西藏地热气体的地球化学特征及其地质意义

西藏水热活动是青苦恼高原碰撞造山过程的产物，其成因类型、物质来源和时空分布与青藏高原的隆升过程密切相关，地热流体（气、液相）中携带有中上地壳乃至地幔物质的深部信息。西藏地热流体可以区分出CO2型和N2型两类气体，其中绝大多数的地热气体样品属于CO2型气体，而典型的N2型气体则较少。前者具有岩浆热源和深循环两种成因类型，后者都是深循环成因。西藏气体样品中的He含量变化范围非常宽，最高的可达到1．5％。在门士热泉，首次检测到地幔He组分，这说明西藏地壳深处有地幔物质侵位。根据He同位素组成推断，羊八井、谷露等处的地壳熔融体中约有3％的地幔组分。西藏地热气体中的N2和Ar组分主要是大气成因，CO2组分大多以海相碳酸盐岩成因为主，混有少量有机沉积物成因CO2。当Log(H2/Ar)处于－0．8－0．3的区间时，H2／Ar地热温度计可以良好地指示热储层的温度范围。实际调查表明：西藏水热活动区大多分布在斑公错－怒江链合带以南地区，高温水热活动区主要出现在雅鲁藏布缝合带和那曲－羊八井－亚东活动构造带沿线。     

腾冲火山区幔源岩浆气体上升过程中的变化及原因

腾冲热海地区幔源岩浆气体在向地表上升迁移过程中,气体化学组成呈现出有规律的变化,其原因是多方面的。从深部至浅部,He含量的迅速降低主要受控于物理学和动力学因素;H2S的逐渐减少和SO2的逐渐增加可能与过渡性地热流体储库氧化还原条件的变化有关;中、浅层气体中H2含量的增加与CH4的逐渐降低伴生,CO含量较深层气体更高,其原因可能与断裂的最新活动有关;地壳浅部气体和空气混入的影响不大。     

中国休眠火山区岩浆来源气体地球化学特征

中国休眠火山区岩浆来源气体的最主要成分是CO2,含量占80％～99％;其它气体组分还有CH4、He、H2、N2、Ar、O2、H2S、SO2、CO等,其中CH4和He是CO2以外最值得重视的直接来自地幔岩浆体的气体组分。He的同位素组成（^3He／^4He比值）是休眠火山区最可靠的幔源物质的指示性参数;岩浆来源的CO2和CH4也具有特征的区别于浅源气体的稳定同位素组成（δ^13C值）。长白山火山区近期CO2和CH4的碳同位素分馏监测结果显示,2002年汪清7．2级深震虽然可能引发了深部岩浆的局部扰动,但是它可能并没有产生特别大量的、持续不断的上地幔岩浆物质流的上升迁移。这意味着,长白山天池火山区近期可能没有火山喷发活动的现实危险。     

黑龙江省中西部地球排气与地震活动的探讨

本文根据近两年来在黑龙江省中西部沿断裂带逸出的H2、CO、H2S等还原性气体组合,结合C、H、S、He、Ar同位素研究,讨论了还原性气体组合的深源特征。在此基础上以安达地震为例,作者阐明了以氢气为首的还原性气体逸出与深部构造背景及其与地震的关系。深源还原性气体的逸出孕育着地壳不稳定的因素,有诱发地震和其他自然灾害的可能。地球排气作用与地震作用关系的研究在类似黑龙江省中西部大面积被第四系覆盖的地区是地震预报较为有效的手段。     

岩矿样品中稀有气体同位素组成的质谱分析

利用MM5400质谱计建立了岩矿样品中He,Ne,Ar,Kr和Xe同位素组成的测定方法。仪器的工作状态稳定，且能将3He与HD的谱峰完全分开。在处理气体将非稀有气体尤其是碳的化合物用海绵钛炉充分消除，在测试Ne同位素组成时用烧结型不锈钢滤芯可以基本消除40Ar^2 对20Ne的干扰，必要时要进行校正；为了保证谱峰强度与相应元素量的大小之间的线性关系，质谱计主机中的气体量应控制合适，对宽甸新生代火山岩及地幔岩包体中稀有气体同位素组成的测定结果表明，中国东部上地幔具有大洋中脊玄武岩（MORB）型的源区特征。     

