分数为0.040%~2.380%,平均1.023%;C₂及以上重烃含量平均不足0.0054%;C₁/C_1—n>0.999;CH₄和N₂含量呈明显负相关性,煤层气组分在成藏后期受空气影响明显。δ13C₁为?80.516‰~?62.400‰,平均?73.000‰;δ13C_CO2为?41.693‰~?7.065‰,平均?18.660‰。大佛寺井田煤层气为次生生物成因气,其显著标志为δ13C₁偏轻和重烃含量极少,呈现典型特干气特征,偏轻机理在于其绝大部分由CO₂还原而成,少量由乙酸发酵而成,且在这两种途径的生气过程中,最终均会出现生物甲烷富集轻碳同位素的结果,从而导致δ13C₁偏轻。      

岩浆去气作用碳硫同位素效应

根据开放体系条件下的瑞利分馏原理,并考虑岩浆中可能溶解的合碳和含硫组分,从理论上定量模式了岩浆去气作用对火成岩碳、硫同位素组成的影响。结果表明,岩浆CO₂去气作用能够导致岩石中碳酸盐显着亏损¹³C,其δ¹³C值能够从原始-5‰变化到-20‰(PDB);岩浆CH₄去气作用则导致岩石中碳酸盐相对富集¹³C,其δ¹³C值能够从原始-5‰变化到+4‰。岩浆SO₂去气作用可以导致岩石中硫化物显着亏损³⁴S,其δ³⁴S值能够从0‰变化到-8‰(CDT);岩浆H₂S去气作用则导致岩石中的硫化物相对富集4S,其δ³⁴S值能够从0‰变化到+6‰。因此,除源岩原始同位素不均一性和地壳物质混染能引起火成岩的碳、硫同位素组成发生较大变化外,岩浆去气作用也是重要原因之一。     

黄陵矿区煤层底板异常涌出气体成因类型

黄陵矿区属于煤油气共生矿区,区内多个工作面发生底板气异常涌出。为探明底板异常涌出气体的成因类型,采集煤层底板气样44个、2号煤层气样12个,进行甲烷碳同位素(δ13C₁)、乙烷碳同位素(δ13C₂)及甲烷氢同位素(δD_CH4)等地球化学参数测试。测试分析结果表明,煤层底板异常涌出气不是来源于2号煤层,其甲烷碳同位素(δ13C₁)测值为-52.20‰~-42.80‰,乙烷碳同位素(δ13C₂)值为-37.20‰~-29.01‰,成因类型属油型气。通过对区域烃源岩分布及地层裂隙系统的分析,认为黄陵矿区底板异常涌出气可能来源于三叠系延长组烃源岩。      

阳泉矿区寺家庄井田太原组煤层气地球化学特征及成因

为了研究阳泉矿区寺家庄井田煤层气地球化学特征及成因问题,系统开展了石炭-二叠系太原组主力产气煤层（8、9和15煤）煤心样品的现场解吸实验,并收集气样进行组分和碳同位素分析。结果表明:8煤含气量高于9煤,平面上15煤含气量不均匀,部分地区几乎不含气;整个解吸过程中,8煤和9煤气体组分含量及变化规律相近,CH₄含量呈先增加后降低、N₂含量呈先降低后升高的趋势,而15煤CH₄含量呈近线性降低、N₂含量呈线性增加趋势;其中,9_上煤CH₄体积分数为27.82%~76.12%,N₂体积分数为21.49%~72.20%,15煤CH₄体积分数38.15%~89.41%、N₂体积分数为6.55%~61.82%;随着解吸的进行,8煤和9煤中的煤层气碳同位素δ13C₁值总体呈增加的趋势,15煤中的煤层气δ13C₁值总体呈现为3个逐渐增加序列,δ13C（CH₄）与δ13C（CO₂）变化无相关关系。研究区煤层气主要为热成因气,生物作用不明显。另外,关于煤层气组分中CH₄含量低异常和N₂含量高异常的原因有待进一步研究。      

