新工科背景下地球化学课程教学改革的探索与实践

地球化学作为地质类本科专业的核心基础课程,其教学改革与实践受到了广泛关注。本文综述了国内外多所高校在地球化学及相关课程教学方面的改革探索,旨在为我国地球化学课程的教学改革提供参考和启示。通过分析新工科的内涵和地球化学学科的重要性,本文提出了一系列地球化学课程教学改革的建议,包括明确地球化学课程的学科定位、转变教学理念、优化教学方法以激发学生兴趣,以及采用多元化的考核方式。这些措施强调以学生为中心,理论与实践相结合,并充分利用网络资源和学术热点,以提高教学质量和学生的学习积极性,培养学生的创新能力和实践技能,以期培养适应新时代需求的卓越工程科技人才。

中非Muglad盆地晚白垩世海侵及其对油气勘探的意义

晚白垩世全球大规模海侵被认为仅淹没了非洲大陆北部地区,而位于非洲中部的Muglad盆地则未遭受海侵的影响,且盆地内仅发育一套富有机质的烃源岩,即下白垩统Abu Gabra组湖相泥岩。本次研究采集了下白垩统Abu Gabra组湖相泥岩和上白垩统Darfur群泥岩样品,在上白垩统Darfur群泥岩中检测到完全不同于下白垩统Abu Gabra组湖相泥岩的甲藻甾烷和三环萜烷组成,主要表现为高丰度的甲藻甾烷异构体和C_(23)三环萜烷丰度优势,认为其是海侵作用的产物。依据分析结果,本文首次提出上白垩统Darfur群沉积期可能受到新特提斯洋海水的影响,进一步揭示了晚白垩世全球海侵在非洲大陆的海水淹没范围已抵达中非大陆Muglad盆地。此外,上白垩统Darfur群海相富有机质泥岩的存在,揭示研究区不仅发育下白垩统Abu Gabra组湖相烃源岩,还发育一套潜在的海相烃源岩。而K-1井海相原油的发现进一步证实了上白垩统Darfur群海相烃源岩的生烃潜力,海相原油可能是研究区未来油气勘探的新领域。

加拿大麦凯河油砂含油性差异的形成机理

油砂作为一种重要的非常规油气资源逐渐受到全世界的重视,但油砂储层通常存在非均质性强,含油性差异大等缺点,导致开发效率受限。本文基于岩心、铸体薄片和扫描电镜观测、测井数据、储集岩热解和可溶有机质色谱质谱分析结果,研究了加拿大阿萨巴斯卡地区麦凯河区块白垩系上麦克默里组油砂含油性差异的形成机理。麦凯河油砂成岩作用弱,基本不存在胶结物,岩石特征主要由粒径、分选和杂基含量3个参数决定,岩石类型可划分为杂砂岩、粉砂岩、细砂岩和极细砂岩。根据测井和岩心含水饱和度数据可以将麦凯河油砂储层评估为气、水、油和差油层4类,油水层由岩性和生物降解程度决定。生物标志物特征显示沥青属于同一族群且没有成熟度的差异,形成油砂含油性差异的原因可能是岩性差异导致降解程度和早期充注量不同。细砂岩连通性较好,受到水洗、氧化等降解作用严重,通常形成水层;粉砂岩致密程度较高,早期原油难以完全充注,通常形成差油层;杂砂岩物性介于二者之间,在不影响原油充注的前提下,受到降解程度也相对较低,通常形成油层。

冀北—辽西地区中—新元古界古油藏的油气来源及成藏特征

在全球诸多盆地发现的中—新元古界原生油气苗和商业性油气聚集,展示了这些古老沉积地层具有良好的勘探潜力和前景。基于冀北—辽西地区烃源岩与储层沥青中三环萜烷、四环萜烷、重排藿烷、13α(正烷基)-三环萜烷和甾烷等分子标志化合物对比研究,明确了双洞背斜铁岭组和兴隆1井雾迷山组沥青分别源自洪水庄组和高于庄组烃源岩;而韩1井骆驼岭组上、下段储层沥青表现出不同的烃类来源,分别源自高于庄组和洪水庄组烃源岩。冀北—辽西地区古老地层至少发生了3期油气充注,对应3类古油藏:第Ⅰ类古油藏源自高于庄组烃源岩,其成藏时间早,经历了长期深埋和次生改造,油藏的保存条件较差;第Ⅱ类古油藏为早期油藏破坏调整而形成的次生油藏,其成藏规模受到了较大制约;第Ⅲ类古油藏源自洪水庄组烃源岩,成藏时间晚,遭受构造破坏弱,有相对较好的成藏和保存条件,是研究区古老油气勘探的潜在目标。

