地质成因的甲烷释放对大气的影响

地质成因自然源的甲烷释放在整个大气甲烷估算中起着非常重要的作用,它既是不含放射性14C甲烷源(死碳源)缺失部分的重要代表,也是甲烷重碳源的重要部分.概述了国内外关于地质成因甲烷释放对大气甲烷源与汇影响的研究进展,详述了来自地质成因化石燃料泄漏的人为甲烷释放以及来自沉积盆地(含油气盆地)、泥火山、地热区、海洋和甲烷水合物的地质自然源甲烷释放对大气甲烷源与汇的贡献及其影响因素;说明由于地质成因甲烷分布的区域性、不均匀性和时空的高度变化性,以及目前地质成因甲烷的通量估算仅建立在区域性的少量甲烷通量测试基础上,造成了地质成因甲烷释放通量估算的高度不确定性;指出研究中国西北地区油气田集聚区的甲烷释放通量,对油气田地质成因甲烷释放通量的估算具有重要意义.     

海洋中溶存甲烷研究进展

CH₄是大气中的重要微量气体，对全球变暖和大气化学有重要作用。海洋是大气甲烷的重要源和汇。开展海洋中溶存甲烷的研究，有助于了解海洋对大气甲烷和全球变化的贡献。综述了海洋中溶存甲烷的研究现状，着重介绍了海洋中溶存甲烷的分布特征、海气交换通量的估算及其生物地球化学循环，并探讨了该领域研究中存在的问题。     

中国地质源温室气体释放近十年研究概述

地质源温室气体是指固体地球通过各种地质作用向大气圈释放的温室气体,是固体地球与大气之间物质交换(地气交换)的重要形式,主要包括火山喷发和地热活动、断裂带构造运动、油气渗漏、天然气水合物分解、煤自燃、碳酸盐岩风化等多种地质作用过程所释放的二氧化碳、甲烷等气体.实际上,地气交换是重要的地质作用,是地球各圈层物质循环和能量交换的基本载体和重要动力学机制.全球气候变化和温室效应是人类面临的巨大挑战,地质源温室气体的类型与来源、释放机理与过程、释放通量与大气温室效应等的调查和研究已成为当今地球系统科学的研究热点和发展方向之一,对于应对全球变化和温室效应具有重要的科学意义.中国科学家积极参与和适时开展地质源温室气体调查研究,对中国大陆部分火山和地热区、地震断裂带、含油气区和泥火山等释放的温室气体进行了初步观测与调查,在地质源温室气体的地球化学组成、释放通量等方面取得了一些成果,这些工作为进一步的深入研究奠定了良好基础.     

中国大陆地质源温室气体释放

国内外大量研究表明,当今大气圈温室气体浓度的增加是自然因素和人类活动共同作用的结果。地质源温室气体释放是导致当前大气圈温室气体浓度增加的重要自然因素之一。火山-地热区、泥火山系统与油气盆地、巨型活动断裂带等是地质源温室气体的主要释放类型。在当前强调温室气体减排的国际背景下,定量化地评估地质源(主要包括火山-地热区、泥火山系统与油气盆地、巨型活动断裂带等)的温室气体释放通量,对于深入了解人类活动与大气圈温室气体浓度变化的联系至关重要。本文基于中国大陆重要的地质源(主要包括火山-地热区、泥火山系统与油气盆地、巨型活动断裂带等)温室气体的释放特点,重点综述了中国新生代火山-地热区温室气体释放通量与成因研究的近期成果,并进一步讨论了火山-地热区温室气体成分与释放通量的连续观测在中国活火山监测与减灾防灾研究中的应用前景。     

地质甲烷对大气甲烷源与汇的贡献

地质甲烷是除湿地外最大的一类自然源,主要包括微渗漏、泥火山、海底渗漏、火山地热区和温泉等,这些地质源每年向大气释放约42～64 Mt甲烷气体,在整个大气甲烷收支平衡中具有重要意义.IPCC第四次报告(2007年)以前由于相关调查研究的欠缺,甚至基本数据的匮乏(包括未发现的源)以及甲烷地质成因的复杂性,对地质甲烷等烃类气体向大气的排放通量估算严重偏低.最近几年,国外相关研究者进行了一定规模的系统调查和科学研究,补充完善了有效数据库,改变了估计偏低的现状,并且使IPCC将地质来源的甲烷单独列项.相对来讲,我国在这一领域的研究还刚刚起步,与国际水平相差甚远,包括泥火山等地质甲烷释放通量的原位测量和科学研究仍属空白.因此,适时总结国内外相关研究的现状和发展趋势,将有利于为开展中国地质源甲烷的研究提供有益的参考.     

