生物氣

生物氣是在低溫條件下通過厭氧微生物分解有機物而生成的，以甲烷為主，含部分二氧化碳及少量氮氣和其它微量氣體組分。廣義的生物氣指在微生物作用下生成的所有天然氣，包括原生生物氣和表生菌解氣，不包括經歷了生物氧化降解的天然氣。通常出現在較淺的未成熟沉積物中，它們在地史過程中對碳循環起重要作用，大氣中約80%～90%的甲烷為生物氣，是溫室效應的主要來源。

基本介紹

• 中文名：生物氣
• 外文名：biogas
• 拼音：shēng wù qì
• 化學特徵：化學成分和同位素組成

形成成因

生物氣的形成途徑主要有乙酸發酵和二氧化碳還原兩種。沉積物中氧化劑的性質決定了反應過程，如果有游離氧存在，則以有氧分解為主，之後硝酸鹽還原起主要作用，接著金屬氧化物（MnO2和Fe2O3）成為主要氧化劑，隨後進入硫酸鹽還原帶，最後進入產甲烷菌還原帶，由各種微生物分解出的單分子化合物被產甲烷菌還原形成甲烷。由於沉積物中氧化劑的局限，有機質分解的主要反應是硫酸鹽還原和甲烷形成。

塑膠生物氣輕便桶

化學特徵

鑑別生物氣最有用的特徵是它的化學成分和同位素組成。甲烷與乙烷及其以上烴的比值常常同甲烷的δ13C值一起來區分生物氣與熱解氣。不同源，不同運移路徑的天然氣以及遭受細菌氧化的熱解氣混合可以使其組成和同位素數據發生顯著的變化，在一個封閉的儲集系統中，通過CO2減少而生成的生物氣與熱解氣有著相似的δ13C值。兩者重疊的程度取決於遭受細菌作用而減少的CO2的δ13C值。目前，國內外大多數學者認為，生物氣中甲烷含量在90 %以上，乙烷以上的重烴含量微弱，並含少量N2和CO2，生物氣δ13C1值一般小於- 55‰最小可到-110‰，生物氣富含輕碳同位素12C，這是厭氧微生物在甲烷生成時引起的分餾作用造成的。甲烷氫同位素值為- 190‰可作為區別陸相生物氣( - 190‰)的鑑別標準。

生物氣溶膠實時監測儀

分布地區

生物氣埋藏淺，分布廣泛，在加拿大、德國、義大利、西班牙、日本、前蘇聯、美國、中國等數十個國家都發現了具工業價值的生物氣藏，生物氣藏是非常規氣藏的一種類型(Shurr and Ridgley ，2002)，世界上發現的天然氣儲量中20 %以上屬於非常規生物氣，甚至可達到2 5 %～3 0 %.在美國，波蘭和義大利存在不少生物氣藏，其中墨西哥灣和阿拉斯加的庫克灣是最重要的生物氣田區(Shurr and Ridg2ley ，2002).西西伯利亞盆地具有占世界儲量1/ 3的巨大天然氣資源，是生物氣和熱解氣的混合氣.非常規生物氣藏一般存在於三角洲大陸架和陸相等環境中，儲層時代主要為白堊紀，古近紀，新近紀和第四紀，最老的是美國密執安盆地的中—晚泥盆世Ant rim頁岩和阿巴拉契亞盆地泥盆紀頁岩的生物氣，生物氣藏的埋藏深度可以從幾十米到上千米，一般小於1 500 m。就生物氣儲量而言，白堊紀儲層的儲量最豐富，古近紀，新近紀次之，第四紀生物氣藏的規模一般較小。

研究現狀

長期以來，由於人們對生物氣認識不足，認為其雖易在淺層沉積物中生成，但也易於散失，難以大量聚集成藏，經濟效益低，不能與深層大氣田相比，因此，國內外雖有發現，但也沒有引起人們的足夠重視。直到上世紀70～80年代，石油價格的不斷上升及勘探技術的提高，使生物氣藏的勘探開發呈現出投資少，見效快的特點，並逐漸引起人們的重視.國外相繼發表了一些論文，從微生物學基礎和地質地球化學特徵方面，論述了生物氣的生成機和聚集條件，探討了生物氣的鑑別標誌和遠景儲量。20世紀90年代，人們對海洋沉積物中的氣體成因，甲烷形成的微生物作用過程，氣體地球化學特徵，氣體形成途徑，氣體運移特徵和檢測手段，成藏基本條件等給予更多注意。由於生物氣分布廣泛，埋藏淺，依據現有技術手段在地質上可以預測，國外已將其列為研究和勘探的重要對象。世界範圍記憶體在眾多的白堊紀，古近紀和新近紀生物氣藏，最重要的生產區是西西伯利亞地區。埋藏較淺的全新世沉積物中的生物氣也得到了一些地質學家的關注。然而，把分布在全新世沉積物中，埋深小於100 m的生物氣作為單獨勘探開發對象，運用系統的有針對性的技術，並發現了具工業性或商業性生物氣田，獲得一定經濟效益的勘探工作還不多見。

