CO2全球循环及其同位素示踪研究

极地冰盖气泡研究表明,工业革命前大气圈天然ＣＯ₂浓度约为２８０×１０－６,天然ＣＯ₂浓度变化反映了冰期－间冰期循环这一长期气候变化固有特征。工业革命后,大量人为ＣＯ₂进人大气圈,人为ＣＯ₂收支明显不平衡,一个大于２．６ＧＴＣ／ａ的未知陆地生态汇很可能存在于北半球中纬度地带。土壤、岩溶作用、河流作用、地球化学作用、干旱－半干旱环境等系统以及海洋内部ＣＯ₂循环的同位素示踪研究,可为人为ＣＯ₂未知汇即“ＭｉｓｓｉｎｇＳｉｎｋ”的探求提供线索。     

中国东部CO2气地球化学特征及其气藏分布

中国东部CO₂气田(藏)发育广泛,分布复杂。本文对中国东部松辽、渤海湾、苏北、三水、东海、珠江口、莺琼、北部湾等盆地和内蒙古商都地区以及部分现代构造岩浆活动区CO₂气田(藏)和气苗中CO₂的地球化学特征进行了分析和研究,探讨了中国东部CO₂气的成因、来源及分布。中国东部CO₂气的含量主要分布区间为0~10%,其次为90%~100%,呈现典型的U字型。δ¹³C_CO2值则呈现典型的单峰式分布,峰值区间为-6‰~-4‰。CO₂含量、δ¹³C_CO2值和R/Ra值综合表明,中国东部高含CO₂气以幔源无机成因为主,混有部分有机成因气和(或)壳源无机气。中国东部已发现的36个无机成因CO₂气田(藏)在空间分布上与新近纪及第四纪北西西向玄武岩活动带展布一致,深大断裂和岩浆活动是无机成因CO₂富集、运移和分布最重要、最直接的两大主控因素。     

BrF5法氧同位素实验系统中CO2转换器的改进及意义

硅酸盐、氧化物的氧同位素测定分析,是成岩成矿物质 源区鉴定、矿物岩石形成温度确定、成岩成矿地球化学机理 推测的重要手段之一^[1]。在固体地球科学的诸多学科^{[2]以 及环境科学、水文、古气候、天体化学等其他学科均有着广泛 的应用。因此,随着样品量的增加,提高实验室的BrF5法氧 同位素实验系统的工作效率颇有意义。 图1为BrF₅法氧同位素实验系统装置。当系统真空抽 至3×10-3Pa时,充入氩气。分别将已称好的200目干燥样 品12mg加入各反应器,经2小时200℃去气抽真空后,将化 学计算量}     

云贵高原湖泊CO2的地球化学变化及其大气CO2源汇效应

湖泊是大气CO₂的源还是汇,长期以来一直都存有争议。云贵高原地区的湖泊由于受流域碳酸盐岩风化作用的影响,使这一问题就显得更特殊,也更复杂。本次研究通过化学平衡计算和气相色谱测定两种方法得到了比较一致的湖水CO₂浓度结果。研究发现,在夏季强烈的光合作用消耗了湖水CO₂,致使湖水中CO₂浓度降低。在贵州草海、百花湖以及云南的泸沽湖、杞麓湖,表层湖水CO₂分压(为便于与大气CO₂比较,文中湖水CO2用分压单位表示)小于200μatm,远低于大气CO₂分压,湖泊正不断地从大气中吸收CO₂,从而构成大气CO₂的汇。     

