蔡家营铅锌银矿区CO2异常分布特征及其成因的讨论

本文介绍了蔡家营矿区壤中气CO₂和岩矿石中热释CO₂异常的分布特征。通过CO₂异常分布与矿体赋存关系的研究,对异常形成机理做了初步探讨,阐明了厚覆盖区CO₂异常的分布规律,以及在寻找隐伏矿、查明区域控矿构造中的作用。     

CO2强化煤层气产出与其同步封存实验研究

长期以来针对CO₂-ECBM已做了大量研究工作,然而有限的工业试验没能达到预期目的,使得这一煤层气强化技术推广应用欠缺。近些年随着各国碳中和路线的制定,CO₂封存逐渐受到重视,煤储层可否作为CO₂的封存空间、可否实现CO₂驱替CH₄和封存同步进行,又重新回归人们的视野。为此,以新疆准南区块目标煤层样为研究对象,采用不同CO₂与CH₄混合比例气体进行煤的吸附/解吸实验,探索混合气体比例对CO₂-ECBM和CO₂吸附封存潜力的影响。结果表明,随着混合气体CO₂比例减少,CH₄驱替效果降低,其中40%CH₄+60%CO₂混合气体的CO₂残余量最多,在解吸至0.7 MPa时已有83.05%的CH₄产出,而83.62%的CO₂吸附残余在煤中,表明其C...     

富(含)CO2煤层气多源多阶成因研究进展及勘探开发启示

富(含)CO₂煤层气承载着煤层气成因成藏的重要地质信息,与煤层气资源勘探及评价密切相关。在系统总结现阶段煤层气成因研究进展的基础上,通过解剖准噶尔盆地南缘富CO₂煤层气藏特殊地质范例,科学分析富(含)CO₂煤层气成因机制研究现状,全面梳理煤层气成因研究过程中存在的问题。结果表明,煤层气生成具有多源多阶段性,不同成因煤层气地球化学特征差异显著;现有煤层气成因判识图版及标准存在局限性,有必要建立煤层气成因多因素综合判识方法体系,结合区域地质条件及母质继承性差异,综合解释煤层气成因起源及伴生地质作用过程;富(含)CO₂煤层气藏含气构成、同位素组成及成藏过程,与早期煤化作用CO₂生成积聚、地下水参与下的CO₂差异溶解消耗、运移分馏、微生物后期改造等地球化学和生物地球化学作用息息相关;针对不同成因类型的煤层气藏应建立相应的资源评价指标体系,有效圈定甜点区与甜点层,对富含CO₂的煤层气藏需科学建立风氧化带深度界定标准,开展煤层气资源有效性评价。      

煤层气组分浓度异常及其地球化学成因

煤层气组分浓度异常蕴含着丰富的地球化学成因信息,某些有害组分的异常浓度往往会对矿工人身健康造成影响。为此,基于相关文献和资料从重烃浓度异常、氧化物气体浓度异常、硫化氢浓度异常三个方面总结了国内外研究进展,分析了关于煤层气组分浓度异常地球化学成因的种种假说,认为目前对煤层气组分浓度异常的成因尚欠深入理解,有必要结合具体实例开展解剖研究,并从新的视角予以探讨。     

长江干流水化学成因与风化过程CO2消耗通量解析

长江流域面积巨大,岩性多变,加之三峡大坝等重大水利工程的影响,干流河水的水化学成因存在较大争议。此外,以往研究中流域矿物风化过程的碳汇通量估算一般基于阳离子来源分析,但该算法通常涉及多种矿物端元的参数选取,结果具有不确定性。本次研究对长江干流水化学的时空演变进行了整体分析,并基于上游河水样品$\rm{HCO}_3^{-}$含量的校正与计算,提出了一种计算矿物风化过程碳汇通量的新方法。研究结果表明,蒸发盐溶解、循环盐作用、矿物风化及硫酸盐溶解是控制长江干流河水离子组成的主要水文地球化学作用,而人类活动主要影响了离海距离3 000 km以内河水$\rm{NO}_3^{-}$含量;长江上游干流硅酸盐风化消耗CO2速率为1.16×105 mol/(km2·a),碳酸盐风化消耗CO2速率为4.75×105 mol/(km2·a)。本研究有助于加深对长江干流主要水文地球化学作用的认识,丰富和完善碳循环研究理论。     

