陆相生物气纵向分布特征及形成机理研究——以柴达木盆地涩北一号为例

生物气主要有两种生成途径:乙酸发酵和二氧化碳还原.一般,海相环境以二氧化碳还原型为主,而陆相淡水-微咸水沉积环境主要以乙酸发酵型为主,随着深度增加,二氧化碳还原所占比例提高.通过对中国柴达木盆地三湖地区涩北一号构造区新涩3-4井系列取样分析认为,生物甲烷的两种产生途径并不严格按照深度分布.乙酸发酵成因类型分布在浅层(160～400 m)及井底部位(1650～1700 m); 近地表(50～160 m)及中深部是二氧化碳还原型.浅层乙酸发酵型甲烷明显偏重的稳定碳同位素值与相对封闭的泥岩环境及相对有限的母质来源有关; 而井底部位(1650～1700 m)正常乙酸发酵型生物甲烷与粉砂岩为主的相对开放的环境有关,该层段水中极高的乙酸含量说明充分的营养供给不会造成甲烷碳同位素明显变化,同时也意味着本层段地下水活动强烈,从外界携带大量营养底物进入.分析结果同时表明一定浓度的烯类气体暗示着该区细菌活动性强的事实.商业性的聚集以CO2还原成因类型为主,乙酸发酵所占比例较少.     

陆良、保山气藏碳、氢同位素特征及纯生物乙烷发现

近10余年间云南陆良和保山两个盆地中分别发现了小型天然气藏. 过去基于地质背景、天然气组分和碳同位素组成研究, 基本厘定两个气藏为细菌成因气藏. 本次研究全面测定了两个盆地天然气碳、氢同位素组成, 从较深层次揭示了其成气作用的机制. 陆良盆地天然气δ¹³C₁值 为-73.3‰ ~ -72.1‰, δ D_CH4为-242‰ ~ -234‰, 显示其生物成气作用以CO₂还原占主导地位. 证明在陆相淡水条件下, 存在CO₂还原的生物成气过程. 保山盆地天然气δ¹³C₁为-63.6‰ ~ -62.5‰, δ DCH₄为-260‰ ~ -252‰, 为过渡相区生物气特征. 在陆良盆地一个重要发现, 是测得了纯生物成因乙烷的碳同位素组成, δ¹³C₂值为-66.0‰ ~ -61.2‰. 这批数据在我国是首次发现, 与世界迄今两例δ¹³C₂<-55‰的报道相比, 一个重要差异是后两例中均有表征热成因乙烷的混杂.     

柴达木盆地三湖地区第四系生物气盖层封闭机理的特殊性

柴达木盆地东部第四系生物气藏时代新、埋藏浅,作为盖层的泥岩成岩程度都很低,具有高孔隙度、高渗透率的特点.按常规天然气藏泥质岩盖层评价标准来衡量,这些岩石不能作为盖层.但是,正是在这种岩石盖层的封闭下形成了柴达木盆地的大型高效生物气藏,其盖层的封闭机理具有特殊性.对这种盖层岩石的特殊封闭机理进行了模拟实验与研究,结果表明柴达木盆地生物气盖层的封闭性与岩石的含水饱和度有密切关系,饱含盐水的盖层能够有效地阻止天然气渗流散失和扩散散失,而且多套储盖层组合具有累积封闭效应,使得大气田得以形成.对于该地区盖层的封闭能力已经不能采用常规盖层参数的评价方法来评价.     

生物气中轻烃分布特征及其成因

在对柴达木盆地涩北1号气田、保山盆地保山气田和松辽盆地阿拉新气田、葡浅气藏和敖南气藏生物气组分及碳、氢同位素分析基础上,应用轻烃分析技术对这些气田(藏)生物气轻烃进行了研究.天然气轻烃中异构烷烃含量与δ13C1值之间具有良好的负相关性,在涩北1号和葡浅气藏生物气δ13C1值小于-60‰,轻烃中的异构烷烃含量很高,大于40%,并且在异构烷烃中主要由细菌来源的2,2-二甲基丁烷和2-甲基戊烷具有优势分布,认为这些气田(藏)生物气中轻烃成因以微生物作用为主;而生物气轻烃中环烷烃含量与δ13C1值呈正相关性,在生物气δ13C1值大于-60‰的阿拉新气田和敖南气藏,环烷烃平均含量大于44%,认为这两个气田生物气轻烃成因以催化作用为主;保山气田生物气轻烃中异构烷烃和环烷烃含量均较高,可能这两种成因都存在.生物气轻烃成因研究对完善有机质地质演化过程中轻烃生成的演化序列和生物气及低熟气的鉴别提供了重要的依据.     

