泥炭的热模拟实验及其在煤层气研究中的应用

采用高温高压多冷阱热解实验装置,在温度和压力分别为336.8~600℃和 50MPa,升温速率为 20℃/h和 2℃/h条件下,对泥炭进行了热解生气的模拟实验,获得了烃类甲烷和C₂-C₅气体以及非烃二氧化碳、氢气和硫化氢气体的产率和体积分数数据,研究了热模拟产物气体的组分特征和热演化过程。结果表明,泥炭高温热解产物气体主要由非烃二氧化碳气体组成,其次为烃类甲烷和C₂-C₅气体。随着实验温度的增高,非烃气体体积分数呈下降趋势,烃类气体体积分数呈上升趋势。不同升温速率实验条件下,泥炭样品热解生气表现出不同的特征,主要体现了时间因素控制着泥炭的生烃过程和生烃量,这符合化学反应动力学时间与温度之间互补的原理。并且与煤岩热解生气特征进行了对比,表明泥炭比煤岩具有更高的产烃气能力。根据热模拟实验研究结果,探讨了煤层气形成方面的地球化学意义。      

非烃和沥青质热模拟生烃研究

为弄清楚非烃＋沥青质热演化过程中的生烃情况，对未熟非烃＋沥青质进行了低温模拟生烃实验，实验结果表明非烃＋沥青质在低温条件下（＜250℃）生成烃类气体量很少，主要以生成液态烃为主，液态烃转化率最高可达388mg/g，所生成的液态烃表现出明显的奇碳优势，为未熟－低熟油。原始母质类型不同的非烃＋沥青质模拟产物特征有所不同。非烃＋沥青质对未熟－低熟油的生成有重要意义。     

盆地的形成和充填过程模拟──以拉伸盆地为例

沉积盆地定量动力学模拟和分析是目前地学领域的一个研究热点。文中建立的拉伸盆地模拟系统可模拟拉伸盆地的沉降过程、估算盆地的拉伸量、分析盆地深部结构和热流背景;动态模拟盆地的充填过程及预测层序格架和沉积体系域的分布样式。沉降和热史模拟结合了二维的回剥法和简单或纯剪切的盆地形成模型。盆地充填模型综合考虑了盆地的构造沉降、均衡作用。沉积物供给。海（湖）平面变化等对盆地充填过程的控制作用。对莺、琼盆地模拟分析揭示了盆地的幕式拉伸过程和深部热演化;层序模拟提示了盆地沉降。海平面变化等对盆地充填演化的控制作用。     

鄂尔多斯盆地上古生界泥页岩热模拟实验

采用高压釜热模拟实验对鄂尔多斯盆地上古生界太原组、本溪组的4块泥页岩样品进行了生烃过程模拟分析。在热模拟实验过程中,甲烷气是最主要的气态烃类产物,其产率在热模拟过程中持续增加,在温度600℃时可达50 mg/g。C2～C5的产率变化在热模拟过程中表现出相似的特征,均是先增大至峰值后开始减小,C2～C5的热裂解是甲烷产生的主要来源。样品的气态烃产率主要与有机质热成熟度有关,热成熟度越低,样品有机质的生烃潜力越大,在热模拟过程中气态烃的产率越高。     

自然燃烧对增强土壤磁赤铁矿含量的影响实验

根据前人关于自然燃烧作用生成磁赤铁矿的两阶段模式,模拟自然燃烧作用形成磁赤铁矿的过程和条件。实验分2阶段进行,第一阶段氢气氛围300℃煅烧针铁矿2 h,煅烧产物为纳米磁铁矿;第二阶段70℃空气条件下氧化煅烧成因的纳米磁铁矿70 d。对实验两阶段样品的矿物学和磁学特性进行系统测定,结果表明,本研究的煅烧条件可获得接近理想成分的多孔纳米磁铁矿,晶粒及聚集体的粒径分别在30 nm和57 nm左右;在70℃空气氛围下磁铁矿快速向磁赤铁矿转化,70 d的实验时间里2价铁/全铁比值(Fe2+/TFe)由初始31.4%降至5.4%;纳米磁铁矿向磁赤铁矿转化伴随着矿物结晶颗粒的减少和样品总体积的增大,磁铁矿结晶学粒径缩小约17%~19%;磁化率和频率磁化率随氧化时间逐渐降低,前者主要受制于矿物物相变化,而后者与矿物粒径变化相关。模拟结果表明,第一阶段的关键是具有生成晶粒尺寸为亚微米-纳米量级的磁铁矿煅烧条件,第二阶段的关键为具备一个合适的温度条件,以能够快速、高效氧化磁铁矿为磁赤铁矿。     

