萨尔马谢尔气田（罗马尼亚）中混合型天然气渗漏和井漏现象导致的甲烷和乙烷长期大气排放

《Applied Geochemistry》：Long-term emission of methane and ethane to the atmosphere from hybrid natural seepage and well leakage in the S?rm??el gas field (Romania)

萨尔马谢尔气田是1909年钻探的罗马尼亚首个产气井，1911年关闭后形成复杂的长时期泄漏与自然渗漏协同系统。通过历史重建、地质分析及现代气体通量测量，发现泄漏气体与地下自然渗漏系统混合，导致地面持续排放和燃烧口。估算自1911年以来累计甲烷排放量达10^4吨，乙烷约1吨，证实其为符合罗马尼亚定义的超排放源。该研究揭示了人类活动与自然地质系统长期相互作用的风险。

　　在欧洲的特兰西瓦尼亚盆地，一个历史悠久的天然气田——S?rm??el微生物气田，自1909年第一口生产气井钻探以来，便成为研究化石气体排放的重要案例。这口井，被称为“Sonda 2”，在1911年因气体压力升高而关闭，然而，其关闭后却引发了一系列复杂的气体泄漏现象。这些泄漏并非发生在钻井现场，而是沿着地层向地表扩散，最终形成了今日仍在活动的地面气泡和燃烧点。S?rm??el案例的独特性在于，它不仅展示了人为活动导致的长期气体泄漏，还揭示了这种泄漏与自然渗漏系统之间的相互作用，为全球范围内类似问题提供了重要的参考。

化石气体，包括甲烷和乙烷，是天然气田和地质构造中常见的产物。它们通常通过两种途径进入大气层：一种是人工泄漏，另一种是自然渗漏。人工泄漏多发生在油气开采过程中，如钻井、生产、储存、运输和使用等环节，而自然渗漏则源于地球内部的碳氢化合物释放，常见于石油和天然气沉积盆地以及地热区域。自然渗漏通常与断层或裂隙系统有关，这些地质结构能够拦截受压的流体储层，使气体逐渐渗出地表。由于人为泄漏和自然渗漏往往在相同的地理区域同时发生，大气测量方法在区分这两种来源时可能会遇到困难，这在一定程度上影响了对气体排放量的准确评估。

S?rm??el的案例为这一问题提供了独特的视角。该地区自1909年首次钻探以来，就存在显著的天然气渗漏现象。在钻井和早期生产阶段，由于异常气体压力、浅层气体囊和盐沉积等因素，可能引发气体泄漏事故。然而，当泄漏发生在远离钻井井口的地层中时，情况变得更加复杂。此时，泄漏气体与自然渗漏系统相互作用，形成类似自然渗漏的地面气泡和燃烧点。这种现象使得人为泄漏与自然渗漏的界限变得模糊，增加了对气体来源和排放量识别的难度。

在S?rm??el地区，泄漏气体与自然渗漏气体混合后，仍然在地表活跃。目前，该地区仍然存在持续的甲烷和乙烷排放，其中甲烷的排放量超过20千克/小时。这种高排放量表明，尽管最初的钻井活动已经结束超过一个世纪，但气体泄漏现象依然存在，并且可能与自然渗漏系统相互促进。这种长期的气体泄漏现象不仅对环境造成影响，还可能对当地生态系统和人类健康构成威胁。

为了更全面地理解S?rm??el地区的气体排放情况，研究团队采用了多种方法进行综合分析。首先，通过查阅早期的技术报告，他们重建了钻井和早期生产阶段的事件历史，明确了该地区在钻井之前就已经存在自然渗漏现象。其次，他们进行了广泛的地表气体调查，包括对气泡（气口）和土壤扩散气体的甲烷和乙烷浓度测量，以及对地表水体和浅层含水层中甲烷浓度和碳同位素组成进行分析。此外，他们还对气体排放总量进行了估算，发现自1911年井口关闭以来，甲烷和乙烷的总排放量至少达到了10^4吨和1吨。这些数据为评估S?rm??el地区的气体排放提供了重要的基础。

