基质镜质体成烃动力学特征研究

干酪根、煤以及显微组分生烃过程中的动力学参数(如活化能分布特征等)是其内部分子结构的宏观反映,据此可以判断有机质内部成键特征,评价生油门限、生油高峰,计算不同温度范围油气生成量等。笔者利用岩石热解仪(Rock-Eval型)对贵州水城含树皮体煤中的主要组成——基质镜质体的成烃动力学特征进行了研究,并与树皮体、丝质体进行比较,结果表明,基质镜质体的平均活化能为200kJ/mol,大于树皮体的平均活化能(177kJ/mol),而小于丝质体的平均活化能(324kJ/mol),由此推断,在相同的热演化条件下,基质镜质体、树皮体、丝质体三者的生烃顺序为树皮体→基质镜质体→丝质体。从基质镜质体生烃活化能分布特征图上可以看出,基质镜质体有4次主要生烃期,其对应的活化能分布范围及产烃率分别为191.25—192.5kJ/mol、12.19%,195—196.25kJ/mol、7.25%,197.5—198.75kJ/mol、39.82%,216.25kJ/mol、18.64%,据此可以认为:基质镜质体主要由4种不同类型键组成。在活化能191.25—198.75kJ/mol范围内,基质镜质体的累计生烃率达60%左右,这说明基质镜质体产烃较集中(在较短的地质剖面或温度范围内形成大量烃类物质),其含量高(煤岩三大组分之一),因此对煤成烃资源有较大的贡献。     

山东金刚石碳同位素组成的二次离子质谱显微分析

华北克拉通山东金刚石晶体生长的多阶段性及碳同位素组成已被人们关注,但很少有人对不同阶段金刚石及其内部的碳同位素组成变化进行分析。本文利用二次离子质谱(SIMS)微区分析技术对山东金刚石晶体内部不同阶段生长的δ13C进行了原位测试分析,得出山东金刚石δ13C的变化范围在-5.6‰～-2.01‰,平均值为-3.63‰,与前人对华北克拉通金刚石碳同位素组成测试值(δ13C在-14.71‰～-0.46‰,主要集中在-9‰～-4‰之间)大致相同,位于全球橄榄岩型金刚石及幔源碳同位素组成主要范围(-8‰～-2‰)内。结合金刚石生长环带阴极发光图像,认为金刚石自核心部位至边缘,在同一期生长环带内,其δ13C值呈变重趋势;在多期复杂生长环带之间,δ13C值因结晶时的地质环境不同而存在差异。δ13C值的这种变化揭示了该地区金刚石复杂的生长环境,为解析华北克拉通地幔碳循环提供了定量数据。     

贵州水城煤中基质镜质体生烃潜力、烃类组成及生烃模式

基质镜质体是华南晚二叠世煤中的主要组分之一,其在煤中含量的多少、生烃潜力的大小、生烃特性等直接影响到该区煤成油气资源的评价。采用岩石热解、热解气相色谱以及开放体系下热模拟等方法,对贵州水城晚二叠世(R12)龙潭组煤中基质镜质体的生烃潜力、烃类组成特征、生烃模式进行了研究。结果表明：本区基质镜质体的生烃潜力、氢指数分别为191.99mg/g和250mg／gTOC,远高于丝质体的生烃潜力(26.17mg/g)和氢指数(35mg／gTOC),而小于树皮体的生烃潜力(297mg/g)和氢指数(491mg/gTOC);基质镜质体热解烃类组成中以轻质烃为主,湿气次之,可见本区基质镜质体不但能生成气态烃,而且能生成一定量的液态烃,这归因于其中所含大量的超微类脂体;基质镜质体“生油窗”温度范围为375～475℃,主要生烃温度区间为400～450℃,其中415～430℃为生烃高峰期,420℃处产烃率最高。基质镜质体这种在高成熟度下(大于VRo1.0％)大量生烃的特点对在成熟度普遍较高的华南地区寻找油气田具有重要的意义。     

