甲烷簇同位素非稳态行为主控因素及预测模型

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

项目摘要

Multiply isotopically substituted molecules (‘clumped’ isotopologues) can be used as geothermometers because their proportions at isotopic equilibrium relative to a random distribution of isotopes amongst all isotopologues are functions of temperature. This has allowed measurements of clumped-isotope abundances to be used to constrain formation temperature of several natural materials. This is a great technological revolution which can be used in solving many important and fundamental issues in almost all the fields. Presently, measurement of the clumped isotopologues in methane turned to be reality after that of carbonate. It will play a great role in natural gas industry due to methane as the primary component in natural gases and lack of effective measures. However, Kinetic processes during generation, modification, or transport of molecules can affect the clumped-isotope composition of natural materials. Non-equilibrium compositions lead to the measured proportions of clumped species to be lower than expected for a random distribution of isotopes (i.e. negative ∆18 values) in both biogenic methane and thermal methane. Such non-equilibrium clumped isotopic components in methane make it uncertainty to constrain the methane formation temperature. Above all, it needs us to understand the factors controlling the clumped isotopolues distribution and to know how to predict the non-equilibrium of clumped isotopolues. In this project, we design pyrolysis experiments to mimic the distribution of the clumped isotoplogues in thermal methane from two coals and some special materials. According to the difference of ∆18 values among samples at serial pyrolysis temperatures from those different source rocks, the trend of clumped isotopologues in thermal methane (non-equilibrium anti equilibrium) during pyrolysis experiments will be gotten. Compared to the various conditions in pyroysis experiments, the factors will be constrained in controlling the clumped isotopologues distribution. Natural gases will be collected and used to verify the results. Based on the results, we will propose a kinetically model of the evolution of the clumped isotopologues in methane with temperature and time. Also a model will be set up through which we can predict the non-equilibrium. This project will help us to understand the non-equilibrium distribution of clumped isotopologues in other materials. It will help us to clear the mechanisms of natural gases accumulations in the complex geological basins of our country.
簇同位素是继传统单元素同位素之后又一技术革命,作为温度计广泛应用于各领域重大基础问题的解决。甲烷簇同位素技术继碳酸盐之后获得成功开发,可大大突破天然气成分简单、可用信息少、研究手段受限的不足。然而,簇同位素组成非稳态现象时有发生,其偏离热力学平衡状态而无法反应生成温度,在生物成因和热成因甲烷中均有发现,为技术应用和发展带来不确定性。这就亟需我们查明造成簇同位素非稳态的因素并能够预测偏离及程度。本项目拟通过对比不同类型煤及特殊化合物热动力学模拟实验中甲烷簇同位素组成演化规律,通过分析实验过程中各种条件变化,结合地质盆地内甲烷簇同位素组成自然分布规律,查明热成因甲烷簇同位素非稳态形成机理及影响因素;通过数值模拟,建立预测模型;并对我国典型气藏分析,揭示天然气成藏机理;为深地领域资源勘探提供技术支撑,为发展天然气地质理论、簇同位素理论奠定基础。

