南海北部深海甲烷冷泉自生碳酸盐岩显微结构特征与流体活动关系初探

对2002年"海洋四号"在南海北部深水冷泉活动区水深约3000m海底获得的1块自生碳酸盐岩展开了岩石学、地球化学和显微结构的分析研究。结果表明,该HD-83站位岩石样品为有多孔不规则块体,属于与扩散流有关的冷泉自生碳酸盐岩。其自生碳酸盐矿物成分为镁方解石或文石,含量达全岩的17%。全岩碳同位素值δ13C为-61.403‰,氧同位素值δ18O为3.5606‰,属于甲烷冷泉喷口成因自生碳酸盐岩,甲烷来源以微生物成因为主。该岩石显微结构有泡孔状、充填通道、不规则裂隙、虫孔边缘加厚4种主要类型。通过对比,推知这些显微结构可能与甲烷分解排气释放或流体逃逸通道有关。本研究注意到在岩石的裂隙或孔道中菌丝体普遍存在,可能属于菌席的组成份子,依靠通道内流体进行化能合成。     

还原性含碳质围岩在斑岩铜矿成矿中的作用

斑岩铜矿是最重要的铜矿资源类型,高氧逸度岩浆是公认的评价斑岩成矿的有效指标.硫在成矿岩浆中主要以硫酸盐形式存在,在矿石中则以硫化物为主.什么触发了高氧化性成矿岩浆热液的还原与成矿?这是关系斑岩铜矿形成机制和高效评价的重大科学谜题.前人关注的焦点是成矿母岩浆的起源与演化,还原性围岩在成矿中作用长期被忽视.还原性围岩主要有两种:富碳质围岩和富亚铁围岩.本文在前人工作基础上,以甲玛、德兴、普朗等大型-超大型斑岩铜矿为例,研究了斑岩铜矿的空间分布与含碳质围岩之间的关系,发现斑岩铜矿围岩中普遍发育黑色含碳质地层,并在成矿过程中普遍发生褪色蚀变;发现蚀变围岩和矿床中方解石和矿石矿物流体包裹体的 δ13CV-PDB值普遍较低,与沉积碳酸盐围岩的值显著不同.首次提出并论证了含碳质围岩中甲烷等还原性气体组分的加入可能是引发斑岩成矿系统氧化-还原转换和矿质沉淀的关键.CH4沿构造裂隙扩散进入斑岩成矿系统,无需成矿斑岩与围岩直接接触即可将成矿溶液中SO2–4还原,解决了困扰矿床学家多年的一道难题.围岩中碳质含量高,产生的甲烷数量大,可将成矿热液中SO2–4在斑岩体内全部还原,形成金属硫化物沉淀,则矿体主要产在斑岩体之内;围岩中碳质含量低,产生的甲烷数量不足,则矿体主要赋存于斑岩体与围岩的内外接触带.含碳质围岩中还原组分即可在岩浆阶段加入,也可在热液阶段加入.在岩浆阶段加入将造成岩浆还原,形成"还原型斑岩",易导致成矿物质分散,不利于形成大矿富矿;在热液阶段加入,对成矿更有利."高氧化性斑岩+还原性富碳质地层/富铁火山岩"是高效评价斑岩成矿的新指标.     

华北地台串岭沟组砂脉中自生碳酸盐沉淀和自生黄铁矿——中元古代甲烷厌氧氧化的沉积证据

华北中元古界串岭沟组暗色页岩中普遍发育的砂脉构造被解释为气体逃逸形成的沉积构造。在砂脉和相邻围岩中发现有自生碳酸盐沉淀和自生黄铁矿。自生碳酸盐主要由白云石组成,表现为微晶质条带或隐晶质斑块状胶结物。微晶白云石条带多出现在有机质纹层密集发育的部位,沿微生物膜两侧发育;而隐晶质斑块多以胶结物形式充填粒间孔隙或沿砂脉外缘密集产出。围岩中共生草莓状黄铁矿,砂脉中有具环带黄铁矿。这种特殊的矿物组构以及富有机质沉积和丰富的微生物成因构造(MISS)均表明串岭沟组形成于缺氧环境。层面发育的气泡构造为砂脉的气体逃逸成因提供了支持,而自生碳酸盐和黄铁矿则是沉积浅层硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)甲烷厌氧氧化(AOM)和细菌硫酸盐还原(BSR)的产物;气体源于有机质的厌氧分解和甲烷菌活动。砂脉中发现有疑似微生物化石,围岩含古菌和硫细菌生物标志物,表明有发生AOM和BSR作用的条件。串岭沟组砂脉中识别的自生碳酸盐沉淀及其AOM成因对进一步认识中元古代古海洋与古气候条件具有重要意义。由于海洋的低硫酸盐浓度,SMTZ带很浅,海底沉积层的甲烷仅少量被AOM消耗;而大量甲烷进入大气必然导致中元古代强烈的温室气候效应。     

Temperature and methane records over the last 2 ka in Dasuopu ice core

High resolution δ¹⁸O and methane records over the last 2ka have been reconstructed from Dasuopu ice core recovered from the Himalayas. Analysis shows that the δ¹⁸O record correlates well with the Northern Hemispheric temperature, Dunde ice core record, and with temperature record in eastern China. The warming trend detected in δ¹⁸O record from the last century is similar to that during the Medieval warm period. There is a dramatic increasing in methane concentration in the Dasuopu ice core, which reached 1031 nmol ⋅ mol^-1 in 1997. Moreover, methane concentration in the Dasuopu ice core is about 15%-20% higher than that in Antarctica and Greenland. There is a positive correlation between methane concentration and δ¹⁸O in Dasuopu ice core.     

