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。     

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.     

中国大陆科学钻探主孔0～2000米流体剖面及流体地球化学研究

地下深部流体的来源与演化的研究已成为国际地球化学领域的探索前沿和研究热点之一，中国大陆科学钻探(CCSD)为开展深部流体地球化学研究提供了珍贵的样品，构建了探索地下流体的研究平台。中给出了中国大陆科学钻探(CCSD)主孔He、Ar、N2、O2、H2、CH4、CO2流体地球化学剖面。CCSD主孔CH4浓度的变化与H2浓度的升降没有显相关性；CO2浓度的变化与钻井条件下的氧含量无显相关性；CO2浓度与CH4浓度的关系有三种情况：CO2浓度与CH4浓度不相关、CO2浓度与CH4浓度负相关、或CO2浓度与CH4浓度正相关；氦浓度的增加与CO2和CH4浓度的上升呈现一定的正相关。大气中N2、O2、Ar浓度太高，掩盖了井中N2、O2、Ar气体组分浓度变化，通常情况下N2、O2、Ar浓度变化难以作为深源气体的判据。CCSD流体与KTB流体中氧．氮关系基本一致，氧、氮线性相关(r=0.97)，表明这两种气体主要来源于大气。KTB中的CH4与乙烷、N2表现出非常强的线性关系，而在CCSD流体中CH4与乙烷、N2之间不存在线性相关性。两个地区间的流体成因、围岩相互作用机理等方面可能有所不同。在CCSD主孔中，目前已发现存在大量的CO2，及少量CO、CH4、C2H6、C3H8、C4H10和He、N2等气体。已确定300～2000米主孔出现多处来自于地下的气体异常，包括甲烷和C2～C4等烃类气体，一氧化碳与二氧化碳，稀有气体氦。根据流体各组分间相关性研究，可以判定异常中氧主要来源于大气，N2、Ar和CO2有一部分源于大气，一部分来源于地下。在流体显异常时，甲烷等烃类气体、氦、一氧化碳和绝大部分CO2来源于地下。出现显地下流体异常处，在岩石中存在裂隙、晶洞、破裂面、断层；它们作为流体迁移通道或存储空间，可能是流体存在的必要条件。某些CO2和He气异常与碳酸盐和铀矿石等围岩密切相关。     

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。     

含油气盆地油气同位素地球化学研究概述

以气体地球化学国家重点实验室工作为主，简要概述了对我国含油气的同位素地球化学研究。1．烃气的同位素地球化学：讨论了天然气成因新模式与气藏烃气同位素组成的关系，低演化阶段天然气同位素分馏的二阶段模式，云南中小盆地天然气低演化系列同位素特征及用储层解析气作油气源对比。2．稀有气体同位素地球化学：阐述了^3He/^4He值与中国构造分区，幔源氮的复合成藏和幔源甲烷问题以及气源对比等。3．液态烃同位素地球化学：简述了轻烃碳氢同位素特征及氢同位素作为判别古沉积介质盐度的指标，概述了未熟一低熟油同位素特征及在自然剖面上油和源油抽提物碳同位素分馏特征及其机理。     

辽宁宽甸新生代火山岩和地幔包体He-Ar同位素组成

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和流体含量分析表明，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3^He／^4He值较低，可能与地幔上隆过程中富集地幔流体的交代作用或地幔塑性变形作用丢失了部分原始He有关；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入。部分样品中有^21Ne、^22Ne、^129Xe、^134Xe和^136Xe相对于大气的过剩现象。     

赣南横径地区碳酸温泉CO2成因研究

本文在分析横径温泉区4个气样的气体组分、氦同位素以及CO2和CH4的碳同位素基础上,结合温泉区地质条件,研究了该区碳酸温泉中CO2的成因。研究结果表明:横径温泉区温泉气中CO2的含量很高(>96%),CO2气体中1δ3C较重(-5.53‰~-4.43‰),属于与深大断裂活动有关的深部幔源无机成因气;温泉气中CH4的含量很低(<1.86%),CH4气体中1δ3C较轻(-27.69‰~-59.31‰),其中39、和11号温泉气体中的CH4属于深部幔源无机CH4和源于地表生物成因CH4的混合,而2号温泉气体中的CH4属于深部幔源无机CH4。     