结项摘要

项目基于物理模拟与数值模拟,通过对典型气藏解剖,通过收集世界相关类型天然气藏数据,详细研究了生物气、深层气、页岩气等类型天然气甲烷簇同位素平衡与分馏机制,建立了不同类型甲烷簇同位素不平衡主要控制因素与地质模式,取得了一系列认识,圆满完成了合同设定的任务。主要创新性成果有:(1) 建立了甲烷生成过程簇同位素动力学模型,成藏后期甲烷扩散同位素动力学分馏模型和多来源混合模型,甲烷聚合反应同位素分馏模型、甲烷氢同位素交换反应同位素分馏模型。查明甲烷簇同位素随着成熟度演化规律性,提出热成因甲烷簇同位素更易受动力学因素(KIE)影响,打破了常规上认为甲烷簇同位素只受热力学平衡(EIE)控制。为簇同位素技术开发和应用奠定了基础;(2)基于生物甲烷簇同位素平衡与不平衡特征及与常规参数之间关系,构建了一种快速准确评价生物甲烷生成机制的模型。该模型对监控生物气产生、成藏,地质微生物圈层变化具有重要意义,可灵敏反映生物甲烷的微小变化,未来检测浅层碳源原地生物气化发挥重要作用;(3)发现四川盆地高磨地区震旦系~寒武系深层天然气明显受TSR改造影响、沥青和天然气之间不具备亲子关系而是姊妹关系;构建超晚期差异压差驱动天然气成藏机制,并建议前寒武系天然气勘探应打破‘古油气区找气’的流行看法,应围绕高效页岩发育区设定勘探目标;(4)揭示松辽深层天然气簇同位素表观温度处于180~220oC,跟天然气干燥系数、CO2含量、甲乙烷分馏系数等等参数之间的关系证明烷烃气主要来自高过成熟煤系。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
天然气组分的簇同位素研究进展
  • DOI:
    10.19658/j.issn.1007-2802.2018.37.094
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    矿物岩石地球化学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    帅燕华;张水昌;胡国艺
  • 通讯作者:
    胡国艺
Recognizing the pathways of microbial methanogenesis through methane isotopologues in the subsurface biosphere
通过地下生物圈中的甲烷同位素体认识微生物产甲烷的途径
  • DOI:
    10.1016/j.epsl.2021.116960
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Earth and Planetary Science Letters
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Shuai Yanhua;Xie Hao;Zhang Shuichang;Zhang Yongshu;Eiler John M.
  • 通讯作者:
    Eiler John M.
四川盆地深层前寒武系天然气超晚期成藏及勘探意义
  • DOI:
    10.19762/j.cnki.dizhixuebao.2021141
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    地质学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    帅燕华;刘克禹;胡国艺;王铜山;田兴旺;张斌;陈竹新
  • 通讯作者:
    陈竹新
Equilibrium and non-equilibrium controls on the abundances of clumped isotopologues of methane during thermogenic formation in laboratory experiments: Implications for the chemistry of pyrolysis and the origins of natural gases
实验室实验中产热形成过程中甲烷团簇同位素体丰度的平衡和非平衡控制:对热解化学和天然气起源的影响
  • DOI:
    10.1016/j.gca.2017.11.024
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Geochimica et Cosmochimica Acta
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Shuai Yanhua;Douglas Peter M J;Zhang Shuichang;Stolper Daniel A;Ellis Geoffrey S;Lawson Michael;Lewan Michael D;Formolo Michael;Mi Jingkui;He Kun;Hu Guoyi;Eiler John M
  • 通讯作者:
    Eiler John M
Methane clumped isotopes in the Songliao Basin (China): New insights into abiotic vs. biotic hydrocarbon formation
松辽盆地(中国)的甲烷团块同位素:对非生物与生物碳氢化合物形成的新见解
  • DOI:
    10.1016/j.epsl.2017.10.057
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    EARTH AND PLANETARY SCIENCE LETTERS
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Shuai Yanhua;Etiope Giuseppe;Zhang Shuichang;Douglas Peter M. J.;Huang Ling;Eiler John M.
  • 通讯作者:
    Eiler John M.

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其他文献

运移、扩散、水洗对鄂尔多斯盆地中部上古生界煤成气影响的模拟研究
  • DOI:
    10.1360/csb2004-49-s1-86
  • 发表时间:
    2004-12-01
  • 期刊:
    Chinese Science Bulletin
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    帅燕华;邹艳荣;彭平安
  • 通讯作者:
    彭平安
柴达木盆地三湖地区产甲烷作用仍在强烈进行的地球化学证据
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国科学D辑:地球科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苏爱国;帅燕华;王汇彤;王慧;张水昌;蔡报元
  • 通讯作者:
    蔡报元
陆相生物气纵向分布特征及形成机理研究——以柴达木盆地涩北一号为例
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国科学D辑:地球科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张水昌;苏爱国;王汇彤;赵文智;帅燕华
  • 通讯作者:
    帅燕华
古菌细胞膜类脂化合物分析与初步应用——柴达木盆地沉积地层盐度与产甲烷菌分布
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    地质学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵文智;苏爱国;张水昌;黄海平;帅燕华;王汇彤
  • 通讯作者:
    王汇彤
微生物在生物煤层气形成中的作用及影响因素研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    地球与环境
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蒋宏忱;万云洋;魏晓芳;帅燕华
  • 通讯作者:
    帅燕华

其他文献

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帅燕华的其他基金

氮气簇同位素平衡与分馏机理及在深层油气勘探中应用
  • 批准号:
    42272139
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    60 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于柴达木盆地第四系地质微生物赋存规律研究生物气生气模式
  • 批准号:
    41273064
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    75.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
生物气形成的母质来源研究:活性有机质保存机制
  • 批准号:
    40873031
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    44.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
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    40603015
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
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相似国自然基金

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相似海外基金

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  • 项目类别:
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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