煤层甲烷碳同位素分布特征及分馏机理

煤层甲烷碳同位素分布范围很宽, 并且和常规煤成气相比, 煤层气中甲烷碳同位素存在强烈的分馏效应, 使煤层甲烷碳同位素变轻. 煤层甲烷碳同位素与煤的R_o相关性很差, 以致无法根据煤层甲烷碳同位素值来判断煤系烃源岩的成熟度. 煤层甲烷碳同位素变轻的程度差别很大, 且明显受地下水动力条件的影响: 水动力越强, 煤层甲烷碳同位素偏轻的程度就越大, 反之就越小. 前人试图用煤层气解吸-扩散-运移-分馏来解释煤层甲烷碳同位素偏轻的现象, 但不能圆满解释碳同位素的空间展布. 根据大量的实验和实际数据, 指出流动的地下水对游离气的溶解作用-游离气与吸附气的交换作用是煤层甲烷碳同位素分馏的机理. 煤系中的水对煤中游离态甲烷的溶解作用更容易把¹³CH₄带走, 留下更多的¹²CH₄, 使游离气中¹²CH₄会相对富集, 游离气中12CH4再与煤中的吸附气发生交换, 部分¹²CH₄变成吸附气, 把吸附气中部分¹³CH₄交换出来变成游离气, 交换出来的¹³CH₄再被水优先溶解带走. 这种过程是不停地在发生, 通过累积效应, 引起煤层气¹²CH₄大量富集, 煤层甲烷碳同位素变轻. 通过水溶气的模拟实验研究, 证实了流动的水可以对甲烷碳同位素产生明显的分馏作用, 容易把重碳同位素的甲烷溶解带走.     

柴达木盆地西部第三系盐湖相天然气碳同位素特征、成因与分布

柴达木盆地西部坳陷区第三系是典型的内陆盐湖相沉积. 对于系统采集于该区第三系13个油气田的34个天然气样品, 测定了其化学组成的百分含量和碳同位素组成. 根据天然气碳同位素分布, 结合烃源岩和原油地球化学特征, 将天然气划分为腐泥型原油伴生气、混合型原油伴生气、煤成气和混合气. 天然气碳同位素特征、成因类型及分布主要与不同湖水盐度条件下的生源注入类型和分布有关. 根据湖水盐度的区域变化可以预测天然气成因类型与分布. 与中国其他盆地相比较, 柴达木盆地第三系盐湖相天然气重烃碳同位素普遍明显偏重, 因此在该盆地划分天然气成因类型应充分考虑这一因素.     

无机成因和有机成因烷烃气的鉴别

在中国有机成因气（煤成气和油型气）及无机成因烷烃气（甲烷）碳同位素系列、R／Ra以及cH4,3He大量分析数据的基础上,结合美国、俄罗斯、德国和澳大利亚等国家相应项次众多的分析数据,经综合对比研究,提出鉴别无机成因和有机成因烷烃气的4个指标：①无机成因甲烷碳同位素组成一般〉-30‰,有机成因甲烷碳同位素组成一般〈-30‰;②无机成因烷烃气具有负碳同位素系列（δ^13C1〉δ^13C2〉δ^13C3〉δ^13C4）和甲烷碳同位素组成一般〉-30‰的特征;③RIRa〉0．5和万δ^13C1-δ^13C2〉0的天然气是无机成因烷烃气;④CH4／^3He≤10^6是无机成因烷烃气（甲烷）,CH4／^3He≥10^11是有机成因烷烃气．     

生物-热催化过渡带气形成机制及演化模式

通过低演化源岩的地球化学分析和模拟实验,系统地研究了过渡带成烃机制,建立了过渡带成烃模式。提出过渡带烃类是在温度不高、压力相对小,而构造应力和粘土矿物催化作用极其活跃的条件下,可溶有机质和极性组分通过正碳离子方式脱羧、脱基团作用和富芳环不溶有机质的缩聚作用形成小分子烃类的成气机制。认为过渡带气是上述诸因素综合叠加、相互作用的结果。     