CO2相变致裂本煤层增透技术研究

研究液态CO₂相变特征和煤体对气相CO₂和CH₄的吸附规律,在不同煤质、温度和平衡压力条件下,实验得出在无烟煤和焦煤的煤体中CO₂竞相吸附的能力是CH₄的1.8~2.4倍。研究发现,液态CO₂在0.2 s内完成相变过程,体积瞬间膨胀至794倍。通过理论研究建立了采用不耦合致裂条件下的爆破孔初始冲击压力峰值、裂隙圈有效半径和爆破致裂钻孔孔径3个主要爆破参数变量的数学模型。采用液态CO₂瞬间相变出口压力为200MPa的致裂器,进行致裂爆破本煤层增透现场实验研究,研究得出距离致裂爆破孔2m和3m的控制孔在爆破后单孔瓦斯抽采纯量提高至6倍和4倍,单孔瓦斯抽采浓度提高至5倍和4倍,单孔瓦斯抽采浓度保持在35%~55%,而距离致裂爆破孔4m的控制孔在爆破5d后瓦斯抽采效果衰减至爆破前的水平。现场试验得出初始冲击压力峰值200MPa和钻孔孔径0.094m时,本煤层致裂爆破裂隙圈有效半径为3m。     

CO2/N2二元气体对甲烷在煤中吸附影响的分子模拟研究

二元气驱技术(CO₂/N₂-ECBM)已成为煤层气增产的重要手段,明确CO₂/N₂在煤层中的竞争吸附规律以及对煤层物性的影响具有重大意义。利用分子模拟软件Materials Studio建立延川南煤层气实际区块温度、压力条件下的煤分子模型。基于巨正则蒙特卡洛(GCMC)方法研究CO₂/N₂交替驱替煤层气技术中各注入阶段对CH₄吸附的影响,明确CO₂、N₂对煤层孔渗物性的影响规律。结果表明:在CO₂注入阶段,煤层中甲烷迅速解吸;煤中气体吸附总量上升,煤基质膨胀效应增强,导致煤的孔隙体积降低。而转N₂注入后,由于N₂分压作用使得CH₄、CO₂吸附量呈现出不同程度的降低;当ω_N2/ω_CO2≤0.6时煤分子中气体总吸附量迅速降低,而当N₂饱和吸附后气体总吸附量保持稳定。煤层孔渗物性随着气体吸附总量呈现出迅速增大后趋于平缓的趋势。此外,ω_N2/ω_CO2>0.6后N₂吸附率迅速降低,这会使得产出气中CH₄纯度较低,导致后期提纯成本大大增加。因此,当ω_N2/ω_CO2=0.6左右时,CH₄解吸量为最大值,煤孔隙率较高,最有利于煤层气的开发。      

CO2地质储存的地震监测

主要阐述了CO2隔离技术的基本思路和CO2地中隔离的主要方式,在此基础上提出了CO2煤层中隔离的可行性和隔离机制的分析方法,分析了CO2地质储存的重点研究问题及研究思路,评价了地震监测方法在CO2地质储存检测中的有效性。     

腾冲新生代火山区CO2气体释放通量及其成因

许多研究结果表明,休眠期火山主要通过喷气孔、温泉以及土壤微渗漏三种方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之一,同时也是主要的水热活动区,但是关于温室气体释放通量的研究却鲜有报道。本文首次估算了该地区土壤微渗漏和温泉水的CO2释放通量,并根据气体成分的分析结果探讨了这些温室气体的来源。2012~2013年连续两年使用密闭气室法现场测量了土壤微渗漏CO2通量,结果表明,马站、热海-黄瓜箐和五合-蒲川-团田三个地区通量较高,其中,热海-黄瓜箐地区平均通量最高,马站次之,五合-蒲川-团田地区最低。较高的土壤微渗漏CO2释放地区同前人推断的岩浆囊的分布在空间上具有较好的一致性;三个地区气体的3He/4He比值较高,三端元模拟结果表明,它们均有较高含量的幔源He释放;根据气体CO2/3He与δ13CCO,CO2模拟计算,CO2主要来源于碳酸盐矿物的脱碳作用和岩浆脱气。由此推断2的释放同深部的岩浆囊具有重要的成因联系,它为碳酸盐矿物的脱碳作用提供了主要的热源,同时也是重要的物质来源。根据土壤微渗漏CO2平均通量及火山、地热异常区的分布面积估算出三个地区土壤微渗漏CO2的释放通量分别为1.8×106t/a(马站),3.2×106t/a(热海-黄瓜箐)和2.0×106t/a(五合-蒲川-团田)。腾冲新生代火山区每年通过土壤微渗漏向大气圈释放CO2的量至少可达7.0×106t,为意大利Etna火山区释放CO2通量(1.4×107t/a)的二分之一。通过水岩相互作用计算温泉水中CO2气体的释放通量为4.9×104t/a。腾冲温泉气泡及温泉水向大气圈释放CO2气体的总通量为5.3×104t/a,远高于意大利Vulcano火山区温泉释放的CO2总通量(3.7×103t/a)。     

