王瑜铭
长安大学 陕西西安 710064
摘要：本文首先阐述了气体地球化学的概念和分类，从烃类气体、非烃类气体、稀有气体三个方面分析了气体地球化学的研究现状，进而提出了气体地球化学的研究依据。最后，探讨了气体地球化学在断层测量、矿产勘查、地震预测、工程安全中的应用及与火山活动的某些联系。其次介绍了环境地球化学的概念，城市化是当今世界发展的必然趋势，随着工业化进程的加速，城市的数量不断增多、规模不断增大。城市是人类集中居住和活动的场所，人类活动对环境的干扰使城市成为自然环境变化最大的地区，从而导致一系列环境问题的产生，危及城市环境的可持续发展。在这种背景下，环境地球化学是必然产生的一个新的分支学科。从地球化学的角度来研究城市环境问题日益成为城市环境可持续发展的必然使命。本文对城市环境地球化学进行了系统的研究，涵盖城市环境地球化学学科上的概念；发展现状；研究内容及其发展趋势等问题。城市环境地球化学的研究不仅对解决城市环境问题具有重要的实际意义，并开拓了地球化学研究的新领域，对促进地球化学学科的发展，具有重要的理论意义。
关键词：气体地球化学；矿产勘查；城市地球化学；环境
引言
气体地球化学在研究全球环境演变、大气和水圈成因及演化、矿产资源勘探与预测、地震预报与机理、火山喷发、工程建设等方面都有重要应用，但在 1979 年前，作为学科起始阶段“气体的地球化学（Geoche- mistry of Gases）词条出现在论文或专著中还不到 40 条，其研究领域也主要局限在资源（天然气、地热）方面。直到 1984 年美国夏威夷召开的《火山、地震、资源勘探和地球内部的气体地球化学》国际学术会议上“气体地球化学”第一次以一门学科名字（Gas Geochemistry）的形式出现。气体地球化学才为人熟知，经过了三十年的发展，如今的气体地球化学已经运用到地质行业的许多方面[1]。
1 气体地球化学的概念
气体地球化学是研究自然界呈气态的元素及化合物的形成、运移、聚集和分布规律的科学。主要是指元素周期表中的H、N、O、S、卤族和稀有气体等形成的单质和化合物。根据气体组分的特征，可将其分为三种类型，烃类气体、非烃类气体以及元素周期表中的零族元素 （徐永昌，1992）。气体地球化学主要是研究这些气体的地球化学特征、成因类型、运移、积聚规律及其所参与的地球动力学过程和表征的地质学意义[1-2]。
2 气体地球化学的研究现状
（一）烃类气体的研究
1948 年熊寿生就提出了天然气的分类方案，但现阶段有学者提出将天然气分为有机成因气和无机成因气两类，如下表所示。此外，天然气的多源多阶段演化越来越受到重视，许多研究者 （戴金星、廖永胜等）先后用数理方法回归出天然气与源岩有机质成熟度Ro之间的关系。
（二） 非烃类气体
非烃类气体主要指 CO2、N2等。80 年代以来，戴金星（1985）、熊寿生（1984 等分别研究了 CO2气藏的特点及成因，认为我国的CO2气藏主要有三种类型：火山岩成因、岩石化学成因和煤系成因[3]。
3 气体地球化学的研究依据
目前，我们将 CH4、H2S、CO2、Hg、Rn、He 等气体作为研究对象，与自然界其它气体相比，这些气体具有如下特点：（1）气体的穿透能力强。在地下高温、高压的驱动下，气体的穿透能力和挥发性极强，这是气体测量的基础[4]。例如汞、氦、烃气可以穿透几百米甚至上千米的上覆岩层和疏松层进入地表。气体良好的渗透和扩散能力是气体测量寻找深部矿产的物理基础。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆（2）气体具有垂直向上的运移机制。气体的垂直运动能力远大于其水平运动的能力，利用这一点，能够探测到地下的隐伏矿床和深部矿，以及勘探油气的分布范围。（3）气体浓度低。气体从地下深处向地表运移的过程中浓度不断减小，因此对仪器的灵敏度要求较高。（4）稳定性差。在不同时间，土壤或岩石中备测气体的浓度差别大[5]。