雅克拉凝析油气田油水界面甲烷天然释放及其源示踪

为评价油气田天然释放CH₄对大气CH₄源与汇的贡献, 采用静态箱法实地监测了新疆塔里木盆地雅克拉凝析油气田油水界面处甲烷的释放通量, 并采用在线大气甲烷碳同位素制样系统与稳定同位素质谱仪联机测试了通量箱甲烷碳同位素组成.结果表明, 由于油水界面边水活跃程度不同, 甲烷通量在空间变化很大, 最高的日释放通量达2.28 mg/m2·d, 最低-1.32 mg/m2·d, 日平均释放通量0.51 mg/m2·d, 标准偏差达1.23 mg/m2·d.油水界面处甲烷通量日变化规律基本相同, 凌晨至清晨时达到相对高点, 随后逐渐降低, 下午至傍晚时段为释放低值甚至负值, 夜晚时分又逐渐增加.通量箱中甲烷δ13C组成白天随甲烷浓度的线性降低而逐渐偏重, 夜晚δ13C随着甲烷浓度的线性增加而逐渐偏重.可见, 油水界面边水活跃, 其上方的土壤形成相对氧化的环境, 油气藏甲烷及烃类在向地表运移的过程中不断被土壤吸收氧化, 仅有少量运移至地表并逸散到大气中, 局部甚至均被吸收氧化, 而成为大气甲烷的汇.      

陆相流域盆地沉积通量模拟及古地貌意义——以西藏尼玛地区为例

青藏高原新生代的地貌演变一直是国际地球科学研究的前沿领域和热点问题。目前对于高原中部新生代地貌演变及其动力学机制的认识仍旧存在较大的争议,并且通过不同研究手段得到的结论也存在较大不同。流域盆地内的沉积物不仅记录了其沉积场所的大地构造背景、古气候和古环境特征等重要信息,同时也记录了源区的剥露历史,以及整个流域盆地的时空展布、地貌演变、风化强度和沉积通量变化等重要的地表过程。高原中部至少在早中新世就已形成的内流水系为进一步认识高原地貌演化提供了可能。基于源—汇系统质量平衡原则,以高原中部新生代尼玛盆地及其物源区构成的陆相盆地源—汇系统为研究对象,以沉积通量数值模拟（BQART-MCS）为研究方法,尝试重建高原中部新生代晚期的地貌格局。模拟结果表明:只有在年均气温为2 ℃~10 ℃、最大地势为1~3 km、干旱—半干旱的地貌条件下,源区产生的碎屑物质总量才可以与汇区沉积物总量达到平衡。本项研究是深时沉积通量数值模拟方法（BQART-MCS）在青藏高原的首次尝试,为在陆相盆山源—汇系统开展沉积物定量研究提供了新的思路。     

陆相断陷盆地源—汇系统要素表征及研究展望

源—汇系统是指剥蚀地貌形成的物源通过搬运路径到汇水盆地分散沉积下来的动力学系统,在地球科学领域具重要研究意义。源—汇系统包含物源、搬运路径和沉积体系3个重要组成要素,必须把3个要素作为一个系统过程来研究,才能完整地认识地球表层的动力学过程及其演化。陆相断陷盆地是我国重要的含油气沉积盆地类型,笔者等系统地分析了陆相断陷盆地结构特征,其内部陡坡带与缓坡带作为断陷盆地独立的次级构造单元,形成过程和地貌结构存在差异,进而导致相应源—汇系统要素也存在差异性。根据源汇系统耦合要素可将断陷盆地不同构造带源—汇系统类型划分为近源—短轴—浊积扇型、近源—短轴—冲积扇/扇三角洲型和远源—长轴—湖泊三角洲型3种类型,其中陡坡带主要发育近源—短轴—浊积扇型、近源—短轴—冲积扇/扇三角洲型两种源—汇系统耦合类型;缓坡带和盆地长轴方向主要发育远源—长轴—湖泊三角洲型源汇系统耦合类型。未来源—汇系统研究将通过多学科、多方法开展综合研究,聚焦深时物源体系、搬运通道和分散体系研究,强调源—汇系统要素定量表征及其耦合响应关系,预测规模性有利沉积砂体,为沉积矿产勘探开发提供预测性模型和地质基础。     

