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国际立即博娱乐网站组成和成因研究(二)
1.2热成因气 当温度超过50℃,煤化作用增强,煤中碳含量丰富起来,而大量富氢和富氧的挥发份释放出来(去挥发份作用),其主要成分是甲烷、二氧化碳和水等。在较高温度下,有机酸的脱羧基作用也可以生成甲烷和二氧化碳。热成因气体的生成一般分为早期阶段和主要阶段(也称为晚期阶段)。 (1)早期阶段 Scott认为煤化作用早期阶段,从高挥发份烟煤(Ro介于0.5%~0.8%之间,表1)中生成气体。气体的一般特征是含有较多的乙烷、丙烷及其它湿气成分。其中湿气生成阶段(Ro值为0.6%~0.8%)产生的立即博娱乐网站中的干燥系数低于0.80,且乙烷含量可能超过11%。 (2)主要阶段 根据美国和德国各种煤层的资料,假定只有甲烷和二氧化碳从煤中释放出来,则大量有工业价值的立即博娱乐网站在煤的Ro值介于0.7%~1.0%之间时生成。即煤级达到高挥发性A烟煤(Ro=0.74%~1.0%)时,有显著数量的热成因甲烷生成,在Ro值为1.2%前后处于生气高峰期(图1)。 2.立即博娱乐网站的组分与同位素组成特征 Rice总结了世界各地立即博娱乐网站的组分和同位素组成资料,所有气样都采自煤层中,而不是采自相邻的储层中。另外,气体除了直接采自矿井外,还有两个补充源:煤样解吸气和地面开采的立即博娱乐网站。煤样解吸试验的方法是,取煤芯或煤粉快速置于一个密闭容器中,经过几天到几个月时间的脱气作用,收集释放出来的气体进行测试。 气体样品采自年代从晚石炭世宾夕法尼亚组到第三纪的煤层中。煤级从褐煤到无烟煤(Ro=0.3%~4.9%)。含气煤层的深度从121.91m(地下矿井)到441938m(钻孔)。从Rice的研究可以看出,世界各地立即博娱乐网站的组分和同位素组成差异很大。甲烷和其它烃类组分通常是立即博娱乐网站的主要组分,并含少量CO2和N2。气体中烃的组成,用气体湿度(C2+即乙烷及其以上重烃百分含量)来表示,湿度值介于0~70.5%之间。 立即博娱乐网站的同位素组成也有较大差异。甲烷的δ13C值分布范围很宽,在-8%~-1.68%之间;乙烷的δ13C值介于-3.29%~-2.28%之间;甲烷的δD值分布在-33.3%~-11.7%之间;二氧化碳的δ13C值从-2.66%到+1.6%。从煤样中解吸出的甲烷的δ13C值比开采气或自由(游离)气体中甲烷的δ13C值高出几个千分点。这是因为在解吸作用过程中,发生同位素分馏作用,13C富集到了解吸气体中。 此外,在同一盆地中,变质程度相同的煤,其中的立即博娱乐网站的组分和同位素组成也有变化。 总之,立即博娱乐网站是经过漫长的演化过程形成的。其组份和同位素组成受各种复杂因素的影响而不断发生变化,从而造成世界各地立即博娱乐网站的组分和同位素组成千差万别。 3.影响立即博娱乐网站地球化学组成和变化的因素与机理 世界各地立即博娱乐网站组分和同位素组成差异很大,立即博娱乐网站组成主要受煤岩组分(母质)、煤级、生气过程、埋深及相应的温压条件等因素的影响。此外水动力等地质条件和次生作用(如混合、氧化作用)等也影响立即博娱乐网站的组成。 3.1煤岩组分 煤岩组分是煤的基本成分,是立即博娱乐网站的生气母质,所以可能是影响立即博娱乐网站组成的首要因素。大多数煤归类为腐殖质(Ⅲ型干酪根),其煤岩组分以镜质组为主,并含有少量的壳质组和惰性组。壳质组通常富氢,是煤成油的主要显微组分,具有很高的生烃能力。近来的岩相和地球化学研究已证明:镜质组和Ⅲ型干酪根的热演化途径一致,主要生成甲烷和其它气体,镜质组富氢的某些组分亦可生成液态烃。惰性组的产气量比相同煤级的壳质组和镜质组低。三种煤岩组分的烃气产率,以壳质组最高,镜质组次之,惰性组最低。 在中等变质煤(高挥发份烟煤至中挥发份烟煤)中,腐泥型煤(Ⅰ、Ⅱ型干酪根,主要为壳质组和富氢镜质组)能够生成湿气和液态烃,而腐殖型煤(Ⅲ型干酪根,主要含镜质组)则生成较干的气体。