东海盆地丽水凹陷CO2分布特征及成藏主控因素

基于丽水凹陷钻井和地震资料,综合天然气地球化学参数、基底断裂和岩浆底辟发育特征等,研究丽水凹陷CO₂的分布特征及其成藏主控因素.研究结果表明,丽水凹陷CO₂纵向上主要分布在灵峰组、明月峰组下段及元古界基底片麻岩中,不同层位CO₂的含量差别很大;平面上,温州13-1、丽水35-7和南平5-2 CO₂气藏均位于岩浆底辟体之上或者附近,同时周围亦发育断层,而丽水36-1高含CO₂气藏和LF-1井含CO₂气藏周围底辟不发育,均紧邻灵峰凸起西侧的控洼断裂.丽水凹陷幔源CO₂成藏主要受早中新世和晚中新世两期火山岩浆活动的影响,这两期火山活动将幔源CO₂带到地壳浅层,通过砂体侧向输导进入有利圈闭聚集成藏.      

黄土塬区包气带土壤CO2的特征及成因

本文对甘肃省灵台县秋射村黄土包气带土壤CO₂浓度及其δ¹³C、土壤含水量及细菌总数等指标进行了观测。研究结果表明黄土剖面中土壤CO₂浓度远高于大气,不同黄土-古土壤层位的浓度有所差异,但没有明显的规律性。包气带-饱水带界面附近S₁₄层位的CO₂浓度最高,达4180μmol/mol。土壤CO₂的δ¹³C主要集中在-21.31‰~-15.37‰之间,与1/[CO₂]成正相关（r=0.7411）。表明灵台秋射剖面黄土CO₂除来源于微生物分解土壤有机碳外,也与碳酸盐矿物-H₂O-CO₂化学平衡中碳酸盐沉淀的脱气作用有关。利用两端元混合法估算得到微生物降解有机碳对土壤CO₂的贡献比例为40%~78%（平均65%）,碳酸盐矿物风化/沉积过程对土壤CO₂的贡献比例为22%~60%（平均35%）,有机碳的贡献随深度递减,碳酸盐矿物沉积过程的贡献随深度递增。研究结果进一步证明黄土深层碳库内部碳库之间发生着碳的转化迁移,与大气碳库之间也存在着碳迁移。因此现代碳循环过程给黄土古气候定量重建研究提出了新的挑战与机遇,未来黄土古气候研究需重新审视黄土中物质及能量的现代迁移转化过程。

     

伊犁盆地蒙其古尔砂岩型铀矿床中性CO2+O2地浸中铀的赋存状态变化特征及其规律

自我国采用CO₂+O₂中性地浸工艺采铀后,一定程度上解决了高碳酸盐矿床采用酸法和碱法地浸导致的堵塞和浸出率低的问题。新疆蒙其古尔铀矿床是我国采用CO₂+O₂中性浸出方法的代表性高碳酸盐砂岩型铀矿床之一。本研究以蒙其古尔铀矿床原矿石为研究对象开展室内铀浸出实验,并对浸出前后的样品磨制薄片进行TIMA自动矿物扫面以及扫描电镜分析,以查明矿石浸出前后铀赋存状态以及铀矿物粒度、解离度和连生矿物等工艺参数的变化,为改进采铀工艺提供矿物学参数依据。结果表明蒙其古尔铀矿床原矿石中铀的存在形式主要为独立铀矿物、含铀矿物和吸附态铀。铀矿物主要为铀石,以及少量的沥青铀矿。相比于浸出前,浸出后铀石、沥青铀矿均被大量浸出,大于30μm的铀石被浸出完全,沥青铀矿仅剩少量8～9μm的未被浸出。铀石的解离度在浸出前后最大的变化是小于10%的占比从49.68%变为84.20%。相比于铀石,原矿石中沥青铀矿的解离度更高,在80%～90%解离度范围内的占比达53.06%,浸出后仅有少量60%～70%解离度的沥青铀矿未被浸出。研究表明解...     