4 气体地球化学的应用
（一）气体地球化学与断裂
通过对富蕴地震断裂带北段4个横切断裂测线的地球化学土壤气体 Rn、Hg、CO2和 He 的探测与分析，发现断层破碎带上测点处的气体含量普遍高于断裂两侧，极震区地下气体逸出量明显高于外围地区，其脱气强度与地震烈度分布基本吻合（蔡仲琼，2000）。海原断裂带东南段端部土壤气中He和CH4有显著异常，并且脱气强烈；土壤气中H2和Rn是指示海原断裂东南段破裂位置非常有利的气体组分，在靠断裂中部通量最高；土壤气中 Hg 在断裂带的异常可作为指示断裂破裂位置的参考指标 （周晓成，2011）。郯庐断裂带温泉内也有气体产出，气体成分以 N2为主 （多数大于 90%），CO2含量较低（多数小于 1%），也证明了断裂与气体地球化学有一定的联系（刘德良等，2001）。
（二）气体地球化学在矿产勘查中的应用
地球化学勘查是一种重要的矿产勘查方法，在危机矿山找矿中能够发挥重要的作用。气体地球化学是地球化学勘查中一种非常规的地球化学方法，通过研究并利用与深部矿化有关的标志，提取与深部矿化有关的信息方法，可用于发现隐伏矿床[6]。
（三）气体地球化学与工程安全
气体地球化学主要是通过对断裂构造的勘察和评价以保证工程安全的。运用气体地球化学可以：1） 确定断层的位置、规模和产状；2）定性分析断层的活动性；3） 研究断层的切割深度或断层性质。最终达到保证工程安全的目的[7]。
（四）气体地球化学与火山活动
2003 年，长白山天池火山的CO2（岩浆来源）体积分数升高，He和CH4体积分数出现了明显的趋势性转折；2004年其 CO2体积分数降低，He 的体积分数和锦江泉群的 CH4体积分数仍就升高。期间2 个泉群的 3He/4He比值表现出明显的异常变化对应关系[8]。由此推断岩浆来源气体 CO2，He，CH4的含量及 3He/4He 比值等是监测火山区深部岩浆活动比较敏感的地球化学参数，可以在预测火山喷发、火山地震活动中发挥一定的作用（高玲等，2006）。在五大连池火山区，地慢挥发分通过地壳不断向地表释出，现今仍有大量的深源物质、能量向地壳浅部运移 （杜建国等，1999）。中国休眠火山区岩浆来源气体的地球化学特征，也证明了气体地球化学在火山活动中很好的指示作用[9]。
参考文献：
[1]徐永昌. 气体地球化学研究述评[J]，地球科学进展，1990.
[2]崔熙琳,汪明启等. 金属矿气体地球化学测量技术新进展.物探与化探，2009，33（2）.
[3]曾令森,许志琴,罗立强等.CCSD 在线流体监测捕获的气体地球化学异常与 2004 年 9.3 级苏门答腊地震可能的超远程关系[J].岩石学报,2005.
[4]谢学锦,王学求. 战术性与战略性的深穿透地球化学[J].地学前缘,1998,5(1- 2):171.
[5]郭涛，徐世光等. 气体地球化学在环境资源领域的研究.内蒙古科技与经济，2015,17.
[6]汪成民,李宣瑚,魏柏林主编.断层气测量在地震科学中的应用[M].北京:地震出版社,1991.
[7]上官志冠,武成智.中国休眠火山区岩浆来源气体地球化学特征[J].岩石学报,2008.
[8]戴金星等. 中国东部无机成因的二氧化碳气藏及其特征.中国海上油气，1994.
[9]周广法，曾现虎，吴元伟. 气体地球化学的研究现状与研究进展. 经济管理，2013.
论文作者:王瑜铭
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/10/10
标签：地球化学论文; 气体论文; 成因论文; 火山论文; 断层论文; 岩浆论文; 城市环境论文; 《防护工程》2018年第11期论文;