金刚石压腔(DAC)实验技术

金刚石压腔实验技术自20世纪50年代发明以来就被广泛应用于高压领域的研究,特别是近年来,随着温度、压力标定技术及各种测试方法的发展,现在已经被广泛应用于物理、化学、地球科学和生物学研究领域。文章通过Mao Bell压腔说明金刚石压腔实验装置的结构及原理。此外,根据温度和压力测定原理,将金刚石压腔的加热装置分为外加热和激光加热,并将压力测量方法划分为三种:(1)矿物谱学压力测定;(2)状态方程压力测量;(3)矿物相变法压力标定。     

生油岩热解生烃潜力及生烃动力学研究

利用岩石评价仪(R0cK EVAL I)对某凹陷30块生油岩进行了热解生烃和生烃动力学研究。在热解实验中，用类型指数、生烃潜量、最大热解峰温Tmax、等指标对上侏罗统3个层位的生油岩进行了母质类型、成熟度和生烃能力评价，结果表明，母质类型好、有机质丰富的未成熟生油岩的热解生烃量要比相同的已成熟生油岩高得多，说明选择未成熟生油岩热解对评价其生油能力的重要性。在对另2个未成熟生油岩的热解模拟实验中，得到了生烃率与温度之间的关系，并由此计算了生油岩的表观活化能、频率因子等动力学参数。     

生烃动力学、同位素动力学方法在烃源岩研究中的应用

生烃动力学、同位素动力学常用于烃源岩评价、油气源对比研究中。生烃动力学参数结合盆地热史,可恢复烃源岩在任一时代的生烃史,对构造复杂盆地的二次生烃研究具有独特的优势。利用生烃动力学方法可以实现有机质总量的恢复,在此基础上对高-过成熟样品原始有机质丰度是否有必要恢复进行了讨论;而基于生烃动力学的油气源对比综合考虑热史、成藏期次、成藏过程等各种地质参数对烃源岩生烃的影响,是一种动态的研究方法。     

生烃动力学、同位素动力学方法在烃源岩研究中的应用

生烃动力学、同位素动力学常用于烃源岩评价、油气源对比研究中。生烃动力学参数结合盆地热史,可恢复烃源岩在任一时代的生烃史,对构造复杂盆地的二次生烃研究具有独特的优势。利用生烃动力学方法可以实现有机质总量的恢复,在此基础上对高—过成熟样品原始有机质丰度是否有必要恢复进行了讨论;而基于生烃动力学的油气源对比综合考虑热史、成藏期次、成藏过程等各种地质参数对烃源岩生烃的影响,是一种动态的研究方法。     

生烃动力学、同位素动力学方法在烃源岩研究中的应用

生烃动力学、同位素动力学常用于烃源岩评价、油气源对比研究中.生烃动力学参数结合盆地热史,可恢复烃源岩在任一时代的生烃史,对构造复杂盆地的二次生烃研究具有独特的优势.利用生烃动力学方法可以实现有机质总量的恢复,在此基础上对高-过成熟样品原始有机质丰度是否有必要恢复进行了讨论;而基于生烃动力学的油气源对比综合考虑热史、成藏期次、成藏过程等各种地质参数对烃源岩生烃的影响,是一种动态的研究方法.     

应用生烃动力学法研究川东上二叠统烃源岩生烃史

现今川东上二叠统烃源岩生烃史研究具有局限性.首先,没有对上二叠统Ⅰ-Ⅱ1型灰岩生油、Ⅲ型泥岩的生气史分开评价;其次,海相镜质组反射率通过拟合公式换算成镜质体反射率评价烃源岩成熟度具有局限性.针对上述不足,笔者通过热模拟实验,利用化学动力学方法,标定出两类源岩生油、生气的动力学参数,并结合川东地区的埋藏史及热史,模拟出源岩有机质的成烃转化率曲线.研究表明:上二叠统灰岩、泥岩有机质在距今200 Ma和190 Ma分别进入了生油、生气门限,而在距今170 Ma和140 Ma生烃结束.     

金刚石压腔（DAC）技术及其在地球科学中的应用

近几十年来金刚石压腔（DAC）技术被广泛应用于高温高压实验研究领域,它可以达到550 GPa的压力和6 000 K的温度。与其他静高压实验技术（大压力机、高压釜等）相比,金刚石压腔具有独特的优势,它不仅可以进行极端温压条件下物质的结构性质、相变及状态方程等研究,而且可以原位观测整个实验过程。文中简述了金刚石压腔装置的结构及温压测量方法,然后分别从物质相变、矿物溶解度、流体性质和组成、油气成因、稳定同位素分馏系数和布里渊声学测量等方面简要介绍了金刚石压腔技术在地球科学中的研究进展。随着实验技术的不断发展和更新,金刚石压腔技术将具有更广阔的应用前景。     