The C-O and Zn isotopic compositions of the Laochang Ag-Pb-Zn ore bodies in the Changning-Menglian suture zone,and its geological implicationsSCIEI北大核心CSCD

老厂矿床是昌宁-孟连缝合带内唯一大型矿床,本文报道了老厂矿床Ag-Pb-Zn矿体中Ⅰ号矿体群下部块状矿体和上部网脉状矿体的方解石C-O同位素组成,以及Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ三个矿体群内闪锌矿的Zn同位素组成。Ⅰ号矿体群下部块状矿体和上部网脉状矿体方解石δ¹³C_PDB的范围分别为-6.17‰～2.71‰和-2.18‰～3.87‰,δ¹⁸O_PDB的范围分别为-19.57‰～-17.23‰和-22.10‰～-16.21‰;计算获得对应成矿流体的δ¹³C_CO2为-6.16‰～1.53‰和-2.39‰～6.43‰,δ¹⁸O_H2O分别为1.62‰～7.62‰和4.36‰～16.92‰,通过与岩浆CO₂(δ¹³C=-2‰～-8‰)和围岩灰岩(δ¹³C=-1.6‰～4.0‰)的δ¹³C值相比较,指示块状矿体成矿流体中的碳主要来自岩浆,网脉状矿体成矿流体中...     

沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井煤层气地球化学特征及成因

为了研究废弃矿井中煤层气成因,以沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井为例,抽采废弃矿井中煤层气并进行化学组分和同位素测试,并采集部分废弃矿井水样品测试水中离子浓度、pH值等进行研究。结果表明:潘庄区块废弃矿井中煤层气CH₄体积分数平均值为91.99%,CO₂为1.26%,N₂为6.73%;甲烷碳同位素（δ13C₁）值为-31.36‰~-33.53‰,平均-32.25‰,氢同位素（δD）值为-182.76‰~-193.20‰,平均-187.538‰。废弃矿井排采水中阴阳离子主要为Mg2+、K+、HCO₃-、Cl-、Na+、SO₄2-和NO₃-等,产出水型为Mg-（HCO₃）₂型,表明矿井水受到地表水的强烈影响。废弃矿井中煤层气主要以热成因气为主,少量次生生物气。与附近未开采煤储层相比,研究区废弃矿井中的环境更有利于次生生物气的生成。      

青藏高原北部植物叶片碳同位素组成的空间特征

测定了青藏高原北部13个地点101份草本植物叶片碳同位素组成(δ¹³C值), 结果发现, 植物叶片δ¹³C值的分布范围在-29.2‰～-23.8‰之间, 平均值约为-26.89‰, 明显低于全球高海拔植物叶片δ¹³C值(-2.6‰) ; 而植物叶片δ¹³C值随海拔和经、纬度的变化趋势与其它同类报道相似:随着海拔的升高和经、纬度的降低, 植物叶片δ¹³C值呈现升高趋势. 叶片δ¹³C值也随土壤含水量和土壤温度的变化而变化:土壤含水量越高, 土壤温度越低, 植物叶片δ¹³C值越小, 但它们之间的相关关系不具统计学意义. 初步分析表明, 大气压力 (CO₂分压)和温度的协同变化导致了叶片δ¹³C值随着海拔变化的分布格局, 而温度和相对湿度的变化是引起叶片δ¹³C值的经、纬度效应的主要因子.     

湘鄂西龙马溪组页岩解析气同位素组成特征及应用

湘鄂西地区位于中扬子板块,研究区龙马溪组富有机质页岩的有机质类型以Ⅱ₁型为主,Ⅱ₂型次之,TOC含量高,有机质热成熟度高,页岩矿物以脆性矿物为主,黏土矿物次之。通过分析三个实验阶段(20 ℃、65 ℃、90 ℃)解析气样发现,气体中CH₄含量较高(90.34%~99.64%),含有少量非烃气体。龙马溪组页岩气CH₄碳同位素值为-41.9‰~-30.8‰,C₂H₆碳同位素值为-42.3‰~-36.2‰,δ²H_CH4为-193.4‰~-156.0‰,随着成熟度的增加,CH₄碳同位素、C₂H₆碳同位素以及CH₄氢同位素都有升高的趋势。烃类气体碳同位素具有明显的倒转现象,即δ¹³C₁>δ¹³C₂。根据解析实验三个阶段的气体同位素特征和测得的各阶段含气特征建立游离气与吸附气所占比例的计算公式,进一步推算出解析过程总含气量中所含有的游离气量以及吸附气量。     

