陕西榆林页岩生物模拟产气的研究
近年来，页岩气作为一种新兴能源逐渐被关注和研究，其中生物成因页岩气是在微生物协同作用下产生的非常规天然气。目前对页岩的研究更多的是从地球化学角度或者是成藏条件方面探讨其成因，而对微生物模拟产气的研究相对较少。 本文选择陕西榆林页岩作为研究对象，实验室前期富集产甲烷菌群作为功能菌群，先通过正交实验优化得到最优产气条件。然后，在最优产气条件下进行模拟生物产气，采用系列方法对页岩产气过程、产气前后页岩的物化性质和产气过程中微生物群落演替进行分析，得到的主要结论如下： （1）页岩模拟生物产气的最优条件组合为：接种量15%、培养温度35℃、页岩粒度＜0.125mm，最优条件下40d页岩产甲烷量为30.93μmol。三个因素对实验结果的影响程度，接种量对实验结果的影响最大，培养温度对实验结果的影响最小，页岩粒度对实验结果的影响介于前两者之间。 （2）页岩的产气过程主要分两个阶段，第一阶段产气速度较快（0-20d），第二阶段产气速度趋于稳定（20-50d）。微生物在不同时期对页岩中不同元素的释放产生促进作用，前期（0-20d）促进释放的元素为Ba、Cr、Mn、Ni、Sr，中期（20-40d）促进释放的元素为Cr、Cu、Sr、Zn，后期（40-50d）促进释放的元素为Cr、Sr、Zn。产甲烷混合菌群在产气过程中消耗了部分含羰基和醚键的化合物，产气后页岩中羟基进一步增多。产气后页岩中干酪根石墨化程度和成熟度降低。页岩产气后的结构发生了改变，微生物将较大的芳香环分解成了较小的芳香环。存在R-OH或者R-NH的结构（R为脂肪链）。产气过程中既消耗了轻质有机组分，也消耗了大分子有机物。 （3）产气过程中微生物多样性先减少后增加，产气第40d达到最小。在整个微生物利用页岩产气的过程中，微生物发生了群落演替。原始微生物菌群门水平组成主要为：Halobacterota（嗜盐菌门，93.01%)、Euryarchaeota（广古菌门，0.65%）、Thermoplasmatota（热原菌门，1.37%）、Crenarchaeota（泉古菌门，0.65%）。Halobacterota（嗜盐菌门）为优势菌群；Thermoplasmatota（热原菌门）、Euryarchaeota（广古菌门）丰度发生变化。原始菌群属水平组成主要包含Methanosarcina（甲烷八叠球菌属，44.56%）和Methanosaeta（甲烷鬃菌属，44.63%）。整个产气过程中Methanosarcina（甲烷八叠球菌属）占绝对优势；Methanosaeta（甲烷鬃菌属）在先减小，后略有增大。结合产气前后页岩物化性质变化，推测Methanosarcina（甲烷八叠球菌属）除利用乙酸外，其产气还可以利用甲胺、甲醇、H2/CO2，增加的羟基为Methanosarcina（甲烷八叠球菌属）的大量产气提供了可能。亚氨基产生与Nitrosarchaeum（亚硝基水杨菌属）的代谢过程相关，同时其对CO2的固定，对氢营养型的产气方式起到了一定的抑制作用。
页岩;生物模拟产气;高通量测序;群落演替
中国矿业大学;中国矿业大学(江苏)
硕士
生物化工
何环
2021
中文
P618.13
2021-12-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）