碳同位素动力学模拟及其在天然气评价中的应用

天然气碳同位素动力学模拟是国际油气地球化学界的前沿性研究方向。它和盆地沉积埋藏史、受热史结合起来,对于评价天然气的成因和成藏历史是一种新而且有效的手段,正逐渐为人们所接受。介绍了天然气形成的碳同位素动力学模拟,以及其在评价天然气的成熟度、气源、运移-聚集史和油气比研究等方面应用的新进展,充分展示了其具有良好的应用价值。天然气碳同位素特征不仅受母源、成熟度的影响,而且与运聚条件、沉积盆地增温速率有关。瞬时聚集气与累积聚集气在碳同位素特征存在明显差别。碳同位素分馏动力学模型在不同含油气盆地会存在差异,不仅取决于气源条件,还与运移-聚集史、沉积-构造史有关。中国叠合型盆地天然气藏成因复杂,具有多期、多源的特点,本研究对这类天然气的研究与评价提供了新思路。     

松辽盆地南部浅层天然气地球化学特征及其成因分析

由于松辽盆地南部浅层天然气成因研究比较薄弱,通过采集伏龙泉地区泉头组天然气样品,对天然气组分、碳同位素、轻烃组分进行了分析。结果表明该地区天然气有油型气和生物降解气2种成因。第一类天然气甲烷碳同位素值在-35‰左右,甲烷及其同系物碳同位素呈正碳分布;甲基环己烷指数在20%左右、环己烷指数略高于10%,符合油型气的特征。由甲烷碳同位素计算的R₀值,以及轻烃中的庚烷值和异庚烷值均在高-过成熟的范围,因此是高成熟的油型气。第二类天然气甲烷碳同位素偏轻,丙烷碳同位素偏重;轻烃色谱图中以环烷烃为主峰,轻烃内组成中支链烷烃和环烷烃含量高,各项轻烃参数(甲基环己烷指数、庚烷值、K1值等)都在较大范围内波动,为生物降解气。这一研究对于今后该区天然气勘探与资源评价及其成藏机理研究具有重要意义。     

柴达木盆地东部烃源岩的生源与沉积环境

用色谱-质谱、稳定同位素质谱等分析测试技术，对柴达木盆地东部地区寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系和侏罗系岩样进行地球化学特征分析。从饱和烃生物标志化合物特征、正构烷烃单体碳同位素分布特征等方面入手，对该区的烃源岩的生源与沉积环境作了详细研究。结果表明，柴达木盆地东部地区古生界有机质多为菌、藻类生源，少数有陆源有机质混入（主要是石炭系）。有机质多为强还原环境的海相沉积，少数为海陆过渡相沉积。侏罗系在一些地区和层段并非典型的成煤环境，而是属于滨浅湖相，少数为半深湖-深湖环境，因此具有一定的生烃能力。     

岩溶作用及其碳汇强度计算的“入渗-平衡化学法”——兼论水化学径流法和溶蚀试片法

岩溶作用通过碳酸盐岩溶解时消耗大气或土壤CO2成为重要的碳汇过程。本文首先简要介绍了定量评价岩溶作用及其碳汇强度的水化学径流法和碳酸盐岩溶蚀试片法及其优缺点,即水化学径流法仅适用于边界清楚且为全排型的流域,而试片法仅适用于土壤中不含碳酸盐矿物的条件。继而推导出了岩溶作用及其碳汇强度计算的“入渗-平衡化学法”(或称“潜在最大溶蚀法”),该方法的优点在于只要知道了相关地区的基本气候资料,如温度、降水和蒸发蒸腾数据,即可计算出该地区的岩溶作用及其碳汇强度。      

