地球化学课件 第6讲气体地球化学

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1、第六讲气体地球化学GasGeochemistry空气及其化学成分是人们最熟悉的气体烃类可燃气体是现代生产力和社会进步的动力地球内部存在大量气体、地球脱气是全球过程、形成大气海洋3000年前人类就有天然气的记载1984年“气体地球化学”在夏威夷的国际会议才出现气体地球化学：作为前沿学科的标志研究领域主要是天然气、地热资源及与地震、火山活动等领域。1．气体地球化学实验技术突飞猛进的发展气体易散失、污染，所以样品采集和分析的难度大气相色谱仪、微量气体质谱计、气体同位素质谱计、激光实验技术2.形成了多个分

2、支研究领域、完整的学科体系如：天然气地球化学、稀有气体同位素地球化学3．气体地球化学已成为某一地质体系或地质过程的研究内容4．气体地球化学成为“资源、环境和灾害”三大问题研究的主体5．气体地球化学是在地球科学基础上，采用现代科学技术的成果迅速发展起来的一门综合性边缘学科气体地球化学学科特点自然界存在各种气体(包括人工排放物)：H、N、O、S、卤素和稀有气体等形成的单质或化合物。气体组分有三种类型：甲烷等烃类气体；CO2、N2、O、H2、H2S等非烃气体；稀有气体。气体地球化学主要是研究这些气体的地

3、球化学特征、成因类型、运移、聚集规律及其所参与的地球动力学过程和表征的地质学意义。稀有气体及其同位素组成特征的研究也是气体地球化学研究领域极为活跃，硕果累累的一个重要分支。稀有气体在自然界的行为显示了若干重要的特点：(1)同稀有气体的宇宙丰度相比较，各种天然物质中原始稀有气体的丰度极低，各种核过程和物理过程产生的各种效应十分突出，从而使得我们有可能鉴别其它成因类型的稀有气体.(2)在多数场合，根据稀有气体的元素和同位素组成特征，我们可以讨论有关的物理过程，而不涉及极为复杂的天然化学过程，这样可使得

4、所提出的各种理论模式更接近于真实情况.(3)稀有气体的高度挥发性，有助于探索挥发性元素的脱气历史，各种天然物体的热历史与及与稀有气体有关的种种热力学过程.气体地球化学的研究范围1．近地表气体参与地球表生作用过程，构成地-气、水-气和生物-气体系，成为研究过去和现代气候和环境演变的重要场所。2．上地壳气体参与地球内部过程、形成资源(如天然气、氮、二氧化碳等)、以及参与成矿作用、参与地质灾害作用。3．下地壳-地幔深部地质研究的重点是上地幔的核心软流层中的流体(气体)的运动，对于地壳构造作用、岩浆作用、

5、变质作用、内生成矿作用的研究很重要，气体作为深源成矿作用和深部过程的示踪剂。4．地球整体地球是太阳系的一员，要认识了解地球，无疑通过比较行星地质学研究，通过与陨石的对比研究，可获得地球原始状态的重要信息。5．气体地球化学发展态势当今世界文明和发展在很大程度是以地球资源的开展利用为基础，气体资源的勘查开发与合理利用列为经济建设的重要问题之一。第一节天然气地球化学自然界一切天然生成的气体均可称为天然气。在油气工业中：赋存于地壳或盆地中的以烃类为主的气体矿产。原油将在本世纪晚期在人类生活中所占比例越来越

6、少，取而代之的主要是天然气此外可能有水合物和氢气人类已经历能源的世代：生物质(以木材为主)煤炭石油、水电人类未来主要的能源：天然气核能、水电水合物、氢气天然气在发达国家的能源构成中占40％左右；天然气在世界平均能源构成中占20％以上；天然气在我国能源构成中只占不足4％。天然气地球化学主要研究地球及部分天体天然气组成、成因、演化和分布的地球化学过程。天然气的化学组成天然气是几种或多种气体组分的混合物。1烃类气体甲烷：含量经常超过90％。纯甲烷为无色气体，稍具大蒜气味，在15ºC和标准压力下，1m3甲

7、烷重0.677kg。甲烷具有高的热稳定性，它明显开始分解的温度不低于600ºC。乙烷：无色气体，比空气稍重，在标准状况下，1m3乙烷重1.270kg，在自然界未见过纯乙烷单独存在，一般与甲烷伴生，热值为60.357~65.946MJ/m3。丙烷：无色气体，比空为1.9659kg/m3。热值为86.403-93.889MJ/m3。正丁烷：在15ºC和标准压力下，2.454kg/m3。在标准压力下，当温度大于0.6ºC时，丁烷以气态存在。在15ºC、176.5kPa时，变成0.582g/cm3的液体。

8、热值为112.294~121.685MJ/m3。异丁烷：在标准压力下，异丁烷到-11ºC还处于气态，更低温度才变成液体。戊烷戊烷与丁烷一样有两个异构体：正戊烷与异戊烷。以上称甲烷同系物2.非烃气体二氧化碳：大气中含量约3.7×107。在火山、变质区及工厂附近，其含量增加。二氧化碳气无色，具有非常微弱的气味。比空气重50％，1.858kg/m3。在水中溶解度高。在15℃时，100单位体积水可溶解101.9单位体积二氧化碳气而在0℃时，可溶171.3单位体积二氧化碳气。因此，它常为水溶