西藏尼木—那曲地热流体成因及幔源流体贡献

研究区位于尼木—那曲高温地热带,处在当雄—羊八井—多庆错活动构造带的中北段,本次选取11个未开发的地热田,收集并采集区内地热流体数据,与羊八井深、浅部热储进行对比研究,对完善区内高温地热系统成因机理,为后期勘探及钻探提供重要的参考意义。从水化学数据分析,高温地下热水主要为Cl-Na、Cl·HCO3-Na水,中低温地下热水主要为HCO3-Na水,地下热水中Li、F、SiO2、HBO2与Cl大体上存在正相关关系,显示可能有岩浆水的混入;从氢氧同位素数据分析,地下热水主要为大气降水补给,在董翁、宁中高温地热田发生轻微的氧-18漂移,谷露地热田氧-18漂移较其他地热田明显,宁中、谷露及罗玛地下热水中氚含量小于1TU,主要是次现代水的补给,月腊处氚含量为8.4TU,推断主要为现代水的补给,其他地热田地下热水推测是次现代和最近补给之间的混合;地热气体以CO2和N2为主,二者呈现良好的负相关,从CO2气体碳同位素、He同位素比值及综合指标分析,气体来源主要为壳源,在宁中及玉寨地热田,R/Ra值大于1,存在明显的幔源物质释放现象,幔源He所占比例为2.73%~30.93%。概括区内典型高温地热田的成因模式,为后期地热田深入研究及开发利用提供重要的科学依据。     

鲁西北平原地热热源机制的气体同位素约束

利用地热系统中气体的组分、丰度及同位素组成,可以识别地热流体的来源,追溯其热源形成机制。鲁西北平原地热资源自1998年以来大规模开发利用,但对其热源形成机制的认识尚不明确。本文利用溶解性气体组分和同位素特征对鲁西北平原热源成生条件进行了研究。溶解气成分结果表明,地热气体组分均以N₂为主,主要为大气降水入渗成因,在相对封闭的地质环境中深循环,混合一定量的地壳深部或地幔来源的气体。利用³He/⁴He比值,定量计算出研究区壳幔热源配分比为0.90～1.57,热源主要为地壳岩石放射性生热与来自上地幔沿深大断裂的对流热。其中,砂岩热储受构造活动影响较小,地幔热流占45%左右。而岩溶热储受构造控热明显:处于深大断裂或济南岩体与灰岩接触带附近的岩溶热储地幔热流占比相对较大,达48.77%～52.75%,显示除了正常的大地热流传导产热,沿深大断裂、岩体与灰岩接触带存在来自上地幔的对流聚热;处于齐广断裂与济南岩体中间的稳定地块地幔热流相对较小,仅占38.87%～40.97%,指示构造相对稳定区获得深部热流较少。     

西藏羊八井热田地热流体成因及演化的惰性气体制约

地热流体中惰性气体的相对丰度和同位素组成，不仅可以揭露热田的热源性质，而且还能够揭示深，浅层地热流体的内在联系和演化过程等。在西藏羊八井热田的地热气体中，已检测出大量的^4He组分，3He/^4He值是大气的0．087－0．259倍，表明深部地壳物质的局部熔融为热田提供能量，浅层地热流体的3He/4He 值自西北向东南呈降低趋势，与热储温度的变化相一致，反映出侧向运移时补充了更多的壳源氦，热田北区深层地热流体具有稍高的3He/4He值，是浅层地热流体的母源，气体中氪和氙的相对丰度具有大气降水成因的特征，结合现有的实际资料，建立了热田地热流体的概念模型。     

无机成因天然气的地球化学特征

甲烷(CH4)等烃类气体自地球深部选出的同时,还伴随有其它气体,如CO2、CO、N2、H2S、H2、He、Ne、Ar等,统称为无机成因天然气.无机成因天然气与生物成因天然气在地球化学特征上存在显著的差异,主要表现在化学成分和同住素组成特征.无机成因CH4的干燥系数较大,δ13C1值几乎都大于-25‰,且CH4及其同系物碳同住素组成的分布随碳数的增大而变轻(反序);无机成因CO2碳同住素较重;稀有气体中w(3He)/w(4He)值较低等.这些特征是判别无机成因天然气的重要地球化学指标.     

