澳大利亞煤層氣的微生物起源

1、澳大利亞煤層氣的微生物起源1摘要：悉尼，Bowen盆地和澳大利亞的煤層氣，其特點是由（1）甲烷乙烷的比率大于或等于1000（2）2簡介排水煤層甲烷開采前不僅提供了一個有用的能源，降低了爆炸的危險性，并降低了礦井通風(fēng)所需的空氣量，但還加快了速度，安全推進的工作臉。此外，未能控制的釋放甲烷到大氣中，采礦的貢獻全球氣候變暖。在此背景下，從煤中釋放的氣體就其生成模式并沒有得到解決。同位素和化學(xué)成分的氣體在開采煙煤（RO發(fā)布0.81.2％）從二疊

2、紀悉尼和博文盆地（圖1）在深度550米的已被確定氣體的目標與測量源和氣體的產(chǎn)生機制。以前的觀點澳大利亞煙煤煤層收集氣體直接在煤面（Smith等人，1982）出現(xiàn)有很大的不同同位素組成大部分的縫氣體從公布的數(shù)據(jù)（科倫坡等其他地區(qū)，1966年，弗里德里希和jungten，1971年斯塔爾，1976Rice等，1989）。典型的澳大利亞煤層氣分析于表1?！案伞边@些氣體已被歸因內(nèi)的較高的正構(gòu)烷烴的保留煤的孔隙結(jié)構(gòu)，直到氣體破裂進一步甲烷（雷格比

3、和Smith，1982）D13C值已涉及到的CO2和CH4這些氣體同位素平衡之間（史密斯等人，1982）。在光比較近的根本數(shù)據(jù)（Jenden和Kaplan，1986年，1989年Whiticar等人，1986Woltemate等人，1986），該建議煤層氣發(fā)電的細菌的作用，（斯科特和Kaiser，1991年，水稻，1993年，水稻和Kotarba，1993年，斯科特，1993年），我們認為在這里在澳大利亞類似的氣體生成機制煤。澳大利亞的

4、煤礦被入侵的碳的深層次的二氧化碳（D13C72‰PDB）原產(chǎn)地。甲烷在這種地雷，有時是完全位移本CO2（Gould等人，1981）。在整個悉尼盆地南部，在同位素的變化組合物中的煤層CO2增加CO2的含量，如在圖2中所示，縫入侵CO2的不斷同位素組合物從一個外部源。突出通常與高CO2含量的煤層瓦斯。因此，工人有興趣的開發(fā)同位素方法的CO2監(jiān)測的起源如CO2入侵的地方，D13CCH4值的變化的情況下（如圖3）（史密斯和Gould，1980）

5、表明，既減少了CO2為CH4，也不同位素平衡CO2和CH4之間已發(fā)生，也就是說，引入二氧化碳的行為作為惰性稀釋劑科倫坡等人先前的調(diào)查結(jié)果。（1966），弗里德里希和Jungten（1971）和Smith等人。（1985）表示，顯著的化學(xué)和同位素分餾可能伴隨解吸氣體從煤樣在實驗室。在更最近的實驗（Gould等人，1987），我們無法復(fù)制我們之前reptedfractionations，在氣體收集等樣本。相反，我們表明，13C的分餾沼氣收集

6、過程中是不顯著從處女煤或支柱樣品的。哪里中脫離出來的氣體從塊煤樣品舉行在鼓中，13C的分餾接近5‰被視為發(fā)生后，才50天，當95％已收集的總氣體解吸。在具體而言，這解吸效果的特點由已故的釋放13C富集的痕跡甲烷，而不是由早期的F低的13Cdepleted相對于大量的甲烷氣體。在這方面的證據(jù)，直接收集氣體從孔進煤工作面的方法，提供了最可靠的數(shù)據(jù)。實驗技術(shù)3樣本采集天然氣和煤樣品收集地下聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織的人員或提供煤炭開采公司的一項調(diào)

7、查縫的一部分突出行為有關(guān)的氣體組合物中（Smith等人，1984）?？偣灿?07樣品的氣體和45個樣品，收集相關(guān)的煤炭13個煤礦和17個的探索性的鉆孔inPermian煤炭接縫在悉尼和博文盆地。因為強烈的注意力都集中突出的情況下，煤樣的氣體質(zhì)量從氣體采樣點通常不提供，并沒有刻意追求，因此，精確煤炭質(zhì)量的信息（例如，鏡質(zhì)體反射率，巖相組合）這些采樣點的缺乏，雖然區(qū)域數(shù)據(jù)一般（聯(lián)合煤炭局和昆士蘭省煤炭局，1987）。4化學(xué)和同位素分析圖4所