铀对(Ⅱ型)低熟烃源岩生烃演化的影响Ⅱ

在油、气、煤、铀多种能源矿产形成演化富集成藏(矿)过程中,有机-无机相互作用是普遍存在的,在有机质的强大吸附作用及其所提供的还原环境为铀的富集成矿起促进作用的同时,铀也改变了烃源岩的生烃演化进程。本文在Ⅱ型低熟烃源岩中加入碳酸铀酰溶液的条件下进行了生烃模拟实验,对比无铀-加铀样品生烃模拟实验产物的相关参数,以探讨油气生成过程中无机铀所起的作用。从实验结果可以看出,铀可以使产物中不饱和烃向饱和烃转化;促进长链烃的裂解,促进低分子量烃类的产生,从而使CH4的含量提高,使生成的烃类的干气化程度增加。铀可以在低温阶段促进有机质的成熟度,降低烃源岩的生烃门限,使低熟烃源岩早期生成烃类;同时在高温阶段阻止有机质过度成熟,利于所生成烃的保存。因而铀可能是未熟-低熟油气生成可能的无机促进因素之一。     

烃源岩有限空间温压共控生排烃模拟实验研究

烃源岩的生烃反应是在其限定的孔隙空间中承受高静岩压力和流体压力下进行的,然而受实验装置和条件的限制,目前大多数的生排烃模拟实验都是在一个低压、相对较大的生烃空间下进行的,与实际地质情况差异较大。通过对同一样品分别进行有限空间和常规高压釜方式加水模拟实验对比研究发现:（1）有限空间热压模拟实验的气态产物更接近地质实际。气体组分中烃气占有更大的比重;重烃气的保存下限大于常规模拟,延迟了重烃气向甲烷的转化;烯烃含量比常规加水模拟条件下更少,基本检测不到。（2）有限空间的限制使水介质参与成烃反应的作用增强,其限定空间内较高的流体压力延迟了油向烃气的转化过程,有利于液态油的生成和保存。（3）有限空间下高压液态水介质条件有利于烃类的排出。     

孙吴—嘉荫盆地沾河断陷构造变形及其对沉积作用的制约

为了揭示孙吴—嘉荫盆地的构造特征、构造变形及其对沉积作用的制约,本文对沾河断陷的地震剖面进行了精细地质解释和相应的研究工作。沾河断陷为孙吴—嘉荫盆地的一个一级构造单元,自白垩纪开始主要经历了2个构造变形阶段：下白垩统宁远村组—淘淇河组上段下部沉积时期为NW—SE向伸展作用阶段,形成NE向大型犁式正断层及由其控制的箕状断陷,盆地连续接受沉积,断陷的沉降中心始终位于控陷正断层上盘靠近断层的部位,断陷盆地的规模与沉积范围随着控陷断层规模和断距的增大逐渐扩展,盆地具有裂谷盆地的性质;下白垩统淘淇河组上段上部—新近系孙吴组沉积时期为NW—SE向挤压作用阶段,形成反转构造、断层传播褶皱和走滑构造。在反转作用过程中,早期伸展断陷受到强烈改造,不仅在断层上盘靠近断层的部位形成大型反转背斜,而且使远离控陷断层的断陷缓坡带发生旋转式隆升,盆地的沉降中心迁移到盆地中间部位;随着反转背斜的隆升速率逐渐大于断陷缓坡带的隆升速率,盆地的沉降中心也逐渐向盆地的NW侧迁移,盆地绝大部分区域的沉降速率、沉积速率始终大于隆升速率,地层是连续沉积的,不存在沉积间断。仅在永安村组—鱼亮子组沉积时期,反转背斜带较高部位的隆升速...     