H2O2在α-Fe2O3表面非均相氧化SO2机理的模拟研究

通过密度泛函理论模拟了H_2O_2和SO_2气体在矿物氧化物(α-Fe_2O_3)表面上的非均相反应,研究了H_2O_2和SO_2在α-Fe_2O_3(001)表面的吸附机制和氧化机制。研究结果表明,SO_2、H_2O_2均在α-Fe_2O_3(001)表面通过Fe原子进行吸附,H_2O_2相比于SO_2优先吸附在α-Fe_2O_3(001)表面,且H_2O_2在表面的赋存形式趋向于两个·OH形式吸附。通过二者共吸附的局域态密度、差分电荷密度、Mulliken电荷布局分析结果发现,SO_2和H_2O_2的共吸附形式是通过H_2O_2产生的·OH吸附在α-Fe_2O_3(001)表面,同时SO_2被H_2O_2产生的·OH氧化[S(SO_2)-电荷布局:0. 79 e→1. 32 e; O(H_2O_2)-电荷布局:-0. 77 e→-1. 11 e]形成·OH+SO_2团簇。模拟结果表明大气微量气体H_2O_2能够在矿物氧化物表面介导SO_2吸附并促进SO_2的转化,为理解H_2O_2在大气中非均相氧化SO_2的反应过程提供了理论依据。     

水射流破碎联合CO2置换开采天然气水合物新工艺及实验研究

本文对目前开采天然气水合物的5种方法进行了归纳总结,重点分析了CO₂置换开采以及固体开采法,并通过分析这2种开采方法的优劣势,提出了水射流冲蚀、破碎海洋天然气水合物储层联合CO₂置换开采天然气水合物的新思路。水射流冲蚀、破坏水合物储层后形成的采空区能为CO₂提供更好的储藏空间并提高其与储层的作用面积,提高置换效率;封存的CO₂水合物也可以提高水合物储层的稳定性,具有良好的互补效应。实验结果表明,在整个置换过程中,含采空区储层CH₄置换率为24.3%,CO₂封存率为22.1%;完整储层CH₄置换率为15.3%,CO₂封存率为20.9%,置换率提升约59%,封存率提升约5.7%。采空区的作用主要体现在提升水合物置换介质的注入量上。     

四川冕宁木落稀土矿床稀土矿物中富CO2和H2流体包裹体研究

木落稀土矿床位于四川省冕宁县境内，其成矿与喜山期岩浆碳酸岩有关。通过对矿床中主要稀土矿物氟碳铈矿中流体包裹体的岩相学、包裹体显微测温分析和包裹体成分的LRM分析等，对成矿流体的特征、演化及稀土矿化过程进行了讨论，结果表明与稀土成矿有关的流体为富CO₂和SO₂ 的中高温、高压超临界流体。温度、压力降低和流体不混溶是造成稀土矿物沉淀的主要机制。     

腾冲新生代火山区温泉CO2气体排放通量研究

近期研究表明,不仅火山喷发期会向当时的大气圈输送大量的温室气体,火山间歇期同样会释放大量的温室气体。在火山活动间歇期,火山区主要以喷气孔、温(热)泉以及土壤微渗漏等形式向大气圈释放温室气体。腾冲是我国重要的新生代火山区,同时也是重要的水热活动区,那里出露大量的温泉,然而目前未见腾冲火山区温泉气体排放通量的研究报道。本文利用数字皂膜通量仪测量了腾冲新生代火山区温泉中CO₂的排放通量。研究结果表明,腾冲新生代火山区温泉向当今大气圈输送的CO₂通量达3.58×10³ t·a^-1,相当于意大利锡耶纳Bassoleto地热区温泉中CO₂的排放规模。腾冲火山区温泉的CO₂释放通量主要受深部岩浆囊、断裂分布、地下水循环、围岩成分等多方面因素的影响。本文根据温泉中CO₂的排放特征,将腾冲温泉分为南北两区,南区温泉CO₂通量远高于北区的温泉,热海地热区的通量为腾冲CO₂通量的最大值。在北温泉区,CO₂通量主要受控于断裂的分布;而在南温泉区,除受到断裂控制外,热海地热区底部的岩浆囊及其与围岩的相互作用成为CO₂气体的重要物质来源,同时高温的岩浆囊为温泉及CO₂的形成提供了重要热源。     