CO2相变致裂煤的显微构造特征与成因机制

CO₂相变致裂是一种高效增渗、增抽和消突的新型煤矿瓦斯治理技术,应用效果显著。该技术的核心是高压动力载荷作用于煤层的强化造缝及其卸压增渗效应。然而,新生裂缝的形貌特征以及破坏成因机制研究薄弱。目前井下厘米—米级尺度裂缝的观察和描述,主要用于揭示煤层的造缝增透机理。更小尺度的微米级显微裂隙研究,可更系统和全面描述裂缝的形貌和发育规律,揭示CO₂相变致裂作用下煤的破坏机理。应用自行研制的高压CO₂冲击大型物模试验装置系统,对无烟煤试件进行了120 MPa高压CO₂冲击,基于场发射扫描电镜(FESEM)的观察,研究了微米级裂隙特征、发育规律及其形成机理。结果表明：(1)致裂后煤样的割理系统充分沟通,形成多尺度的复杂微裂隙网络。(2)煤基质破碎并发育大量微米尺度的新生显微构造,发现了3种典型显微构造是“损伤坑”“三翼型”裂隙和“页理状构造”。(3) CO₂的超临界相、气相、或者二者的混合相态冲击破碎近喷孔端煤样,冲击波可能是试件远端破坏造缝的主要力学机制。(4)显微构造的形成和损伤演化...     

CO2驱提高煤层气开采效果注入参数的实验研究

煤基CO₂地质封存是温室气体减排的重要方式,但也存在地下CO₂泄露的安全风险。为了评估煤基CO₂地质封存的安全性,采集沁水盆地南部胡底矿3号煤顶板泥质粉砂岩样品,模拟实验研究“CO₂-H₂O-岩”反应中柱状试样人工裂缝形貌、全岩矿物组成与CO₂导流能力变化。结果表明：方解石脉溶蚀、次生矿物充填与外部有效应力共同影响试样裂缝导流能力。原始渗透率为0.016×10^–3μm²的低渗试样,方解石脉溶蚀导致实验前期渗透率升高;随着反应进行,有效应力主导下裂缝闭合,渗透率呈“先升后降”变化趋势;原始渗透率为3.785×10^–3μm²的高渗试样,H₂CO₃不断溶蚀裂缝壁面长石等矿物,并产生高岭石等次生矿物混合充填于裂缝中,使渗透率持续降低。煤基CO₂地质封存过程中,较高的注入压力导致顶板产生人工裂缝;CO₂注入施工结束后,次生矿物充填及有效应力增大使裂缝导流能力快速下降,因此,煤中封存CO₂沿顶板裂缝长期泄露的风险较低。     

巴西桑托斯盆地CO2分布规律及控制因素

CO₂富集是桑托斯盆地盐下油气成藏的主要地质风险,目前关于CO₂形成机制与分布规律缺乏系统研究。基于钻井样品的地球化学分析和地球物理资料的断裂体系刻画,对桑托斯盆地CO₂形成与分布的主控因素开展研究探索。研究认为：CO₂含量在已发现油气藏中占气体含量的0～96%不等,呈现出西低东高的分布特征,盆地西部油气藏的CO₂含量基本小于1%,而盆地东部油气藏的CO₂含量一般大于30%,并且出现了CO₂气顶和CO₂气藏。CO₂的碳同位素组成δ¹³C为-8.64‰～-7.03‰,氦同位素R/Ra值约为5.6～8,推断CO₂为无机成因,来源于地幔,基本未受到地壳的污染。幔源CO₂释放的地质背景是地幔隆升,盆地东部地壳减薄,构造活动强烈,四组断裂相互切割;主控因素是深大断裂,断裂直接沟通上地壳岩浆房,或者连通地壳上部高渗带,而高渗带连接地壳下部...     

煤层CO2地质封存的微观机理研究

煤层CO₂地质封存可实现CO₂减排和增产煤层气双重目标,是一种极具发展前景的碳封存技术。相对于其他封存地质体而言,煤的微孔极其发育,煤层CO₂封存机制与煤中气、水微观作用关系密切,其内在影响机理尚不清楚。以2个烟煤样品的系统煤岩学分析测试为基础,构建了煤的大分子结构及板状孔隙空间模型,进一步采用分子动力学方法模拟了不同温、压条件下、不同煤基质类型表面的CO₂和水的润湿行为,揭示煤层CO₂注入后引起的水润湿性变化规律,初步阐明煤层CO₂封存的可注性、封存潜力、封存有效性等影响因素及微观作用机理。结果表明：(1)影响煤润湿性的主要因素是煤中极性含氧官能团,其含量越高煤的润湿性越强;(2)煤中注入CO₂后,CO₂通过溶解作用穿透水分子层与水分子发生竞争吸附,从而减小水在煤表面润湿性;(3)随注入压力增大和温度降低,煤表面CO₂吸附量增多,对氢键破坏作用增强,润湿性减弱越明显;(4)亲水性煤层CO<...     