万安盆地构造沉降与沉积速率及其油气资源前景

万安盆地是南海重要的新生代含油气盆地之一,是较为典型的新生代走滑拉张盆地。根据对横穿盆地的地震反射剖面的平衡剖面模拟和构造沉降速率、沉积速率的计算,认为万安盆地曾经历了3次快速的构造沉降。2.6Ma以来,沉积速率最大。万安盆地的沉降与沉积速率和盆地构造演化过程密切相关,各构造演化阶段分别控制了盆地中油气的生成、运聚和保存等成藏条件与过程。     

三塘湖盆地二叠系干酪根热模拟气体产物的地球化学特征

针对三塘湖盆地的主力烃源岩二叠系芦草沟组泥质烃源岩开展封闭体系和半开放体系热模拟实验,前者将干酪根密封在金管中开展实验、后者直接对烃源岩样品进行压机半开放体系热解模拟,对实验中生成气体的组分和稳定碳同位素进行分析。实验结果显示,两种热解方法以无机气体生成为主,包括CO2、H2、H2S 和 N2等,其中 CO2含量最丰富,这与样品干酪根中丰富的氧含量一致。半开放体系模拟实验温度达到480℃时,气态烃的含量达40.64%,其中甲烷含量达到26.10%,封闭体系中随着模拟温度升高烃类气体产物的碳同位素呈现先变轻后变重的趋势,但同位素分馏程度不大, CH4气体的δ13C 值分布在-40.2‰~-46.6‰之间, C2H6分布在-34.3‰~-38.0‰之间, C3H8分布在-33.6‰~-36.0‰之间,而CO2气体δ13C值分布在-32.8‰~-28.8‰之间。三塘湖盆地针对气藏的勘探已经有所发现,但有关气藏的地球化学特征报道较少,该工作中的模拟实验结果可为三塘湖盆地深入的气藏地球化学勘探提供基础数据。     

四川盆地构造沉降特征及成因机制分析

盆地的沉降过程能够反映盆地的演化历史及成盆机制。为深入分析四川盆地构造沉降特征,本文基于最新钻井资料和地震数据,通过回剥反演方法,进行去压实、沉积负载、古水深和海平面变化校正,重建了四川盆地不同构造单元的构造沉降史。同时根据瞬时均匀伸展模型和裂后热坳陷模型进行正演模拟,对盆地成因进行分析。构造沉降史的恢复揭示了四川盆地具有典型的克拉通盆地沉降特征。四川盆地的形成演化可划分为震旦纪—早古生代、石炭纪—三叠纪、侏罗纪—白垩纪3个构造沉降旋回,盆地经历了晚震旦世—早寒武世、早志留世、晚二叠世—早三叠世以及中晚侏罗世4幕快速沉降,第一幕和第三幕快速沉降期为岩石圈伸展减薄引起,另外两幕为前陆盆地发育过程中所引起的快速沉降。构造沉降正演结果表明四川盆地在寒武纪—奥陶纪和晚二叠世—三叠纪经历了两期“快速沉降—缓慢沉降”过程,快速沉降受控于岩石圈的伸展作用,缓慢沉降为岩石圈热冷却作用所主导。盆地在热冷却沉降阶段后进入前陆挠曲沉降,出现不同规模的剩余沉降。     

