稳定同位素质谱

天然气水合物化学探测稳定同位素指标

上一篇 / 下一篇  2011-05-18 17:38:43

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天然气水合物化学探测同位素指标

1)δ18O特征

水合物化学指示剂是氧的同位素分馏。天然气水合物结晶时,与结冰类似,H218OH216O发生分馏,使18O/16O比值增高至与冰相同,形成水的同位素异常,其中氧的分馏系数α= (18O/16O)固体/(18O/16O)液体=1·002 6,重的氧同位素(18O)浓集于固相。最新研究发现水中氚(D)的富集现象,天然气中氦(4He)的增高可以作为新的地球化学、勘探中识别水合物层的重要标志之一。

2)海水和孔隙水中溶解二氧化碳含量及碳同位素特征

在天然气水合物形成和演化的过程中,分解的烃类气体(主要是CH4)可以垂向运移至近地表,逸出的甲烷在底水中局部氧化(H4+2O22H2O+CO2),会使水中总溶解二氧化碳(ΣCO2)的浓度增高;同时,甲烷氧化释放出富轻的碳同位素,因而会导致水中总溶解二氧化碳的δ13CΣCO2值会降低。

3)甲烷碳同位素δ13C特征天然气水合物的气体成分通常以甲烷气为主(通常>99%)。甲烷气的形成有微生物分解和热分解两种成因。在天然气水合物稳定带中,甲烷气的形成主要是细菌还原生成的,碳同位素比值(δ13C=13C/12C)介于-50~-100之间。

3)标型矿物(碳酸盐)

天然气水合物的形成与活动流体密切相关,并常与自生碳酸岩伴生。主要机理是,天然气水合物分解后,释放出大量的甲烷气体,扩散或沿断裂系统向海底表层迁移。在海底浅表层沉积物中,由于存在大量的CH4氧化菌、H2S氧化菌和硫酸盐还原菌,甲烷被氧化,硫酸根被还原,反应将按照下式进行:CH4+ SO42-HCO-3+ HS-+ H2O这样就在孔隙水中产生出大量的HCO-3,并可能导致过饱和而形成文石、方解石或其他碳酸盐矿物,而HS-进一步还原可形成黄铁矿。在其他条件下还可出现菱锰矿、天青石、重晶石等矿物。它们沉积于海底,呈岩隆(carbonate-buildup)、结壳( carbonate crusts )、结核( carbonate  nidules)和烟囱(carbonate chim-ney)或与沉积物和水合物呈互层等形式产出,之相伴的往往有贻贝类、蚌类、管状蠕虫类、菌席和甲烷气泡等,同时,这些自生碳酸盐具有一种特殊的同位素地球化学特征,其δ13C值十分低(-40·6~-54·2),据此可判断天然气水合物是否存在,但是深水常规油气藏气体的溢出也同样可以形成类似的矿物,因此,自生矿物在水合物成矿中只能作为间接标准

尹希杰,手机:15980813077;QQ:214699972


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