松辽盆地庆深气田天然气成因类型鉴别

通过对松辽盆地徐家围子烃源岩和原油热模拟实验、烷烃气碳同位素组成分析, 认为在高演化阶段单一热力作用可以引起重烃气(δ13C₂ > δ13C₃ > δ13C₄) 碳同位素组成倒转, 但CH₄与C₂H₆(δ13C₁ > δ13C₂) 却很难发生倒转.庆深气田天然气重甲烷碳同位素组成、烷烃气碳同位素完全倒转、高稀有气体同位素组成(R/Ra > 1.0), 说明该气田天然气来源具有多样性.利用R/Ra与CO₂/3He和R/Ra与CH₄/3He关系对庆深气田天然气成因类型进行识别, 认为该气田烷烃气中甲烷有部分为无机成因, 重烃气则为有机成因.该地区高地温梯度导致有机成因重烃气碳同位素组成发生倒转, 而CH₄与C₂H₆碳同位素组成倒转主要与重碳同位素的无机甲烷混入有关.      

吉尔吉斯斯坦布丘克造山型金矿床：来自流体包裹体、H- O- S同位素证据

吉尔吉斯斯坦北天山构造带的矿床学数据缺乏,制约了天山造山带境内外成矿对比。布丘克金矿床位于吉尔吉斯斯坦北天山构造带中部。金矿体为石英复脉,呈带状发育于NWW向韧性剪切带中。矿体倾向SSW,倾角60°～70°,赋矿围岩主要为侵入于早古生代变质碎屑杂岩中的正长斑岩。布丘克金矿床成矿期石英流体包裹体观察、石英H-O同位素、硫化物S同位素测试结果显示,布丘克金矿床石英脉中包裹体大小集中在2～10μm之间,类型以H₂O-CO₂型、富CO₂型、水溶液型包裹体为主,成分以富CO₂、含CH₄为特征。成矿流体具有中温(200～320℃)、低盐度(3%～7%NaCl_eqv)特征;石英δD_V-SMOW值介于-108.1‰～-90.2‰之间,δ¹⁸O_流体值介于4.86‰～9.26‰之间;黄铁矿δ³⁴S分布在0‰左右(-0.9‰～1.6‰)。综合本文数据、矿床地质特征、区域地质资料,本文认为布丘...     

羌塘北缘开心岭—乌丽冻土区水溶烃组分及甲烷碳、氢同位素特征研究

羌塘北缘开心岭—乌丽冻土区沿隐伏断层发育多处冷泉含水溶解烷烃,采用水溶烃组分和甲烷的稳定碳、氢同位素特征对其成因开展了分析研究。结果表明,开心岭—乌丽冻土区水溶烃组分中甲烷含量比例高达99.83%~99.96%,同时伴随有少量乙烷、丙烷,另含微量的乙烯和丙烯。开心岭一带水溶烃甲烷δ¹³C_PDB值介于-46.5‰~-55.1‰,δD_VSMOW值为-281.0‰~-342.0‰;乌丽一带水溶烃甲烷δ¹³C_PDB值介于-47.8‰~-58.9‰,δD_VSMOW值为-339.0‰~-346.0‰,指示水溶烃甲烷为有机成因,但气源较复杂,利用δ¹³C_CH4-δD_CH4、δ¹³C₁-C₁/(C₂+C₃)等成因图解判别,得出甲烷主要属微生物气,次之为热解成因气,混有少量原油伴生气。推断甲烷主要为有机质在微生物作用下分解的烃类气体或次生生物气,与晚二叠世那益雄组含煤烃源岩有关,气源条件暗示该地区冻土带200~500 m深度内有利于微生物成因气为主的甲烷天然气水合物形成。     