贵州水城煤中基质镜质体生烃潜力、烃类组成及生烃模式

基质镜质体是华南晚二叠世煤中的主要组分之一,其在煤中含量的多少、生烃潜力的大小、生烃特性等直接影响到该区煤成油气资源的评价。采用岩石热解、热解气相色谱以及开放体系下热模拟等方法,对贵州水城晚二叠世(P21)龙潭组煤中基质镜质体的生烃潜力、烃类组成特征、生烃模式进行了研究。结果表明:本区基质镜质体的生烃潜力、氢指数分别为191.99mg/g和250mg/gTOC,远高于丝质体的生烃潜力(26.17mg/g)和氢指数(35mg/gTOC),而小于树皮体的生烃潜力(297mg/g)和氢指数(491mg/gTOC);基质镜质体热解烃类组成中以轻质烃为主,湿气次之,可见本区基质镜质体不但能生成气态烃,而且能生成一定量的液态烃,这归因于其中所含大量的超微类脂体;基质镜质体“生油窗”温度范围为375～475℃,主要生烃温度区间为400～450℃,其中415～430℃为生烃高峰期,420℃处产烃率最高。基质镜质体这种在高成熟度下(大于VRo1.0%)大量生烃的特点对在成熟度普遍较高的华南地区寻找油气田具有重要的意义。     

煤的激光微区质谱及其与飞行时间二次离子质谱的对比研究

作者首次使用激光微区质谱技术分析了煤中有机显微组分，描述了其谱图特征，发现不同地区煤样和同一地区煤样的不同显微组分其激光微区质谱（LAMMS）特征不同，反映了它们化学成分和结构上的差异。作者还将激光微区质谱技术（LAMMS）与飞行时间二次离子质谱（TOFSIMS）技术的优缺点作了初步对比，认为TOFSIMS／LAMMS两种技术结合起来是煤的微区分析较好的选择。     

石笋微层物质组成的二次离子质谱初步分析及其气候意义

我国北方洞穴石笋中发育双重光性微层(透光微层和发光微层),两种微层可以相互对应,但也存在不相匹配的现象。运用二次离子质谱分析微层内物质组分,发现透光微层的浅色段含有相对丰度较高的Mg和Sr元素以及小分子有机质,而Ba和Fe及大分子有机质主要赋存于微层内暗色段,层内暗色物质包含有机质和粘土物质。微层物质组成和成因等方面的研究可以反映气候变化的高分辨率信息。     

二次离子质谱第四纪锆石年代学:台湾金瓜石英安岩定年

高精度第四纪年代学是第四纪研究的基础,对了解地球演化和发展非常关键。大型二次离子质谱(SIMS)锆石U-Th-Pb定年方法,集高空间分辨率、高精度、高效率和近无损分析等优势于一体,可以提取矿物微区中记录的丰富地质信息,在第四纪年代学研究中具有很大的应用潜力。文中对SIMS第四纪锆石原位微区年龄测定的基本原理、分析校正方法进行介绍,并报道我们测定台湾第四纪金瓜石英安岩锆石U-Pb年龄的结果((1.166±0.020)Ma)。     

二次离子质谱微区原位牙形石氧同位素分析及其在古海表水温记录中的应用

利用生物成因磷灰石的氧同位素信息能够重建古海水温度,尤其是牙形石,结合其在生物地层学上的研究,它的数据解释具有明确的古环境意义。牙形石微小的个体一直是其精确地球化学分析的限制因素。作为对牙形石微区原位氧同位素测试方法的探索研究,本文利用Cameca IMS--1280 型二次离子质谱仪对牙形石进行了微区原位氧同位素组成测试,通过分析得到可靠的古表层海水温度 ( SST) 记录,表明从晚二叠世到早三叠世SST 存在明显的上升过程。相比常规Ag3PO4 实验方法,牙形石微区原位氧同位素分析方法更加快速,而且能够有效避免牙形石易受到污染的部位,获得更为可靠的牙形石氧同位素组成的测定结果。     

