次生生物气生成的地球化学效应与标志

次生生物气具重大资源价值，为国际前沿研究领域。目前仅从纯生物气自身角度进行研究与判识，不符合地质实际，存在较大局限性，示踪指标单一且难统一。本申请通过实例及模拟实验，获取各类气样的地球化学（全组分、δ13C1、δ13C2、δ13C3、δ13C1、δDCH4、δ13CCO2、δ15NN2值等）及煤岩Ro值等系统配套的基础数据，揭示热成因气经微生物降解生成次生生物气以及两者混合所造成的各种地球化学效应：热成因气组分和同位素组成的各种次生变化；次生生物气与残留热成因气以不同比例混合之气体的同位素值及组分含量的分布范围与变化规律；研究混合气中不同成因组分间的相关性，并由此示踪次生生物气的母源物质与生成途径；综合各特征，确定次生生物气生成的新标志。地球化学效应为新认识到的重要现象和研究突破口，由此开拓研究新途径、获取新信息与新标志并揭示形成途径等深层次问题，对深化并解决次生物气的相关问题具有特殊意义

次生生物气是煤层气中新发现并正在研究的一种新类型，具有重大的资源及减灾研究意义。目前学术界的研究途径单一，存在较大局限性，且按纯粹的次生生物气的地球化学特征与指标来研究和判识此类煤层气，不符合客观实际情况。这是目前迫切需要研究解决的关键科学问题。本项目主要研究内容为：在野外科考研究基础上，对煤层气等样品进行系统测试分析，获取配套的基础科学数据；开展热成因气与次生生物气两种气体的混合实验；系统研究次生生物气生成过程中热成因气的改造或次生变化特征及其所产生的地球化学效应；在对煤田后期构造活动与次生生物气形成条件及煤岩热演化程度等进行宏观研究的基础上，对次生生物气的母源物质、生成条件等进行综合性研究，进一步研究次生生物气的判识标志。本项目取得的主要研究结果与关键数据数据为：1.采集并测试了一批煤层气样品，获得了一批包括气体全组分含量、δ13C1值、δDCH4值、δ13CCO2值、δ13C2值以及δ13C3值等在内的一批系统配套的地球化学基础数据，是本项研究的重要科学基础；2. 完成了热成因气与次生生物气两种气体的混合实验工作，获得了甲烷碳同位素组成的变化特征及变化规律：混合气的甲烷的δ13C值介于两种原始气体的δ13C值之间，而且随着解吸次数的增加，δ13C1值逐渐且显著变大。例如生物气占80%和热成因气占20%的混合气的3次解吸气样品的δ13C1值分别为：-55.1‰、-53.3和-51.7‰；而热成因气占60%与生物气占40%的混合气的3次解吸气样品的δ13C1值分别为：-33.6‰、-26.0和-10.9‰；3.实验与进一步的研究不仅揭示了两种气体混合所造成的同位素地球化学效应，同时还揭示了煤层气解吸过程中发生了显著的同位素分馏效应，即可形成δ13C值高达-10.9‰的罕见现象，从而也揭示了同位素组成异常高的此类煤层气（样品）的形成机理；4.提出次生生物气生成后产生的各种混合“叠加”效应”是研究次生生物气的新途径，这是研究次生生物气的重要突破口，具有重要的学术与实用价值；5. 研究并获得了有关次生生物气的母源物质与生成途径等重要问题的综合性研究成果。6. 提出了鉴别次生生物气的新标志：主要包括气体变干、甲烷的δ13C值及δD值显著变低而偏于生物成因特征、δ13CCO2值和δ13C2值变高，等；7.研究表明，次生生物气具有一定的普遍性，具有重要的资源价值。