华北东部新生代玄武岩中橄榄岩捕虏体的流体及稀有气体组成研究

应用热爆裂质谱测量和高温熔融样品释气技术分别测定了山旺、栖霞和鹤壁新生代玄武岩中橄榄岩捕虏体中的橄榄石颗粒的流体和稀有气体组成。结果表明,鹤壁方辉橄榄岩具低于大气的~3He/~4He 比值0.778Ra 和大气成因的 Ne、Ar、Kr、Xe 组成。三个地区饱满地幔样品均以还原性流体为主,CO_2/~3He、N_2/~3He、N_2/Ar 比值分别为(0.62～4144)×10~9、(2631～64482)×10~6、269～73467。这些还原型流体偏离典型的幔源流体组成而表现出明显的碳和氮元素过剩,具有大气-地幔-壳源组份混合的特点,反映了大气和富含有机质的壳源组份在新生岩石圈上地幔中的影响。同时,这些饱满地幔样品的 Ne、Ar、Kr、Xe 具有大气属性,反映了大气型稀有气体在上地幔源区的广泛混染。其中,山旺和栖霞的~3He/~4He 比值分别为(2.91～3.07)Ra、(1.79～4.01)Ra,均高于大气低于 MORB,具有交代富集地幔的特点,而鹤壁则具有类似 MORB 的~3He/~4He 比值(7.03～7.05)Ra。这样的流体和稀有气体组成差别显示华北东部新生岩石圈地幔具亏损 MORB 型的特点并含壳源组份, 且其东缘所含壳源组份比例高于中部,说明华北东部新生岩石圈地幔中有俯冲洋壳组份的记录。     

豫西二叠系煤成气的运移和紫斑岩的形成

成煤作用可生成大量气体和液体。这些气体和液体在岩层中运移时,可使岩石中的高价氧化物还原成低价氧化物,生成次生矿物如菱铁矿鲕粒或结核,同时使岩石的颜色改变,由红色变为灰色,或者变为紫斑岩。由于上述改变属于煤成气运移过程留下的遗迹,可以用来追索煤成气的运移,寻找浅层煤成气藏。      

二维气相色谱法测定流体包裹体中气相成分

建立了双柱、双检测器串联的二维气相色谱测定流体包裹体中气相成分H2、O2、N2、CO、CH4、CO2、H2O、C2H2、C2H6、C3H8的方法。方法经济、易行，灵敏度和精密度高，检出限在10^-4～10^-6（x，摩尔分数），精密度（RSD）小于7％。所获得真实水量与同一缩分样的液相成分离子色谱测定结果相结合，可以得到包裹体溶液中的离子浓度。目前已应用于流体包裹体样品分析，分析结果符合地质研究的要求。     

花垣铅锌矿床包裹体气相组份研究--MVT矿床有机成矿作用研究(Ⅱ)

矿床包裹体中气液相组份,是矿床成因的重要的直接物质证据,它直接参与了成矿作用,与矿床的沉淀机制密切有关。本文研究了湖南花垣地区,产于下寒武统清虚洞组藻灰岩和鲕粒灰岩中的密西西比河谷型(MVT)铅锌矿床中,18个矿物包裹体的气相组份、气态烃组份以及气相组份的碳同位素特征。这些包裹体由水和大量的CO₂(平均5.0mol%),气态烃(平均1.1mol%)和少量的CO、H₂组成,气态烃中CH₂的含量为89.54%,而δ13C_CH4=-27.08‰,δ13C_CO2=-17.28‰(PDB)。包体气相组份的这些特征表明:包体气相组份中,确有烃类存在,包体中气态烃和CO₂是有机成因的;气态烃可能有多个来源层,而矿床的沉淀机制可能与流体在矿床就位位置上和早已存在的古油气藏的混合作用有关。     

水中可溶气态烃和苯系物联测的新技术

地下水中的可溶气态烃和苯系物是水化学找油法的直接指标。应用直接抽取法,在色谱仪上同时测试C1—C4的烃类气体和苯系物,与传统的测试方法相比,具有无毒、无污染、简便、快速、灵敏度高、重现性好、自动化程度高的特点,有较高的实用价值。     

煤层瓦斯卸压抽放动态过程的气-固耦合模型研究

根据瓦斯渗流与煤体变形的基本理论,引入煤体孔隙变形与透气性演化的耦合作用方程,建立了考虑煤层吸附、解吸作用的含瓦斯煤岩固-气耦合作用模型。应用该模型模拟研究了不同压力影响下瓦斯抽放过程中煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,其结果对于深入理解瓦斯抽放作用机制并采取相应的瓦斯预防和控制措施等具有重要的理论和实践意义。     

低瓦斯矿井瓦斯异常带地质特征识别

低瓦斯矿井的瓦斯异常带是发生煤矿事故的隐患。通过井田地质构造、煤层厚度及其结构、煤体结构、水文地质条件等瓦斯异常带地质特征分析表明,瓦斯异常带与地质异常带关系密切。对潘西矿后五块段瓦斯异常带进行了分析,发现F7-1下盘断块的煤层,除煤层瓦斯保存条件较好外,其上部受阻于F7-1断层,下部又有深部本煤层瓦斯补给,异常涌出的次数也最多。     