第五届SHRIMP国际工作会议暨高分辨二次离子质谱及LA-ICP-MS地质年代学进展及其地质应用国际研讨会成功举行

2010年10月9—24日,由中国地质科学院地质研究所、北京离子探针中心和中国国际前寒武研究中心联合主办的第五届SHRIMP国际工作会议暨高分辨二次离子质谱(HR-SIMS)及LA-ICP-MS地质年代学进展及其地质应用国际研讨会(包括‘锆石年代学讲座’)和会后野外地质考察分别在北京和内蒙古自治区等地成功举行。来自中国、澳大利亚、奥地利、巴西、德国、俄罗斯、法国、古巴、韩国、加拿大、美国、挪威、瑞士、日本、西班牙、印度、意大利共17个国家的百余名代表(其中境外代表40余名)参加会议。     

国家科技支撑计划课题“二次离子质谱仪器核心技术及关键部件研究与开发”通过验收

2011年6月21日,由中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心牵头,中国计量科学研究院、复旦大学、中国科学院大连化学物理研究所和北京普析通用仪器有限责任公司等单位共同承担的国家科技支撑计划课题"二次离子质谱仪器核心技术及关键部件研究与开发"(编号:2006BAK03A21)在京顺利通过验收。课题验收会国家质检总局科技司主持召开,来自科技部、质检总局、北京市、教育部、中国科学院、总装备     

渤海湾盆地石炭纪—二叠纪煤的有机组分红外光谱研究

通过对渤海湾盆地石炭纪－二叠纪煤中主要有机组分进行显微傅里叶红外分析,揭示了孢子体,角质体,树脂体及基质镜质体等有机组分化学组成,结构的特点和对油气形成贡献的差异。结果表明,角质体,树脂体和孢子体都具有富氢指数高,富氧指数低的特点,但树脂体对油气生成的贡献更大而且时间较早,孢子体较差而且时间较晚,就基质镜质体而言,晚石炭世太原组（Ｃ２ｔ）煤比早二叠世山西组（Ｐ１ｓ）煤富氢指数高,富脂链参数也大,表     

天台盆地恐龙蛋化石结构和组分研究

采用扫描电镜、电子探针和Ｘ射线粉末衍射分析技术,研究了浙江天台盆地ＴＢ－１恐龙蛋化石的结构和组分。初步了解这个含似蛋白和蛋黄的恐龙蛋化石的结构和组分为;含铁钛的硅酸盐矿物售合体（蛋壳表层）、灰褐色方解石（蛋壳内层）、浅米黄色方解石（壳内矿物层）、白色石膏（腔内似蛋白矿物）和米黄色萤石（腔内似蛋黄矿物）。     

Developments in high-resolution solid-state13C NMR spectroscopy of coals

The recent development of “second generation” NMR experiments on coals is discussed in this paper. Such experiments have three aims: (1) To determine the extent to which quantitative aromaticity measurements can be made on coals by cross polarization-magic angle spinning (CP/MAS); (2) To obtain more detailed information on coal structure and reactivity than that given by the simple aromaticity measurements possible at the time; (3) To follow reaction pathways when coal is chemically modified. In this plenary lecture the relevant literature is reviewed, and new experimental work in all three areas outlined above is reported. Experimental evidence is presented which shows that aromaticity measurements on a bituminous coal by cross polarization (CP) or single pulse techniques give identical results. Relaxation data for naphthalene polymers suggest that these structures in coal are seen in CP experiments. Dipolar dephasing experiments suggest that the average size of the coal vitrinite molecule does not increase with increase in coal rank due to aromatic substitution reactions. Various relaxation experiments demonstrate how different carbon types can be distinguished in both¹³C-labelled and unlabelled coals.     