台湾利吉混杂岩中蛇纹岩伴生碳酸盐岩地球化学特征及其成因分析

随着全球气候变暖,生命元素C在地球各个系统的循环受到了越来越多的关注,俯冲带是地表C和深源C循环的重要场所,发育于俯冲带的蛇纹岩伴生碳酸盐岩和渗漏流体对生命的起源及全球C循环研究具有重要意义。台湾东部(简称台东)海岸山脉新生代利吉混杂岩中发育具有沉积特征的蛇纹岩碎屑角砾岩及具有较轻C同位素组成的伴生碳酸盐岩,其成因可能与马里亚纳弧前海底蛇纹岩泥火山和自生碳酸盐岩相似。本研究对台东3个蛇纹岩出露点发育的碳酸盐岩脉进行岩石学、矿物学及地球化学分析,探讨蛇纹岩伴生碳酸盐岩脉的成因。台东利吉蛇纹岩角砾碎屑岩伴生的碳酸盐岩,发育泥微晶团粒、凝块以及放射纤维状方解石和草莓状黄铁矿,总有机碳含量较高(0.11%～0.25%),可能与微生物介导的CH₄厌氧氧化作用有关。利吉桥头剖面蛇纹岩巨砾中的方解石脉δ¹³C为-17.8‰～0.7‰,十三领碳酸盐岩δ¹³C为-12.8‰～-10.7‰,指示碳源很可能包括无机成因CH₄的氧化与海水源碳的混合。虎头山蛇纹岩角砾中方解石脉δ¹³C为-3.4‰～2....     

环境同位素在识别伊犁河谷地下水补给来源中的指示作用

重点分析了研究区潜水、浅层承压水、泉水及地表水δD、δ¹⁸O的分布特征,并对5组水文钻探井地下水样品进行分析.潜水δD变化范围为-97.32‰~-67.51‰,平均值为-80.34‰;δ¹⁸O为-15.85‰~-10.66‰,平均值为-12.08‰.浅层承压水δD为-111.93‰~-68.38‰,平均值为-84.79‰;δ¹⁸O为-16.01‰~-10.52‰,平均值为-12.30‰.泉水δD为-102.06‰~-71.63‰,平均值为-84.10‰;δ¹⁸O为-14.21‰~-9.70‰,平均值为-12.24‰.地表水δD为-90.53‰~-60.99‰,平均值为-72.58‰;δ¹⁸O在-13.20‰~-9.54‰,平均值为-11.21‰.地下水δ¹³C为-9.4‰~-5.6‰,平均值为-8.3‰,极差为3.8‰.结果表明:地下水与地表水均起源于当地大气降水.潜水与浅层承压水水力联系较强,潜水与浅层承压水属于同一含水系统.与浅层承压水相比,深层承压水年龄较大,在20 ka左右,属于沉积埋藏水.深层承压水与浅层承压水的水力联系较弱.潜水与浅层承压水的δ¹³C值较为接近,且接近大气CO₂的δ¹³C值-7‰.研究区地下水中碳的主要来源为大气CO₂.     