前寒武纪——早古生代沉积岩显微组分分类、成因及演化

前寒武纪—早古生代沉积岩时代古老、生源简单,但有机显微组分面貌却很复杂。通过对大量国内外自然演化和人工熟化系列样品的观察和分析,基于生源、成因、沉积转化及热成熟作用4个主控因素,提出将古老沉积岩的显微组分划分为类镜质组、腐泥组、固体沥青组、动物有机碎屑组和惰质组。低成熟的古老海相烃源岩的显微组分组成以层状藻类体、沥青质体和矿物沥青基质为主;高-过成熟的古老海相烃源岩的显微组分组成以源内固体沥青为主;笔石表皮体常见于五峰组-龙马溪组页岩,是其中有机质的重要组成部分。进一步分析了其中最具特征且以往易被忽视的显微组分的成因,前寒武纪样品中类镜质组颗粒的成因可能为早期成岩过程低等水生生物遭受微生物降解所形成;源内固体沥青为经一次运移残留在烃源岩内的可溶有机质裂解后的固体残留物或者腐泥组残余干酪根吸收同化可溶有机质后的热演化固相产物。通过自然演化系列样品和热模拟样品的综合研究,明确了中国高-过成熟的前寒武纪、寒武纪和奥陶纪—志留纪含笔石页岩有机质的“前世”分别类似于中元古代下马岭组、寒武纪Alum页岩和奥陶纪含笔石Alum页岩有机质的“今生”,提出笔石表皮体、类镜质组颗粒和源内固体沥青反射率都可以用于表征前寒武纪—早古生代海相烃源岩有机质热演化程度。

“油气地球化学”课程教学实践与改革

“油气地球化学”是资源勘查工程专业的必修课程,其教学内容涉及面广,且具有较强的实践性和综合性。如何有效地促进课程教学、提高学生的学习兴趣等都是值得探讨的问题。在前期实践的基础上,针对学生特点、教学内容和课程属性,改革了课程教学内容,加强了课程实验教学,改进了课程教学方式,调整了课程考核方式,并取得了良好的教学效果,学生期末考试成绩显著提升,较好地掌握了课程教学内容,并能将理论联系实际,解决实际问题。

断陷湖盆天然气成藏生-运-聚动态模拟——以渤海湾盆地辽河坳陷为例

有效判识天然气来源和生-运-聚特征对天然气资源潜力评价,以及天然气勘探方向具有重要指导意义。为了解决断陷湖盆烃源岩非均质性强、天然气成因类型多样导致的气源判识和资源评价具有多解性的问题,以渤海湾盆地辽河坳陷欢喜岭地区为例,根据典型断陷湖盆有效烃源岩分类和天然气成因类型判识方法,开展了气源研究,并基于典型剖面烃源岩生气、运聚动态模拟,总结了天然气动态成藏模式,并指明下步天然气勘探方向。研究结果表明:①古近系沙河街组三段中-下亚段和沙河街组四段是主要烃源岩层,不同构造位置形成的烃源岩类型不同,包括腐殖型、腐泥型烃源岩,分别生成了油型气、煤型气;②形成的各类天然气在复杂断裂、砂体和不整合面构成的输导体系中运移、汇聚,形成混合成因天然气气藏;③欢喜岭地区具有2个运聚系统,系统Ⅰ为西部斜坡带-双台子构造带上的砂四上亚段运聚系统,为油型气近源成藏,其余区域为系统Ⅱ,为油型气和煤型气远距离运移成藏;④欢喜岭地区天然气藏为单凹陷、多源晚期成藏,气源岩空间差异分布和复杂的断裂系统共同控制了该区气藏成因类型多样性和分布复杂性。结论认为,断陷湖盆天然气成藏生-运-聚动态模拟明确了辽欢喜岭地区的天然气气源,指明了靠近洼陷内部的东部陡坡带为天然气有利勘探区,其成果也为其他断陷湖盆的天然气勘探提供了参考借鉴。