利用生烃动力学和碳同位素生烃动力学探索油气田气体来源

利用气体碳同位素探索油气来源的传统方法由于受源岩类型、源岩成熟度等因素的影响,其实际应用受到很大的限制。生烃动力学和碳同位素动力学结合在这方面具有非常明显的优越性。本文利用热模拟实验,通过生烃动力学和碳同位素动力学计算,表明鄂尔多斯盆地上古生界苏里格气田气体的主要是他源阶段累积气,来源于气田南部高成熟区域、西部的天环坳凹陷气体的贡献比例分别为49%、22%,气田区域的源岩累积气体占29%。     

准噶尔盆地南缘侏罗系煤岩生烃动力学研究

应用金管-高压釜装置对采自准噶尔盆地南缘西部煤样JC25和东部煤样JC41进行生烃动力学模拟实验,获取生油、生气量和生烃动力学参数。升温速率分别为2℃/h和20℃/h,实验压力为50 MPa。实验得到两个煤样JC25和JC41最大生油量(以下单位mg/g均表示每克有机碳的生成量)分别为126 mg/g和68.5 mg/g,计算的排油量分别为88.8 mg/g和29.5 mg/g,表明侏罗系煤岩在南缘西部四棵树凹陷较其他区域具有较大的生油潜力。两个煤样最大生气量(∑C1–5)分别为121.6mg/g和112mg/g,差异相对较小。煤样JC25和JC41的H/C原子比值分别为0.85和0.77,类脂组含量分别约为8%和6%,岩石热解(Rock-Eval)参数氢指数(IH)分别为155 mg/g和156 mg/g。实验结果表明, H/C原子比值、类脂组含量比IH能更好地反映煤岩的初始生油、生气潜力。依据生烃动力学参数模拟了地质条件下(升温速率5℃/Ma)的生油和生气过程。煤样主要生、排油阶段的Ro, Easy介于0.80%～1.20%之间。在半开放条件下(发生排油),两个煤样的生气速率比较接...     

煤生烃动力学研究进展

化学反应动力学是评价煤的生烃过程和生烃特性行之有效的方法。目前,煤生烃动力学模型理论研究和标定得到了不断的深化,煤生烃动力学研究在认识煤源岩成烃规律方面也有长足发展,并在煤源岩评价中初见成效。但是在压力条件下,关于生烃动力学在煤源岩定量和动态评价方面的研究则报道较少。另外,对单体化合物形成动力学的研究还处于探索之中。这些研究将代表煤源岩生烃动力学领域未来发展的重要方向。     

Thermal conductivity of dense hcp iron:Direct measurements using laser heated diamond anvil cell

Thermal conductivity(k) of iron is measured up to about 134 GPa.The measurements are carried out using the single sided laser heated diamond anvil cell,where the power absorbed by a Fe metal foil at hotspot is calculated using a novel thermodynamical method.Thermal conductivity of fee(γ)-Fe increases up to a pressure of about46 GPa.We find thermal conductivity values in the range of 70-80 Wm~(-1)K~(-1)(with an uncertainty of 40%),almost constant with pressure,in the hcp(e) phase of Fe.We attribute the pressure independent k above 46 GPa to the strong electronic correlation effects driven by the electronic topological transition(ETT).We predict a value of thermal conductivity of ε-Fe of about 40±16 Wm~(-1)K~(-1) at the outer core of Earth.     

High pressure generation in Kawai-type multianvil apparatus using nano-polycrystalline diamond anvils

Nano-polycrystalline diamond cubes with an edge length of 6 mm have been used as anvils for Kawai-type multianvil apparatus. The maximum pressure of ∼88 GPa was confirmed based on in situ X-ray diffraction measurements using nano-polycrystalline diamond anvils with a truncation of 1.0 mm, which is more than 50% higher than the pressure (∼56 GPa) achieved at the same press load using sintered-diamond anvils. The X-ray transparency of the nano-polycrystalline diamond anvil was found to be about 10–100 times as high as that of sintered-diamond anvils for a wide range of photon energies (∼30–130 keV), leading to high-quality X-ray imaging and diffraction profiles of the sample under pressure, even through the anvils. It is expected that further optimization of the pressure medium and gasket would lead to pressures far higher than 100 GPa without sacrificing the advantages of the multianvil apparatus over diamond anvil cells.     