乌梁素海悬浮颗粒物和沉积物有机碳同位素特征及来源

悬浮颗粒物和沉积物是湖泊有机污染物的主要承载物质,其稳定同位素研究对有效识别有机质污染导致的湖泊富营养化具有重要意义.本研究选取乌梁素海为研究区,于2019年4月（融冰期）、7月（夏灌期）和10月（秋灌期）对湖区及入湖渠道的表层沉积物和悬浮颗粒物中有机碳的δ¹³C、C/N比及总有机碳（TOC、POC）和总氮（TON、PON）含量进行测定分析,联合采用δ¹³C、C/N及同位素多元混合模型研究湖泊有机碳来源及其贡献率.结果表明,乌梁素海悬浮颗粒物有机碳δ¹³C_POC的变化范围为-23.29‰~-29.75‰,呈现10月>4月>7月、入湖渠道>湖区的趋势,悬浮颗粒物POC/PON比变化范围为4.10~21.35,呈现出4月<7月<10月的时间变化,悬浮颗粒有机质主要来源于浮游植物（51.59%）、入湖渠道泥沙（34.60%）和大型水生植物（13.76%）.沉积物有机碳δ¹³C_TOC变化范围为-27.58‰~-22.68‰,呈现4月<10月<7月的变化,沉积物TOC/TON比变化范围为3.06~23.77,时空变化明显,沉积物有机质则主要源于入湖渠道挟带的泥沙,贡献达72.79%以上,而浮游植物与大型水生植物的贡献率相差较小,分别为11.85%和15.36%.本研究可以初步判定受入湖渠道影响的富营养化湖泊中悬浮颗粒物和沉积物有机碳来源,为改善湖泊有机污染和研究有机碳来源提供更多理解.     

气生藻类在云南石林景观形成中的作用

对云南石林碳酸盐岩表面的气生藻类及其生物溶蚀作用进行了详细的野外考察和实验室研究. 通过运用光学显微镜(实体显微镜、生物显微镜)和电子显微镜对100多个藻类标本和岩石标本进行逐步观察、鉴定和统计, 重点分析了石林表面的藻类和藻类群落与石林溶蚀形态的关系和成因机制. 研究认为, 气生蓝藻有着积极的生物溶蚀作用, 能够影响喀斯特溶蚀形态的形成, 这种影响分为直接的和间接的. 直接的影响是指藻类对喀斯特形态形成的主动控制(藻生物控形作用), 主要反映在微形态(<10^&#8722;3 m)及小形态(10^&#8722;3~10^&#8722;1 m)上, 分为藻个体控形作用和藻群落控形作用, 前者主要控制微形态, 后者主要控制微形态和较小的小形态; 间接的影响是指藻类对喀斯特形态形成的促进作用, 它贯穿于所有喀斯特形态形成的过程中. 藻类的生物溶蚀作用加速了整个石林喀斯特地貌的风化过程.     

滇东湖泊水生植物和浮游生物碳、氮稳定同位素与元素组成特征

稳定同位素示踪方法是研究生态系统组成与功能的重要手段,有助于认识湖泊食物网的基本组成与生物地球化学循环的主要过程.本研究选择了云南省东部地区营养水平不同的10个湖泊,开展了高等水生植物(沉水植物、漂浮植物)、浮游植物与浮游动物的空间调查,分析了不同生物在碳、氮稳定同位素信号与元素组成上的分布模式.在碳稳定同位素信号的分布上,漂浮植物在4种生物类型中最为偏负且变化幅度最小,为-28.99‰±0.86‰;浮游动物碳稳定同位素(-20.85‰±2.70‰)的分布特征与浮游植物(-21.88‰±2.97‰)显著相似;而沉水植物的碳稳定同位素显著偏正且变化范围较大,平均值为-12.04‰±4.57‰.结果表明,碳源及其传输途径的差异是导致湖泊生物体内碳同位素信号不同的主要驱动过程.在氮稳定同位素信号上,同为初级生产者的沉水植物(5.43‰±5.84‰)、漂浮植物(5.58‰±7.38‰)与浮游植物(7.26‰±3.83‰)较为相似,而浮游动物氮同位素信号(11.02‰±3.18‰)显著高于浮游植物且平均富集约3.46‰,反映了湖泊生物随着营养级的增加出现较为明显的同位素分馏效应.在空间分布上,湖泊生物碳同位素信号受到水温、水深等因素的明显影响,氮同位素信号则随湖泊营养水平的增加而逐渐偏正.与长江中下游等地区相比,云南湖泊生物的碳、氮元素含量总体偏高;同时,代表内源有机质组分的水生植物和浮游生物C/N质量比值都小于20.因此,本研究揭示的生物碳、氮同位素信号与元素组成特征可为评价高原湖泊食物网组成与生物地球化学循环提供重要的科学依据.     