沉积有机质中苯基菲成熟度参数及其化学机理——基于地球化学数据和量子化学计算

苯基菲(PhP)广泛分布于沉积有机质和原油中,是重要的苯基多环芳烃化合物。通过标样相对保留时间和标准保留指数对比的方法,对准噶尔盆地和鄂尔多斯盆地26件煤中苯基菲系列进行了系统、准确地鉴定,确定了其在色谱柱(HP-5MS)上的流出顺序:4-、9-、1-、3-、2-苯基菲。采用量子化学计算的方法,精确计算了苯基菲系列的热力学性质,确定了其热稳定性大小顺序为:2->3->9->1->4-PhP。结合不同成熟度煤中该系列的分布特征,提出成熟度参数苯基菲比值(PhPR=(2+3)-PhP/(1+9)-PhP),初步建立了其与镜质组反射率(Ro)的定量关系式:Rc(%)=0.06×PhPR+0.32(Ro>0.4%),并发现沉积环境对苯基菲比值的影响很小,认为该参数是定量评价低熟—高熟原油和烃源岩(Ⅱ~Ⅲ型干酪根)成熟度的良好指标。对比甲基菲(MP)分布特征和热稳定性发现,苯基菲比值的化学机理可能主要与苯基迁移作用有关,即随着成熟度的升高,1-苯基菲可能通过1,2-苯基迁移作用转化为2-和3-苯基菲。相比于对应的甲基菲参数((2+3)-MP/(1+9)-MP),苯基菲比值对成熟度的变化更敏感。

烟道气驱替石英狭缝孔中页岩气的分子模拟

为了探究石英狭缝孔中烟道气封存联合页岩气采收技术的效率,采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)和分子动力学(MD)模拟探讨了地质埋深、地层水含量和烟道气注入比例对烟道气(CO_(2)/N_(2))驱替石英狭缝孔中页岩气(CH_(4))效率的影响。通过系统分析各组分的密度分布、负载量、吸附热和相互作用能,确定了各组分的吸附机理和CH_(4)的采收率。混合组分中CH_(4)和N_(2)的负载量(Γ_(CH_(4)))和Γ_(N_(2))与地层水含量呈负相关。随着地质埋深的增大,Γ_(CH_(4))和Γ_(N_(2))迅速增大,在埋深达到2 400 m后趋于平缓。CO_(2)的负载量(Γ_(CO_(2)))在埋深2 400 m出现最大值;在埋深小于2 400 m时,Γ_(CO_(2))与地层水含量呈正相关;埋深大于2 400 m后,Γ_(CO_(2))与地层水含量呈负相关。CH_(4)的采收率在埋深400~600 m处出现最大值,并随烟道气中CO_(2)摩尔分数的增大而增大,表明烟道气中的CO_(2)对CH_(4)有较强的驱替能力。

含S自由基促进沉积有机质生烃的本质——H转移机制

沉积有机质热演化的本质是伴随H转移的歧化反应。有机S含量较高的干酪根具有更低生烃活化能,往往被认为是体系中丰富的含S自由基加速了C–C键断裂的结果。后生作用阶段,二苯并噻吩类化合物(DBTs)是有机S热演化的一类关键产物。因此,研究联苯类化合物(BPs)和单质S化合生成DBTs的反应过程,有助于理解在S自由基作用下,以H转移为基础的有机质生烃机理本质。本研究通过Gaussian09程序和3,3′-二甲基联苯(3,3′-DMBP)与单质S的热模拟实验,探索BPs和单质S反应生成DBTs的潜在反应路径。结果表明,S1自由基与BPs发生化合反应是优势反应路径,该过程进攻C–H键,形成DBTs和高活性的H自由基;除了部分H自由基参与生成H2S外,其余H自由基可以促进有机质裂解生烃。该优势反应路径表明, H转移更可能是后生作用阶段含S自由基促进沉积有机质裂解生烃的关键步骤。

由流体包裹体均一温度和埋藏史确定油气成藏时间的几个问题——以北部湾盆地福山凹陷为例

利用BasinMod-1D软件恢复了北部湾盆地福山凹陷代表井的埋藏史和热史,结合流体包裹体均一温度,确定福山凹陷始新统流沙港组和渐新统涠洲组油藏为一期成藏,成藏时间为中中新世末期至上新世早期。油气主要成藏时间与源岩大量生排烃期和圈闭形成期很好地匹配,有利于该区油气的充注成藏。

