典型区域传输过程关键源区减排对天津无机气溶胶及PM2.5的影响研究

利用嵌套网格空气质量数值预报模式NAQPMS探究一次典型区域传输过程关键源区气态前体物减排对天津无机气溶胶(IA)及PM2.5的影响。大尺度区域高精度的IA模拟数据显示,华北平原地区生成了高浓度的IA,向华东地区传输后,按顺时针方向又返回华北平原地区。这一往返式区域传输过程导致天津出现两次污染时段。利用耦合在NAQPMS中的在线污染物来源追踪方法量化了不同源区对天津IA的贡献,识别出华北平原地区是关键源区,日均贡献为57.6%~100%。在天津污染前1天和污染天对华北平原地区SO_(2)、NH3和NO_(x)减排30%分别开展敏感性试验,研究表明NH3减排导致天津IA和PM2.5最大下降率分别为30.8%和13.3%,是SO_(2)减排对IA和PM2.5最大下降率的16倍和26.6倍,是NO_(x)减排情景对IA和PM2.5最大下降率的7倍和6.4倍,成为降低天津污染水平最显著的前体物。SO_(2)减排造成天津硝酸盐浓度上升,最大增长率为3.5%,根据热动力学平衡原理,SO_(2)减排导致生成的硫酸铵减少,气态NH3增加又引起更多的HNO_(3)被中和,生成硝酸盐。NO_(x)减排对华北平原不同地区硝酸盐产生增加/降低两种效应,双效应沿着传输路径依次向下游传播,造成天津硝酸盐、IA及PM2.5浓度先降低后增加。研究结果高度强调了在污染传输过程,关键源区正效应的传播会加快降低气溶胶浓度,但负效应的传播会增加大气污染联防联控的难度。

基于多同位素的珠三角PM_(2.5)中二次无机气溶胶来源解析

二次无机气溶胶(SIA,Secondary inorganic aerosol)是PM_(2.5)中的重要组成部分,其快速形成是导致大气能见度下降的重要原因。二次无机气溶胶主要包括硫酸根、硝酸根和铵根离子,其来源广、生成途径复杂,识别其来源存在一定的挑战。最近,基于稳定同位素(δ^(34)S-SO_(4)^(2−)、δ^(15)N-NO_(3)^(−)、δ^(18)O-NO_(3)^(−)、δ^(15)N-NH_(4)^(+))的源解析方法被应用到相应污染物的来源解析。选取珠三角鹤山大气超级站作为研究地点,开展了为期1年的大气PM_(2.5)样品采集,在分析了70个样品的水溶性离子、痕量金属元素、有机碳、无机碳的基础上,选取其中的37个大气PM_(2.5)样品,分析了相应的δ^(34)S-SO_(4)^(2−)、δ^(15)N-NO_(3)^(−)和δ^(18)O-NO_(3)^(−)、δ^(15)N-NH_(4)^(+)同位素值,结合稳定同位素平衡和优化的贝叶斯模型进行源解析,定量了各污染源对二次无机气溶胶的影响。结果表明,PM_(2.5)年平均质量浓度为39.8μg∙m^(−3)。PM_(2.5)中SIA占比年均29.8%,呈现春季>冬季>夏季>秋季的季节变化规律,冬季二次污染程度较2013年明显下降;年均各SIA对颗粒质量浓度贡献顺序为硫酸根>硝酸根>铵根。δ^(34)S-SO_(4)^(2−)值范围为1.8‰-9.6‰,平均值为4.5‰±1.7‰。源解析结果显示采样期间燃煤、燃油、生物成因硫排放对鹤山SO_(4)^(2−)分别贡献了41.8%、32.9%、25.3%。δ^(15)N-NO_(3)^(−)范围为0.8‰-8.3‰,平均值为4.7‰±2.0‰。贝叶斯源解析结果显示,燃煤排放是鹤山NO_(3)^(−)最主要来源,年均贡献率达到41.6%,其余污染源年均贡献率排序为,生物质燃烧(BB)>汽油车>船舶>土壤微生物,贡献率依次为20.9%、15.6%、13.9%、8.0%。将各SIA浓度与对应的源解析结果合并,结果表明非化石源对总SIA贡献最大,为37.2%,其次为燃煤源及燃油源,分别为35.6%、27.2%。排放清单法可能低估了非化石源对SIA的贡献,在珠三角地区低估值约为10%。清洁大气时期燃油对SIA的贡献显著高于轻度污染与重度污染时期,最高可达48.4%。