柴达木盆地卤水型Li、Rb关键金属矿产元素分布特征及富集机制

针对柴达木盆地卤水型锂(Li)和铷(Rb)关键金属矿产资源分布规律不清、富集机制不明的问题,全面调查了盆地第三系古卤水和第四纪现代盐湖卤水中的Li、Rb资源分布规律.研究显示,大风山、南翼山、油泉子、尖顶山、碱石山含油背斜构造古卤水Li、Rb资源禀赋较好,Li平均含量达81.1~128.9mg L^?1,Rb平均含量达4.5~29.2mg L^?1,均具有很好的开发利用前景;柴达木盆地东台、西台、一里坪盐湖及涩聂湖中,除已知的较好Li资源禀赋外,Rb含量最高可达12.5mg L^?1,亟需关注Rb资源的开发利用.基于水体氢、氧和硼同位素特征进一步查明了卤水Li和Rb资源的富集机制,第三系古卤水δD、δ¹⁸O平均值为?40.7‰和2.84‰,多数富Li、Rb古卤水的δD、δ¹⁸O与岩浆水接近;低于河水而与地热流体接近的δ¹¹B值说明,除蒸发作用和水-岩反应外,深部岩浆热液流体的补给才是古卤水矿种元素超常富集的关键机制.而现代盐湖卤水Li、Rb资源的超常富集与火山地热水的补给密切相关,盆地西部盐湖晶间卤水相对高的Li、Rb含量和垂向上随深度增加而Li、Rb含量有所增加的规律,则是由局部古卤水沿断裂带上涌补给造成.     

陇县—宝鸡断裂带CO2气体地球化学特征及成因

陇县—宝鸡断裂带位于青藏块体东北缘,属于鄂尔多斯块体西南缘弧形断裂束的最南段。为对比分析该断裂带的分段活动性强弱特征,利用断裂带逸出气CO₂的地球化学特征进行反演。布设6条跨断层土壤气CO₂测线,进行2期测量,共计获取150个土壤气CO₂组分浓度,计算了气体的相对活动强度;收集了60件CO₂气体样品,测试了其碳同位素组成。结果表明：岐山—马召断裂的气体活动强度（1.56～2.70）比固关—虢镇断裂的气体活动强度（1.73～1.75）大,且岐山—马召断裂上的CO₂碳同位素组成比固关—虢镇断裂上的CO₂更靠近深部物质端元。位于南段的岐山—马召断裂的地下构造连通性较好,断裂闭锁程度较低,而位于北段的固关—虢镇断裂气体活动性较弱,闭锁程度较高,未来发生地震的危险性较高。     

新疆新10泉水文地球化学与断层气特征研究

新疆新10泉为国家基本水化Ⅰ类台,是新疆最重要的地下流体综合观测泉。选取该泉进行水化学检测及所处红雁池―柳树沟断裂土壤气测量,根据测得的土壤气浓度、水化学组分含量和同位素组成等,综合分析了新10泉水文地球化学特征及其断裂带断层气变化特征。结果显示:新10泉泉水循环深度较浅,循环速度较快,致使泉水与围岩间的水—岩反应程度较低;氢氧同位素测试结果表明泉水主要接受大气降水的补给,反映出目前地下水水—岩反应很轻;断层气H_2含量基本介于(0～100)×10~(-6)之间,个别测点测值较高可能与所处环境或断裂裂隙发育有关;断层气CO_2和Rn测值在空间上有一定的一致性,这可能与该断层所受的应力状态有关。     

苏锡常地区地下水同位素组成特征及其意义

通过对苏锡常地区地下水同位素（氘、氧、硫、氮、氚和碳-14）地球化学研究,发现苏锡常深层承压水总体上未受到污染,而浅层地下水则受到了不同程度污染;认为常州地区和苏州无锡地区深层地下水（主采层）可能属于2个不同的含水层系统,含水层系统互相不连通或连通不畅;苏锡常地区由于长期过量超采深层地下水,地下水侧向迳流显示出向开采中心流动的特征,但是地下水流动仍是极其缓慢;深层地下水总体处于半封闭一封闭状态,深层地下水年龄在10-38ka不等,其中,沿苏锡常三城市一线（即开采中心区域）地下水年龄最老,向两侧地下水年龄则逐渐变新．     