陆相断陷盆地源—汇系统要素表征及研究展望

源—汇系统是指剥蚀地貌形成的物源通过搬运路径到汇水盆地分散沉积下来的动力学系统,在地球科学领域具重要研究意义。源—汇系统包含物源、搬运路径和沉积体系3个重要组成要素,必须把3个要素作为一个系统过程来研究,才能完整地认识地球表层的动力学过程及其演化。陆相断陷盆地是我国重要的含油气沉积盆地类型,笔者等系统分析了陆相断陷盆地结构特征,其内部陡坡带与缓坡带作为断陷盆地独立的次级构造单元,形成过程和地貌结构存在差异,进而导致相应源—汇系统要素也存在差异性。根据源汇系统耦合要素可将断陷盆地不同构造带源—汇系统类型划分为3种类型: ① 近源—短轴—浊积扇型、② 近源—短轴—冲积扇/扇三角洲型和 ③ 远源—长轴—湖泊三角洲型,其中陡坡带主要发育近源—短轴—浊积扇型、近源—短轴—冲积扇/扇三角洲型两种源—汇系统耦合类型;缓坡带和盆地长轴方向主要发育远源—长轴—湖泊三角洲型源汇系统耦合类型。未来源—汇系统研究将通过多学科、多方法开展综合研究,聚焦深时物源体系、搬运通道和分散体系研究,强调源—汇系统要素定量表征及其耦合响应关系,预测规模性有利沉积砂体,为沉积矿产勘探开发提供预测性模型和地质基础。     

海洋二氧化碳的研究进展

海洋是一个巨大的碳库,具有潜在的缓冲大气CO2增加的能力,研究CO2在海洋中的转移和归宿,对于预测未来大气CO2含量乃至全球气候变化具有重要意义。综述了海洋CO2的研究现状,着重介绍海洋CO2的源与汇、海—气CO2通量的估算以及海洋环流、生物泵和海洋生态在海洋碳循环中的作用,并对该研究领域的发展趋势进行了总结。     

A new estimate of global methane flux from onshore and shallow submarine mud volcanoes to the atmosphere

A new estimate of global methane emission into the atmosphere from mud volcanoes (MVs) on land and shallow seafloor is presented. The estimate, considered a lower limit, is based on 1) new direct measurements of flux, including both venting of methane and diffuse microseepage around craters and vents, and 2) a classification of MV sizes in terms of area (km²) based on a compilation of data from 120 MVs. The methane flux to the atmosphere is conservatively estimated between 6 and 9 Mt y^–1. This emission from MVs is 3–6% of the natural methane sources and is comparable with ocean and hydrate sources, officially considered in the atmospheric methane budget. The total geologic source, including MVs, seepage from seafloor, microseepage in hydrocarbon-prone areas and geothermal sources, would amount to 35–45 Mt y^–1. The authors believe it is time to add this parameter in the Intergovernmental Panel on Climate Change official tables of atmospheric methane sources.GEM     

Another Source of Atmospheric Methane

The atmospheric concentration of methane is steadily increasin.Lacking of precise estimates of source and sink strengths for the atmospheric methane severely limits the current understanding of the global methane cycle.Agood budget of atmospheric methane can enhance our understanding of the global carbon cycle and global climate change,The known estimates of the main source and sink strengths are gresented in this paper,In terms of carbon isotopic studies,it is evidenced that the earth‘s primodial methane,which was trapped in the earth during its formation,may be another source of methane,with extensive,earth‘s degassing which is calleld the “breathing“ process of the earth and played an important role in the formation of the promitive atmosphere,large amounts of methane were carried from the deep interior to the surface and then found its way into the atmosphere.     