地热气体研究进展

地热气体是地球内部物质和能量的信息载体，是地热研究的重要对象。地热气体主要包括CO2、H2S、H2、CH4、N2、O2等常量气体和He、Ne、Ar、Kr等稀有气体。这些组分的来源有幔源、壳源和大气源。经过100多年的研究，人类对地热气体的化学成分与同位素组成特征，如2H、13C、34S、3He、 4He、20Ne、39Ar、40Ar、85Kr、81Kr等，获得了基本认识并应用于不同来源气体混合关系，控热构造，热储温度，流体循环，热源构成等问题的研究。此外，气体研究也在地热开发过程中的腐蚀结垢防治和减碳贡献评估等方面有重要意义。近年来，我国在地热气体研究方面取得了显著进展。未来需要统一样品采集、贮存和测试方法，建立相应的技术标准，进而建成归一化标准的地热气体大数据。在碳达峰、碳中和的“双碳”目标的重大需求牵引下，进一步探索地热气体定年、伴生资源成因、控热构造识别等方面的发展，进而为应对气候变化和实现地热能科学可持续开采奠定基础。     

流体包裹体中微量气体组成及其成矿示踪体系研究新进展

N2 Ar He体系可用以示踪成矿流体及温泉等与火山有关的水流体的来源 ,当体系中He含量低于检出限 ,N2 Ar He体系不能用时 ,CO2 /CH4 N2 /Ar体系可用于识别成矿流体中岩浆水、建造水和大气降水 ,CO2 CH4 H2 体系可以鉴别成矿流体是否发生过沸腾作用以及沸腾是在开放体系还是封闭体系中形成 ,一般开放体系中沸腾有利于成矿。CO2 CH4 C2 H6体系可用于判别岩浆作用是否直接影响成矿或对成矿流体的贡献 ,从而确定热液矿床的成因。CH4 C2 H6 C3 H8体系可用来示踪一些与干酪根热解有关的成矿流体长距离、大规模迁移过程。C2 H6 C3 H8 C6H6体系可用于判定成矿流体的大地构造环境 ,因岛弧与裂谷环境下C2 H6/C3 H8比值有明显差异。以广东长坑 (Au Ag)和嵩溪 (Ag Sb)矿床为例 ,概述了这些体系各自的应用     

车载小型气体质谱仪现场地气分析应用

OmniStar小型气体质谱仪用于车载实验室,可根据野外情况采取灵活的采样方式,实现对H2、He、CH4、N2、O2、Ar、CO2以及C3H8、C4H10的现场分析。对浓度为100×10-6的H2、He、CH4、N2、O2、Ar、CO2混合标气进行100次连续测定,得到的各组分的精密度(RSD)均优于1%,H2、He、Ar、CO2准确度(RE)分别为3.74、0.94、1.83、10.5;对室内空气进行连续3 500次测定,得到的H2、He、CO2的精密度分别为2.25%、5.55%、4.06%,N2、O2、Ar的精密度优于1%;对CH4、C2H6、C3H8、C4H10混合标准气体进行连续13次测量,得到的C3H8、C4H10的精密度(RSD)优于1%,测量的平均值与标准值完全吻合,能够满足野外现场分析需求。在内蒙古西乌旗及新疆金窝子地区应用该仪器,采用采样袋取气、螺旋钻及井孔原位在线测定等方式得到样品数据,并发现两区域内部分采样点的CO2、H2及He异常。     

稀有气体在深部地质研究中的意义

幔源物质中的稀有气体蕴藏着丰富的地球深部过程信息。它们可对地幔结构、地幔脱气历史、大陆地幔不均一性、幔源岩浆演化和CO2天然气成因等研究提供独特的示踪作用。结合中国东部地幔捕虏体的资料,综述了稀有气体在这些方面的研究进展。研究表明,MORB源和OIB源玄武岩稀有气体组成差异强烈支持地幔双层结构的存在,地幔脱气过程主要受溶解度控制脱气模式(SCD)控制;同时,中国东部地幔存在不均一性可以在稀有气体方面得到印证;郯庐断裂可能为东部幔源无机CO2的脱出提供了良好的通道。     

Source identification of methane in groundwater in shale gas development areas: A critical review of the state of the art,prospects, and future challenges

Shale gas exploration and development carry the risk of causing groundwater contamination and enhancing the greenhouse effect through methane leakage. Identifying the source of abnormal methane in groundwater of shale gas development areas is becoming a research hotspot in the fields of groundwater and climate change. This paper reviews the traditional methodology in identifying sources of methane and its deficiency in groundwater application. Then potential and advantages of using noble gases were discussed on how to overcome these limitations of the traditional method. Finally, based on noble gas, the current application status and future challenges of methane source identification in groundwater were analyzed. It can be summarized as:(1) due to chemical and/or microbial processes in the aquifer system, the traditional methodology for methane source identification, which utilizes molecular and isotopic compositions of hydrocarbon gas, has multiple interpretationsand large uncertainties;(2) the non-reactive nature and well-characterized isotopic compositions of noble gases in the atmosphere, hydrosphere, and crust, make noble gases ideal indicators of the sources of methane in groundwater. Moreover, the mechanism of formation and release of crustal noble gas prevent shale gas signatures from being interfered with by natural gas;(3) the key scientific tasks surrounding the use of noble gases for methane source identification include quantitatively separating the components of atmosphere-derived, mantle-derived, and crust-derived noble gases from the bulk noble gases in groundwater. It quantifies the solubility fractionation of noble gases induced by water-gas interaction during methane migration to the aquifer. The application of noble gases can bring a new perspective to tracing the source of methane in groundwater and is of great significance to the protection of groundwater quality in shale gas development areas and mitigation of climate change.     

