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1、精品论文推荐对天然气水合物甲烷无机成因的初步探讨蒲燕萍，沈磊 中国地质大学（北京）工程技术学院，北京（100083） E-mail: pyp2008摘 要：对天然气水合物的各项研究工作，总是以成藏气源为基础展开的。因此，研究天然气水合1物甲烷的成因成为最重要的基础课题。目前，大部分学者倾向于甲烷的有机成因，但笔者认为甲烷 的无机成因机理也值得深入研究。本文重点阐述了甲烷的无机成因机理，从地质构造、孔隙水化学、 稳定同位素、微生物等方面对甲烷的无机成因进行了初步论证，得出天然气水合物甲烷的无机成因 是合理且普遍存在的结论。文中还以甲烷的无机成因说为基础，分析了酸解烃法和顶空气法 13 C 值 产
2、生差异的原因。关键词：天然气水合物；甲烷；无机成因；有机成因 中图分类号：TE511.引言天然气水合物（Natural Gas Hydrate, 以下简称 NGH）是一种由淡水和烃类气体（主要是甲烷） 形成的笼形结构、似冰雪状固体，俗称“可燃冰”。对全球 NGH 储量的估计,各国学者的结论差别较 大。1988 年前苏联科学院的研究组估计仅在海洋环境中的 NGH 就含有 5.61018 m3 1。1993 年美国 的 Kvenvolden 估计全球 NGH 的总量是已知的含碳化工燃料的 2 倍。其中，永久冻土带下 NGH 储 量约为(0.01434)1015 m3,海洋沉积物中 NGH 储量约为
3、(3.17600)1015 m3 2。20 世纪 90 年代中后 期,对于全球 NGH 储量世界各国的科学家们更趋向于接受一个较为中间的数值 211015 m3,而且认为 不会超出 10151017 m3 的范围3。如此巨量的 NGH 储量，为人类未来的发展提供了能源保障，但同 时也发出了新的挑战：如何认识 NGH 成藏规律，如何进行开发以及如何避免开发带来的负面地质 效应等。以甲烷为主的烃类气体的成因、运移、聚集，水合物的成藏以及分布规律是 NGH 研究的重要 课题。其中，以甲烷为主的烃类气体的成因是根本性问题。只有烃类气体生成之后，才会有运移、 聚集、水合物成藏等一系列地质现象。研究以甲烷
4、为主的烃类气体的成因不仅具有理论意义，而且 只有搞清了烃类气体的成因，才能进一步认识 NGH 形成和分布规律，对于指导 NGH 勘探、开发也 有着现实的应用价值。2.甲烷的有机成因13目前，大多数学者认同的是 NGH 甲烷的有机成因，包括：微生物成因，热解成因及混合成因。 判别其成因类型主要是依靠 C 1 和C 1 / C 2 + 两个指标（表 1）。- 3 - 13CC / C表 1 由1 和 1 2 + 判别甲烷成因( Matsumoto et al., 2000, 修改)成因类型13C1 / C2+微生物成因-60103，达 104 以上热解成因-50102 C1介于两者之间的为混合成因
5、。2.1 微生物成因微生物成因甲烷是沉积物中的有机质在还原环境下通过细菌作用形成的。微生物成因有以下两种方式4。（1）CO2 还原：CO2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2O ；（2）醋酸根发酵：CH3COOH CH 4 + CO2 。CO2 还原作用依赖于溶解氢的供应量，醋酸根发酵反应则受醋酸根量的限制。可见，微生物成 因甲烷最终取决于沉积物中有机质的含量5。在微生物成因气中，甲烷含量可高达 98%以上，重烃气( C2+ )含量极低，一般1 顶。从甲烷的无机成因角度，可以解释导致这种差异的原因：无机成因甲烷在地球深部合成后，沿着断裂带、裂隙等向上运移过程中，一部分进入沉积物矿物颗粒晶格间
6、成 为包裹烃，另一部分充填于沉积物的孔隙中成为游离气。固相富集重同位素，气相富集轻同位素。11晶格间的包裹烃较稳定，不易发生变化，保持了无机成因富集13 C 的特征， 13C 偏重；而孔隙间 的游离气与沉积物中的微生物反应，导致12 C 富集，13 C 减少， 13C 偏轻。要进一步完善 NGH 甲烷的无机成因机理，还需要在水合物的区域地质构造、同位素地球化学、微生物学等方面进行多学科的深入研究。本文中，笔者从地质构造、孔隙水化学、稳定同位素、微 生物等方面对甲烷的无机成因进行了初步论证，恳请同行的专家、学者们指正并提出宝贵意见和建 议。参考文献1 MakogonY. F. 1988. Nat
7、ural Gas Hydrates : the state of study in the USSR and perspectives for its use. Paper presented at theThird Chemical Congress of North America , 5 - 10 , at Toronto , Canada2 Collett ,T. S. , Kuuskraa ,D. A. 1998. Hydrates Contain Vast Store of World Gas Resources, oil & Gas Journal. 5, 11 ,1998 3
8、Kvenvolden , K. A. 1994. Natural Gas Hydrate Occurrence and Issues. In Proceedings 1st International on Natural Gas Hydrates. Annals of the New York Acade2 my of Sciences , New York , 715 :233 - 2464 赵祖斌，杨木壮，沙志彬. 天然气水合物气体成因及其来源J. 海洋地质动态, 2001, 17(7): 38415 金庆焕，张光学，杨木壮等. 天然气水合物资源概论M. 北京: 科学出版社, 2006.
9、 1169 6 陈昭年. 石油与天然气地质学M. 北京: 地质出版社, 2 005.1341427 蒋有录. 石油天然气地质与勘探R. 青岛:中国石油大学（华东）油气资源系, 20078 张景廉，冯有奎，李相博. 无机生油理论与 21 世纪中国油气勘探战略J. 新疆石油地质, 2002, 23(3): 2482519 苏新，陈芳，魏士平等. 南海北部冷泉区中微生物丰度与甲烷浓度变化关系的初步研究J. 现代地质, 2007, 21(1):10110410 上官志冠，赵慈平，高玲. 中国活动火山区甲烷的碳同位素研究A. 火山作用与地球层圈演化-全国第四次火山学术研讨会论文摘要集C. 200511
10、大洋底下还有“海洋” OL. http: /The Preliminary Study about Inorganic Source of Methane inNatural Gas HydratePu Yanping, Shen LeiSchool of Engineering and Technology, China University of Geosciences (Beijing), Beijing (100083)AbstractAll researches about Natural Gas Hydrate are built on the basis of the sourc
11、e of gas accumulation. As a result, the source of methane becomes one of the most important issues. At present, most scholars tend to believe organic source. However, the authors believe that inorganic source also exists and it should be in-depth studied. In thispaper, the authors focus on the mecha
12、nism of inorganic source. Preliminary argumentations about inorganic sourceof methane are demonstrated from geological structure, geochemical character of void, isotopes, and microorganism. As a result, the inorganic source of methane is reckoned. At the end of this paper, based on the 13Cinorganic source of methane, the difference1method is analyzed.value between acidolysis hydrocarbon method and headspaceKeywords: Natural Gas Hydrate; methane; inorganic source; organic source
