天体演化与地球的无机烃——卡西尼号飞船带给我们的启示

陨石、彗星、月球、太阳系大行星及其卫星、宇宙广泛分布着石油烃化合物,土卫六的巨量的甲烷气、液态烃、黑色有机物就是十分典型的例子。根据行星地质学和地球演化史,探讨了地球无机烃存在的可能性。列举了国内外地球无机烃的生成模式:地球脱气模型(戈尔德、杜乐天)、地球吸积模型(欧阳自远)、费托地质合成模型(沃里沃夫斯基、萨尔基索夫、萨特马利)、多种成因的综合模型(张景廉)。介绍了张景廉等近10年来关于油气成因的研究成果:根据Pb,Sr,Nd同位素资料,可以对一些油田的成因进行判识,油气无机成因论不仅可解释中国大陆油气田的分布规律,而且可以对未来勘探靶区进行预测。卡西尼号飞船给我们的启示是:地球深部尚有巨大的油气储量,而按照油气无机成因论是可以寻找大油气田的。

沉积盆地超深层有机-无机复合生烃机理及地质模式

全球范围内超深层油气的不断发现,对经典的生烃理论提出了挑战,外源氢加入的有机-无机复合生烃过程引起了广泛关注。基于地质观察统计数据,分子氢在沉积盆地中分布广泛,形成机制复杂。在地质环境中,水和水-岩反应、深部流体等途径产生的无机氢是最主要的外部氢源。可控加氢模拟实验揭示了沉积盆地的氢逸度水平是调控烃类产物生成的重要因素之一,并且干酪根的加氢裂解是沉积盆地中易于发生的生烃过程。外源氢介入生烃过程的前提是环境氢逸度大于沉积有机质本身的氢逸度,其有效范围受生烃母质化学组成和结构的制约,约起始于生油高峰之后,约终止于沉积有机质H/C=0.3之时。亦即,有机-无机复合生烃作用是沉积盆地超深层生烃的有效途径。在其有效发生的范围内,油气资源类型依然由生烃母质类型(化学组成和结构)、成熟度和受热历史等因素决定,具有明显的阶段性和不同于经典理论的生烃模式。外源氢的参与,在成熟阶段可小幅度提升生油产率;在高—过成熟阶段可显著增加天然气产率;在高成熟阶段,加氢脱烷基作用最大可增加50%的轻质油/凝析油产率;在过成熟阶段,加氢脱甲基-开环作用最大可增加约5倍甲烷产率。有机-无机复合生烃模式的确立,丰富了传统生烃理论的内涵,奠定了超深层油气生成的理论基础,拓展了油气勘探的视野。

地球内部水与无机成烃

地球内部水是广泛存在的,由于高温高压作用使其具有独特的物理和化学性质,它对于烃类物质生成和运移都具有重要的意义。在地球内部,水与无机矿物作用产生H2或者O2,对C-O-H流体平衡存在影响,这是烃类物质形成和稳定的重要因素。地球内部高温高压水热流体一方面为有机反应提供高效的介质,另一方面它直接作为反应物与碳酸盐和金属碳化物反应生成烃类物质。对于地球早期有机物形成和水热条件下有机物的主要合成反应——费托反应,其重要的成烃物质H2主要由水与矿物作用产生,这是目前较为认同的地球内部无机成烃的重要方式。

基于气相色谱的质子交换膜燃料电池用氢气中无机组分和总烃的快速分析方法

氢能源作为一种清洁高效、储运方便、来源广泛的二次能源,是应对环境污染和能源危机的理想能源互联媒介。质子交换膜燃料电池汽车是氢能的重要应用场景,作为能量载体的氢气质量的优劣至关重要。CO、CH_(4)、THC、CO_(2)、Ar、O_(2)、He、N_(2)等无机组分和总烃组分是影响质子交换膜燃料电池用氢气质量的关键技术指标,要实现对上述组分的分析采用常规方法需要多台仪器、操作复杂、效率相对较低。为了实现对质子交换膜燃料电池用氢气中无机组分和总烃组分的高效快速分析,通过研究对比国内外分析方法标准的现状与不足,开发了基于热导检测器、火焰离子化检测器和镍转化炉的三阀四柱组合的气相色谱高效快速分析方法。该方法简捷高效,可以在一次进样的前提下,4 min内实现组分的有效分离和准确定性定量分析。实验结果表明:无机组分和总烃组分在各自的浓度范围内相关系数大于0.995,CO、CH_(4)、THC、CO_(2)、Ar、O_(2)、He、N_(2)检出限分别为0.033μmol/mol、0.039μmol/mol、0.039μmol/mol、0.14μmol/mol、0.25μmol/mol、0.32μmol/mol、9.5μmol/mol和1.7μmol/mol,满足了对质子交换膜燃料电池用氢气中无机组分和总烃组分分析的要求,实现了一台分析仪器对质子交换膜燃料电池用氢气中无机组分和总烃组分的高效快速分析,进一步完善了质子交换膜燃料电池用氢气质量的分析方法标准体系。

