无机成因二氧化碳气-水界面交换反应表征与机制

第42卷第7期2017年7月煤炭学报JOURNALOFCHINACOALSOCIETYV0I．42No．7July2017陈义林，秦勇．无机成因二氧化碳气一水界面交换反应表征与机制[J]．煤炭学报，2017，42(7)：1811—1817．doi：10．13225／j．cnkijCCS．2016．1424ChenYilin，QinYong．Characterizationandmechanismofexchangereactionthroughgas—waterinterfaceofgaseousinorganicC02[J]JournalofChinaCoalSociety，2017，42(7)：1811—1817．doi：10．13225／j．cnki．jCCS．2016．1424无机成因二氧化碳气一水界面交换反应表征与机制陈义林，秦勇(1．中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏徐州221008；2．中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116)摘要：天然气中二氧化碳组分和水体中溶解无机碳构成碳酸平衡体系及碳同位素分馏平衡体系。通过开展无机成因二氧化碳气体的气～水交换实验，揭示了二氧化碳气体在溶解过程中组分体积分数和碳同位素的精细变化。研究发现：在101325Pa和30℃条件下，二氧化碳气体经13h与瓶中水体达到组分体积分数和碳同位素的分馏平衡；初始二氧化碳体积分数为2．0％，平衡后为1．1％；初始c值为一2．5％0，平衡后为一14．6％0，碳同位素分馏幅度高达12．1‰。经气一水界面交换反应，无机成因二氧化碳气体体积分数和碳同位素值随时间变化均可表征为负指数函数。黄河水样cⅢc值为一8．2％0，表明水体中大部分DIC来源于土壤有机质分解释放的CO2；富重碳同位素二氧化碳气体与水体DIC反应平衡后，二氧化碳气体由无机成因经混染改造为有机成因。关键词：无机成因；二氧化碳气体；气一水界面；交换反应中图分类号：P618．11文献标志码：A文章编号：0253—9993(2017)07-1811-07Characterizati0nandmechanismofexchangereactionthroughgas—waterinterfaceofgaseousinorganicCO2CHENYi．1in一．QINYong，(1．KeyLaboratoryCoalbedMethaneResourcesandReservoirFormationPmcessthe朋nEducation，inaUniversity0，MiningandTechnology，Xuzhou221008，China；2．SchoolofResourcesandEarthScience，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221116，China)Abstract：Gaseouscarbondioxide(CO2)innaturalgasanddissolvedinorganiccarbon(DIC)inaqueoussystemareinchemicalandisotopicequilibrium．Agas—waterexchangeexperimentwithinorganicgaseousCO2inaclosedglassbottlewasperformedtoelucidatethemeticulousdynamicchangeinthechemicalcompositionwhengaseousCO2dis—solvesinthewater．TheresultsindicatethattheCO2gasachievedcompositionalandcarbonisotopicequilibriumthroughthegas—waterinterfacewithin13hat101325Paand30cc．TheinitialconcentrationandCco．valuesofgaseousCO2were2．0％and一2．5％0，respectively，andtheequilibriumvalueswere1．1％and一14．6％0，respective—ly，withastrongisotopicfractionation(i．e．，12．1％o)．Duringthegas-waterexchangeanddissolutionofCO2，theCO2concentrationand6”Cco，valuescouldbeexpressedasanexponentialfunctionoftime．The6“CDIcvalue，whichwasapproximately一8