无机气凝胶研究进展

综述了无机气凝胶的最新研究进展。分析了无机气凝胶的溶剂置换常压和次临界干燥法制备以及硅烷基化处理常压干燥法制备,介绍了纤维增强气凝胶、多组分气凝胶和搀杂改性气凝胶。

塔里木盆地发现深成无机气的踪迹

介绍了塔里木盆地库车坳陷西部大宛1井2391～2394m井段康村组含气水层和克拉苏1号参数井5116.5～5122.5m井段由垩系含气层中采到的两个气样,其δ^(13)C_1高达-17.3％～-17.9％,其C_1～C_4系列碳同位素呈现明显的反序。指出:两个气样的启示是库车坳陷天然气资源中或多或少的有深成无机气的贡献,其潜力很值得进一步关注。

松南长岭断陷无机气成因类型及分布特征

对长岭断陷 CO2气地化分析表明，松南气田多数井的δ^13 Cco2值均大于-8×10^-3，均为无机成因，而东岭气田部分井的δ^13 Cco2值均小于-10×10^-3，属于有机成因。其中无机成因 CO2气体中 R/Ra 值均大于1，表明其无机成因 CO2都属于岩浆幔源成因。对长岭断陷地区钻井气测含量资料综合分析表明，无机成因 CO2气的平面展布特征可划分为：高含 CO2气区（＞90％），位于中部及东北部，表现有 NNE-NE 向展布的趋势；中高含 CO2气区（70％-90％），主要位于乾安次凹南部，总体表现为 NNW-近 SN 向展布；中低含 CO2气区（20％-50％），主要分布于2个地区。红岗地区，以 NNE 向为主。腰英台-达尔罕地区，以近 SN 向为主；南部的低含 CO2气区。垂向上长岭断陷南北2个次凹中的 CO2产出层位显著不同。北部次凹内的产出层位较高，主要以泉头组及其上的青山口组为主。南部的无机 CO2气产出层位以断陷期营城组火山岩为主，少量为登娄库组。

苏皖沿江火山岩盆地燕山期深部构造—热作用与无机气藏

苏皖沿江带展布的中生代火山岩盆地与燕山期构造活动所造成的大规模岩浆喷溢、侵入和火山作用密切相关。根据火山岩盆地勘探地球物理资料,关注盆地发育过程中的深部构造—热作用及其地质响应,探讨沿江一带火山岩盆地内部勘探、发现非常规新能源的可能性,进而展望火山岩盆地无机气藏勘探潜力。

煤烟型无机气溶胶的形成特征研究

本研究于2020年夏季(8月1日-31日)和冬季(12月1日-31日)使用气溶胶化学组分分析仪(ACSM)在太原盆地典型煤焦化工区介休开展PM_(2.5)中主要化学组分(包括SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+)、Cl^(-)和有机物)的在线观测。结果表明:在冬季受供暖的影响,煤炭消耗量增加,SO_(2)、NO_(2)和CO等污染物的排放量高于夏季;夏季和冬季PM_(2.5)的浓度分别为(45.66±31.31)μg/m^(3)和(57.74±53.79)μg/m^(3),其中无机气溶胶(SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、NH_(4)^(+))占PM_(2.5)的68.89%和62.41%.无机气溶胶的浓度随PM_(2.5)浓度增大而升高。SO_(4)^(2-)的形成在夏季主要表现为光化学反应,在冬季主要表现为液相反应;NO_(3)^(-)的形成在夏季表现为光化学反应和液相反应,在冬季主要是液相反应;结合风速和风向分析发现夏季区域传输和本地生成对SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-)均有贡献,冬季则主要是本地生成为主。夏季硫氮转化速率为0.26和0.14,冬季硫氮转化速率均为0.09,夏季SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-)的转化效率更高。本研究可为太原盆地相关城市PM_(2.5)污染改善工作提供参考。

无机气与我国的无机气藏

油气成因的理论是当今前沿科学的重大课题之一,也是一个多年激烈争论的问题。从18世纪70年代至今,对油气成因问题的认识,基本上可归纳为无机成因和有机成因两大学派。近几十年来,由于核科学、宇航技术和宇宙化学等现代科学技术的突飞猛进。