胜利油田富CO2含金流体及有关成因问题

本文分析了胜利油田火山岩中的Au含量，发现CO2气藏区火山岩和非CO2气藏区火山岩中Au含量有明显区别前者含Au很高，平均327×10-9,最高2150×10-9;而后者含Au很低,平均只有2.5×10-9。这一基本事实提供了CO2与金矿化间联系的直接地质证据,指出了在中国东部郯庐断裂两侧找寻新的金矿资源的方向与可能性。研究表明，地幔及其岩浆去气对形成富CO2含Au热液系统有重要的贡献，而一个由深部稳定热源驱动、富含地幔及其岩浆去气带入的CO2和Au并与地壳浅部流体混合的热液环流系统是形成重要金矿化的必要条件。     

海洋直接注入CO2封存技术方法综述

人类活动造成的CO₂排放是全球气候变暖面临的主要挑战之一。CO₂封存有望成为全世界减少碳排放份额最大的单项技术。海洋碳捕获、利用和封存(OCCUS)可以在较短时间内提供最大的碳封存能力,与其他地质封存方法相比更加安全有效。而且,多相态形式的CO₂(气态、液态、固态和水合物)可以在海洋纵深尺度上实现直接注入。海洋碳封存是一项发展潜力巨大、优势明显的新兴碳封存技术,是实现大规模碳减排的重要措施之一,具有广阔的应用前景。因此,笔者等系统地阐述了海洋CO₂直接注入、封存(OCS)的基本原理、技术现状、监测与评估,以及环境方面的影响,并对高效CO₂注入技术,CO₂泄漏的检测、防范与补救技术,以及海洋碳封存的生态后效等方面进行了展望。     

新疆后峡盆地中–低阶煤煤层气成藏模式

低阶煤层气在国外有规模开发成功的案例,我国低阶煤层气资源丰富,但其勘探开发进展缓慢。新疆后峡盆地煤层气勘探程度较低,为进一步认识后峡盆地中–低阶煤煤层气成藏条件,指导勘探实践,根据研究区内地震、地质及已钻探井的煤岩分析化验和排采生产资料进行总结分析。结果表明,该区构造较为复杂,煤层厚度较大(4.1~24.3 m),发育较稳定,含气量差异较大(1.16~12.30 m3/t),物性较好,渗透率(1.61~13.30)×10?3 μm2,渗透性较好;并且存在热成因、次生热成因、混合成因及生物成因4种煤层气成因类型,结合构造演化、水文地质及煤层顶底板保存条件,形成了深层热成因、常规圈闭次生热成因及中浅斜坡生物气3种成藏模式,每一种成藏模式代表了不同的煤层气富集过程。认为研究区中–低阶煤煤层气在匹配的构造、水文及顶底板封盖条件下能够形成有利的资源富集区;3种成藏模式中,深层热成因及常规圈闭次生热成因成藏模式更有利于聚集成藏,其对应的区域是今后勘探开发有利区。      

火山岩吸附CO2气的成藏潜力及实例分析

火山岩的脱气实验和对昌德东CO2气藏气源的分析结果表明加热火山岩到250℃时,脱出挥发分总量为0.0299～0.0790mL/g,其中CO2脱出量为0.0218～0.0706mL/g(0.429～1.387wt%);挥发组分以CO2为主,还含有H2、CO、CH4等还原性气体,以及少量低碳烷烃,CO2含量和总烃呈现反比关系;基性岩的CO2脱出量、脱出率高于中、酸性岩;CO2脱出量与岩石碱质含量正相关.松辽盆地北部昌德东CO2气藏成藏模式为"自生自储",成藏CO2气主要来自深部被火山岩吸附的气.随岩浆上升,在岩浆冷凝成火山岩的过程中被吸附于火山岩的节理、劈理和晶体位错之中的CO2气,连同火山岩包体中的残留气,成为高纯CO2气藏的主要补给源,并非地幔气体沿大断裂上来直接充注成藏.