从化学角度来看，区分自然渗漏和人为泄漏通常依赖于某些特定的指标。例如，自然渗漏气体在迁移到地表的过程中可能会经历后期的地球化学变化，导致二氧化碳的稳定碳同位素组成和C2+烷烃组成发生变化。然而，在S?rm??el地区，由于该地区主要产生的是浅层微生物气，且仅含有微量的C2+烷烃，因此传统的区分方法并不适用。这使得研究团队需要采用其他手段来分析气体来源和排放路径。

在S?rm??el地区，甲烷和乙烷的浓度以及甲烷的稳定碳同位素组成（如δ^13C值）表明，当前排放的气体与地下储层中的气体成分一致。甲烷主要来源于微生物作用，如碳酸盐还原，这与Krézsek等人（2010）的研究结果相吻合。同时，研究团队也确认了乙烷在特兰西瓦尼亚盆地的存在，并发现其能够通过自然渗漏过程释放到大气中。这一发现对于理解该地区的气体系统具有重要意义，因为它表明，尽管该地区以微生物气为主，但仍可能存在更深层的热成因气体系统。

S?rm??el的案例揭示了人为活动与自然地质过程之间复杂的相互作用。在钻井和生产过程中，由于地质条件的变化，可能会导致气体泄漏。然而，这些泄漏一旦发生在远离井口的地层中，就可能与自然渗漏系统相互影响，形成持续的气体排放。这种现象不仅增加了对气体排放来源的识别难度，还可能对环境和气候产生长期影响。因此，研究团队提出了一种描述性模型，用以解释当前泄漏气体与自然渗漏系统之间的相互作用机制。

在研究过程中，团队还发现了一些值得注意的地质特征。例如，S?rm??el地区的地质构造为天然气的迁移提供了通道。这些通道可能包括断层和裂隙系统，它们能够拦截受压的流体储层，使气体沿着特定路径向地表迁移。此外，该地区的沉积层结构也对气体的储存和释放产生了影响。Paleogene和Early Miocene沉积层主要分布在盆地边缘，而Middle-Upper Miocene沉积层则占据了更大的区域。这些沉积层的分布和特性可能影响了气体的迁移路径和排放模式。

研究团队的分析还表明，S?rm??el地区的气体排放不仅受到人为活动的影响，还可能受到自然地质过程的调控。例如，自然渗漏系统可能在一定程度上放大了人为泄漏的影响，使得气体排放更加持久和显著。这种相互作用机制需要进一步研究，以明确其在不同地质条件下的适用性和影响范围。此外，研究团队还提出，该地区的气体系统可能具有更复杂的组成，包括深部热成因气体的成分，这与传统的微生物气系统有所不同。

从环境和气候的角度来看，S?rm??el地区的长期气体泄漏对大气环境产生了显著影响。甲烷是一种强效的温室气体，其全球变暖潜力远高于二氧化碳。因此，持续的甲烷排放可能对全球气候变化产生一定的贡献。同时，乙烷作为一种光化学污染物，也可能对空气质量产生影响。这些影响需要通过长期监测和评估来进一步了解，以便采取相应的措施进行控制和管理。

研究团队的工作不仅限于对S?rm??el地区的气体排放进行分析，还为全球范围内类似问题的研究提供了新的思路和方法。他们采用的历史重建、地质分析和现代观测相结合的方式，为识别和评估长期气体泄漏提供了有效的工具。此外，他们提出的描述性模型也为理解人为泄漏与自然渗漏系统的相互作用提供了理论支持。

S?rm??el案例的重要性在于，它展示了即使在人为活动结束多年后，气体泄漏现象仍可能持续存在。这种现象不仅与地质条件有关，还可能受到自然渗漏系统的调控。因此，研究团队建议，对于类似的历史油气田，应进行更详细的监测和评估，以识别潜在的气体泄漏风险。同时，他们也强调，由于气体泄漏可能具有长期性和隐蔽性，传统的监测方法可能无法完全捕捉其影响，需要采用更先进的技术和方法进行持续观测。

总之，S?rm??el地区的案例不仅揭示了人为活动与自然地质过程之间的复杂关系，还为全球范围内的气体排放研究提供了重要的参考。通过对该地区的深入分析，研究团队希望能够提高对长期气体泄漏现象的认识，并为相关政策制定和环境管理提供科学依据。此外，该研究也提醒我们，即使在过去的油气开采活动结束后，仍然需要关注和管理潜在的气体泄漏风险，以保护环境和人类健康。