天津冬季两个典型污染过程高浓度无机气溶胶成因及来源分析

无机气溶胶是天津冬季霾天出现的主要成分,研究挑选了2020年1月污染天中两个典型的高浓度无机气溶胶(SIA)过程(CASE1和CASE2),利用观测数据和耦合了在线污染物来源追踪方法的大气化学传输模式NAQPMS综合探究了气象要素、区域输送和化学过程的影响.两个过程的ρ(SIA)均值分别为76.8μg·m^(−3)和66.0μg·m^(−3),硝酸盐浓度高于硫酸盐和铵盐,均为硝酸盐为主导的污染过程.气象条件影响了无机气溶胶的生成,CASE1过程ρ(SIA)>80μg·m^(−3)对应的温度和相对湿度区间分别是[−6℃,0℃]、[2℃,4℃]和[50%,60%]、[80%,100%];CASE2过程对应的温度和相对湿度区间分别是[2℃,4℃]和[60%,70%].外来源对CASE1和CASE2过程SIA的平均贡献率为62.3%和22.1%,分别为区域传输主导和局地生成主导过程.CASE1本地排放对硝酸盐和硫酸盐的贡献分别为16.2μg·m^(−3)和8.2μg·m^(−3),均高于外来源的贡献(31.7μg·m^(−3)和8.8μg·m^(−3));CASE2过程本地排放对硝酸盐和硫酸盐的贡献分别为29.3μg·m^(−3)和25.1μg·m^(−3),而外来源的贡献为8.1μg·m^(−3)和9.4μg·m^(−3).这表明CASE1本地生成和外来源输送贡献造成硝酸盐高于硫酸盐浓度,而CASE2仅本地源造成硝酸盐浓度高于硫酸盐.两个污染过程气相氧化反应是无机气溶胶生成的首要来源,贡献率分别为48.9%和57.8%;非均相反应也是重要过程,对SIA的贡献率分别为48.1%和42.2%;液相反应的影响小.

辽河坳陷滩海东部地区天然气地球化学特征及有机热成因-无机成因双源模式

辽河坳陷滩海东部地区葵探1井获得天然气重大突破,其侏罗系、古近系天然气的甲烷碳同位素组成(δ^(13)C_(1))差异大,确定天然气成因与气源岩对于评价天然气资源潜力及选择勘探目标具有重要意义。系统分析了滩海东部地区古近系东营组、沙河街组三段和侏罗系小东沟组3套含气层系的天然气组分、稳定碳同位素组成等地球化学特征,对天然气成因和来源进行探讨。滩海东部地区发育有机热成因气和无机成因气2种类型:(1)古近系东营组和沙三段天然气为煤型有机热成因气,成分以甲烷为主,干燥系数介于0.789~0.949,δ^(13)C_(1)值主要在-35‰左右。主要气源岩为盖州滩洼陷沙三中下亚段泥岩,R_(o)在0.77%~1.59%之间。中浅层东营组天然气成熟度显著高于同深度泥岩,表明天然气来源于深部地层;而深层沙河街组三段天然气成熟度与同深度泥岩差异不大,表明天然气以原地聚集为主。(2)侏罗系小东沟组天然气为无机成因气,干燥系数平均值为0.991,δ^(13)C_(1)值>-20‰;推测东营末期深大断裂大规模走滑活动沟通地壳深部与地幔,费托合成的无机天然气沿断裂带运聚成藏。盖州滩洼陷沙三段成熟烃源岩分布区与营口—佟二堡走滑断裂带是分别探索有机热成因型与无机成因型天然气的有利目标区带。

基于机器学习算法对二次无机气溶胶模拟进行偏差订正

采用机器学习算法随机森林结合空气质量模型NAQPMS,利用华北地区模式模拟结果及硫酸盐、硝酸盐和铵盐的观测结果,构建了二次无机气溶胶模拟的偏差订正模型.结果表明:基于随机森林算法融合空气质量模型建立的二次无机气溶胶模拟偏差订正模型可以显著改善二次无机气溶胶的模拟效果,更细致地再现出二次无机气溶胶的时空分布特征.对于训练站点,硫酸盐、硝酸盐和铵盐的模拟偏差可降低89.6%、16.7%和98.0%;对于验证站点,硫酸盐、硝酸盐和铵盐的模拟偏差可降低68.3%、60.0%和81.3%,相关系数均有显著提高.特征因子敏感性试验表明,硫酸盐、硝酸盐和铵盐的模拟浓度是构建二次无机气溶胶模拟的偏差订正模型的重要特征因子,潜在地考虑了二次无机气溶胶物理化学生成过程.本文揭示了融合了深度学习方法和传统数值模式方法在改善区域二次无机气溶胶模拟上的巨大潜力.