乍得Bongor盆地天然气地球化学特征及成因

Bongor盆地位于乍得境内的中非剪切带西北部,是中新生代重要的含油气盆地之一。笔者从Bongor盆地天然气组分组成及组分碳、氢同位素分析入手,综合运用常规有机地球化学分析方法,探讨了Bongor盆地不同构造单元天然气的成因及成熟度差异。分析认为,Bongor盆地天然气化学组成主要由烃类气体、非烃类气体和微量稀有气体组成,其中烃类气体属于生物热催化过渡带气、原油伴生气和凝析油伴生气等有机成因气,非烃气体主要包括无机成因的氮气、二氧化碳和氢气等。在天然气成因研究的基础上,笔者还开展了Bongor盆地烃类气体的组成及来源分析,包括气气对比和气源对比,研究认为,不同构造单元的烃类气体虽然组成相同,但相对含量略有差异,表明不同构造单元的天然气具有相似的母质来源：M组和P组的暗色泥页岩;但也不排除K组暗色泥页岩的生烃贡献。不同构造单元天然气烃类气体的成熟度差异较大,这是由于天然气源自不同层位烃源岩或同一层位烃源岩在不同演化阶段的生烃产物。     

鄂尔多斯盆地苏里格大气田天然气成藏地球化学研究

苏里格大气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西北部,属于典型的低渗砂岩气田。对天然气组分和同位素组成研究表明,苏里格大气田上古生界天然气以干气为主、湿气为辅,甲烷含量为82.729%~98.407%,干燥系数为84.7%~98.8%,δ¹³C₁值为-36‰~-30‰,δ¹³C₂值为-26‰~-21‰,属于高成熟度的煤成气;气田范围内各井区天然气组分和碳同位素组成变化较小,暗示其来源和成藏过程的一致性。根据储层流体包裹体镜下观察、包裹体均一温度、含烃包裹体丰度、颗粒荧光定量(QGF)、包裹体激光拉曼分析,苏里格大气田上古生界储层发育盐水包裹体、气体包裹体、液态烃包裹体、CO₂包裹体等不同类型流体包裹体,主要产于石英次生加大边、微裂隙及胶结物中;包裹体均一温度分布呈连续的单峰态,分布范围为80~180℃,主峰温度为100~145℃;上古生界砂岩储层样品的含烃包裹体丰度不高(多为1%~5%),QGF强度较低(1~10pc)。研究认为,苏里格大气田天然气充注可能是一个连续的过程,主要经历了一期成藏,其主要成藏期为晚侏罗世-早白垩世。通过生气动力学与碳同位素动力学的研究表明,苏里格大气田天然气主要来源于苏里格地区及周缘的石炭-二叠系煤系烃源岩,为近源充注、累积聚气成藏。     

利用包裹体中气体地球化学特征与源岩生气模拟实验探讨鄂尔多斯盆地靖边气田天然气来源

鄂尔多斯盆地上、下古生界地层包裹体气体与气藏中气体地球化学性质对比表明:上古生界气藏中气体与包裹体中气体地球化学性质相似,气藏中气体的地球化学性质能代表成藏初期气体的原始特征;而下古生界气藏中气体与包裹体中气体的地球化学性质差别很大,下古生界气藏中的气体与下古生界源岩模拟生成气体也有非常大的差别。因此,下古生界气藏中的气体不能代表来自下古生界源岩产生天然气。结合前人关于奥陶系源岩的模拟生成天然气、包裹体中气体以及靖边气田天然气的地球化学特征,提出来源于奥陶系的天然气应具有δ¹³C₁<-38‰、δ¹³C₂<-28‰的特征。下古生界地层包裹体中气体与气藏中气体地球化学性质对比表明,下古生界气田天然气乙烷碳同位素的变化范围也比甲烷碳同位素的变化范围大很多,乙烷碳同位素不适合作为判断靖边气田天然气来源的标准。在此基础上,以上古生界天然气甲烷碳同位素的平均值(-32.90‰)与下古生界δ¹³C₁<-38‰天然气甲烷碳同位素的平均值(-39.04‰)分别作为上、下古生界来源天然气甲烷碳同位素的界限值,通过简单计算认为靖边气田大约85%的天然气来源于上古生界煤系。     