Spatial variations in methane emissions from natural wetlands in China

Natural wetlands are thought to be one of the largest natural sources of atmospheric methane concentrations. Although numerous studies referred to the rate of methane fluxes in different geophysical regions, only a few had estimates of the overall geographical methane emissions in China. This study estimated the spatial variations of annual methane emissions with the pixel size of 1 km × 1 km from natural wetlands, excluding water surface, in China. The natural wetland areas were extracted from the database of the 2000 land covers, and geophysical divisions were used to represent different climate conditions. Methane emission in every geophysical region was calculated based on methane release factors obtained from an extensive overview of published literature and the data of elevation and vegetation proportion. The estimated annual methane emissions ranged from 0 to 5,702.8 kg per pixel within the area of 1 km², and the spatial variation in methane emissions was strongly correlated with proportion of wetlands in the area. The total methane emission from natural wetland in China ranged from 3.48 to 7.16 Tg (terrogram, unit of weight) per year, with the mean value of 4.94 Tg per year, based on the area 133,000 km² of natural wetlands. Specifically, the wetland in Northeast China had the highest contribution in China (39 %). Inner Mongolia and Qinghai-Tibet highland represented for about 25 and 21 %, respectively. The other 15 % of the measured methane was released in Northwest, North, Central, and South China.     

Estimation of the methane flux from mud volcanoes along Chishan Fault,southwestern Taiwan

Because of the increasing public awareness of the greenhouse effect, geological emissions of methane (GEM) have gained more attention. The Intergovernmental Panel on Climate Change included GEM in the natural sources of methane category in the Fourth Assessment Report in 2007. The methane flux from mud volcanoes (MVs) is the second leading source within GEM. However, given that gas flux from MVs has been measured directly only in Sicily and Azerbaijan, the global methane estimation is still a conservative assumption based on limited data. The behavior of MV activities is seldom reported. This study attempts to estimate annual methane emissions through MVs by using a video recorder to record MV activities along the Chishan Fault and determining the bubble size and flux rate of each MV. Observation results, after a 1 year observation period, indicate that the annual emissions of the 19 MVs along the Chishan Fault are 0.1–0.2% of the global methane flux from MVs, highlighting that the methane emission from these MVs should not be neglected. In addition, the continuous monitoring of a particular MV disclosed periodic characteristics of MV activities. These results manifest the spatial and temporal variations of MV activities along the Chishan Fault. The spatial variations are related to the extensional kinematics of the Chishan fault, while the temporal variation relates to the earth-tide-related MV activities. The estimated annual methane emissions from the study are far more than those of previous studies and are still considered conservative. Results of this study may provide valuable information for researchers attempting to estimate the quantity of GEM.     

过去2000年大气甲烷含量与气候变化的冰芯记录

温室气体与气候变化的关系是当前全球变化研究中的一个核心内容。目前关于大气温室气体含量变化只有几十年的实测资料, 而冰芯包裹气体中的CH4 不仅能反映过去大气CH4 含量随时间的变化, 而且能很好地揭示陆地CH 向大气中的释放随时间及空间的分布。近年来, 极地冰芯研究表明南极和北极过去大气层中的甲烷含 量差异很大, 北极大气层中甲烷含量远大于南极大气层。科学家们推测, 中低纬度地区是全球大气层甲烷含量变 化的驱动源。而对这一可能驱动源的甲烷含量变化, 很长时间人们一无所知。达索普冰芯记录揭示了中低纬度大 气CH4 含量与极地冰芯记录相同的变化趋势, 并明确显示工业革命以来大气CH4 含量的增长。高分辨率达索普 冰芯记录的工业革命以来大气CH4 含量变化最显著的特征是20 世纪两次世界大战期间人类活动CH4 排放的减缓 使大气CH4 含量呈负增长。中低纬度大气CH4 含量的恢复使我们有机会与极地冰芯记录进行定量对比研究。 0 ～1850A. D. 中低纬度大气CH4 的平均含量为782nmol /mol, 与格陵兰和南极大气CH4 平均含量差分别达66 nmol /mol和109nmol /mol, 并且其最大自然波动幅度超过200nmol /mol, 这是极地冰芯记录从未有过的。达索普冰芯 记录表明工业革命前中低纬度为全球大气重要的CH4 源区, 但最近1000a 来, 北半球中高纬度的排放有了显著的 加强; 过去2000a 来的自然变化时期, 气候变化的纬向差异对北半球不同纬度带CH4 排放格局有重要影响。     