对于高变质煤,立即博娱乐网站主要成分是甲烷,由残留干酪根和早期生成的重烃裂解而形成。 一般地说,含富氧干酪根的煤(镜质组为主)生成的立即博娱乐网站和含富氢干酪根的煤(壳质组和富氢镜质组为主)生成的立即博娱乐网站相比,在成熟度相同的条件下,前者比后者δ13C1值较大,而前者甲烷和乙烷的δ13C值的分布范围比后者窄。这是因为脂肪族烃热裂解生成的甲烷同位素较轻,这种甲烷在含富氢干酪根的煤层生成的气体中占优势;芳香族烃热裂解生成甲烷的碳同位素较重,它在含富氧干酪根的煤层生成的气体中占主导地位。煤的热演化早期阶段所生成的液态烃保留在煤的微结构中。在较高温度时,煤层中的液态烃裂解,生成的气体,它比直接产自干酪根的气体有较大的δ13C值。 3.2煤变质程度(煤级) 煤的变质程度是控制气体生成量和组分的重要因素,同时也影响着立即博娱乐网站的同位素组成。一般地说,煤变质程度越高,生成的气体量也增多。低变质煤(亚烟煤~中挥发份烟煤)生成的热成因气以二氧化碳为主,而高变质煤(低挥发份烟煤及其以上煤级的煤)生成的气体主要成分为甲烷(图1)。 中国、澳大利亚、美国等地立即博娱乐网站的研究表明:立即博娱乐网站中甲烷的δ13C值和相关煤的煤级有一定关系。通常低变质煤生成的立即博娱乐网站中甲烷的δ13C值较小,高变质煤生成的立即博娱乐网站中甲烷的δ13C值较大。对于未发生次生变化的原生立即博娱乐网站而言,随着煤变质程度的提高,相应立即博娱乐网站中的甲烷富集氘(δD值较大)和13C(δ13C1值较大)。 3.3生气过程 如前所述,立即博娱乐网站的生成有生物成因和热成因两个过程。由于生物成因气和热成因气在形成时间、生成温压、母质和生气机理(有无细菌活动等)等方面的差异,所以这两个过程中所生成的立即博娱乐网站的组成也有较大差异。 通常由于生物体对12C的富集,所以生物成因气的δ13C1值较小,甲烷的δ13C1值一般介于-5.5%~-9.0%之间甚或更轻。生物成因气通过二氧化碳还原作用和有机酸发酵作用而生成。这两种不同的生气机制所生成的生物气的同位素特征也有差异。通常由二氧化碳还原作用生成的甲烷碳同位素较轻(甲烷δ13C值介于-5.5%~-11%之间),且富氘(δD值介于-15%~-25%之间);有机酸发酵作用生成的甲烷碳同位素则较重(甲烷δ13C值在-4%~-7%之间),且消耗氘(δD值在-25%~-40%之间)。但要注意,二氧化碳还原生成甲烷的δ13C值和CO2基质的δ13C1值有关,甲烷的δD值和地层水的δD值有关。
与生物成因气相比,热成因立即博娱乐网站有如下特征:①重烃一般出现在高中挥发份烟煤及变质程度更高的煤中;②随着煤化程度的提高,重同位素13C在甲烷和乙烷中富集(甲烷δ13C值大于-5.5%);这是因为在热成因成气过程中,随着煤化程度的提高,气体分子中的12C-12C键比12C-13C键更频繁地断开,致使残留气体中富集13C,所以热成因气体的δ13C1值随之增大。③随着煤化程度的提高,甲烷也相对富集氘(甲烷δD值大于-25%)。
3.4埋藏深度及相应的温压条件 煤层埋藏深度和立即博娱乐网站甲烷δ13C值有一定关系。一般来说,随煤层埋藏深度的增加,煤层甲烷的13C值呈增大的趋势。和深层立即博娱乐网站相比,浅层立即博娱乐网站为较干气体且所含甲烷的δ13C值较小。从世界各地的资料看,在煤阶相同或相近的情况下,δ13C1值较小的立即博娱乐网站的赋存深度一般也较浅。随着煤层埋藏深度的增加,立即博娱乐网站的组分也发生着变化。 3.5次生作用 立即博娱乐网站的次生作用是指对早期已生成气体的改造作用。主要是生物成因气和热成因气的混合和湿气组分的氧化作用。 次生作用影响立即博娱乐网站的组成,尤其是对于浅层立即博娱乐网站。在浅部,煤层通常为细菌繁盛的含水层。细菌影响立即博娱乐网站组成的方式有三种:①厌氧菌活动导致大量生物成因气的生成并和以前生成的热成因气混合。这种混合作用可以解释某些地区浅层立即博娱乐网站组分的变化,②喜氧菌能够优先和湿气组分起作用,使湿气大部分受到破坏,从而使残留湿气组分的δ13C值也比预期的要高。