一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术——惰性气体氦氖分析

开发不受沼泽微生物影响的地球化学勘查技术是提高中纬度冻土区天然气水合物探井预测成功率的重要课题之一。本文选择在祁连山聚乎更天然气水合物已知区进行惰性气体勘查技术实验,研究了氦氖的测试方法,实验区为高寒沼泽景观,面积150km~2,采样密度2点/km~2,采样深度60cm,采集土壤顶空气样品300件和DK-3井岩芯样品400件,应用色谱反吹技术对顶空气样品进行了惰性气体氦氖的分析。结合地质和地球化学勘查成果进行了综合解释,认为惰性气体异常与天然气水合物矿藏关系密切,与烃类异常浓度范围一致,为顶部异常模式。实验区天然气水合物矿藏11个水合物发现井有10个位于He、Ne异常内,1个井位于异常外。分析了天然气水合物岩芯顶空气轻烃和氦氖指标的垂向分布特征,提出了天然气水合物矿藏上方土壤惰性气体的地气迁移机理。研究区近地表氦氖异常源于深部水合物矿藏和断裂构造,不受沼泽微生物的影响,是冻土区天然气水合物勘查的一种有效技术。     

塔里木盆地和田河气田天然气地球化学研究

本文就和田河气田天然气组分组成、碳同位素组成和天然气成因类型进行了分析,着重分析了其东西部差异。研究发现:和田河气田天然气甲烷含量很高,达64.19%～86.86%,平均含量79.36%,C2+含量0～3.75%,干燥系数为95.52～99.4,平均值为97.34,CO2含量高。和田河气田东西部天然气差异明显,其主要表现为多期成藏、TSR反应东西运移的结果。天然气的成因分别是东部为原油裂解气,玛2井为原油裂解气和干酪根裂解气混合气,西部为干酪根裂解气。     

Organic inclusions and their relations to oil and gas occurrences

154 core and outcrop samples of Proterozoic and Palaeozoic reservoir and non-reservoir strata were collected from Renqui, Subei, Guangxi, Sichuan, etc. Organic inclusions contained in the samples were studied by means of polarized light microscope, fluorescence microscope, micro-cooling-heating stage and compositional analysis. According to HC phase, colour, refractive index and fluorescent properties, organic inclusions can be classified as two braod types: HC inclusions and HC-containing inclusions, which can be further subdivided into eight subtypes. Also discussed in this paper are the types and peculiarities of organic inclusions, as well as the composition of gases, parameters for organic molecules and paleotemperature, which are considered to be useful indicators for oil and gas migration, evolution and prospective evaluation. Some typical examples are also given in this study.     

Recognising biodegradation in gas/oil accumulations through the δC compositions of gas components

A large suite of natural gases (93) from the North West Shelf and Gippsland and Otway Basins in Australia have been characterised chemically and isotopically resulting in the elucidation of two types of gases. About 26% of these gases have anomalous stable carbon isotope compositions in the C₁–C₄ hydrocarbons and CO₂ components, and are interpreted to have a secondary biogenic history. The characteristics include unusually large isotopic separations between successive n-alkane homologues (up to +29‰ PDB) and isotopically heavy CO₂ (up to +19.5‰ PDB). Irrespective of geographic location, these anomalous gases are from the shallower accumulations (600–1700 m) where temperatures are lower than 75°C. The secondary biogenic gases are readily distinguishable from thermogenic gases (74% of this sample suite), which should assist in the appraisal of hydrocarbons during exploration where hydrocarbon accumulations are under 2000 m. While dissolution effects may have contributed to the high ¹³C enrichment of the CO₂ component in the secondary biogenic gases, the primary signature of this CO₂ is attributed to biochemical fractionation associated with anaerobic degradation and methanogenesis. Correlation between biodegraded oils and biodegraded “dry” gas supports the concept that gas is formed from the bacterial destruction of oil, resulting in “secondary biogenic gas”. Furthermore, the prominence of methanogenic CO₂ in these types of accumulations along with some isotopically-depleted methane provides evidence that the processes of methanogenesis and oil biodegradation are linked. It is further proposed that biodegradation of oil proceeds via a complex anaerobic coupling that is integral to and supports methanogenesis.     

中扬子地区下古生界页岩气的勘探潜力

页岩气有别于已经大量开采的常规天然气,在成藏机理和赋存特征方面都有其独特的特点,识别与评价页岩气的方法也有别于以往对常规天然气气藏的评价模式。泥页岩厚度、埋深、总有机碳含量、成熟度是其重要的判别指标。对比美国东部典型页岩气产出地区页岩气藏地质条件,湘鄂西的恩施—建始、桑植—石门地区为下寒武统、志留系页岩气勘探有利地区。