CO2气综合识别技术及应用

CO₂气藏由于其物理、化学性质的特殊性,CO₂气勘探与烃类气既有相同又有区别,综合应用多种资料和多种技术方法是识别CO₂气(层)藏的有效手段。利用区域地质分析、地球物理和地球化学勘探方法综合评价非烃气的分布,提出钻探目标,通过非烃色谱测量法和红外线CO₂气体浓度测量法实现CO₂气层钻井现场动态检测,利用气体色谱检测相关录井参数资料、核测井密度中子孔隙度差值综合解释CO₂气层,有效地识别CO₂气。主要介绍CO₂气藏综合勘探技术的关键的新技术方法,如地球化学方法、录井和测井综合识别的关键技术方法等。     

USGCRP碳循环研究的最新动向

碳循环研究是国际全球变化研究的热点之一。根据美国全球变化研究委员会提出的“美国全球变化研究计划”(USGCRP),详细介绍了美国碳循环研究的目标、重点研究计划和行动。USGCRP碳循环研究的主要目标是提供碳源和碳汇的综合评价,其重点在于确定北美洲陆地碳汇的数量、位置和成因,通过设立集成观测、过程研究和建模研究的项目来减少其中的不确定性,并提供北美洲陆地碳汇及其变化的更精确估计。USGCRP将从大气、海洋、陆地和人类因素方面结合适当的研究方法,提供多样化的碳循环时空信息,而且提供必要的北美洲陆地碳汇状态的详细描述。在基本反映美国碳循环研究最新趋势的同时,提出了中国碳循环研究应注意的方向。     

论大气二氧化碳温室效应的饱和度

利用最新版本的大气分子吸收光谱资料HITRAN2000，用精确的逐线积分算法，计算了大气CO₂浓度变化后产生的辐射强迫。在此基础上，研究了CO₂温室效应的饱和度以及影响CO₂辐射强迫的各种因子。主要结论如下：地面温度愈高，一般辐射强迫也愈大，但辐射强迫并不完全取决于地面温度，它还受大气温度廓线的强烈影响；研究的 6种模式大气中，吸收带重叠对热带大气的CO₂辐射强迫影响最大，对亚极冬季大气的影响最小；与长波辐射强迫相比，短波辐射强迫的贡献很小；CO₂的温室效应在15μm带中心等波段确实已经达到饱和，但在其它（15μm带两翼，10μm，5.2μm带等）波段远未达到饱和，在最近的将来也不会达到饱和。     

真菌孢子烷烃生物标志物特征及其热演化试验的初步研究

以一种类似地层中无孔多胞孢的现代真菌链格孢属孢子为样品，研究真菌孢子的原生烃烷烃馏分生物标志物及其热解生烃特征。实验结果表明，真菌孢子样品原生烃类的烷烃馏分，主要由正烷烃、异构烷烃和链烯烃相成。正烷烃约占抽提物总量的０．１８％、ｎＣ１９，烷占正烷烃总量的２４．１％。     

基于FLO-2D数值模拟的泥石流流动与堆积影响因素研究

泥石流和普通的山体滑坡不同,它是发生在山区的一种含有砂土和石块的暂时性水流,具有宾汉体的性质和运动阻塞双重特性,国内外众多学者在流动学实验及流动学模型的基础上,对数值模拟方法进行了大量研究,通过泥石流的灾害范围、运动速度、运动时间与实际情况进行对比,开发出适用于泥石流预报的数值模拟程序,FLO-2D就是其中之一。工程实践证明,在对泥石流组成物质的流动特性研究基础上,对泥石流移动及沉积特性进一步研究是非常重要的。本文运用FLO-2D流动模型数值模拟方法对泥石流的移动特性进行模拟,以此分析泥石流流动及堆积特性与黏性系数和屈服应力的关系。通过分析得到:随着黏性系数的增大,泥石流流速呈非线性减少;屈服应力作为影响泥石流发生及停止的因素,随着屈服应力的增大,流深也随着增大,但在泥石流移动特性中,屈服应力对泥石流流速的影响并不明显;随着黏性系数的增加,泥石流冲击力减小,而随着屈服应力的增加,泥石流的冲击力则增大。     