Role of coal type and rank on methane sorption characteristics of Bowen Basin, Australia coals

The effect of coal composition, particularly the organic fraction, upon gas sorption has been investigated for Bowen Basin and Sydney Basin, Australia coals. Maceral composition influences on gas retention and release were investigated using isorank pairs of hand-picked bright and dull coal in the rank range of high volatile bituminous (0.78% R_{o max}) to anthracite (3.01% R_{o max}). Adsorption isotherm results of dry coals indicated that Langmuir volume (V_L) for bright and dull coal types followed discrete, second-order polynomial trends with increasing rank. Bright coals had a minimum V_L at 1.72% R_{o max} and dull coals had a minimum V_L at 1.17% R_{o max}. At low rank, V_L was greater in bright coal by about 10 cm³/g, but as rank increased, the bright and dull trends converged and crossed at 1.65% R_{o max}. At ranks higher than 1.65% R_{o max}, both bright and dull coals followed similar trends. These competing trends mean that the importance of maceral composition on V_L varies according to rank. In high volatile bituminous coals, increases in vitrinite content are associated with increases in adsorption capacity. At ranks higher than medium to low volatile bituminous, changes in maceral composition may exert relatively little influence on adsorption capacity. The Langmuir pressure (P_L) showed a strong relationship of decreasing P_L with increasing rank, which was not related to coal type. It is suggested that the observed trend is related to a decrease in the heterogeneity of the pore surfaces, and subsequent increased coverage by the adsorbate, as coal rank increases. Desorption rate studies on crushed samples show that dull coals desorb more rapidly than bright coals and that desorption rate is also a function of rank. Coals of lower rank have higher effective diffusivities. Mineral matter was found to have no influence on desorption rate of these finely crushed samples. The evolution of the coal pore structure with changing rank is implicated in diffusion rate differences.     

廊固凹陷的三维精细地质结构

本文通过三维地震资料建立了廊固凹陷的三维精细地质结构.通过重建三维地质结构,可以更为直观的显示其真实地质结构形态.对廊固凹陷三维地质结构的分析表明,认为廊固凹陷新生代以来经历多期构造活动,形成了上、中、下3个构造层:下构造层为孔店组—沙四段,为裂陷初始期沉积;中构造层为沙三段—东营组,为强烈裂陷期沉积;上构造层为明化镇...     

构造煤化学结构演化与瓦斯特性耦合机理

煤是对应力和应变非常敏感的一种特殊岩石,在不同的应力-应变环境和构造应力作用下,煤的物理结构、化学结构及其光性特征等都将发生显著变化,从而形成具有不同结构特征的、不同类型的构造煤。构造煤在变形的过程中,镜质组反射率将发生规律性变化,并被较为广泛地应用于煤田构造的定量研究,高温高压变形实验也证实了这一现象。为了深入探讨煤镜质组光性组构变化的微观机理,将X-射线衍射、顺磁共振和核磁共振等技术应用于不同类型构造煤以及高温高压实验变形煤的化学结构研究。研究表明,构造煤化学结构演化与镜质组反射率的演化具有密切的内在联系,镜质组反射率的光性异常是构造煤化学结构演化在物理光学性质上的具体体现。不同类型的构造煤由于物理和化学结构上的不同,导致瓦斯含量和透气性等瓦斯特性上的重大差异,糜棱煤特殊的物理和化学结构决定了其高含气量和低透气性的特征,是矿井瓦斯突出的危险地带,因此,可以通过构造煤分布规律的研究,进行矿井瓦斯富集与突出危险性的评价与预测,为矿井瓦斯灾害的研究提供新的思路和方法。     