中国陆壳是富烃陆壳

中国陆壳是全球九大陆壳中唯一一个四面受挤的陆壳,是火山活动最活跃而广泛的陆壳,也是世界上板内地震的主要发生地区。从中国陆壳所含C、H元素质量分数分析,中国陆壳的C、H元素质量分数高于全球平均含量的克拉克值。因此,由C、H元素组成的烃类物质理应高于全球陆壳含烃量的平均值。而火山活动活跃正是中国陆壳富烃的原因之一:火山活动为有机生烃机制贡献了灶体生烃模型;火山活动的热液流体为有机生烃机制贡献了催化生烃模型;火山活动带来的幔源CO2和H2贡献了合成生烃机制;火山活动带来的热液水贡献了无机碳化物生烃模型;火山活动还直接贡献了幔源烃。所以中国陆壳理应为富烃陆壳。根据中国陆壳和上陆壳的C、H元素质量分数均高于全球平均值推论,中国的陆壳和上陆壳也应富含烃类物质。已有70年开发史的玉门油区于2002年在盆地的基底岩石中又找到了一个新的玉门油区,表明在我国陆壳深层仍有大量的油气资源有待勘探、发现。

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CO_(2)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CO_(2)参与的F-TT反应,烃类产物H同位素均呈正序分布(δD(C_(1))<δD(C_(2))<δD(C_(3))<δD(C_(4))<δD(C_(5))<δD(C_(6))),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CO_(2)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同位素值可以把热成因气(δD(C_(1))>−270‰)和前寒武纪地盾无机成因气(δD(C_(1))<−320‰)简单地区分开来。

渤南洼陷沙四上亚段含油气系统探讨

由于沾化凹陷渤南洼陷地质条件的特殊性 (多套烃源岩、构造复杂性等 )使沙四上亚段复式含油气系统呈现垂向叠置、由断裂沟通、一藏多源 (既有沙三下亚段、沙四上亚段有机烃源 ,又有深部无机烃源 )的复杂面貌。根据实际情况 ,尝试将渤南洼陷沙四上亚段复式含油气系统进一步划分为Es3 -Es4 ( !)、Es4 -Es4 ( !)、无机烃 -Es4 ( ?)等 3个子系统 ,并对其要素、作用进行了研究。认为在洼陷带向缓坡带方向应主要寻找上倾尖灭型及砂泥岩交互型油气藏 ,在陡坡带方向应主要寻找湖底扇型油气藏 ,在洼陷中心应主要寻找砂岩透镜体型、泥岩裂缝型油气藏以及构造 岩性复合型油气藏等。图 3参 6 (吴富强摘 )

黄骅坳陷深部地壳构造及流体特征与潜山油气藏勘探远景

由于南堡油田的发现,使黄骅坳陷的石油勘探引起人们的广泛关注。根据坳陷深部地壳构造特征,中、下地壳有低速层,其深度分别为15km和20km。中地壳低速层富含气体(如CO2,CO,H2等),在合适的温度、压力条件下,这些气体可合成甲烷及其它烃类化合物。坳陷的地幔流体活动(如碱交代,Mg2+交代等)以及幔源CO2,CH4和He气体(港151井)都表明了它们均来自深部热液流体。黄骅坳陷发育多个潜山构造带(沈青庄、孔店、北大港、南大港、羊三木等),按照油气无机成因的假说,深部潜山带(而不是在第三系砂岩)中可望找到几个大型油气田(如千米桥潜山油气田)。

中国油气资源可持续发展的思考(二)

传统观念认为油气资源是一次性不可再生的有限资源,而无机生烃理论则认为,烃类的生成是近乎无限量的;而CO、CO2与H2合成生烃理论、碳化物岩石化学无机生烃理论以及生物生烃理论都认为,烃类是可以再生的。从历史的、哲学的观点阐述了有机生烃说和无机生烃说之间的关系,指出,无机界和有机界之间并不存在不可逾越的鸿沟。中国陆壳所处的特殊地球动力学环境,使地壳深部的幔源物质广泛地参与了生烃过程,为多元生烃提供了充分的条件。发展无机生烃理论、合成生烃理论以及生物生烃理论是油气资源可持续发展的需要。

石墨、菱铁矿与超临界水反应的实验研究

为研究地球深部无机成烃的机制，在金刚石压腔（ＤＡＣ，温度为８００～１５００℃，压力略大于１ＧＰａ）中进行了石墨和菱铁矿分别与超临界水反应的实验研究。用气相色谱法分析了气体产物的组成，发现其中均有大量的甲烷生成，并伴有ＣＯ２和ＣＯ；此外还有少量其它烃类。上述结果意味着在地球深部高温高压条件下，含碳物质与超临界水反应可能是一种新的。

CHARACTERIZATION OF RADIATION GRAFT COPOLYMER OF INORGANIC COMPOUND ONTO ALKENE

In this paper, the radiation graft copolymer of MgO, SiO2 and-Y- molecularsieve onto organic compounds, such as methacrylate, styrene and acrylonitrile obtained by per-rndiation method were characterized by X- ray diffraction, pyrolysis gas chromatography, GPC and X-ray photoelectron spectroscopy.