我國對生物氣研究及勘探工作重視夠，除柴達木盆地，浙江外，其它地區並未開展過針對生物氣的系統勘探工作。國內已發現的生物氣多是其它油氣勘探或開發的副產品。20世紀80年代我國對生物氣進行了初步探討，分析了生物氣形成途徑，鑑別標誌，生成和聚集的控制因素等方面的問題，“七五”至“八五”期間，生物氣的研究納入國家科技攻關項目，主要從沉積學，地球化學，微生物學和天然氣地質學方面，論述生物氣的生成機理，形成和富集條件，地球化學特徵和鑑別標誌等，取得了豐碩的成果，這一切對我國生物氣勘探和成藏理論研究有著重要的意義。我國於1990年對全國30多個盆地和12個海相沉積區塊的4種類型氣，即煤成氣，碳酸鹽岩氣，湖相腐泥伴生氣及高熟—過熟氣和生物氣，採用統一的原則和方法—氣發生率法，分別計算了其資源量。但這些大都是針對1 000多米深的生物氣研究，儘管這些研究成果也涉及深度小於200 m的生物氣主要表現在生物氣的模擬實驗過程中，然而其研究程度比較低，也不系統。目前對國內第四紀生物氣進行較為系統研究地區的有柴達木盆地東部，浙江沿海原，長江三角洲，鶯—瓊盆地和洞庭湖盆地，其中具工業或商業產能的是柴達木盆地東部，鶯—瓊盆地和浙江海平原。雲南昆明盆地新近紀—第四紀生物氣也具有一定的開發前景。最近有人對松遼盆地大慶長垣以西和濱州線以北地區第四系進行研究後，認為該地區具有形成生物氣藏的有利條件，可以組成多個生儲蓋組合，有利於生物氣聚集成藏。

遠景狀況

根據馮福等人(1995)計算，我國生物氣資源量約為2166×1012立方米，這表明我國生物氣具有良好的勘探前景。在我國東部各中，新生代盆地中，第四系和新近系沉積厚度達1 000～2 000 m ，先後都鑽遇了生物氣。如松遼盆地近30年的油氣勘探開發，水文地質鑽孔和民用水井施工中，在0～1 000 m深度範圍內陸續發現了很多天然氣藏和天然氣顯示，層位上也分布在第四系和新近系的大安組，第四系埋藏深度在57～82 m ，與杭州灣兩岸的淺層生物氣藏埋深基本一致;大安組埋深相對較深，為134～238 m。研究表明這些天然氣絕大多數屬於生物甲烷氣。實際生產生活中也時常出現生物氣顯示，比如在齊家，薩西地區村民打水井過程中，常常見到逸出的氣體，其遇火可燃;水文地質隊在林甸地區打淺井時曾有天然氣噴出。在渤海灣盆地和濟陽坳陷也都有生物氣的發現。我國西部各含油氣盆地，一般都具有形成像柴達木盆地生物氣藏的地質條件，因此，也有良好的

勘探前景。我國東南沿海三角洲平原第四紀生物氣的生氣量達到6 000×108立方米左右，按5 %估算資源量為300×108立方米，其中，杭州灣地區晚第四紀總生氣量約為2 445127×108立方米，資源量約為122×108立方米。古黃河口，古長江口，古錢塘江口，古珠江口等三角洲平原可以形成一些小型的生物氣藏。我國黃海，東海和南海海域第四紀和新近紀都有一定厚度的沉積，也具有一定的勘探開發前景。

經濟意義

生物氣的經濟意義也相當明顯。20年前的估計顯示它占全球天然氣資源的20%。近年來隨深部生物圈研究程度的不斷深入，發現微生物賦存深度可以很大，微生物活動持續時間很長，生物氣儲量比以前的預計要高。另外，除近代沉積物外，煤、富有機質頁岩和原油生物降解均能形成大量生物氣。它們對天然氣生產也能作很大貢獻。經濟發展和環境對潔淨能源需求都需要天然氣，隨常規油氣資源的逐漸枯竭，未來天然氣勘探在很大程度上依賴於生物氣的發現。