白云鄂博碳酸岩墙碳氧同位素地球化学

对内蒙古白云鄂博 REE- Fe- Nb矿床周围碳酸岩墙中共存的方解石和白云石进行了 C和 O同位素分析。结果表明，方解石和白云石的δ 13C值变化范围一致，均为－ 3.5‰～－ 7.3‰，落在正常地幔δ 13C值范围 (－ 5‰± 2‰ )内；而它们的δ 18O值可分为两组，第Ⅰ 组为 9.5‰～ 18.0‰，第Ⅱ 组为 20.6‰～ 22.6‰，均远大于正常地幔δ 18O值范围 (5.7‰± 1.0‰ )。第Ⅰ 组低δ 18O值样品中共存白云石与方解石之间的 C和 O同位素分馏均为负值，因此处于热力学不平衡状态，指示它们自形成后受到过后期热液蚀变，与先前的岩石学观察一致。相反，第Ⅱ 组高δ 18O值样品中白云石与方解石之间的 C和 O同位素分馏均为正值，处于热力学平衡状态，指示它们自形成后未受到后期热液蚀变，因此可能沉淀于晚期低温高δ 18O值流体。第Ⅰ 组碳酸岩墙中白云石的 C和 O同位素组成不呈线性分布，指示碳酸岩浆并非由幔源碳酸盐与沉积碳酸盐混合形成。应用水-岩交换模型计算得到，第Ⅰ 组碳酸岩在侵位后经历了碳酸岩浆期后热液的不均一蚀变，蚀变温度约在 220～ 800℃之间，蚀变流体的 CO2/H2O比值较小 (1/500)，但水 /岩比值变化较大 (10～ 400)。由于低温下方解石与热液之间的碳氧同位素交换速率大于白云石，导致这部分碳酸     

塔里木盆地西南依格孜牙组与卡拉塔尔组灰岩碳、氧同位素特征

对塔里木盆地西南依格孜牙组和卡拉塔尔组灰岩碳、氧同位素特征研究结果表明,上白垩统依格孜牙组δ13C(PDB标准)平均值为3.79‰,δ18O(PDB标准)平均值为-3.49‰;古近系卡拉塔尔组灰岩δ13C(PDB标准)平均值为2.09‰,δ18O(PDB标准)平均值为-4.54‰.与前人和世界其他剖面数据对比认为,碳同位素比较稳定,能够反映其沉积时的特征,而氧同位素变化较大,可能受沉积后作用的影响.依格孜牙组与卡拉塔尔组灰岩碳同位素具较大差异,主要受陆源环境(？)物质的注入,海水盐度、生物作用和古大气CO2含量等因素的影响.     

内蒙古商都地区CO2气藏地质条件研究

本文以商都盆地第三系CO2气成藏条件研究为目的，通过对区域构造（断裂、火山活动、岩浆作用）和地层特征及沉积相研究，结合地震勘探成果、CO2碳同位素、氦同位素分析成果，系统探讨了商都盆地CO2气源、运移通道、储集条件、圈闭及盖层条件，并对CO2气成藏模式进行了分析。认为：该区CO2气为幔源成因气，通过包兰哈达－高勿素深断裂运移到第三系储集层中富集成藏。第三系河流或冲积扇沉积的粗碎屑岩广泛分布，而且厚度较大，成岩程度低，具有良好的储集条件。新第三纪晚期的湖泛沉积，形成了巨厚的泥页岩盖层。沉积期后的差异压实作用、断裂、火山及岩浆活动等多因素作用，使这一地区局部构造发育，形成岩性－构造圈闭或构造性圈闭，有利于CO2气成藏。     

