研究与寻找新的油气资源、开拓勘探新领域

天然气将成为人类第四代能源。非常规天然气资源量比常规天然气的资源量多一个量级以上。研究非常规天然气理论，开拓勘探新领域将为人类提供丰富的天然气资源。中国在非生物成因天然气、深层石油天然气和煤层等非常规天然气研究和勘探方面均取得重要进展，对改变能源结构，满足未来发展对能源的需求将会有重要战略意义。天然气的长距离传输要求储量在1000亿m^3以上，以确保满足生产量为300－500万m^3的输气量，维持30年以上，可获得较大的经济效益和社会效益。     

塔里木盆地深层碳酸盐岩中气体包裹体组成及其碳同位素特征

通过分步加热法和真空电磁破碎法, 对塔参1井深层(>5700 m)碳酸盐岩包裹体中微量气体组分进行了质谱计在线检测, 并对真空电磁破碎法释放的气体进行了碳同位素测定. 组分测定结果表明, 虽然两种方法获得的气体成分有差别, 但总的情况是, 深层碳酸盐岩中包裹气体成分以CO₂为主, 其次为烃类气体CH₄, C₂H₆和C₃H₈. 非烃气体CO在分步加热法中丰度较高, 而在真空电磁破碎法测定中含量较低, 包裹体中N₂, H₂和O₂含量较低. 在5713.7 ~ 6422 m的下奥陶统和上寒武统中, 气体包裹体δ ¹³C₁表现出富¹²C, 类似于生物气的特点(-52.4‰ ~ - 63.1‰), 但其组分却没有生物气“干”的特征. 深层包裹体中这一特征可能主要与烃类气体的运移分馏因素有关. 塔中个别深层天然气中较轻的CH₄碳同位素特征可能也有类似成因. 而在下寒武统7117 ~ 7124 m处的气体包裹体则δ ¹³C₁较重, 为高成熟度CH₄的特点. 深层碳酸盐岩包裹体中 主要表现出无机成因的特点, 与塔中天然气的CO₂碳同位素值所表现的成因一致.     

原始太阳星云条件下Fischer-Tropsch反应中的碳同位素分馏

实验研究结果表明:原始太阳星云地球吸积区条件下Fischer-Tropsch反应的产物中二氧化碳具有最重的碳同位素组成;甲烷的碳同位素组成变化很大,乙烷、丙烷、丁烷间的碳同位素分配具有与生物成因烃类完全不同的反序排列特征,这表明了地球形成时吸积于其内部的原始烃类气体的碳同位素分配是反序排列的.     

地球内部流体研究的若干关键问题

流体在地球演化历程中扮演着十分重要的角色，地球流体控制着地球系统的质量和能量的再分配。对流体地质作用的研究涉及地球的各个圈层，各具特征，又相互联系、制约，构成了一个完整的地球流体学科研究体系。对地质流体的研究，最引人注目的一个重要领域莫过于对地球气体的研究。“固体”地球含有丰富的气体。近年来，对各类地球气体进行了大量的研究，涉及众多的研究领域，包括：大气和水圈的成因和演化、地球内部状态及动力学过程、地震机理和预报、火山喷气作用、油气和其它矿产资源勘探及全球环境演变等。本文所涉及的主要研究成果包括：（１）稀有气体同位素地球化学研究；（２）岩浆活动与火山活动的气体地球化学研究；（３）现代构造活动与地震的气体地球化学研究；（４）幔源岩包体及玄武岩的气体地球化学研究。     

天然气中稀有气体同位素

A hundred natural gas samples of different geological.periods collected from various localities were determined for their nitrogen,helium and argon contents,as ,weil as the isotopic composition of argun. The range of Ar^40/A^36 ratio was found to be 305--9255. The helium-argon chronological formula for calculating natural gas age was corrected. Based upon the chronological accumulation effect of Tadiogenic argon-40, an argon-40-argon-3-6 cmpirical formula for calculating natural gas age has been proposed. It can be seen from the ratio of nitrogen to atmospheric argon that most of nitrogen in these natural gases could not be derived from atmospheric nitrogen,but elsewhere.The range of radiogenic He/Ar^40 turns out to be 5.19 to 23.18 with the range betwwen 7 to 14 for most samples.The He/Ar^40 ratios of Sinian samples are in the range of 5.39 to 6.14,indicating their deep derivation from the earth.It should be noted that the Ar^40/Ar^36 ratio shows a general trend of approaching the atmospheric value from the Sinian to the Tertiary Period,or from old to young in geological age,mirroring,to a great extent,the evolutionary tendency of the rare gas isotopic composition of natural gases with the continuous degassing of the earth.     