大气甲烷浓度长期变化及未来趋势

应用初步建立的全球二维大气化学模式,对工业革命以来甲烷的长期变化进行了模拟研究。模式将CH4、CO和NOx排放源方案进行了参数化。在考虑了CH4排放源以及对OH浓度有重要影响的CO和NOx排放源的长期变化的基础上,模拟了CH4和OH浓度自1840年到20世纪90年代的长期变化趋势。结果表明,工业革命前的大气甲烷体积分数和年排放总量分别为760×10-9和280Tg,1991年大气甲烷的体积分数和年排放总量分别为1611.9×10-9和533.9Tg。而对流层中OH的数密度则由1840年的7.17×105cm-3变化到1991年的5.79×105cm-3,下降了19%。如果CH4、CO及NOx这三种排放源继续按给定的方案增长,那么到2020年大气甲烷的体积分数和年排放总量将增加为2090.7×10-9和966.2Tg,而OH的数密度将为5.47×105cm-3,比1840年降低24%。     

深部煤层封存CO_2的地质主控因素探讨

目前世界上多数国家都以CO2捕获和封存作为CO2减排的有效措施之一。向深部不可采煤层中封存CO2能一举两得,既可实现CO2减排的目的,又能置换出煤层甲烷气体。从实验室研究角度出发,分析了煤级、温度、压力、水分及氮气对煤吸附CH4、CO2的影响,并结合煤层气开发选区评价方法,探讨了影响煤层封存CO2的地质主控因素,认为煤种、煤厚、煤层埋深、渗透率是主要控制因素,而地质构造、水文地质、甲烷气含量等为次一级控制因素。综合分析认为,我国煤层封存CO2的潜力很大,而华北地区是深部煤层封存CO2的首选地区。     

多组分气体吸附预测及模型对比研究

为了更精确描述煤层气注气开发或二氧化碳煤层封存涉及到的多组分吸附过程,采用扩展Langmuir、理想吸附溶剂和二维状态方程预测不同煤对甲烷-二氧化碳混合气体的吸附,并将三种模型预测结果与实验数据进行对比分析,结果表明:二维状态方程模型对混合气体的吸附预测精度最高,并且能较好适用于高压系统的吸附预测。除此之外,从三种模型分离因子的变化规律可以看出,理想吸附溶剂和二维状态方程模型在吸附时都考虑了气体相对吸附性随平衡气相组分和压力的变化,而扩展Langmuir没有考虑该因素。因此,也表明理想吸附溶剂和二维状态方程模型在预测多组分气体相对吸附方面具有一定的优势。     

影响一号向斜煤层气可采性的主要地质因素

在回顾该地区煤层气勘探历史的基础上,从影响煤层气开采的主要地质因素出发,论述了煤层渗透性及决定煤层渗透性的古、今地应力场特征、煤层天然裂隙发育程度、现今有效地应力大小以及地层压力、等温吸附／解吸特征、含气饱和程度及气体扩散速率等;探讨了一号向斜不同部位煤层气开采具有的不同地质影响因素。了解并掌握这些因素有利于煤层气进一步勘探和开发。     

羌塘盆地冻土结构特征及其对天然气水合物成藏的影响

羌塘盆地是青藏高原最大的含油气盆地,多年冻土广泛分布,具备良好的天然气水合物形成条件和找矿前景。基于羌塘盆地天然气水合物钻探试验井资料,从影响天然气水合物成藏角度提出了羌塘盆地3种主要的冻土结构类型,其中由冻融层、含冰沉积物冻土层、含冰基岩冻土层、非含冰基岩冻土层所组成的冻土结构最为常见。研究表明,冻土层结构对天然气水合物温压条件具有一定影响,当非含冰基岩冻土层存在时,其下伏的非冻土层的孔隙流体压力与上部冻土层的微孔和微裂隙特征紧密相关,有利于浅层烃类气体的封存和水合物的成藏。含冰冻土层冰地球化学特征指示冻土层形成的过程是大气降雪融化成水后未经蒸发作用直接渗入地下,受气候变冷影响,地层由浅往深逐渐冻结形成。同时,矿化度和阴、阳离子浓度的高低在一定程度上反映了不同深度沉积物的物化性质。含冰冻土层对于浅层烃类气体封盖作用的定量评价显示,随着含冰饱和度的增加,甲烷气体渗透率降低,当含冰饱和度达到80%时,冻土层能完全有效地限制甲烷气体运移。由于在气候变暖因素的驱动下,冻土层不仅能通过温压条件来控制天然气水合物矿藏存在的空间范围,而且还限制着来自部分水合物分解所产生的烃类气体向浅部运移。因而推测,在青藏高原冻土区可能存在一个由断裂体系相关联的深部烃类储层、中部天然气水合物储层和浅部天然气藏组成的油气系统。     

Trace gas measurements at the monitoring station cape point,South Africa,between 1978 and 1988

Since 1978, a measuring station has been operated at Cape Point (34°21 S, 18°29 E). In this article, results of measurements of CO, CFCl₃, CCl₄, O₃, N₂O and CH₄ are presented as monthly means and analyzed with respect to long-term trends and seasonal variations. For CO and CH₄, very similar seasonal variations have been observed, indicating strong interrelations between these two gases. For CO and O₃, no significant changes of the mean annual concentrations can be established for the observation periods of 10 and 5 years, respectively. The measurements yield a growth rate of 9.1 pptv yr^-1 for CFCl₃ (1980–1987) and 0.6 ppbv yr^-1 for N₂O (1983–1987). The concentration increases of CH₄ (10.3 ppbv yr^-1 for 1983–1987) and of CCl₄ (2.1 pptv yr^-1 for 1980–1988) are analyzed for temporal changes during the last years.Presented at the Second Conference on Baseline Observations in Atmospheric Chemistry (SABOAC II) in Melbourne, Australia, November 1988.