江西省德兴铜矿矿区重金属元素的环境效应

本文系统研究了德兴铜矿排石场和尾砂库的环境问题,以环境介质（水土植物）中重金属元素含量为研究对象,论述矿区重金属的环境效应。研究结果表明祝家村低品位矿石堆浸场淋滤产生的酸性废水是造成大坞河流域重金属污染的主要来源。大坞河上游水体中Cu元素含量高达14506μg/L,是国家Ⅲ级水标准的14倍之多,Zn元素含量高达2938μg/L,是国家Ⅲ级水标准的2.9倍,同时pH值在3~4范围内;到中下游水体中Cu元素含量减小到几千到几百μg/L,水质有所改善。大坞河沿岸上游和中游土壤重金属含量受河水影响,随着与河岸距离的增加而减小。同时水稻中Pb元素含量是国家粮食标准的2倍。推测4#尾砂库尾砂表层氧化带深度大于80cm;而1#尾砂库库内尾砂中氧化带估计在0~25cm处。推测两个尾砂库产酸能力小于酸中和能力,故坝底水中pH值在7左右,对周围水体影响较小。与4#尾砂库距离近的石墩头村稻田表层土壤中Cu、Mo元素含量较高,远离尾砂库土壤中重金属含量降低。同时4#尾砂库周围土壤中Cd、Pb、Cu元素的吸附态、碳酸盐态比例在20%左右,因而在酸性环境下较容易被植物吸收。1#尾砂库矿建村种植的小白菜中Pb元素含量超过国家蔬菜标准的4倍,Cu、Pb、Zn元素含量严重超过背景值。     

四川盆地江油厚坝油砂有机地球化学特征与成因研究

四川江油厚坝油砂产出于侏罗系沙溪庙组下段,含油砂层沿北东方向延伸约25 km.露头和岩芯油砂样抽提得到氯仿沥青“A”含量为0.4％～33％.抽提物饱和烃GC-MS分析得到的分子有机地球化学特征表明,油砂油遭受严重生物降解,饱和烃分布呈现双大鼓包,正构烷烃和异构烷烃基木被降解;三环萜烷含量丰富,孕甾烷和升孕甾烷含最也较高...     

岩溶泉补给地表溪流二氧化碳脱气作用研究

碳酸盐岩风化作用(即岩溶作用)能够吸收大气二氧化碳(CO_2),形成溶解无机碳(DIC,dissolved inorganic carbon),被认为是一种重要的陆地碳汇,其在全球碳收支平衡和未来陆地增汇中可能会有重要贡献。然而,目前对岩溶碳汇的稳定性还存在争议,一些学者认为岩溶地下水出露地表后会发生CO_2脱气,对岩溶碳汇通量估算带来不确定性。本文以广西桂林长流水表层岩溶泉补给的溪流(约2.7km长)为例,利用水化学和同位素质谱仪测试技术,研究了溪水水化学指标和溶解无机碳同位素(δ~(13)C_(DIC))沿流程变化,探讨了溪流CO_2脱气过程、通量及其影响因素,以更好地了解岩溶碳汇的稳定性。结果表明:从泉口向下游,在陡坡地段(C1～C14段,长约270m,坡度约10°),溪水pH值、方解石饱和指数和δ~(13)C_(DIC)沿流程分别升高了0.9、0.9和1.8‰,而CO_2分压、电导率、Ca~(2+)浓度和DIC浓度分别下降了85%、34μS/cm、0.2mmol/L和0.7mmol/L,说明溪水发生了显著的CO_2脱气,并伴随碳酸钙沉淀。而在平缓地段(C18～C26段,长约2.1km,坡度1°),溪水各水化学指标和δ~(13)C_(DIC)变化较小,指示CO_2脱气作用较弱。这些发现表明溪流CO_2脱气受到了地形决定的水动力条件控制。另外,在下游渠段,受支流汇入影响,溪水pH值和方解石饱和指数有所降低,在一定程度上抑制了CO_2脱气。溪流CO_2脱气能够抵消部分岩溶作用固定的大气CO_2量,但是在长流水这一高地势、低流量且有碳酸钙沉积的环境下,其抵消的量也仅占29%。对于在低缓地区受流量很大的岩溶泉/地下河补给的河流,其CO_2脱气作用对岩溶碳汇的影响有限,加之受可能增强的水生光合生物固碳效应影响,岩溶碳汇应具有很高的稳定性。