古地理学报 2006年8月 北海 Sleipner地区生物气的存在和渗漏现象,他认1997;林春明等,1997; Lin et al.,2004)、长江 为生物气聚集在泥火山口和地震烟窗之上的砂层三角洲(王明义,1982)、莺一琼盆地(邓鸣放和陈伟 中,气体聚集可能是在持续气体渗漏时期产生的,煌,1993)和洞庭湖盆地(黄泽新和罗小平,1996),其 而且,海底沉积层呈低洼现象可能是由气体持续渗中具工业或商业产能的是柴达木盆地东部、莺一琼 漏造成的,气体的渗漏是一个不连续的过程。Ok盆地和浙江沿海平原。云南昆明盆地新近纪第四 yar and Ediger(1999)解释了黑海东南部土耳其纪生物气也具有一定的开发前景(刘兴毅,2000 Trabzon外大陆架高分辨率地震剖面上的声波混乱最近张顺等人(2004)对松辽盆地大庆长垣以西和 现象,认为它代表了全新世沉积物中的生物气聚滨州线以北地区第四系进行研究后,认为该地区具 集。 Garcia-(i等人(2002)分析了西班牙西北部有形成生物气藏的有利条件,可以组成多个生储盖 Ria de vigo下切河谷全新世充填物中生物气在地组合,有利于生物气聚集成藏 震反射剖面上的特征。然而,把分布在全亲世沉积 物中、埋深小于100m的生物气作为单独勘探开发3生物气的形成机制 对象,运用系统的有针对性的技术,并发现了具工 业性或商业性生物气田,获得一定经济效益的勘探 生物气是在低温条件下通过厌氧微生物分解有 工作还不多见( Lin et al.,2004) 机物而生成的,以甲烷为主,含部分二氧化碳及少 我国对生物气研究及勘探工作重视不够,除柴量氮气和其它微量气体组分。复杂有机质厌氧降解 达木盆地、浙江外,其它地区并未开展过针对生物形成甲烷,是沉积物中多种微生物种群联合协调代 气的系统勘探工作(赵澄林等,1999; Lin et al 谢活动的结果,最重要因素在于甲烷细菌的存在和 2004)。国内已发现的生物气多是其它油气勘探或碳水化合物的供给。 开发的副产品。20世纪80年代我国对生物气进行 甲烷细菌得以存在主要依赖发酵菌和硫酸盐还 了初步探讨,分析了生物气形成途径、鉴别标志、原菌分解有机质产生CO2、H及C日QO0日来取得 生成和聚集的控制因素等方面的问题(戚厚发和戴碳源与能源,甲烷细菌的新陈代谢过程(即自然界 金星,1982;王明义,1982;张义纲和陈焕疆 生物甲烷气的形成途径)主要有2种( Schoell,1980; 1983),“七五”至“八五”期间,生物气的研究纳 Rice and Claypool, 1981, Whiticar et al., Is 入国家科技攻关项目,主要从沉积学、地球化学 微生物学和天然气地质学方面,论述生物气的生成 1)乙酸发酵CH3COOH→CH4↑+CO2↑ 机理、形成和富集条件、地球化学特征和鉴别标志 2)CO2还原CO2+4H2CH4↑+2H2O 等(陈安定等,1991;张辉等,1992;梁家原等 Whitear等人(1986)认为,生物气的形成途 199:3顾树松,196;周翥虹等,194:惠荣耀和径与沉积环境密切相关,不同沉积环境中形成的生 连莉文,1994),取得了丰硕的成果,这一切对我物甲烷气的碳同位素组成有不同的分布范围。海相 国生物气勘探和成藏理论研究有着重要的意义。我环境中的生物甲烷以CO2的还原作用为主要形成机 国于1990年对全国30多个盆地和12个海相沉积制,生成甲烷的8C1平均值为-68‰淡水环境 区块的4种类型气,即煤成气、碳酸盐岩气、湖相中的生物甲烷以乙酸发酵为主要形成机制,生成甲 腐泥伴生气及高熟-过熟气和生物气,采用统一的烷的δC1值平均值为-59‰2种不同沉积环境 原则和方法气发生率法,分别计算了其资源量中形成的生物甲烷的813C1分界值,可大致划在 (冯福闿等,1995)。但这些大都是针对1000多米深 60‰ Whiticar et al.,1986)。国内一些学者的 的生物气研究,尽管这些研究成果也涉及深度小于实验结果也证实上述观点(张辉等,1992),同时发现 200m的生物气(主要表现在生物气的模拟实验过海相沉积物中甲烷细菌的组成非常单一,只有甲烷 程中),然而其研究程度比较低,也不系统 杆菌属,甲烷细菌的营养类型为H2/CO2;现代陆 目前对国内第四纪生物气进行较为系统研究地相沉积物和成岩早期沉积物中产甲烷细菌的种类比 区的有柴达木盆地东部(顾树松,1996;周翥虹等,较复杂,包括了甲烷杆菌、甲烷八叠菌、甲烷短杆 1994)、浙江沿海平原(陈英等,1994;蒋维三等,菌和甲烷球菌4个属,产甲烷细菌的营养类型为乙 91994-2007ChinaAcademicJOurmalElectronicpUblishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.net北海 Sleipner 地区生物气的存在和渗漏现象 , 他认 为生物气聚集在泥火山口和地震烟窗之上的砂层 中 , 气体聚集可能是在持续气体渗漏时期产生的 , 而且 , 海底沉积层呈低洼现象可能是由气体持续渗 漏造成的 , 气体的渗漏是一个不连续的过程。