层序地层地球化学及其在油气勘探中的作用

层序地层地球化学主要研究基于层序地层格架下的烃源层空间分布特征和源岩有机质的地球化学性质随层序、体系域的变化规律。以大民屯凹陷为实例的研究结果表明,层序地层地球化学研究在油气勘探中具有4个方面的主要作用:(1)预测未钻井或未取心地区烃源层空间分布特征和源岩有机质地球化学性质;(2)通过细化烃源岩评价单元,提高资源量计算中烃源岩体积估算和有机质性质评价的精度;(3)为基于层序地层格架的油气成藏系统研究提供“油气源”和“资源量”的要素;(4)可以作为盆地沉积充填分析的线索,并对已建立的层序地层格架进行检验和校正。层序地层地球化学研究不仅对中国东部老油田隐蔽油气藏的勘探工作具有重要的意义,对勘探程度低、钻井少、源岩取心少的西部含油气盆地中的烃源岩评价工作更为有效。

紫外拉曼光谱研究焙烧气氛对氧化锆相变的影响

以紫外拉曼光谱技术研究了在不同焙烧气氛中氧化锆样品的表面晶相结构及其转变过程 .结果表明 ,在有氧气氛中焙烧的氧化锆样品易转变为单斜相 ,而在惰性气氛中焙烧可以有效地稳定样品体相和表面的四方相结构 .在缺氧气氛中焙烧的样品暴露于空气中后 ,表面极易转变为单斜相 ,而其体相仍为四方相结构 ,这表明四方相氧化锆在样品表面是极不稳定的 .

北部湾盆地福山凹陷原油充注方向及成藏特征

利用油藏地球化学方法研究了北部湾盆地福山凹陷花场油气田流沙港组(E2l)油气运移和充注方向,分析了流沙港组三段上部与下部油气成藏特征的差异。结果表明花场油气田流沙港组三段上部(E2l13)原油主要来自花场次凸北东方向的白莲次凹,油气沿流二段和流三段之间的不整合面、流三段扇三角洲前缘砂体和断层构成的输导体系运移至花场次凸有利圈闭中聚集成藏。造成流沙港组三段中下部(E2l23—E2l33)相对上部油气藏原油密度略高、成熟度稍低、CO2气含量高、油气产量低的原因在于:受下部反向正断层的控制,流三段中下部原油可能主要来自花场次凸原地流三段烃源岩的贡献。该烃源岩成熟度和生烃潜力明显低于白莲次凹,输导条件也如上部油气藏优越,断穿流三段并切到基岩的深大断裂可能作为火山—幔源成因CO2充注的通道。油藏地球化学为判识油气运移充注方向和成藏特征研究提供了直接有力的证据。

碳同位素类型曲线在辽河盆地油源对比中的应用

方法 利用原油及其组分中碳同位素值所构成的同位素类型曲线 ,对辽河盆地东、西部凹陷两个不同地区的原油进行油 油和油 源对比。目的 区分来自不同母岩的原油 ,并根据碳同位素类型曲线判断油源。结果 西部凹陷高升雷家地区未熟低熟油与东部凹陷南部地区原油类型曲线分布特征差别明显。高升雷家地区未熟低熟油来自沙四段源岩 ,东部凹陷南部地区原油主要来自沙三段 ,部分来自沙一段 ,这与用其它地球化学指标得出的结论相吻合。结论 碳同位素类型曲线是一种非常有用的油 油和油 源对比的地球化学指标 ,与其它地球化学方法相比更直接、更有效 ,在辽河盆地油源对比应用中取得了良好的效果。

凝析油藏充注方向示踪分子标志物:烷基二苯并呋喃

石油中的二苯并呋喃(DBF)及甲基二苯并呋喃(MDBF)具有和二苯并噻吩(DBT)和二苯并吡咯(咔唑)化合物类似的结构和性质,其异构体相对含量和总量既受热成熟作用的影响,又受运移分馏效应的控制。以氘代二苯并噻吩为标样,求得二苯并呋喃和烷基二苯并呋喃类化合物的绝对含量,其与咔唑类含氮化合物总量呈很好的正相关性。以北部湾盆地福山凹陷花场凝析油藏为实例的油藏充注方向示踪结果表明,二苯并呋喃类化合物总量可以作为良好的油藏充注示踪参数。对常规甾萜类生标物参数不准确甚至失效、含氮化合物总量误差较大的凝析油藏而言,烷基二苯并呋喃类含氧芳烃化合物不失为一类有效而又易得的替代示踪标志物。

