盐土和碱土土壤无机CO2通量的分离

干旱区盐碱土无机CO_2通量是一个崭新、独特的科学现象,打破了土壤CO_2通量完全来自于有机源的假设;然而,盐碱土无机CO_2通量在土壤CO_2通量和全球碳循环中的重要性还缺乏分离和量化的依据,因而存在很大的不确定性。通过采用高压灭菌的方法,将盐土和碱土的土壤无机CO_2通量从土壤CO_2通量中分离。结果表明:高压灭菌方法并不改变土壤的理化性质,并通过土壤有机CO_2通量与温度的关系验证了分离方法的有效性,从而为盐碱土无机CO_2通量的分离、量化和评估提供了一个可靠有效的方法。盐碱土的土壤无机CO_2通量是土壤CO_2通量的重要组分,土壤无机CO_2通量的分离对精确解析干旱区盐碱土生态系统的碳循环是必要的;对盐碱土土壤无机CO_2通量的研究,将促进对干旱区盐碱土土壤CO_2通量和全球碳循环的理解。

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。

海拉尔盆地乌尔逊凹陷无机CO_2与油气充注的时间记录

海拉尔盆地乌尔逊凹陷存在无机CO2与油气双重充注。通过薄片鉴定、扫描电镜观察、流体包裹体分析、伊利石K-Ar测年及岩浆岩U-Pb定年等,确定了含片钠铝石砂岩的成岩共生序列,建立了无机CO2与油气充注的时间框架。CO2气注入前形成的自生矿物组合主要为次生加大石英和高岭石,在次生加大石英形成早—中期油气开始充注。油气注入是一个连续的过程,于120Ma开始至90～105Ma达到充注高峰,持续充注到63Ma或者更晚。CO2注入晚于油气大规模充注,最早时间为90Ma,与研究区花岗岩、流纹岩等岩浆岩年龄相差较大。研究区辉绿玢岩锆石多数颗粒的206Pb/238U加权平均年龄为46.2±2.1Ma,代表了岩浆侵位结晶形成辉绿玢岩的年龄。结合片钠铝石和铁白云石是砂岩中最晚形成的自生矿物,认为CO2注入时间相对较晚,可能为46.2±2.1Ma或者更晚。含片钠铝石砂岩中保存了CO2充注驱油的迹象。

土壤无机CO_2通量(R_(io))研究进展

土壤无机CO_2通量(R_(io))是土壤CO_2通量(R_s)的重要组分,当前对土壤CO_2通量多基于完全来自有机源的假设,忽略无机过程影响的研究影响了碳循环过程及源汇评估的科学性和准确性。对R_(io)分离方法、特征与影响因素、形成机制等方面的研究进行了归纳总结。1)目前R_(io)分离方法主要有氯化汞灭菌法、加热法、高压灭菌法和^(13)C同位素法,不同的分离方法均具有一定的局限性,且研究成果之间的差异性较大降低了其可比性;2)特定研究地区R_(io)能够主导或暂时主导R_s的方向和大小,且变化特征受温度、含水量、pH、盐分和土壤粒径等因子的影响较大;3)形成机制主要有碳酸盐系统的溶解/沉淀、地下孔穴储藏与通风作用两大观点。在此基础上,针对今后的研究方向提出如下建议:1)探究更通用、简便和精确的分离措施并进行标准化,提高不同研究结果之间的可比性;2)进一步拓展研究的区域和范围,形成基于多生态系统的数据网络;3)深入探究土壤无机碳循环过程,为正确判定陆地生态系统碳源汇功能提供参考;4)加强对土壤R_(io)在生态系统中作用的研究,为寻找全球"碳失汇"提供更为科学的解释。

松辽盆地长岭断陷无机成因CO_2气成藏条件分析

随着深层天然气勘探的进展,在松辽盆地长岭断陷的多个气田中发现了含量不等的CO2气体。通过天然气的CO2碳同位素值和3He/4He值,分析了长岭断陷CO2气体的成因类型,认为长深2、长深4、长深6井区以及松南气田的CO2气体为幔源无机成因为主,而东岭气田的CO2气体为有机成因,这主要受控于断陷内的深大断裂的分布。盆地内地幔隆起导致地壳减薄而发育的低速高导岩浆房、长岭断陷深层"网状结构"的构造拆离带和基底深大断裂则是长岭断陷无机成因CO2气藏形成的有利条件。

双辽火山活动与松辽盆地南部无机CO_2气藏的成因联系——来自火山岩中流体-熔融包裹体的证据

针对松辽盆地南部的双辽火山群中碱性玄武岩及包含其中的地幔捕掳体的普通薄片鉴定、岩石地球化学分析、流体包裹体显微岩相学和激光拉曼光谱分析,研究表明:双辽火山岩以碱性橄榄玄武岩为主,玄武岩中的地幔捕掳体比较发育;对玄武岩斑晶以及地幔捕掳体中的流体-熔融包裹体测试显示玄武岩中的橄榄石斑晶和地幔捕掳体中的流体-熔融包裹体十分发育,其成分主要是CO2,此外还含有少量的CO,CH4,N2和H2O,与上地幔中的自由流体相组分一致。松辽盆地南部的CO2气藏主要是幔源-岩浆成因,成藏时间较晚,主要在新生代,与双辽火山活动的时间接近。尽管双辽火山活动规模较小,但是具有很强的释出CO2的能力,这些富含CO2和H2O的碱性玄武质岩浆很可能并未喷出地表,而是沿着深大断裂进入盆地内部,从而成为松南无机CO2气藏气源体之一。