采场底板突水相似材料模拟研究

利用相似材料模拟试验，模拟了采场底板突水机理。实验表明，在无断层构造条件下，底板在承压水作用下呈Ｏ－Ｘ型破坏，并且在Ｏ与Ｘ的交点处最容易产生突水通道；在有断层构造条件下，断层突水的实质是在承压水作用下断层两盘的关键层向上产生相对移差。当断层越易产生最大位移差时，越容易突水；在突水的同时还伴随着断层带充填的冲刷。     

地下水环境中污染物迁移预测实验数学模型基本方程探讨

本文以钴为研究对象,运用相似理论,探讨采用黑箱功能模拟方法、通过模拟实验来建立地下水中污染物迁移预测的实验数学模型的基本方程。     

二次生烃过程中升温速率对生烃途径的影响 --以鄂尔多斯烃源岩生烃动力学研究为例

采用生烃动力学方法对鄂尔多斯已熟烃源岩进行模拟实验,与以往结果有所不同,实验证明在源岩二次生烃过程中,慢速升温并不利于液态烃的生成,而快速升温才更有利于生成液态烃。这可能是因为在慢速升温条件下,有机质可以有足够长时间缩聚成超大基团,而快速升温则易造成中等分子链的断裂,从而导致快速升温时抽提物产率高于慢速升温。因此,升温速率的差异对有机质的演化影响不只是影响反应速率,更重要的是会改变反应路径,从而对于像鄂尔多斯这样存在二次生烃的盆地,应适当重视那些高地温梯度区块石油资源的寻找。     

溶解无机碳及其同位素组成特征对初期水库过程的响应——以新建水库(洪家渡)为例

水坝拦截引起的生物地球化学影响越来越引起人们的重视.本文以我国西南喀斯特地区新建的洪家渡水库为例,详细分析了该水库入库水体、出库水体和水库坝前水体的溶解无机碳含量(DIC)及其同位素组成(δ13CDIC)特征.结果表明:河流经水库作用后水体无机碳体系发生显著变化.洪家渡水库入库水体DIC和δ13CDIC值的年均分别为2.14 mmol/L和-6.6‰,库区表层水体为2.12 mmol/L和-6.5‰,出库水体为2.22 mmol/L及-8.6‰.总体上,入库水体DIC含量低于出库水体,而溶解无机碳同位素组成却比出库水体偏正.就全年平均而言,出库水体的DIC浓度比入库水体和库区表层水体中分别高出3.7%和4.7%;同时,其DIC的同位素组成相对更偏负,出库水体中δ13CDIC值比入库水体和库区表层水体分别偏负30.3%和32.3%.在垂直剖面上,水体中DIC含量随着深度的增加而增高,δ13CDIC值随水深的增加而偏负.由于水库为底层泄水,使得出库水体中DIC含量增高,而δ13CDIC值偏负.河流受水坝拦截后,水化学特征发生显著改变,逐渐向湖沼型方向演化.     

植物营养元素的含量和δ~(13)C值随海拔而变化的特征及营养元素相互作用对碳同位素分馏作用的影响

为了研究植物营养元素的含量和δ~(13)C值随海拔而变化的相关关系,沿着海拔450 m的贵州茂兰至海拔1330 m的贵州安顺一线,采集和分析研究了C_3植物——小果蔷薇(R.cymosa Tratt)的叶片。分析结果表明,植物叶片中营养元素含量随着海拔的上升而产生的变化是:氮、磷和钾的含量会在增高,而钙和镁的含量却会降低。植物叶片的δ~(13)C值会增大,其变幅为 2.4‰/1000m。