北部湾盆地福山凹陷天然气成因与来源

利用(1δ3C2-1δ3C3)-C2/C3(mol/mol)关系、“天然气曲线”和天然气C7-重烃三角图对海南福山凹陷天然气的成因和来源进行了研究,结果表明福山凹陷天然气主要为干酪根生烃高峰到湿气阶段的产物;天然气和该区原油同源,都来自流沙港组Ⅱ-Ⅲ型有机质;天然气没有遭受明显的次生变化,受运移效应的影响也较弱;花场地区天然气主要来自白莲次凹,而Hx4井和H 3-4井的天然气可能有来自皇桐次凹的贡献。认为(1δ3C2-1δ3C3)-C2/C3(mol/mol)关系图和“天然气曲线”是研究天然气成因与来源的有效方法。

塔河油田奥陶系原油三芳甾分布及原油族群划分

根据原油和烃源岩抽提物芳烃馏分的色谱质谱分析结果,对塔里木盆地塔河油田奥陶系原油和烃源岩有机质三芳甾(TAS)分布特征进行研究。结果表明:三芳甾分布差异可以有效地划分奥陶系原油的族群及来源;绝大多数奥陶系原油具有C2820S和C2820R相对于C2620S,C2620R+C2720S和C2720R优势的三芳甾分布特征,而塔河油田东部九区T904和塔东地区TD2井原油具有相反的特征;以LN46、TZ12等井为代表的中上奥陶统泥灰岩具有类似于塔河油田奥陶系原油的三芳甾分布特征,而以KN1、TD2等井为代表的寒武系黑色泥岩具有类似于T904和TD2井原油的三芳甾分布特征;可将塔河油田奥陶系原油划分为来自寒武系烃源岩的原油族群和来自中上奥陶统烃源岩的原油族群两个成因类型;判识寒武系烃源层油气来源的三芳甾地球化学判识标准为C26/C2820S>0.30,C27/C2820R TAS>0.75;中上奥陶统烃源层油气来源的三芳甾判识标准为C26/C2820S<0.30,C27/C2820R TAS<0.30。

北部湾盆地福山凹陷岩浆活动与CO_2成藏的关系

新生代以来，北部湾盆地福山凹陷曾发生多期火山-岩浆活动，早期火山-岩浆活动伴随珠琼运动，有玄武岩喷发与部分浅成侵入的辉绿岩（45Ma），中、晚期火山-岩浆活动先后伴随南海运动（30Ma）和东沙运动（10～5Ma以厦1Ma），共发生4期玄武岩喷发；在福山凹陷油气钻探中发现了高CO2含量的天然气藏，其CO2稳定碳同位素、伴生稀有气体氦和氩同位素组成特征指示，福山凹陷天然气藏中的CO2主要为壳幔混合成因；壳幔混合成因CO2气藏主要分布在花场次凸和南部斜坡的F8、F10井区，其分布范围与始新统流沙港组的岩浆岩体吻合很好，表明该期岩浆活动可能是壳幔混合成因CO2气生成和聚集的主要原因；H3—4井下部流沙港组三段和上部流沙港组一段CO2聚集成藏的差异，反映了断裂活动对CO2气生成和聚集的控制作用。指出，在始新统流沙港组岩浆活动强烈的地区，由切割流沙港组三段及其以下地层的深大断裂所沟通的流沙港组三段是寻找具有经济价值纯CO2气藏的有利勘探方向。

石油和沉积有机质中C_(3-)、C_(4-)烷基取代二苯并噻吩的鉴定

采用人工合成标准物质共注实验、与文献报道的保留指数对比并结合异构体的结构及性质的方法,对石油和沉积有机质中C3-和C4-烷基取代二苯并噻吩类含硫多环芳烃化合物进行了系统的鉴定。确定了常规色谱质谱(GC-MS)分析中,烷基取代二苯并噻吩异构体在HP-5MS(5%-苯基甲基聚硅氧烷)色谱柱上的标准保留指数。确认了前人初步鉴定的部分三甲基二苯并噻吩异构体甲基取代基位置,初步比较了C3-和C4-烷基取代二苯并噻吩在不同成因石油和沉积有机质中的分布特征,初步探讨了C3-和C4-烷基取代二苯并噻吩潜在的地球化学意义。研究结果为今后进一步探索烷基取代二苯并噻吩系列在石油和沉积有机质中的地球化学意义奠定了可靠的基础。