单体烃氢同位素测试系统高温热转化装置的研制

研制了单体烃氢同位素在线测试系统(GC-TC-IRMS)中的高温热转化装置(TC)。该装置主要由高温电热元件、高温裂解管、温控系统等部分组成。实验表明,高温热转化装置控温精度良好(±3℃);在1250～1500℃之间选择13个温度点,并选用最稳定的烃类化合物CH4,在每个温度点进行反复实验对比(n≥6),甲烷氢同位素值(δDCH4)随反应温度增高逐渐变轻;通过对标准多元气态烃类化合物、标准液态烃类化合物及原油样品测试结果的对比分析,表明所研制的TC具有很好的稳定性与可靠性,δDn-alkane的测试精度优于±2.5‰,完全达到研究需求。

全球油气探明储量与大油气田的分布及地质构造背景

世界探明油气储量的空间分布很不均匀,其中中东地区的油气储量最为丰富。全球大油气田的分布可划分为27个聚集区,其构造类型可归纳为6类。从构造背景分析,以被动边缘型和大陆裂谷型大油气田为主。笔者扼要而综合性地介绍全球油气探明(剩余可采)储量、油气储产比、大油气田聚集区的地域分布及其特征,大油气田的发现与分布特征及其在油气储量中所占的比重与作用,大油气田形成区的大地构造类型,进而举例介绍典型大油气田的地质概况,如典型大油气田加瓦尔油田和乌连戈伊气田的油气地质特征。

气体同位素组成与大地构造环境关系研究进展

对于天然气(包括煤层气)同位素的组成与变化,特别是对其中烃类及CO_2等组分的碳同位素组成与变化因素的研究,通常限于对其母质继承效应和热演化程度方面的研究,而对于其与大地构造环境关系的研究很少见。对于天然气中稀有气体同位素的研究也多在于有关气体成因与来源的示踪。因此,有关天然气的同位素组成及变化与大地构造环境关系的研究是一个富有重要科学意义而值得深入研究的科学问题。所谓大地构造环境,主要指某一构造单元或构造区在其形成演化过程中的构造动力学性质、深部与上部的联系与相互间的物质交换或作用等。例如含油气盆地的大地构造环境,主要指盆地形成演化过程期间的动力学性质、壳幔结构、盆地内的热状态及岩浆活动特征、后期的构造演变及构造形迹的力学性质等。地壳上部的构造类型虽然繁杂多样,但可归为相互对立发展的两类基本构造类型,正向构造区和负向构造区,即隆起(造山)带和构造盆地。近若干年来,对中国含油气盆地天然气及造山带地区沿断裂带发育气体中稀有气体同位素的组成与分布进行了较系统的研究,显示出其与大地构造环境之间具有密切的关系。现将这方面的研究进展做一简介,同时,对于不同大地构造环境中天然气甲烷的碳同位素组成与分布及其与大地构造环境的关系也做一初步探讨。经海西—印支运动,中国境内的主要海槽相继关闭,基本形成统一的大陆块体,其宏观构造格架可简单而形象的描述为棋盘状。即天山—阴山、昆仑—秦岭和南岭等近于东西向的构造带和大兴安岭—太行山—雪峰山、贺兰山—龙门山—川滇等近于南北向的构造带构成的"棋盘网格",而网格内夹持或分布着松辽、华北、塔里木、扬子等大小不等的地块或盆地。其中可划分出4个具有不同构造环境性质的中、新生代含油气区。(1)构造盆地区气体同位素的组成与构造环境示踪东部裂谷区:该区显著的特征为地幔隆起,地壳减薄,超壳深断裂发育,深部物质(基性岩浆和幔源挥发份)的上升活动强烈,形成一系列含氦的高浓度CO_2气藏。各类天然气中相关组分的同位素组成偏重。例如高浓度CO_2气藏的δ^(13)CCO_2值很高,主要在+2%o^-8‰之间;天然气的~3He/~4He值普遍大于Ra值甚至达到10Ra上下,^(40)Ar/^(36)Ar值偏高而^(40)Ar明显过剩。该区为高地温区,中新生界天常规天然气的δ^(13)C_1值相对于其它含油气区同时代的偏高。以上反映了该区壳幔连通程度高、幔源探发分上升的裂谷活动构造环境。中部克拉通构造稳定区(鄂尔多斯和四川盆地):其显著的大地构造特征为地层变形微弱,岩浆活动微弱,深断裂不发育,构造稳定。区内天然气的δ^(13)CCO_2值多低于-8‰,~3He/~4He值均为10^(-8)量级,中生界常规天然气的δ^(13)C_1值也相对偏低。以上表现为单一壳源组分的同位素组成特征,显示该区为壳幔连通程度很低的稳定构造环境。西北构造反转次稳定区:其最显著的特征为先张后压的构造反转演变过程,地温场先高后低。中生界烃源岩的热演化进程相对滞后,一般仅在盆缘有幔源气体活动的迹象,天然气中相关组分的同位素组成具有介于东部区与中部区之间的特征,例如~3He/~4He值为10^(-8)~10^(-7)量级,显示了构造反转的影响因素。构造反转研究是西北区油气勘探中的一个新的重要课题。青藏挤压—走滑构造区:此构造区以地壳巨厚、深断裂发育、岩浆活动强烈、地温梯度异常高、壳层强烈变形而大幅度缩短与隆升为突出特征。区内残留中生代盆地及第三纪拉分盆地,强烈的挤压作用可能不利于油气藏的保存,有限的资料显示,区内各类气体的同位素组成显示以壳源为主混有少量幔源挥发份的特征。(2)造山带或断裂带的气体同位素的组成与构造环境示踪天山造山带南北缘断裂带:天然气以壳源烃类为主,但含少量幔源挥发份,主要特征为~3He/~4He值达10^(-7)量级,CH_4/~3He值为10^(9^10),CO_2/~3He值为10^(6^8),部分气样的^(40)Ar/^(36)Ar值偏高,显示该断裂可能切入上地幔,但强烈挤压而封闭性较高,仅发生微弱地幔脱气。班公湖—怒江岩石圈断裂带:沿断裂带温泉气的R/Ra值为0.43~1.13,显示出较弱地幔脱气作用,说明断裂深度虽达上地幔但开启性程度较低。祁连山造山带内壳层断裂带:断裂带切过煤层中煤层气的~3He/~4He值均为10^(-8)量级,具有高CH_4/~3He值—低R值和高CO_2/~3He值—低R值体系,显示出壳层断裂无地幔脱气作用的特征。伸展性岩石圈(郯庐)断裂带:沿断裂带各类气体普遍含有以CO_2和He为代表的幔源挥发份,以具低CH_4/~3He—高R值和低CO_2/~3He值—高R值体系为特征,显示了断裂深达上地幔,开启性程度高而发生地幔强烈脱气的构造环境特征。