长岭断陷CO_2气藏与烃类气藏成藏特征

以长岭断陷中部隆起区有机成因烃类气藏和无机成因CO2气藏的成藏条件与分布规律研究为基础,应用储集层流体包裹体分析技术,结合构造演化史分析,研究两种气藏的形成时间、期次和序次,并建立两种气藏的成藏模式。综合研究表明:长岭断陷有机成因气为过成熟煤成气,来自营城组、沙河子组及火石岭组烃源岩;无机成因CO2气以幔源成因为主、火山岩自身脱气成因为辅,气源断裂体系的展布与幔源火山活动脱气是无机CO2气藏富集和运聚的两大主控因素。长岭断陷烃类气体先期成藏(成藏时间为距今81～86 Ma,姚家组沉积期—嫩江组沉积早期),CO2气后期成藏(成藏时间为距今约28 Ma,古近纪末);CO2气藏主要赋存于营城组火山岩中,单独存在或与烃类气体混合存在,且烃类气藏位于混合气藏的上部。

温度对盐土和碱土土壤无机CO2通量的影响

干旱区盐碱土的土壤无机CO_2通量是一个崭新、独特的科学现象,打破了土壤CO_2通量完全来自于生物源的假设。为研究温度对土壤无机CO_2通量的影响,2009年8—10月在阜康荒漠生态系统实验站,以盐土和碱土为研究对象,通过灭菌处理(121℃,24h),将土壤CO_2通量拆分为土壤无机CO_2通量和土壤有机CO_2通量,分析三者的日动态特征及其与温度的相关关系。结果表明,土壤CO_2通量、土壤无机CO_2通量和土壤有机CO_2通量均存在明显的日动态;除碱土的土壤有机CO_2通量日动态呈弱双峰曲线外,盐土和碱土的土壤CO_2通量、土壤有机CO_2通量和土壤无机CO_2通量日过程均呈单峰曲线,表现为日间CO_2通量随温度升高而增加,峰值出现在12:00—14:00,随后随温度降低而减小,谷值出现在3:00—4:00。盐土和碱土的土壤无机CO_2通量作用超过土壤有机CO_2通量,主导土壤CO_2通量的日变化。土壤CO_2通量和土壤无机CO_2通量主要受温度调控,呈直线方程关系。忽略土壤无机CO_2通量对土壤CO_2通量的贡献,将严重低估土壤有机CO_2通量,是造成干旱区碳循环评估不准确的重要因素之一。

盐碱土土壤无机CO_2通量与土壤盐碱属性的关系

土壤CO_2通量是陆地生态系统碳循环的第二大通量,其很小的变化就能严重改变大气CO_2浓度的平衡。本研究分析了土壤pH和EC对盐碱土土壤CO_2通量的重要组成—土壤无机CO_2通量的作用。实验于2010年6—9月在中国科学院新疆阜康荒漠生态站进行。采用高压灭菌的方法,将9种盐碱土的土壤无机CO_2通量从土壤CO_2通量中分离。结果表明,在土壤类型一定时,土壤无机CO_2通量主要受温度控制;低温有利于CO_2吸收,高温有利于CO_2释放。土壤pH可作为指示盐碱土土壤无机CO_2通量作用大小的指标;在低温和高温阶段,土壤pH对土壤无机CO_2通量的作用效果不同。土壤盐分较大的变化,才能造成土壤无机CO_2通量的显著差异。本研究分析了盐碱土土壤无机CO_2通量的特征,为盐碱土无机CO_2通量过程机制的推导提供证据。开展不同盐碱土土壤无机CO_2通量研究将极大促进干旱区盐碱土碳循环的解读。

急倾斜特厚煤层无机源CO_2突出防治技术

煤与CO2突出有别于煤与CH4突出,近年来因其在国内外发生较少而研究不多,但在窑街煤田它时刻威胁着矿井安全生产,根据以往窑街三矿发生的突出事故以及理论和实验分析了煤对CO2吸附量大于对CH4、N2的吸附量,煤与CO2突出的能量要大于煤与CH4突出,总结了窑街煤田CO2气体的无机来源,进行了突出危险性区域划分,得出了不同区域的煤与CO2突出危险性。在突出危险区急倾斜特厚煤层条件下,提出了采用水平分层开采与预抽煤层瓦斯方法,根据残余瓦斯含量检验预抽效果,实现了矿井的安全高效生产。

莺歌海凹陷东斜坡L气田天然气成因及运移模式

基于天然气组成、轻烃和同位素数据以及相关地质资料,对莺歌海凹陷东斜坡L岩性圈闭气田天然气的成因类型、来源以及运移进行研究。结果显示,L气田天然气组成变化较大,烃类含量为33.6%～91.5%,CO_2含量为0.5%～62.2%,干燥系数达0.94～0.99;烷烃气的δ^(13)C1值为-40.71‰～-27.40‰、δ^(13)C2值为-27.27‰～-20.26‰,C5—C7轻烃内组成的异构烷烃含量为55%～73%,属于煤型气,主要来自中新统陆源富有机质烃源岩;当CO_2在天然气中的含量大于10%时,其δ^(13)CCO_2值为-9.04‰～-0.95‰,与之伴生的氦气~3He/~4He值为7.78×10^(-8),属壳源无机成因,深部地层钙质泥岩及碳酸盐岩等热分解生成的CO_2是其主要来源。天然气存在3种运移方式:储集层邻近的中新统烃源岩接触式供烃、中新统梅山组—三亚组烃源岩生成高成熟气通过隐伏断裂垂向充注、沿砂体侧向运移;较大的"源-储"压差是重要的运移驱动力,短距离运移及有效的"源-储"配置控制天然气分布。