中国大气田烷烃气碳同位素组成的若干特征

勘探开发大气田是一个国家快速发展天然气工业的重要途径。1991年至2020年,中国新探明大气田68个,促进2020年产气1925×10^(8)m^(3),成为世界第4产气大国。基于中国70个大气田的1696个气样组分和烷烃气碳同位素组成数据,获得中国大气田烷烃气碳同位素组成特征:①δ^(13)C_(1)、δ^(13)C_(2)、δ^(13)C_(3)和δ^(13)C_(4)的最轻值和平均值,随分子中碳数逐增而变重,而δ^(13)C_(1)、δ^(13)C_(2)、δ^(13)C_(3)和δ^(13)C_(4)的最重值,随分子中碳数逐增而变轻。②中国大气田δ^(13)C_(1)值的分布区间为−71.2‰~−11.4‰,其中生物气δ^(13)C_(1)值的分布区间为−71.2‰~−56.4‰;油型气δ^(13)C_(1)值的分布区间为−54.4‰~−21.6‰;煤成气δ^(13)C_(1)值的分布区间为−49.3‰~−18.9‰;无机成因气δ^(13)C_(1)值的分布区间为−35.6‰~−11.4‰;根据这些数据编制了中国大气田的δ^(13)C_(1)值尺图。③中国天然气δ^(13)C_(1)值的分布区间为−107.1‰~−8.9‰,其中生物气δ^(13)C_(1)值为−107.1‰~−55.1‰;油型气δ^(13)C^(1)值为−54.4‰~−21.6‰;煤成气δ^(13)C_(1)值为−49.3‰~−13.3‰;无机成因气δ13C1值为−36.2‰~−8.9‰;根据上述数据编制了中国天然气的δ^(13)C_(1)值尺图。

准噶尔盆地东部多类型天然气的发现与勘探启示

石炭系是目前准噶尔盆地最重要也是最现实的天然气勘探目标。针对石炭系烃源岩的勘探主要围绕上石炭统巴塔玛依内山组展开,而理论上规模更大的下石炭统滴水泉组烃源岩的有效性尚无定论。同时,石炭纪火山作用频繁,盆地内部具备生成无机成因烷烃气的地质条件,但相关研究甚少。本次研究基于准噶尔盆地东部东道海子-五彩湾凹陷和白家海凸起天然气的分子组成和碳同位素特征,系统分析了天然气的成因来源和潜在的次生改造作用,共识别出4种不同类型的天然气:①来自滴水泉组的煤成气;②来自巴塔玛依内山组的煤成气;③无机成因甲烷和热成因天然气的混源气;④发生渗漏的热成因天然气。研究结果证实了准噶尔盆地东部下石炭统烃源岩的有效性,发现了无机成因烷烃气的踪迹,有望开辟盆地深层—超深层天然气勘探新领域,并提供了一个鉴别“同型不同源”天然气的典型案例。

无机成因油气论和无机成因的气田(藏)概略

我国无机成因油气理论的研究走在世界的前沿。科学实践证明 ,在油气中很大部分 ,特别是石油是有机成因的 ,然而并不排除在油气中相当多的部分 ,特别是天然气是无机成因的。无机成因的烷烃气的甲烷一般δ1 3C1 >-30‰ ,具负碳同位素系列 ,甲烷的 CH4/ 3He值为 n× 10 5～ 7。无机成因的二氧化碳的δ1 3CCO2 >- 8‰。我国的昌德气田可能是迄今为止发现的第一个以烷烃气为主的无机成因气藏。无机成因二氧化碳和烷烃气有利发育带主要分布在 :莫霍面隆起或地幔柱上隆地区 ;热流值大于 1.3HFU,地温梯度大于 3.5℃ / 10 0 m的高热 -热构造区带 ;R/Ra>1正异常带 ,特别在 R/ Ra>2的地带往往发现气藏 ;近期或较新时代玄武岩或岩浆活动带 ,以及沿气源断裂区等。

松辽盆地无机成因气富集规律研究

文章通过松辽盆地无机成因气类型、分布规律及成藏特征研究,认为松辽盆地无机成因气的富集主要受两方面因素控制即热流底辟体、壳内岩浆房、火山岩和区域深大断裂制约着无机气分布区;无机成因气主要分布在莫霍面埋藏较浅部位,并与深大断裂、壳内岩浆房、火山岩和热异常相伴产出。松辽盆地共有4期无机气释放时期即断陷期、坳陷期、构造反转期及新生代释放期,后3期为主要成藏时期,具有晚期成藏的特征;火山岩圈闭和气源断层控制的位于区域性盖层之下的圈闭为无机气聚集的有利目标区。

