氡的运移规律.docVIP

岩石圈内载气和示踪气体的运移规律总述 摘要 用流岩状态对岩石圈内气体的运移机理进行了详细说明，并用基本的运输方程式进行了分析。根据裂缝孔径（在最近的地壳研究中表明在几千米深处孔径值在10-2~10mm之间），载气的水平对流，对影响多孔渗水媒质和破裂媒质方程式中物理参数的地质因素进行了检测，并考虑了广泛分布的深层地下岩石的高渗透性，气体的各种状态（气相流动、水置换、气泡系列和气泡带），得出了主要的运移过程。因此，与早期观点相反，地下气体向地表扩散的过程中气体扩散和水的水平对流的作用应将其最小化。广泛的地质环境中，示踪气体（Rn，He）向地表运移，载气（CO2，CH4）在其运移控制及重新分配方面起着显著作用。气泡在裂岩中的运移是快速（气体流速在10~103m每天）、长距离气体运移的有效方式。随着气体压力和裂缝宽度的改变，气泡向连续流体的演变是说明地震构造学、环境论和地球探测相关联的表面地球化学过程最合适的机理。已经对载气携带的示踪气体的运移效率进行了数量化分析。但是，将来对示踪气体向地表运移过程中的分配和运移行为的研究只有和载气的动力学分析结合起来才有意义。 1．简介 岩石圈内地下气体的起源和运移在许多地球科学领域（探测框架结构、环境地质学）中都进行了研究。气体的起源和性能已经被人们所了解，但是对于运移过程人们还不熟悉。而且，在气体动力学及其工程领域研究的气体运移机理的一些方面，还未被地球科学文献普遍承认（特别是在地震构造学和环境论应用方面）。 在地质环境中应用气体动力学规律时，首先应考虑的是：气体运移规律一般反映在岩石(体积给定)中的气体量（气体产生与积聚的量以及速率）以及它的化学反应。地下气体包括活泼气体（H2O、CO2、H2S、NH3、H2、N2）、不活泼气体（CH4和巨大的碳氢化合物）以及惰性稀有气体（主要是He、Rn、Ar）。按照地热勘测、石油勘测和构造学勘测获得的经验，地质环境中大量存在的CO2和CH4可视为载气。尽管覆盖物、岩浆以及有机过程可以构成CO2总释放量的一部分，但碳酸盐变质作用是造成CO2在地热环境中到处存在的主要原因。CH4来自有机物和无机物，主要是由沉积盆地的碳氢化合物生产机理（成岩机理和碎裂作用）产生。在地热环境或深层地壳环境，CH4主要来自Fischer-Tropsch反应和岩浆的排气作用。Sugisaki、Giggenbach和Klusman已经对地面气体的起源作了详细论述。近来，Toutain和Baubron已经对地震构造学中气体地球化学的浅能进行了讨论。这里，我们将对在地震构造学和环境论应用中没有考虑的地下气体运移机理的某些方面进行分析。我们主要考虑地质环境中的气体运移。这里不讨论在高压环境、高焓流体系统以及典型的岩浆环境中气体运动的特殊情况，因为如果讨论这方面的情况，读者需要有关于火山学方面的知识。 对可用科学文献的调查表明：一些不同种类支离破碎的课题涉及到了气体运移，但却对主要的运移机理缺乏正式的认识。特别是，重要参数—气体速率的数据被忽略。常常是专业术语的混乱使非本专业的读者对该课题的理解感到困难。许多基于实验数据和计算机程序的气体运移模型没有充分考虑地质时间和空间的现象（例如发生在纯粹地质学中的过程）。从气体流经低渗透性粘土或花岗岩的实验室测量到煤田测量可以归纳总结出地下废物处理的实例。 但是，在过去的十年里，新的气体地球物理学和地球化学的研究有助于我们的理解，并提出了可供选择的观点和理论。因此本文旨在提出多孔渗水破裂媒质中气体的运移规律和基本原理。主要通过对地质因素或影响运移方程式中物理因素的过程进行检测来完成。运移规律以及不同形态间的传播和水平对流已经进行了总结（没有用严格的数学推理），但却谨慎选用术语，以便为非气体动力学专业的人士提供地质应用的简单参照框架。原先被认为非正常的气体水平对流机理的潜能根据深层岩石的新数据以及最近地壳勘测的数据得到了重新检测。这样，重点在于可划分为单独的统一途径的 “geogas理论”、煤田研究（气体流量、废气和地下水气的测量）和地下自然现象的实验观察的假说。已经检测到气泡在地质媒质中运移的基本原理。渗透裂缝岩石中的平移速率在理论上被认为是裂缝宽度的函数，并与可用的试验速率相比较。 2．气体运移机理 2．1 主要的参考书目 对气体在岩石圈中运移的研究开始于20世纪30年代石油勘测中，当人们明白了气化碳氢化合物在沉积岩中的运动时，认为有巨大的商业重要性。早期的研究涉及到与碳氢化合物储集层相联系的气态化合物的动力行为。矿井开采的发展，特别是20世纪60年代铀的研究，推进了所有地面气体的动力学知识，特别是氡，因为它直接与铀的矿化作用相关。 从20世纪70年代开始，地球化学勘测的全面提高、分析器具的改进意味着可以获得大量的地球排气方面的数据。气体运移的第一个