北冰洋考察区海-气CO2的分布特征和通量研究

利用中国首次北极科学考察中走航观测所获得的北冰洋考察区海-气CO2分压及相关资料, 分析研究了考察区夏季大气和表层海水中CO2分压的分布特征, 首次用实测的海-气CO2资料于多种方法估算了考察区夏季海-气CO2的通量. 结果表明考察区夏季大气中CO2分压(Pa)的测值范围在(352～370)×10-6 CO2@Air-1(单位下同)之间, 平均为358, 平面上具有波因特来的北部海域较高, 其余海域分布较均匀的分布特征; 夏季表层海水中CO2分压(Pw)测值在98～580之间, 极值之差竟达472, 平均值为242, 比相应的分压(Pa)低 116, 呈现西低东高、北低南高的平面分布特征, 并与研究区浮游生物、冰况、水温和环流状况有密切关系. 估算结果表明, 各种计算方法所估算出的碳通量F的平面分布趋势相似, 除考察区东部海域为大气CO2的弱源区外, 大部分海域都为大气CO2的汇区或强汇区, 但它们的值却有较大差异, 平均值在6.57(Liss法)至26.32 mg CO2@m-2@h-1(14C法)之间, 最大与最小值之间相差约4倍, 大约分别是全球平均值的2～10倍; 若以Wannikhof系数估算, 本海域的平均碳通量则是Takahashi, Feely等人在本海域模拟估算值的2倍左右.     

青藏高原东部兴措湖生物壳体元素及同位素记录的气候环境信息

通过对青藏高原东部若尔盖盆地兴措湖50年来Gyraulus sibirica壳体元素及同位素分析,并与器测气象资料的比较,建立了兴措湖记录与对应的降水和气温间的函数关系,探讨了湖泊记录所指示的气候环境意义,结果表明：青藏高原东部兴措湖地区腹足类生物在夏半年形成壳体,它所记录的是夏半年而不是全年的气候环境信息,Gyraulus Sibria壳体Mg/Ca比及δ^18O指标与夏半年气温有一定的相关性,其中壳体δ^18O指标对气温变化更敏感,δ^18O与夏半年气温滑动平均间的变率为1．64‰／℃,均值比为0．28‰/℃,Sr/Ca比,δ^13C指标与夏半年的降水量关系较密切,尤其是Sr/Ca比随降水量波动呈显著相关变化,Sr/Ca变化与降水间的平均变率（d(Sr/Ca)/dP)为－0．045/mm。     

柴达木盆地涩北生物气藏充注-散失过程及其富集规律研究

柴达木盆地东部涩北气田是我国发现的最大生物气田,为了揭示其充注-散失过程与生物气富集规律,利用不同深度生物气组成和稳定碳同位素分馏现象,结合成藏地质模式分析,用扩散模型计算了其成藏以来的生物气散失量,并与现存储量相加得到充注量.涩北生物气田为多储盖组合叠置的背斜气田,其深部储层为气源直接充注、浅部储层接收下伏气层扩散来的生物气为间接充注.提出的某一储层相对散失量(散失量与充注量的比值)可以表征生物气富集程度,当相对散失量<0.6,有利于生物气富集并形成高效气藏,相对散失量>0.6则不利于生物气聚集、或者形成低效气藏.     

鄂尔多斯盆地东缘煤层气甲烷碳同位素分布及成因

鄂尔多斯盆地东缘煤层气甲烷碳同位素分布及其成因对认识该区煤层气藏的形成和分布规律,煤层气资源评价具有重要意义.在系统总结该区煤层气组分和煤层气碳同位素的地域、时域和煤阶分布特征的基础上,结合煤储层演化过程,分析了甲烷碳同位素的变化规律.该区甲烷碳同位素分布范围宽,同位素组成总体偏轻,地域上由北往南呈现"变轻-加重-变轻"的趋势,针对性分析认为北部低煤阶次生生物气的生成,中部水动力活跃地区引起的水溶解分馏,南部构造演化过程中地层抬升造成的解吸分馏,以及局部岩浆运动引起的快速增温生烃分馏是造成该区甲烷碳同位素普遍偏轻的主要因素.