秦岭北缘大断裂断层气与地震危险性

本文用对应分析方法对秦岭北缘大断裂各段的断层气(水溶气)进行了分析,由此确定的该断裂地震危险段顺序为,贵德—循化段大于临潼—咸阳段,清水区在两者之间,天水—和政段大于眉县—兰田段。并进一步得出,贵德—循化段和清水区为强震危险区,而眉县—兰田段不会发生7级以上大震。     

中国松辽盆地商业天然气的非生物成因烷烃气体

阐述了自然界不同物质来源、不同成烃环境和不同成烃机制, 形成的各类烷烃气体的碳、氢同位素动力学分馏效应及其同位素组成和分布特征. 指出复杂高分子沉积有机质经生物降解作用和热降解作用形成细菌成因气和热成因气. 细菌成因甲烷δ¹³C₁, -110‰~-50‰; 热成因甲烷δ¹³C₁, -50‰~-35‰(或更重). 受同位素动力学分馏效应的制约, 细菌成因和热成因烷烃的碳氢同位素δ¹³C值和δD值均具有正序分布特征, 即δ¹³C₁< δ¹³C₂< δ¹³C₃< δ¹³C₄和δD_CH4< δ D_C2H6< δD_C3H8< δD_C4H10, 且二者之间具正相关关系. 自然界非生物化学过程, 由简单含碳分子(CH₄, CO, 和CO₂)经聚合反应生成的非生物成因烷烃气体, 甲烷的δ¹³C₁值大于-30‰. 受其同位素动力学分馏效应的制约, 烷烃气体的碳同位素δ¹³C值具反序分布特征, 氢同位素δD值则具有正序分布特征, 即δ¹³C₁> δ¹³C₂> δ¹³C₃> δ¹³C₄和δD_CH4< δD_C2H6< δD_C3H8< δD_C4H10, 且二者之间具负相关关系. 分布于中国松辽盆地徐家围子断陷和莺山-庙台子断陷的26口商业天然气井, 天然气的甲烷碳同位素δ¹³C₁值为-30.5‰~-16.7‰, 氢同位素d D值的变化范围极窄, 为-203‰~-196‰. 烷烃碳同位素δ¹³C值具反序分布特征, 氢同位素δD值具正序分布特征. 烷烃碳同位素δ¹³C值和氢同位素δD值之间具负相关关系, 显示了非生物成因特征. 研究表明, 在自然界不仅存在非生物成因甲烷, 而且作为能源气体, 非生物成因烷烃气体还能聚集形成有商业价值的天然气藏. 据估算松辽盆地26口具非生物成因特征的天然气井的储量超过500×10⁸ m³. 松辽盆地勘探实践表明非生物成因天然气具有良好的资源前景, 为在世界范围内研究和寻找非生物成因商业天然气提供了典型实例.     

甲烷及其同系物δ13C值反序排列特征的数值模拟与非生物成因天然气藏探讨

本文采用数值模拟的方法对天然气中甲烷及其同系物的δ13C排序特征进行了研究,结果表明:两种具正序分布特征的生物成因天然气混合后可产生具反序分布特征的天然气.相应地,两种具反序分布特征的非生物成因天然气混合后也可产生具正序分布特征的天然气.对于前者而言,作为混合的两个端元天然气,它们必须具有不同的成因或来源,或它们是明显不同的演化阶段的产物.关于松辽盆地昌德气藏若干口天然气井甲、乙、丙、丁烷碳同位素排序特征的讨论表明,用两种生物成因天然气混合的观点很难解释这种反序排列.     

克拉通盆地内油气垂向微渗漏的烃类地球化学──以鄂尔多斯盆地城川1井为例

通过对鄂尔多斯盆地腹部城川１井（０─４５００ｍ）酸解烃、热解烃及部分层段抽提烃的系统研究，结合剖面上有机质含量的变化及产油气层的分布，讨论了油气垂向微渗漏在浅层沉积层中留下的可识别的地球化学痕迹。该井浅层０─１０２０ｍ井段，有机碳含量低，在０．０６％─０．３％之间，平均为０．１１％，ｔ（ｍａｘ）值小于４００℃，有机质处于未成熟热演化阶段，岩性发育以红色、砖红色粉砂岩和浅灰色砂质泥岩和粉砂岩为主，这样一套沉积组合显然不利于有机质转化成烃。但与其下伏相邻成熟层段相比，Ｓ１／ＴＯＣ，Ｓ１／（Ｓ１十Ｓ２）和Ｃ（２＋）／ＴＯＣ均异常偏大，饱和烃的ＯＥＰ值为１．１１─１．１３，饱／芳值为５．２─６．４，显示了不具有奇偶优势的成熟烃的特征；经丙烯均一化之后，浅层甲烷和重烃异常并未消失，表明有深部热成因气态烃的加入。盆地内断裂不发育，则通过岩石中微裂隙和孔隙系统的油气微渗漏是深部油气运移的主要方式。由此可见，油气垂向微渗漏在浅层沉积层中留下了可识别的地球化学痕迹。     

辽宁宽甸新生代火山岩和地幔包体的稀有气体同位素组成及其演化意义

通过对宽甸新生代碱性玄武岩、地幔包体及辉石巨晶的稀有气体同位素组成的分析，认为不同岩性稀有气体含量的差异反映了岩浆作用过程中轻、重稀有气体的分馏特性，较轻的稀有气体(He、Ne)比较重的稀有气体(Kr、xe)具有更高的活动性和不相容性；该地区上地幔源区具有典型的MORB型源区特征，以辉石巨晶为代表；地幔包体的^3He／^4He值较低，可能是地幔流体交代作用造成的；大陆碱性玄武岩具有与大洋玄武岩截然不同的He同位素组成，反映了大陆区地幔岩浆上升过程中受到了陆壳物质混染。地幔源区^40Ar／^36Ar值为350左右，二辉橄榄岩和碱性火山岩的^40Ar／^36Ar值比大气略高，可能有大气组分的混合。部分样品中有^21Ne、^22Ne、^129Xe、^134Xe和^136Xe相对于大气的过剩现象，是核成因造成的。