长安大学地球科学与资源学院 陕西西安 710064
摘要：气体在地球演化历程中扮演着十分重要的角色，诸如大气圈的形成、演化，地球内部状态和动力学过程，板块运动、构造活动、地震活动、火山活动、成矿作用及全球气候和环境的演变。可以说，气体在地球系统的质量和能量再分配方面起着非常重要的作用。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。近年来，对各类地球气体进行了大量的研究，涉及众多的研究领域，包括：地震机理和预报、火山喷气作用、油气和天然气以及其它矿产资源勘探、温泉及地质成矿等。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。气体参与成矿作用的积极作用，使开展成矿作用的气体地球化学研究成为资源勘探开发的一个重要问题。气体地球化学为研究查明成矿流体活动过程和成矿机制提供了一条新思路。
关键词：流体地球化学；气体地球化学；
一、气体地球化学概念及研究范围、发展态势
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[1]。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。
2. 气体地球化学的研究范围
自然界存在的各种气体根据气体组分的特征，可将其分为三种类型，即以甲烷为代表的烃类气体，以CO2、N2、O2、H2、H2S等为代表的非烃类气体和周期表的零族元素—稀有气体。
其中烃类气体是天然气中占优势的气体成分，是优质的能源资源和化工原料，在国民经济建设和社会进步中占有十分重要的地位。烃类特别是甲烷参与各种地质作用、成矿作用已引起人们的强烈关注。甲烷是“温室气体”之一，其环境意义更引起广泛的兴趣。烃类气体地球化学或天然气地球化学是气体地球化学中历史悠久，发展最快，成果最多的一个分支领域。
非烃气体在某种意义上也是重要资源，如CO2气藏。非烃气体早在人类观察火山活动、利用地热资源的过程就作了大量的工作，积累了丰富的资料。非烃气体的化学活动性，使得它们在参与各种地球化学过程中起着非常重要的作用。但正是由于它们的化学活动性，使得其参与的过程变得复杂而难以捉摸。
气体地球化学研究涉及地球的各个圈层，各具特征又相互联系、制约，构成了气体地球化学学科研究的一个完整体系。按地球各圈层的概念，可将气体地球化学的研究范围归结为：
（1）近地表
气体直接参与地球表生作用过程，构成地-气、水（海洋、陆地水）-气和生物（包括人类）-气的诸多耦合关系，成为当前研究过去和现代气候和环境演变的重要场所。地球深部过程引起的“脱气作用”在整个地质历史中，直接参与和影响了表生作用过程，在某些演化阶段甚至是十分强烈的。诸如，大气圈、水圈的形成和演化。地震和火山活动中大量地球内部气体的释放对地球气候和环境的影响。
（2）上地壳
上地壳是地球内部过程的重要场所。气体参与这些过程所起的作用和作为资源（如天然气、氦、二氧化碳等），以及参与成矿作用所扮演的角色是研究、解决地质灾害问题和资源勘探的重要研究领域之一。
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（3）下地壳-地幔
深部地质研究是当前地球科学发展的前沿研究领域之一。深部地质研究的重点是上地幔，上地幔的研究核心则是软流层（体）。研究地幔流体（气体）的运动，对于地壳构造（板块、裂谷等）作用、岩浆作用、变质作用、内生成矿作用的影响和参与是气体地球化学领域极富探索性和重要的研究方面。深源气体作为深源成矿作用和深部过程的示踪剂已引起科学家们的特别关注[2]。
（4）地球整体
当代宇宙科学研究成果表明，太阳系各天体大致是在相同的时间（约4.55Ga前）从原始太阳星云凝聚而成。地球是太阳系的一员，要认识了解地球，无疑通过比较行星地质学研究，通过与陨石的对比研究，可获得地球原始状态的重要信息[3]。
研究表明，行星大气化学成分主要决定于行星的质量、表面温度及行星与太阳距离等因素。对类地行星而言，由于距太阳较近，原始气体几乎被驱赶殆尽。地球和金星由于它们的质量所决定的气体逃逸速度和后期的脱气作用，现今在大气是次生大气，而类木行星的大气迄今仍保持着形成时俘获的星云原始气体。通过对比行星大气化学成分、陨石有机质及星际有机分子研究，阐明了地球从太阳星云俘获的原始烃类气体是非生物成因天然气藏的主要物质来源。
3. 气体地球化学发展态势
当今世界社会文明的发展在很大程度是以地球资源（包括一次性能源）的开展利用为基础，全世界大多数国家都将资源的勘查开发与合理利用列为经济建设的重要问题之一。对于在世界经济活动中具有举足轻重地位的一次性能源（煤、石油、天然气等），气体地球化学的理论和技术在勘探开发中无疑会起着重要作用。同时在煤、石油、天然气开发利用过程中带来的环境问题在很大程度又与气体有关。
气体参与成矿作用的积极作用，使开展成矿作用的气体地球化学研究成为资源勘探开发的一个重要问题。地震、火山均是严重危及人类生存、社会发展的自然灾害，尤其是大规模的地震。地震预测是现代科学中最困难而又最为迫切需要解决的问题之一。探索地质灾害过程中气体的地球化学行为和可能提供的科学信息是气体地球化学学科发展的另一个重要方面。
全球环境和气候的演变与资源、灾害问题构造了人类所面临的，急待解决又十分困难的三大问题。也是气体地球化学发展和研究的重要领域。
从地球科学的发展来看，地球各国层物质的分布状态，动力学过程、演化规律及其相互制约、影响关系既是当今地球科学的最重要的研究内容，也是气体地球化学的基本研究领域。
二、总结
气体地球化学的研究是当前地质流体研究的重要领域，也是进行矿产预测和评价的重要基础和前沿，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[4]。气体参与成矿作用的积极作用，使开展成矿作用的气体地球化学研究成为资源勘探开发的一个重要问题。气体地球化学为研究查明成矿流体活动过程和成矿机制提供了一条新思路。气体地球化学在国际学科发展前沿与众多的其它学科交叉渗透，随着研究的深化，不仅会出现许多新的成果，而且必然会形成一些新的科学思维、理论、方法和概念，进而建立和完善气体地球化学学科体系。气体地球化学是地球科学中的新兴前沿学科，也是人类用以深入认识地球的重要手段之一[5]。气体地球化学通过研究天然气体的地球化学特性，探索地球内部物质的演化、动力学过程。其研究范围涉及地球各圈层，大气-水圈-生物圈-地壳-地幔-地核，从整体进行综合研究，以达到深入认识地球。
参考文献:
[1] 徐永昌.气体地球化学研究述评[J].学科进展与研究，1990，1：15-18
[2] 中国科学院地球化学研究所.高等地球化学[M].北京：科学出版社，2000.
[3] 王先彬，李春园，陈践发等.论非生物成因气[J].科学通报，1997，42（12）：1233-1241.
[4] 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[J].科技风，2013(12)
[5] 张德会.关于成矿作用地球化学研究的几个问题[J].地质通报，2005, 24（10-11）：885-891.
论文作者:卢志岩
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
标签：地球化学论文; 气体论文; 成矿作用论文; 地球论文; 过程论文; 作用论文; 成矿论文; 《防护工程》2019年第3期论文;