松辽盆地无机成因气及气源模式

松辽盆地发现了万金塔、乾安、孤店和昌德东4个二氧化碳气藏,并在徐家围子地区发现了无机烃气的踪迹,同时在盆地北部发现多处氦气异常,主要为幔源成因,证实了幔源气体在该区存在的普遍性。对气藏成藏条件和深部壳幔结构的研究表明,松辽盆地存在多种类型无机“气源”,由于赋存的地质条件和演化过程不同,不同气源脱气的方式、脱出气体的类型、脱气量也大不相同,共有4种主要的模式:地幔物质沿超岩石圈断裂直接脱气模式;热流底辟体脱气模式;火山—岩浆成因模式;碳酸盐岩热变质成因模式。松辽盆地热流底辟体、壳内岩浆房和火山岩在空间上叠置,且已发现的无机二氧化碳气富集区与这三者密切相关,表明热流底辟体脱气模式和火山—岩浆成因模式是无机成因气主要的“气源”模式。

海拉尔盆地乌尔逊凹陷无机CO_2气储层的岩石学与碳氧同位素特征

海拉尔盆地乌尔逊凹陷无机 CO_2气储集砂岩中含有大量片钠铝石,是查明无机 CO_2气注入对砂岩的改造和形成的自生矿物组合的理想砂岩。通过偏光显微镜、扫描电镜、X-射线衍射分析和 MAT253稳定同位素质谱仪等,确定了含片钠铝石砂岩中的胶结物与自生矿物类型、成岩共生序列和引起片钠铝石形成的 CO_2的成因。CO_2气注入前形成的自生矿物组合主要为方解石、次生加大石英和高岭石,在次生加大石英形成过程中发生了第一期油气注入。CO_2气注入晚于第一期油气注入,CO_2气注入后形成的自生矿物组合主要为片钠铝石和铁白云石。第二期油气注入发生在 CO_2气注入后。片钠铝石的δ^(13)C 为-5.3～-1.5‰PDB,与片钠铝石平衡的δ^(13)C_(CO2),为-10.7～-7.0‰PDB,与海拉尔盆地 CO_2气的δ^(13)C_(CO2)值(-11.36～-8.02‰PDB)一致,表明形成片钠铝石的 CO_2和气藏中的 CO_2均来源于无机 CO_2与有机 CO_2混合背景,总体上以无机 CO_2为主。结合含片钠铝石砂岩与 CO_2气的分布都受控于深大断裂和γ5花岗岩的特点,CO_2气和形成片钠铝石的 CO_2绝大部分属于幔源-岩浆型。含片钠铝石砂岩中保存了 CO_2驱油的迹象。

阜新盆地无机成因气探讨

评价盆地天然气资源的首要问题是确定天然气的来源。指出,阜新盆地是断陷型裂谷盆地,其中具有沟通地幔和岩石圈的深大断裂,地幔物质沿该深大断裂将大量无机成因天然气带入地球浅部聚集;聚集的天然气具有甲烷含量高、甲烷碳同位素和二氧化碳碳同位素值高3、H e/4H e值较高等特点。认为盆地存在有源于地幔的无机成因气,这种无机气与浅部地层的有机成因气混合后可以形成气藏。

长岭断陷无机成因天然气的判别与分布特征

通过对松辽盆地长岭断陷烷烃气和CO2碳同位素资料的分析,认为该地区存在无机成因天然气。烃类气体中具有重碳同位素异常(δ13 C1>-30‰)和负碳同位素系序(δ13 C1>δ13 C2>δ13 C3>δ13 C4)的同位素分布特征,CO2碳同位素分布在-4.63‰～-16.7‰,部分天然气表现出无机成因烃类气体的特点。3 He/4 He值为0.88Ra,指示有幔源氦的存在,说明该区天然气可能是壳幔混源。长岭断陷天然气藏中不仅无机成因烷烃气由北向南逐渐减少,且幔源CO2也表现出从西北向东南含量明显减少,与区域构造、断裂走向和火山岩密切相关等与无机成因烷烃气相似的分布特征。

无机与有机混合成因的天然气藏

东营凹陷西南部花沟地区发现的二氧化碳气藏，多数专家认为是幔源气。本文通过该区高青断裂下降盘的一个二氧化碳气藏与其上倾方向上的一个生物甲烷气藏的对比研究，认为它们都是无机与有机混合成因的气藏。二氧化碳质量分数较高的气藏幔源气为主，混有少量有机成因气；生物甲烷气藏以有机成因气为主，混有少量无机气。根据碳同位素组成和稀有气体同位素组成分析，认为研究区不存在纯的幔源气。