[论文解读] Enhanced Prognosis for Abiotic Natural Gas and Petroleum Resources

J. Marvin Herndon|arXiv (Cornell University)|Mar 26, 2006

Hydrocarbon exploration and reservoir analysis参考文献 19被引用 7

一句话总结

本文提出了一种地球形成的修订模型，认为地球最初是类似木星的气态巨行星，该模型为非生物自然气和石油资源提供了新见解。通过重新诠释核心形成与地幔动力学，引入整体地球减压与热海啸过程，该研究提升了对深部地球烃类生成的预测能力，表明在高压高温条件下，地壳底部可能成为非生物甲烷的储集层。

ABSTRACT

The prognosis for potential resources of abiotic natural gas and petroleum depends critically upon the nature and circumstances of Earth formation. Until recently, that prognosis has been considered solely within the framework of the so-called "standard model of solar system formation", which is incorrect and leads to the contradiction of terrestrial planets having insufficiently massive cores. By contrast, that prognosis is considerably enhanced (i) by the new vision I have disclosed of Earth formation as a Jupiter-like gas giant; (ii) by core formation contemporaneous with raining out from within a giant gaseous protoplanet rather than through subsequent whole-Earth re-melting after loss of gases; (iii) by the consequences of whole-Earth decompression dynamics, which obviates the unfounded assumption of mantle convection, and; (iv) by the process of mantle decompression thermal-tsunami. The latter, in addition to accounting for much of the heat leaving the Earth's surface, for the geothermal gradient observed in the crust, for substantial volcanism, and possibly for earthquake generation as well, also might enhance the prognosis for future abiotic energy supplies by pressurizing and heating the base of the crust, a potential collection point for abiotic mantle methane or other mantle-derived carbon-containing matter.

研究动机与目标

• 挑战标准太阳系形成模型，该模型无法解释类地行星核心质量过小的问题。
• 通过提出地球曾为气态巨行星并失去大气层的假设，解决行星核心形成中的矛盾。
• 通过减压动力学而非地幔对流，解释地热梯度、火山活动与地震活动。
• 提出地幔减压热海啸过程可能创造有利于非生物烃类形成的条件。
• 通过识别地幔来源碳化合物在地壳底部的潜在储集层，提升未来非生物能源供应的预测能力。

提出的方法

• 提出一种新的地球形成模型，认为地球起源于类似木星的气态巨行星，并拥有巨大核心。
• 以核心在巨型原行星大气沉降过程中形成，取代标准模型中气体损失后整体地球重熔的假设。
• 引入整体地球减压动力学作为驱动地热梯度与热流的机制，从而无需依赖地幔对流。
• 将地幔减压热海啸建模为一种动态过程，可加热并压缩下地壳。
• 将此动态框架应用于解释观测到的地球物理现象，包括火山活动与潜在地震生成机制。
• 利用地壳-地幔边界处的高压高温条件，预测非生物甲烷合成的有利环境。

实验结果

研究问题

• RQ1 将地球形成重新解释为气态巨行星，如何提升对非生物天然气与石油资源的预测？
• RQ2 在不依赖地幔对流的前提下，何种机制可解释地热梯度与热流？
• RQ3 减压动力学与热海啸波能否解释观测到的火山活动与地震活动？
• RQ4 地壳底部在非生物烃类潜在聚集中扮演何种角色？
• RQ5 缺乏地幔对流如何影响深部地球烃类的形成与迁移？

主要发现

• 修订后的地球形成模型（作为气态巨行星）解决了标准模型下类地行星核心质量不足的矛盾。
• 核心形成被重新解释为发生在巨型原行星大气沉降过程中，而非气体损失后的重熔。
• 整体地球减压动力学可解释地热梯度与热流，而无需依赖地幔对流。
• 地幔减压热海啸过程可产生足够的热量与压力，可能在地壳底部驱动非生物烃类合成。
• 由于高压高温条件，地壳底部被识别为非生物甲烷及其他地幔来源碳化合物的合理储集层。
• 该模型通过提出一种动态且地质上合理的深部地球烃类生成机制，提升了未来非生物能源供应的预测能力。