CaSO4-C-H2O体系研究：模拟实验与热力学探讨

传统认为TSR成因的固态沥青(焦沥青)属于热化学反应的终端产物,不会对TSR的反应进程起到重要作用.本文以活性炭作为固态沥青(焦沥青)的模型化合物,开展了CaSO4-C-H2O体系的热模拟实验研究,探讨了CaSO4-C-H2O体系发生TSR的热力学特征.实验结果表明,CaSO4-C-H2O体系在300℃时即可启动TSR,主要生成CaCO3、H2S和CO2等产物.这一TSR门限温度要远低于以往室内利用气态或液态烃类进行的TSR模拟实验温度范围,与热力学计算结果一致.利用HSC Chemistry 5.0软件进行TSR过程模拟,发现25～200℃时CaSO4-C-H2O体系发生的TSR完全受动力学控制,在温度保持不变情况下,压力增大不利于CaSO4-C-H2O体系发生TSR.较少的含水量对TSR有一定促进作用,而含水量过多则可能抑制TSR的进行,含水量对TSR的影响可能与CaSO4在水中的饱和浓度有关.在一定的温度下,当体系pH≤2时,随着pH逐渐降低,CaSO4的量呈线性递减,但在沉积盆地地层水pH范围内(pH＞4),pH对TSR的作用可以忽略不计.CaSO4-C-H2O体系发生的TSR反应是一个放热过程,并且随着温度升高,反应热逐渐增大.在25～200℃范围内,TSR反应热为12.9～133 J/molCaSO4.热力学计算以及模拟实验结果均暗示,固态沥青(焦沥青)可能比烃类更容易参与TSR.     

准噶尔盆地下三叠统百口泉组烃类热氧化的氧化性物质研究

沉积盆地碎屑岩储层烃类热氧化的机理尚不明确,特别是参与反应的氧化性物质有待厘清.就此,在已证实发生该反应的准噶尔盆地下三叠统百口泉组开展了针对性研究.在岩心描述基础上,进行了系统的岩矿鉴定、全岩和微区主量元素以及铁价态分析.结果 表明,百口泉组岩心呈现出褐色与灰色—灰绿色层段的不规则分布,颜色变化不受岩性界面和沉积构造的限制,显示出灰色—灰绿色层段为埋藏期还原性含油气流体改造的产物.褐色向灰色—灰绿色的转变是岩石中赤铁矿被消耗并伴随绿泥石生成的结果.赤铁矿含大量Fe3+和少量Mn3+/4+,二者均参与了烃类热氧化反应,其含量差异导致伴生的绿泥石富Fe少Mn.赤铁矿大量参与反应,指示烃类热氧化可能在陆相含油气盆地深层普遍发生,有必要进一步开展研究.     

湖平面相对升降对断陷湖盆充填过程影响的数值模拟

数值模拟工作的研究对象多为海相被动大陆边缘盆地, 湖平面相对升降对盆地充填过程影响的数值模拟尚处于起步阶段.根据松辽断陷盆地的充填特征, 采用数值模拟方法, 模拟了在湖平面总体上升背景下, 3个湖平面变化周期的断陷湖盆充填特征.在模拟过程中, 假定构造沉降和碎屑供应为常数, 湖平面升降为一正弦函数.模拟结果表明: (1) 每一个湖平面升降周期形成一个相应的层序, 在湖平面升降周期的极小值点形成层序界面; (2) 湖平面升降规模直接控制了所发育的层序规模, 所模拟的3个湖平面升降周期中, 第二周期湖平面升降规模较大, 所形成的层序的分布范围及厚度均较大; (3) 湖平面升降所形成的沉积层序要很好地保存下来, 必须具备以下条件: ①湖平面保持总体上升, 在总体上升的背景上叠加次一级的湖平面升降; ②在湖平面发生周期性变化的同时, 叠加盆地基底的沉降.在具备上述条件下所得到的模拟结果与实际剖面吻合较好.      