中国煤炭甲烷管控与减排潜力

甲烷是最主要的非二氧化碳温室气体,受到越来越多的重视。煤炭甲烷是我国最主要的甲烷排放源类型,我国也是世界煤炭甲烷排放量最大的国家,煤炭甲烷的有效排放管控与高效开发利用兼具温室气体减排、能源气体开发利用和灾害气体防治三重意义。基于系统调研和研究工作积累,概述了煤炭甲烷排放管控背景,总结了全球与代表性国家煤炭甲烷排放及其管控现状,阐释了我国煤炭甲烷开发利用与排放管控历程及发展趋势,讨论和前瞻了我国煤炭甲烷减排路径与减排潜力。已有研究工作表明:我国煤炭甲烷排放主要来自煤炭地下开采风排瓦斯,且较长时期内仍是我国煤炭甲烷的主要来源;随着我国关闭矿井增多,由此产生的关闭矿井甲烷排放量呈增长趋势,是我国煤炭甲烷不容忽视的来源。随着碳中和目标的提出,温室气体减排的政策导向逐渐成为我国煤炭甲烷排放管控的重点,明确了煤炭甲烷减排方向。我国煤炭甲烷排放管控形成了以煤层气勘探开发利用、煤矿瓦斯抽采利用、关闭/废弃矿井瓦斯抽采利用、乏风瓦斯利用等全浓度利用,煤炭采前、采中和采后全周期利用为特征的关键技术路径。我国煤炭甲烷排放管控面临巨大压力和严峻挑战,诸多政策、机制、技术问题亟待破解。突破复杂地质条件适配性煤层...     

火山区温室气体排放研究进展

火山活动是地球深部脱气的重要途径之一,它在大气圈温室气体浓度变化及全球碳排放研究中具有重要的作用。以国外火山气体研究成果为基础,概述火山气体的研究内容、研究方法（包括样品采集、实验室测试）,并重点探讨国外间歇期火山区土壤脱气、温泉脱气及喷气孔脱气的温室气体排放通量估算方法及其相应规模。结果表明,全球范围内火山间歇期土壤...     

Modeling and prediction of ventilation methane emissions of U.S. longwall mines using supervised artificial neural networks

Methane emissions from a longwall ventilation system are an important indicator of how much methane a particular mine is producing and how much air should be provided to keep the methane levels under statutory limits. Knowing the amount of ventilation methane emission is also important for environmental considerations and for identifying opportunities to capture and utilize the methane for energy production.Prediction of methane emissions before mining is difficult since it depends on a number of geological, geographical, and operational factors. This study proposes a principle component analysis (PCA) and artificial neural network (ANN)-based approach to predict the ventilation methane emission rates of U.S. longwall mines.Ventilation emission data obtained from 63 longwall mines in 10 states for the years between 1985 and 2005 were combined with corresponding coalbed properties, geographical information, and longwall operation parameters. The compiled database resulted in 17 parameters that potentially impacted emissions. PCA was used to determine those variables that most influenced ventilation emissions and were considered for further predictive modeling using ANN. Different combinations of variables in the data set and network structures were used for network training and testing to achieve minimum mean square errors and high correlations between measurements and predictions. The resultant ANN model using nine main input variables was superior to multilinear and second-order non-linear models for predicting the new data. The ANN model predicted methane emissions with high accuracy. It is concluded that the model can be used as a predictive tool since it includes those factors that influence longwall ventilation emission rates.     

中国区域碳排放研究

通过比较不同机构和学者对中国区域碳排放的测算结果, 指出现有测算结果间存在巨大差异的具体原因, 按照更加科学准确的方法重新测算了中国各省及中部、东部、西部等主要区域的能源和水泥的碳排放量, 以此为基础, 通过对比分析, 对1990至2008年间不同区域碳排放总量、人均排放量、碳排放强度等重要指标的差异进行了系统分析。研究表明: 中国的区域碳排放格局是东部地区排放总量和累计排放量最大, 但西部地区排放总量及占全国的份额有逐步增加的趋势; 着重指出西部地区作为中国下一轮经济发展最重要的增长点, 其目前的人均碳排放量和碳排放强度均高于相同发展阶段的其他地区, 如不尽快转变其发展模式, 则会使未来的节能减排形势异常严峻, 中国的低碳经济之路仍旧任重而道远。