硼在共存水蒸气-富硼熔体之间分配的实验研究及其地质意义

硼作为一种常用的地球化学指示剂和示踪剂,对研究俯冲带岩石学过程、岩浆-热液分异作用、火山活动以及稀有元素、铜、金的成矿机制具有重要意义。硼具有高水溶性和挥发性,它在气体中的分配、迁移能力和存在形式有助于理解含硼矿物的形成条件、流体化学组成的演化趋势、硼同位素的分馏效应和成矿金属的富集机理。本文在200-350℃、0.19-3.43 MPa条件下实验研究了B2O3-H2O体系中硼在共存水蒸气和富硼熔体（液体）之间的分配,平衡时气相中的B2O3含量为1.06%-32.35%。200℃、250℃、300℃和350℃时硼在气体-熔体之间的表观分配系数分别为0.035、0.042、0.20和0.33,即随温度上升,硼在含水气相中的分配和迁移能力增强。含水的富 B 熔体与硼酸稀溶液体系的气体-液体分配系数变化不大,表明B2O3-H2O±NaCl 体系中硼的气-液分配能力受液体或熔体中硼含量的影响较小,而主要与温度有关。经热力学分析,350℃、0.19-1.74 MPa条件下水蒸气中的气态硼物种可能为H3BO3和HBO2,可以预计随水蒸气压力的升高, H2O的配位数将会增大, H3BO3或其他可能的气态物种H3BO3·H2O会变得更为重要。某些火山活动区可见天然硼酸结壳（升华壳）的形成,灼热和干燥的火山岩石表面有利于硼酸从气相中凝析和沉淀。本实验结果表明,某些富硼酸的火山喷气孔气体的形成可能与地下高温火山岩浆（岩体）中存在因液态不混溶作用或晚期出溶作用产生的含水富硼的残余熔体或流体有关,熔体的去气作用或流体的减压相分离导致含水气相的产生,硼则随之大量分配至含水气体中并喷出地表。     

海洋油气勘探中高灵敏度气态烃现场探测系统的研制

为了提高灵敏度、选择性及扩大气体检测组分, 化学气体传感器被研究并应用于海洋油气勘查.这种传感器灵敏度高、体积小、重量轻、功耗低、易操作, 并能在海洋恶劣的条件下工作.不同的传感器能够被集成在一个芯片上, 同时测定多种化学物质.传感器可以与计算机相连, 直接提供数据处理.因此, 特别适宜于海洋油气勘查.这是世界上第一套成功研制出的基于化学传感器原理的便携式高灵敏度气态烃现场测定系统, 用于现场测定样品中的超微量甲烷、乙烷、丙烷及氢气的含量, 检测限低达10-10 g, 选择性、重现性、稳定性和寿命都达到世界先进水平.不仅可用于海洋油气勘查, 而且可用于其他需要进行超微量气体现场检测的领域.      

试论天然气水合物成藏系统

针对天然气水合物理论预测和实际产出的不一致性、各种标志或异常未与天然气水合物建立起严格的对应关系、世界范围内已知或由BSR等间接指标所指示的天然气水合物在垂直方向和水平方向上分布的不确定性,如何更好地从地质系统论角度研究天然气水合物成藏过程和分布规律,尝试提出天然气水合物成藏系统概念,分别从烃类生成体系、流体运移体系、成藏富集体系对天然气水合物成藏过程进行了初步探讨;同时运用此思路对世界上调查研究程度较高的分布区开展了天然气水合物成藏系统初步分析。     

海上气态烃快速测试与西沙海槽天然气水合物资源勘查

西沙海槽具有适合天然气水合物形成和赋存的地形地貌及地质条件 ,是中国海洋天然气水合物资源勘查的远景区。为配合中国首次天然气水合物资源的调查研究 ,在该区进行了海底表层沉积物甲烷、乙烷等气态烃快速现场测试。研究发现 ,海底沉积物随着埋深的增加气态烃含量具有增高的趋势 ;最佳取样深度应在埋深 1～ 4m处 ;海底沉积物甲烷高含量异常区域主要分布在B33周围、A0 9—A11周围、B17—A0 2周围和B0 1—B0 3周围等区域。西沙海槽北部陆坡比槽底及南部斜坡具有更好的甲烷异常显示。该研究成果为以后该区天然气水合物资源的重点勘查提供了科学依据