利用热液金刚石压腔开展黑钨矿结晶实验的初步研究

钨是一种工业用途广泛的稀有金属,主要产于热液型矿床。确定钨元素迁移和沉淀的物理化学条件对于揭示热液型钨矿床的形成机制具有重要意义。本文应用新型热液金刚石压腔(HDAC-VT)开展了(Fe,Mn)WO_4-Li_2CO_3-H2O体系的原位观测结晶实验,9组实验结果表明,黑钨矿晶体的结晶温度集中在560~500℃,结晶压力主要集中在400~200MPa。黑钨矿的溶解度随体系内CO_2组分相对含量的增加而增加;碳酸锂的结晶导致CO_2组分的减少,诱发黑钨矿的快速结晶,这指示出CO_2组分对钨的迁移和沉淀具有重要作用。含矿流体中CO_2组分的散逸可能是黑钨矿沉淀富集成矿的重要因素之一。     

应用生烃动力学方法研究库车坳陷烃源岩生烃史

根据烃源岩生烃动力学参数,结合沉积埋藏史和古热史资料,本文应用生烃动力学方法研究了塔里木盆地库车坳陷三叠-侏罗纪烃源岩生烃史。研究表明,无论是煤,还是泥岩,库车坳陷三叠-侏罗纪烃源岩生气时间发生得晚,主生气期出现在10 Ma以来的喜山期晚期,生气高峰期出现在5 Ma之后。中上三叠世烃源岩生气时间和主生气期均早于中下侏罗世烃源岩。烃源岩这种晚期生气特征,为库车坳陷天然气的晚期聚集成藏提供了非常有利的烃源条件。     

高压下天然菱铁矿的压缩性和电子结构研究

采用同步辐射光源和金刚石对顶砧(DAC)技术,对天然菱铁矿的压缩性和电子结构进行了原位X射线衍射(XRD)和X射线吸收近边结构谱(XANES)测试研究。在室温下随着压力逐渐升高至50.2 GPa,菱铁矿保持方解石型结构不变,但是逐渐向Na Cl型结构转变;刚性[CO3]2-基团平行于ab-平面定向排列使c轴的压缩性大于a轴。菱铁矿在44.6~47.1 GPa之间发生电子由高自旋态(HS)向低自旋态(LS)的转变,表现为体积塌陷8%。HS菱铁矿的等温状态方程参数为K0=112(5)GPa和K'0=4.6(3)。首次采用XANES技术对菱铁矿中Fe2+的电子结构进行了研究,结果表明:随着压力升高至37.3 GPa,Fe2+的配位和局域对称并未发生明显变化;此后电子结构开始转变,Fe2+的3d轨道分裂能降低,电子跃迁概率增大,呈现LS特性。     

Simultaneous measurements of the two-dimensional distribution of infrared laser intensity and temperature in a single-sided laser-heated diamond anvil cell

In this report, we demonstrate that combining the laser heating system in a diamond anvil cell (LH-DAC) with a tandem acoustic-optical tunable filter (LH-DAC–TAOTF) allows for the simultaneous measurement of (a) the relative infrared (IR, 1070 nm) power distribution on a specimen surface in the DAC; (b) the temperature distribution under laser heating of a specimen under high-pressure in a DAC; it also (c) provides an opportunity to control the shape of the IR laser spot on the surface of the heated specimen. The effect of the π-shaper on the shape and the position of the focus of the IR laser beam on a specimen using a TAOTF is also presented. For a 10× long-working distance objective, the smallest diameter of the IR laser was found to be around 10 μm, when the focal plane coincides with that of the imaging optical system of LH-DAC. The highest diameter of the IR laser was shown to be 20 μm when the rim of the π-shaper was set at 3 μm. It is demonstrated also that the TAOFT not only permits to measure the two-dimensional (2-D) distribution of the IR laser power, but also allows for the alignment of the laser before each heating event at different pressures.     

应用生烃动力学法定量评价碳酸盐岩的二次生烃:以朱家墩气藏为例

针对碳酸盐岩发育区烃源岩普遍存在二次生烃的问题,以苏北盐城凹陷朱家墩气藏源岩二叠系栖霞组灰岩为目标,应用化学动力学方法定量研究该源岩的二次生烃(气).在模拟实验基础上,选取动力学模型,求取动力学参数,再结合朱家墩地区的埋藏史和热史,最终求取了源岩生气史曲线.得出在距今240-190 Ma(三叠纪-早侏罗世)时二叠系灰岩第一次生气,随后地层抬升,生气过程中止;在距今54 Ma(始新世)时该烃源岩埋藏条件达到了第一次生气终止时的条件,开始第二次生气,生气过程一直持续到现今,第一次生气量(10%)远无法与第二次生气量(80%)相比.并通过储层包裹体的均一化温度判断朱家墩气藏流体注入期次,结果显示,二次生气的生气高峰与流体注入期相匹配,验证了用动力学方法评价二次生烃、多次生烃的合理性,同时也佐证了二叠系灰岩对朱家墩气藏的贡献.