关于煤层中次生生物气的生成问题

煤层气属于非常规天然气,是一种现实的补充资源,而且具有能源、减灾与环保三方面的重要研究价值。在早期的研究中,一般认为煤层气基本都属于热成因气。Scott等(1994)认为美国圣胡安盆地存在次生生物气(secondary biogenic gases)。所谓次生生物气,是指在成煤后,煤层被抬升到浅部,在适宜条件下在煤层中形成的微生物成因的煤层气。自圣胡安盆地之后,先后在波兰、土耳其、加拿大等国的有关含煤盆地内也陆续发现含有这种煤层气。陶明信等(2000,2005,2007,2012)也先后在我国安徽淮南、山西李雅庄和云南恩洪等地发现了次生生物气并进行了系统的地球化学与成因类型研究。次生生物气的生成可显著提高煤层的含气量,现有的研究与发现已证明其具有重要的资源价值。由于煤层中次生生物气的发现时间较短,研究程度还很有限,目前主要限于其地球化学组成与判识方面的研究,还有许多相关问题有待进一步研究。其中存在的一个重要的问题是,微生物究竟利用煤岩中的哪些物质形成次生生物气,而煤层中又是否含有丰富的此类物质而可形成大量的次生生物气?加之国内学术界曾存在一种推测:认为细菌不能分解煤岩(固体)物质,故煤岩(中)不可能再生成(次生)生物成因煤层气。因此,煤岩中究竟能否生成(次生)生物气,且是哪些母源物质通过什么具体途径所生成,是需要具体研究的关键性基础问题。近年来,针对上述问题,较系统地研究了煤层中形成次生生物气的母源物质,并通过气体地球化学示踪方法,追索次生生物气的形成途径与相关的形成机理或形成过程。本摘要概述相关的研究进展和初步认识如下:①含次生生物气的煤层气的地球化学特征主要为:随着次生生物成因甲烷的生成及其含量的增加,煤层气的组分变干,C_1/C_(1-n)值一般约为0.95,甚至为特干气;甲烷的δ^(13)C_1值变低,多在-55%o上下;δDCH_4值多低于-200‰;且随着次生生气的增加,△δ^(13)CCO_2-C_1值与△δ^(13)CC_2-C_1值均呈现出显著变大的趋势。②在煤岩形成演化过程中,可伴生大量的CO_2,H_2,是次生生物气的直接母源物质。在自然界中,绝大多数煤层气的CO_2含量都很低,而H_2则基本缺失。这显示,在煤的形成演化过程中生成的大量CO_2及H_2,除溢散到煤层外,基本都转化成了其他组分,而转化为生物成因甲烷则可能是其重要的去向。③C_(2+)亦显示出被微生物降解而其碳同位素组成(δ^(13)C值)明显变重的特点,说明热成因煤层气也经历了微生物的改造。④对煤层气中CO_2与CH_4之间的碳同位素分馏与示踪研究显示,二者的δ^(13)C值之间为负相关关系,CO_2被微生物还原为CH_4;相关的图解分析也显示,次生生物气主要属CO_2还原型。多方面的证据显示,CO_2还原是次生生物气形成的主要途径。⑤次生生物气中,CH_4和N_2的含量变化多呈线性消长的负相关关系,而N_2的δ^(15)N值与大气值(0‰)基本一致,即其中的N_2主要来自大气,从而表明煤层与地表沟通。地表水的下渗可将微生物带入煤层,为其后煤层中微生物的进一步繁盛厌与氧环境的形成创造了必要的环境条件。

《沁园春·雪》创作的地理环境与历史背景探析

1945年10月7日,毛泽东在重庆谈判期间,将所作《沁园春·雪》(以下简称《雪》)书赠柳亚子先生,其后,柳亚子将《雪》在"柳诗尹画联展"中展出,并为联展作跋评论:"毛润之沁园春一阕,余推为千古绝唱,虽东坡、幼安,犹瞠乎其后,更无论南唐小令,南宋慢词矣。"