颗石藻生烃的热模拟实验研究

对同一种属但生长在不同环境中的两种颗石藻进行了加热模拟实验，探讨其成烃机理。实验发现，颗石菏含有丰富的石油烃类，加热生成的正构烷烃及类异戊二烯烷烃分布与含颗石烃源岩相似。对颗石藻生烃的热演化规律研究表明，氯仿沥青大量产生及烃类组成发生较大变化的实验温度区间为２００－３００℃，此阶段产物相当于镜质体反射率为Ｒ为０．３５－０．５５的含颗石藻烃的源岩，为低成熟原油生成阶段。本文还研究了颗石藻热模拟产物中     

东营凹陷中央隆起带沙河街组储层成岩产物对烃类流体的指示意义

正烃类物质的生成、运移及聚集发生于包含地层水的流体环境下。含烃流体本身富含来自烃源岩的各种有机酸、酚类、无机酸(CO_2及H_2S)油气。其化学性质明显的不同于非含烃流体。故而含烃流体的运移和聚集过程中将与岩石发生相互作用,形成一系列包括烃类包裹体在内的特征成岩产物,因此通过研究储层成岩作用和成岩产物,有助于了解沉积盆地古流体活动特征,揭示油气的生成、     

金在气相中迁移与有机质演化生烃关系的实验研究

火山喷气沉积物中微米级金的发现、化探地气测量检测出金等现象表明 ,在自然界金可在气相内存在。但是金以何种形式存在及其迁移机理尚待探讨。本项研究选取并制备了有地质意义的含硫有机金属化合物———烷基硫醇衍生纳米金 ,将其添加至含有机物质的自然样品中 ,在专门设计的真空加热装置中用泡塑收集其在不同温度条件下的气相产物 ,分析对比实验中产生的气相带出金的含量和气体成分 ,并与金的氯金酸水溶液作用过的样品进行对比。模拟与有机质密切相关的金在气相中迁移的地质过程。实验结果表明 ,含十二烷基硫醇衍生纳米金样品及其纯物质在升高温度条件下的气相产物带出金高于同样条件下用氯金酸处理过的含金样品。金的迁移与升高温度时产生的烃类气体有关。该实验为与有机质演化生烃有关的金气相迁移成矿过程提供了实验依据 ,由于十二烷基硫醇衍生纳米金中纳米金团簇是稳定存在于烷基硫醇结构内 ,因而实验也说明了金的纳米簇团迁移与有机质之间的密切关联。与有机质及其气相演化产物密切相关的金的气相迁移 ,是金在自然界呈气相迁移的重要形式之一。     

黔中隆起金沙地区中新生代隆升剥蚀的裂变径迹分析

对贵州金沙地区取样进行了裂变径迹热史模拟,结合地质分析再现了黔中隆起的沉降和隆升剥蚀作用过程。该地区经历了180～70Ma时期的沉降埋藏增温和70Ma之后的剥蚀冷却降温两大阶段。沉降阶段的增温速率为0.909℃/Ma,对应的T3—K的沉积厚度约为4550m。冷却降温曲线分为三段:70～15Ma,样品温度从120℃降低到60℃,冷却速率为1.09℃/Ma;15～5Ma为一个"平台"期,样品温度维持在60℃左右;5Ma至今,样品温度从60℃快速冷却至20℃,冷却速率达8℃/Ma,这与喜马拉雅期云贵高原的整体隆升和晚期快速崛起相对应。计算表明,晚白垩世以来的隆升剥蚀量达2800m左右。     

北大港-白东构造带成因的实验解析

砂箱模拟实验已经被证明是研究盆地内部伸展构造的有效工具。用砂箱实验模拟了黄骅盆地内部北大港—白东构造带的成因，认为北大港—白东构造带是盆地在以沧东断裂为主边界断层的伸展过程中，上盘变形受到新港—海河断裂带影响的产物。     

二维沉积层序计算机模拟研究

本项研究建立了综合性的二维沉积层序模拟系统SSMS。该模拟系统由盆地的沉降过程模拟与盆地充填过程模拟两个子系统构成。盆地的沉降模拟结合了反演的沉降回剥和盆地形成的正演模型;盆地充填过程模拟综合考虑了盆地沉降、重力均衡作用、海（湖）平面升降、沉积物供给、侵蚀作用、沉积物分布和压实等因素。结合实例分析表明,该模拟系统可用于定量分析盆地构造、海（湖）平面、沉积物供给等变化对沉积层序的形成过程、几何形态及其沉积体系分布的控制作用,检验地质模型和进行预测。