[00142165]热解煤层气的氢同位素主控因素及其成因的示踪研究

1．课题来源与背景 课题来源：国家自然科学基金面上项目 课题背景：煤层气地球化学特征及其成因对于煤层气藏形成和分布规律的认识及煤层气资源评价至关重要。煤层气的氢同位素地球化学是煤层气地球化学的重要组成部分,并且煤层气氢同位素影响因素及其影响程度与成因示踪指标是目前迫切需要解决的科学问题。可是煤层气氢同位素影响因素及其影响程度知之甚少,从而限制了煤层气氢同位素的成因解释与应用。研究成果为判识不同地质条件下形成的热成因煤层气提供了科学数据和理论依据。 2．研究目的与意义 目前对煤层气氢同位素影响因素及其影响程度知之甚少,从而限制了煤层气氢同位素的成因解释与应用,本项目正是弥补煤层气氢同位素研究这方面的缺陷和不足。本课题应用高温高压模拟实验方法,对不同地理位置和气候环境下形成的具有不同母质性质的褐煤和沼泽泥炭进行加水及无水热模拟实验,测定模拟获得的气体的地球化学组分与氢碳同位素组成和固体残查Ro值;研究这些气体的组分分布和氢碳同位素组成特征与成煤物质性质、沉积环境、成岩水介质、成熟度等因素之间的因果关系。研究成果积累煤层气氢同位素基础研究资料,探索煤层气氢同位素的影响因素、影响程度、变化过程与规律,阐明煤层气氢同位素的成因机制与示踪,扩大并提高煤层气氢同位素资料的应用范围及资料应用的可靠性和准确性。 3．主要论点与论据 1)在国际上,首次对比研究了草本沼泽和森林沼泽泥炭热解烃类气体的氢碳同位素组成特征。 2)研究了具有不同煤显微组分煤热解烃类气体的氢碳同位素组成特征,特别是这种氢同位素组成特征的研究在国际上尚属首次。 3)通过对高纬度寒冷干旱和低纬度热带湿润环境的草本泥炭的热解模拟实验及其热解烃类气体的氢碳同位素组成与差异性的成因分析,在国际上,首次研究了成煤物质形成的纬度和气候环境对热解煤层气同位素的影响。 4)在国际上,首次建立了高纬度寒冷干旱和低纬度热带湿润草本沼泽环境中形成的成煤有机质热解烃类气体氢、碳同位素组成与Ro之间的关系式,以及烃类气体的氢和碳同位素之间的关系式。 5)研究了高纬度寒冷干旱环境的芦苇泥炭热解甲烷氢碳同位素组成特征与演化规律。 6)在国际上,首次通过加入盐湖咸水和沼泽淡水成岩水介质,对草本成煤物质进行热解模拟实验,研究了热解产物烃类气体的氢碳同位素组成及其差异性与演化规律。 7)通过加入沼泽淡水成岩水介质,对草本成煤物质进行同一温度下不同恒温时间的热解模拟实验,研究了煤化时间对热解产物烃类气体的氢碳同位素组成的演化规律。 8)在国际上,首次通过加入淡水湖湖水成岩水介质,对草本成煤物质进行热解模拟实验,研究了热解产物烃类气体的氢同位素组成及其差异性与演化规律。 4．创见与创新 1)在国际上,首次对比研究了草本沼泽和森林沼泽泥炭热解烃类气体的氢碳同位素组成特征,为认识草本和木本成煤母质热解煤层气的氢碳同位素组成提供了基础资料和科学依据。 2)在国际上,首次建立了高纬度寒冷干旱和低纬度热带湿润草本沼泽环境中形成的成煤有机质热解烃类气体氢、碳同位素组成与Ro之间的关系式,以及烃类气体的氢和碳同位素之间的关系式。 3)在国际上,首次通过加入盐湖咸水和沼泽淡水成岩水介质,对草本成煤物质进行热解模拟实验,研究了热解产物烃类气体的氢碳同位素组成及其差异性与演化规律,发现成岩水介质对热成因煤层气氢同位素组成具有显著的影响,对碳同位素组成影响较小。 4)在国际上,首次通过加入淡水湖湖水成岩水介质,对草本成煤物质进行热解模拟实验,研究了热解产物烃类气体的氢同位素组成及其差异性与演化规律,发现在泥炭中加入氢同位素重于泥炭形成环境水的淡水湖湖水,其模拟实验产生的烃类气体氢同位素组成显著变重。 5．社会经济效益与存在问题 社会经济效益：研究成果为判识不同地质条件下形成的热成因煤层气提供了科学数据和理论依据,而且具有广泛的应用价值。 存在问题：无 6．历年获奖情况 无 7.成果简介 煤层气地球化学特征及其成因对于煤层气藏形成和分布规律的认识及煤层气资源评价至关重要。煤层气的氢同位素地球化学是煤层气地球化学的重要组成部分,并且煤层气氢同位素影响因素及其影响程度与成因示踪指标是目前迫切需要解决的科学问题。应用高温高压模拟实验方法,采用不同沉积环境和成岩介质条件下具有不同物质性质的泥炭及褐煤进行模拟实验,测定模拟获得的气体的地球化学组分与氢同位素组成和固体残查Ro值;研究这些气体的组分分布和氢同位素组成特征与沉积环境、成岩介质、物质性质、成熟度等因素之间的因果关系,确定煤层气的氢同位素主控因素;建立煤层气氢同位素地球化学的成因模式与机制,确立不同环境因素条件下形成的热成因煤层气成因的氢同位素示踪指标,阐明煤层气及其氢同位素的形成机制,为判识不同地质条件下形成的热成因煤层气提供科学数据和理论依据。