Ok2 yar and Ediger ( 1999) 解释了黑海东南部土耳其 Trabzon 外大陆架高分辨率地震剖面上的声波混乱 现象 , 认为它代表了全新世沉积物中的生物气聚 集。Garcia - Gil 等人 (2002) 分析了西班牙西北部 Ría de Vigo 下切河谷全新世充填物中生物气在地 震反射剖面上的特征。然而 , 把分布在全新世沉积 物中、埋深小于 100 m 的生物气作为单独勘探开发 对象 , 运用系统的有针对性的技术 , 并发现了具工 业性或商业性生物气田 , 获得一定经济效益的勘探 工作还不多见(Lin et al1 , 2004 ) 。 我国对生物气研究及勘探工作重视不够 , 除柴 达木盆地、浙江外 , 其它地区并未开展过针对生物 气的系统勘探工作 (赵澄林等 , 1999 ; Lin et al1 , 2004 ) 。国内已发现的生物气多是其它油气勘探或 开发的副产品。20 世纪 80 年代我国对生物气进行 了初步探讨 , 分析了生物气形成途径、鉴别标志、 生成和聚集的控制因素等方面的问题 (戚厚发和戴 金星 , 1982 ; 王明义 , 1982 ; 张义纲和陈焕疆 , 1983 ) “七五”至“八五”期间 , , 生物气的研究纳 入国家科技攻关项目 , 主要从沉积学、地球化学、 微生物学和天然气地质学方面 , 论述生物气的生成 机理、形成和富集条件、地球化学特征和鉴别标志 等(陈安定等 , 1991 ; 张辉等 , 1992 ; 梁家原等 , 1992 ; 顾树松 , 1996 ; 周翥虹等 , 1994 ; 惠荣耀和 连莉文 , 1994 ) ,取得了丰硕的成果 , 这一切对我 国生物气勘探和成藏理论研究有着重要的意义。我 国于 1990 年对全国 30 多个盆地和 12 个海相沉积 区块的 4 种类型气 , 即煤成气、碳酸盐岩气、湖相 腐泥伴生气及高熟 —过熟气和生物气 , 采用统一的 原则和方法 —气发生率法 , 分别计算了其资源量 (冯福 等 ,1995) 。但这些大都是针对1 000多米深 的生物气研究 , 尽管这些研究成果也涉及深度小于 200 m 的生物气 (主要表现在生物气的模拟实验过 程中) ,然而其研究程度比较低 , 也不系统。 目前对国内第四纪生物气进行较为系统研究地 区的有柴达木盆地东部 (顾树松 ,1996 ; 周翥虹等 , 1994 ) 、浙江沿海平原 (陈英等 ,1994 ; 蒋维三等 , 1997 ; 林春明等 , 1997 ; Lin et al1 , 2004 ) 、长江 三角洲 (王明义 ,1982) 、莺 —琼盆地 (邓鸣放和陈伟 煌 ,1993) 和洞庭湖盆地(黄泽新和罗小平 ,1996) ,其 中具工业或商业产能的是柴达木盆地东部、莺 —琼 盆地和浙江沿海平原。云南昆明盆地新近纪 —第四 纪生物气也具有一定的开发前景 (刘兴毅 ,2000) 。 最近张顺等人 (2004) 对松辽盆地大庆长垣以西和 滨州线以北地区第四系进行研究后 , 认为该地区具 有形成生物气藏的有利条件 , 可以组成多个生储盖 组合 , 有利于生物气聚集成藏。 3 生物气的形成机制 生物气是在低温条件下通过厌氧微生物分解有 机物而生成的 , 以甲烷为主 , 含部分二氧化碳及少 量氮气和其它微量气体组分。复杂有机质厌氧降解 形成甲烷 , 是沉积物中多种微生物种群联合协调代 谢活动的结果 , 最重要因素在于甲烷细菌的存在和 碳水化合物的供给。 甲烷细菌得以存在主要依赖发酵菌和硫酸盐还 原菌分解有机质产生 CO2 、H2及 CH3COOH 来取得 碳源与能源 , 甲烷细菌的新陈代谢过程 (即自然界 生物甲烷气的形成途径) 主要有 2 种 (Schoell ,1980 ; Rice and Claypool , 1981 ; Whiticar et al1 , 1986 ; Baylis et al1 , 1997 ) ,即 : 1) 乙酸发酵 CH3COOH →CH4 ↑+ CO2 ↑ 2) CO2还原 CO2 + 4H2 →CH4 ↑+ 2H2O Whiticar 等人 (1986) 认为 , 生物气的形成途 径与沉积环境密切相关 , 不同沉积环境中形成的生 物甲烷气的碳同位素组成有不同的分布范围。海相 环境中的生物甲烷以 CO2的还原作用为主要形成机 制 , 生成甲烷的δ13C1平均值为 - 68 ‰; 淡水环境 中的生物甲烷以乙酸发酵为主要形成机制 , 生成甲 烷的δ13C1值平均值为 - 59 ‰。2 种不同沉积环境 中形成的生物甲烷的δ13 C1 分界值 , 可大致划在 - 60 ‰(Whiticar et al1 , 1986 ) 。国内一些学者的 实验结果也证实上述观点(张辉等 ,1992) ,同时发现 海相沉积物中甲烷细菌的组成非常单一 , 只有甲烷 杆菌属 , 甲烷细菌的营养类型为 H2/ CO2 ; 现代陆 相沉积物和成岩早期沉积物中产甲烷细菌的种类比 较复杂 , 包括了甲烷杆菌、甲烷八叠菌、甲烷短杆 菌和甲烷球菌 4 个属 , 产甲烷细菌的营养类型为乙 320 古 地 理 学 报 2006 年 8 月