8、示。的另一個特征這些熱解產(chǎn)物的高濃度氣態(tài)較高的正構(gòu)烷烴與甲烷在圖4中所示，數(shù)字小煤層，往往是潮濕的氣體有D13C更積極的CH4值大于50‰PDB，負D13C的CO2值和D13C值（CO2CH4）的少大于或等于1.040。因此，通過類比與具有這些相同的熱解試驗氣體屬性，我們可以假設(shè)這樣的縫氣體從熱工過程，導(dǎo)致部分。在此基礎(chǔ)上所收集的氣體即那些偉大的散裝D13C（CO2CH4）的分餾超過1.040]顯然是不同的起源此外，在圖4中所示的數(shù)據(jù)范

9、圍的氣體衍生的微生物還原CO2（根據(jù)式（1）），或由乙酸發(fā)酵（根據(jù)式（2））。CO24H2CH42H2OCH3COOHCH4CO2從氣體從海洋沉積物的分析，jenden和Kaplan（1986），如圖4，歸因D13C（CO2CH4）分別為7010和5010％，減少二氧化碳排放所產(chǎn)生的氣體和醋酸發(fā)酵，分別。其他概述領(lǐng)域定義的組合物的氣體調(diào)查Whiticar等。來自海洋（1986）和淡水沉積物和微生物的途徑用于產(chǎn)生這些氣體。的相似性干煤的碳

10、同位素組成氣體和這些微生物來源產(chǎn)品建立了這樣的比較。上的數(shù)據(jù)的D含量的煤和甲烷的樣品列于表2和圖5。計算的平均dDcoal和DDCH4值被示出，以反映的地層水的（Schoell，1980Whiticar等人，1986Woltemate等人，1986）。在減少二氧化碳排放量（式（1））中，所有的甲烷中的氫被來自從地層的根據(jù)以下的水。?DCH4?Dwater180‰SMOW其中，甲烷是一種醋酸發(fā)酵產(chǎn)品（式（2）），在只有一個氫甲烷從地層水，

11、得到作為在以下等式中。古緯度的煤沉積環(huán)境的研究（Smith等人，1983，1985）表明以下。然后，通過對DD煤炭132‰SMOW代（圖5）在式（5）的形成，dD的水是47‰SMOW。此值代方程3和4給出dD的CH4值227和391‰。這些計算比較與所測量的dD的CH4值的值21717‰從表2和圖5強烈表示減少二氧化碳排放量是一個主要的因素，煤層甲烷的產(chǎn)生。的相對比例由兩種微生物產(chǎn)生的甲烷可通過使用方程確定途徑如圖6所示，其中f是小數(shù)的

12、甲烷從醋酸異化（Jenden和衍生卡普蘭，1986）f????DHO???DCH???????DHO????2421600.857233通過代以適當?shù)闹?，f是計算為0.09，從而證實了主要作用，CO2減少甲烷的產(chǎn)生。DD的取值是在悉尼地區(qū)的降雨39‰SMOW。如果有相當?shù)臐B透這個轉(zhuǎn)瞬即逝的水進入的煤層，同位素組合物，這種水不充分不同從計算出的對水paleovalue（47‰SMOW），使我們能夠估計的時間氣體的產(chǎn)生。一些澳大利亞煤的混合

13、來源甲烷先前已有人建議，由Smith等人。（1985）的基礎(chǔ)上，較大的比理論D13C（C2H6CH4）的差異記錄‰值（詹姆斯，1983年）。這里介紹的證據(jù)一種替代的微生物通路的一代甲烷提供了一個很好的解釋這些早期發(fā)現(xiàn)。在悉尼盆地的濃度CH4和CO2同位素組成從鉆孔中回收的氣體變化定期和相當隨深度煤層作為一個序列相交（Smith等人，1985年b）。所示表4中，最高濃度的CO2過程中遇到的最淺的煤層。D13CCO2值4.8‰PDB不包括大

14、氣氧化煤炭作為這種氣體的來源。此外，CO2通過深度的垂直遷移煤層的一系列似乎幾乎沒有可能看到分布的賬戶。一種解釋一般滿足的同位素和成分的數(shù)據(jù)是，目前Bulli的煤層瓦斯表示，或至少相似，氣體彌漫在在過去的整個序列。在更深入的比Bulli的煤層，條件逐步建立減少的偉大發(fā)生的CO2散裝。這一點，作為結(jié)果的動力學(xué)效應(yīng)，導(dǎo)致殘留少強烈13C富CO2和產(chǎn)生足夠的CH4的D13C值接近5‰增加散裝的，現(xiàn)在遇到的的D13CCH4值中的Tongara的