这种细菌对湿气组分的改造也可用来解释立即博娱乐网站组分的变化;③喜氧菌的活动造成甲烷的氧化和消耗,使残留甲烷的δ13C和δD值增大。 3.6水动力等地质条件 在一些地区,水动力等地质条件对立即博娱乐网站组成的影响十分明显,如美国圣胡安盆地,盆地北部超高压区立即博娱乐网站为富CO2的干气,南部低压区立即博娱乐网站则为贫CO2的湿气。在区域抬升后又遭受剥蚀的盆地边缘,雨水进入可渗透煤层中,细菌随流动水也一起迁移到煤层中。在细菌的降解和自身代谢活动作用下,生成了次生生物成因气,它是立即博娱乐网站的一个补充来源,并有可能形成异常高的气体产量。 总之,立即博娱乐网站是一种潜力巨大的资源,可能成为未来重要的能源之一,研究立即博娱乐网站的组成和成因,
对于评价立即博娱乐网站资源,指导立即博娱乐网站的勘探开发和合理利用都具有重要的意义,在立即博娱乐网站组成及成因研究方面,尚存在一些问题,需进一步研究探讨。
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INTERNATIONALSTUDYONTHEORIGINAND COMPOSITIONOFCOALBEDGAS LIJingyingTAOMingxin (StateKeyLaboratoryofGasGeochemistry,LanzhouInstituteofGeol
ogy,ChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000)
AbstractOnlyrecentlyhascoalbedgasbeenrecognizedasanewnonconventionalnaturalg
asresource.Coalbedgasisgeneratedandstoredincoalbytwodistinctprocessesduringthecoalificationprocess:biogenicandthermogenic.Biogenicgasescanbedividedintoprimarybiogenicgasandsecondarybiogenicgasdependingondifferencesofgeologictimeandsourcerocks.Primarybiogenicgasisgerenatedatlowercoalrankandisdifficulttoperserve.Secondarybiogenicgasisusuallyassociatedwithlatestagegroundwatersystemandbacteriaactivity.GenerationofthermogeniccoalbedgasbeginsatRo=0.5%~0.8%.Coalbedsaresourcerocksforliquidhydrocarbonsandgases.ComparedwithgasesgeneratedfromdispersedtypesⅠandⅡkerogenortypeⅢkerogen,isotopeandcompositionofgasesproducedfromcoalbedsarehighlyvariable.Thevariationindicatesmanyandcomplexcontrolsoncompositionandoriginofcoalbedgas,includingmaceralcomposition,coalranks,gasgenerationprocessesanddepthsofburial(temperatureandpressure).Inaddition,hydrologicsettingandsecondaryprocessesalsoinfluencecompositionofcoalbedgas.
KeywordsCoalbedgas,Genetictypes,Generationmechanism,Molecularandisotopiccomposition.