赣南地热气体起源的同位素与地球化学证据

对取自赣南地区10个温泉的地热气体进行了气体化学成分及氦、碳、氖同位素组成的分析。该区地热气体可分为CO₂型和N₂型两种类型。CO₂型地热气体分布在赣南东南部地区,主要成分是CO₂,占总体积96.47%以上,二氧化碳气体的δ¹³C值为 -5.50‰～-3.49‰（PDB）,平均为 -4.66‰,为幔源无机成因,其氦同位素组成为1.36～2.27 R_a,具有明显的幔源成因特征,最高约有28.2%的氦源于地幔,其N₂-Ar-He关系研究表明,该型地热气体中的氮源于地幔-地壳-大气混合成因。研究揭示该区CO₂型地热气体属幔源无机成因气,是地幔脱气作用的产物。N₂型地热气体分布在赣南西部地区,N₂含量占91.04%以上,其中二氧化碳气体的δ¹³C值为 -23.7‰～-12.6‰,平均为 -17.82‰,为壳源有机成因,其氦同位素组成为0.06～0.13 R_a,具有明显的壳源放射性成因特征,³He/⁴He 与 ⁴He/²⁰Ne关系和He-Ar-N₂关系研究表明,N₂型温泉气主要来源于大气,并有壳源气体的贡献。     

滇东老厂地区地热水成因：来自水化学和碳氢氧硫同位素的约束

滇东弥勒-师宗断裂带地热资源丰富,但是由于研究程度较低,成因机制不明,制约了区内地热资源的可持续开发利用。本文以弥勒-师宗断裂带北段老厂地区天然温泉水和地热钻孔水为研究对象,综合应用野外调查、水文地球化学和环境同位素方法,对区内地热水的地球化学特征和成因机制进行了研究。结果显示,区内地热水pH值介于7.30～8.12之间,TDS在224～382 mg/L之间,属于弱碱性淡水。地热水水化学类型为HCO₃·SO₄^Ca型和HCO₃·SO₄-Ca·Na型,且含有较高含量的Fe、As、Sb等微量组分,不宜饮用。地热水中HCO₃^-的δ¹³C值为-3.31‰～-7.79‰,计算得出参与水岩作用的CO₂的δ¹³C值为-9.50‰～-15.68‰,具有明显的沉积有机质来源特征。离子比值分析及硫同位素特征表明碳酸盐岩矿物和石膏的溶解是区内地热水主要离子来源的控制因素,此外赋存于浅部断裂带内...     

雅鲁藏布江中上游地区表土碳同位素变化及其影响因素初探

土壤有机碳同位素组成（δ¹³C）记录的环境信息对研究气候与环境变化至关重要,然而高海拔地区土壤δ¹³C对气候变化的响应机制尚不明确。对青藏高原南部雅鲁藏布江中上游地区（海拔3 500~5 100 m）的36个表土样品进行了δ¹³C系统分析,并讨论了其对气候因素的响应。结果表明：表土δ¹³C值分布在-24.6‰~-15.2‰范围之间,平均值为-20.8‰,指示了地上植被为C₃/C₄混合植被类型。随着海拔的升高,C₄植物比例减少,C₃植物比例增加,这种比例变化主导了该区域表土δ¹³C的组成差异。海拔每升高100 m,δ¹³C值偏负0.5‰。进一步分析说明,生长季温度可能是影响该区域表土δ¹³C变化的主要气候因子,降水、大气压等对δ¹³C值的贡献较低。     

水热条件下费托型合成反应氢同位素分馏研究

费托型合成(F-TT)反应是地下烃类的三大成因之一,H同位素组成研究对其生烃过程和成因识别具有重要意义。本研究分别以无机CO和CO₂为碳源,水为氢源,研究在370℃和50 MPa的水热条件下, F-TT反应生烃过程中H同位素分馏情况。结果显示,不管是CO参与的经典F-T反应,还是CO₂参与的F-TT反应,烃类产物H同位素均呈正序分布(δD(C₁)<δD(C₂)<δD(C₃)<δD(C₄)<δD(C₅)<δD(C₆)),符合前人有关地下非生物成因烃的H同位素正序分布特征。本研究分别根据CO和CO₂为碳源的亚烷基机理和羰基插入机理,从反应原理、链增长机制和分馏过程,对2种生烃过程中的H同位素呈正序分布这一规律进行了详细机理阐述。由于热成因气H同位素也呈正序分布,所以烃类气体的H同位素分布特征不能够作为无机烃类来源的判识标志。但是,通过数据对比发现,按照甲烷的H同位素...