新疆木吉盆地鲕状泉华微观结构、地球化学特征及成因探讨

泉华作为地表或地下水中碳酸钙的陆上沉积, 其内部微层结构和地球化学特征具有揭示区域环境变化的重要作用。新疆阿克陶县木吉盆地的鲕状泉华包覆颗粒是内陆干旱-半干旱气候区高寒山地环境产出的冷水沉积产物, 沉积过程相较于湿润-半湿润气候区同类泉华具有控制因素上的特殊性。在野外地质调查的基础上, 对其进行了细致的微观结构观察和化学组成研究, 以期为此类泉华成因机制的完善, 以及包覆颗粒生长发育过程与区域环境变化关系的探讨提供限定。研究发现, 木吉盆地周边地层中发育的碳酸盐岩是泉华发育的物质基础, “两山夹一盆”的地貌特征和盆地内全新世活动断裂的存在为泉华的形成提供了良好的地形地貌以及构造条件。微观结构观察和化学组分分析显示, 鲕状包覆颗粒发育由泥晶和亮晶纹层构成的外壳层, 两者均由低镁方解石组成, 但微量、稀土元素组成差异显著, 泥晶纹层的Mg/Ca(0.02~0.04)和ΣLREE/ΣHREE比值(1.75~9.98)以及稀土元素(ΣREE=0.33×10^-6~2.96×10^-6)和Sr(188×10^-6~1640×10^-6)、Ba(8.95×10^-6~123.00×10^-6)等微量元素含量相对亮晶纹层(Mg/Ca=0.01~0.02, ΣLREE/ΣHREE=0.93~5.43, ΣREE=0.05×10^-6~0.82×10^-6, Sr=157×10^-6~285×10^-6, Ba=5.17×10^-6~29.50×10^-6)更高。综合包覆颗粒微观结构、化学成分以及区域气候变化和地下水补给特征认为, 木吉鲕状包覆颗粒的成因类型为核形石, 颗粒纹层构造的发育是季节交替导致气候条件周期性波动的结果: 在降水和冰雪融水少的干冷气候环境下, 地下水补给不足, 具有较高微量和稀土元素含量的泥晶方解石发生沉淀, 藻类生物捕获粘附泥晶方解石形成泥晶纹层; 亮晶纹层形成于气候温湿季节, 地下水补给充足, 水流在包覆颗粒周围绕流过程中直接在泥晶纹层或岩屑外围发生CaCO₃沉淀和生长。

     

Nitrogen in Chinese coals

Three hundred and six coal samples were taken from main coal mines of twenty-six provinces,autonomous regions,and municipalities in China,according to the resource distribution and coal-forming periods as well as the coal ranks and coal yields.Nitrogen was determined by using the Kjeldahl method at U.S.Geological Survey(USGS),which exhibit a normal frequency distribution.The nitrogen contents of over 90% Chinese coal vary from 0.52% to 1.41% and the average nitrogen content is recommended to be 0.98%.Nitrogen in coal exists primarily in organic form.There is a slight positive relationship between nitrogen content and coal ranking.     

Some chemical structural features of coals of differing maceral distributions and stratigraphy

Six North American bituminous coals (four Carboniferous and two Cretaceous) and eight maceral concentrates from Carboniferous British seams have been heated with tetralin and hydrogen to 400°C. The hexane-soluble parts of the products were separated by column chromatography and the fractions were then analyzed by gas chromatography/mass spectrometry. In all cases the aromatic hydrocarbon fraction was a very complex mixture containing a number of alkylated biphenyls, diphenylmethanes and -ethanes, and polycyclic compounds. However single ioncchromatography (m/z = 142) showed that, in addition to these, the products from five of the six American coals contained homologous series of long chain n-alkylnapththalenes with alkyl groups extending to C₁₆. In other fractions from the American coals, homologous series of n-alkylfurans and alkylphenols were found to be major components, as also were many alkylcyclohexenones related to isophorone. Extensive homologous series of n-alkyl aromatics were not detected in products from any of six vitrinites from British seams, though series of n- and iso-alkylphenols were found in the products from two sporinite concentrates. A number of polycyclic ketones apparently related to sterols were found in the products from the British vitrinites but not from any American coals. Reasons for what appear to be systematic structural differences between the American and British coals are discussed. Differences in stratigraphy are noted and it seems not impossible that differences in source vegetation are significant.