天然气水合物开采技术现状

介绍了天然气水合物的研究历程与研究现状,总结了热激法、降压开采法、化学抑制剂注入法、置换法和固体开采法5种天然气水合物开采技术的利弊,从经济和社会角度阐述了天然气水合物商业化开采所面临的机遇与挑战,并提出了相应的应对措施。     

珠江口盆地阳江东凹高含CO2油气藏的类型、成因及成藏过程

通过对阳江东凹高含CO₂油气藏的流体组分组成、P-T相图、原油生物标志化合物、天然气组分及同位素、流体包裹体进行研究,分析了高含CO₂油气藏的类型、成因及成藏过程。结果表明,阳江东凹高含CO₂的油气藏分为3类：第一类为含CO₂溶解气的常规油藏,第二类为含CO₂溶解气的挥发性油藏,第三类为含溶解烃的CO₂气藏。油气藏中原油主要为浅湖-半深湖相及半深湖-深湖相烃源岩成熟阶段的产物,烃类气均为原油伴生气,CO₂属于幔源型无机成因气。EP20-A井原油的充注时期为12～10.7 Ma,CO₂充注时期为5.6～1.7 Ma。EP20-C井存在两期原油充注及两期CO₂充注,第一期原油充注时期为14～6 Ma,为主要充注期,第二期原油充注时期为4～0 Ma,第一期CO₂的充注时期为11～10 Ma,第二期CO₂的充注时期为5～1.5 Ma。根据CO_2<...     

河口红树林湿地CH4通量的日变化研究

甲烷(CH₄)是大气中除CO₂外最为丰富的含碳组分,其浓度以每年0.7%-1.1%的速率递增[1,2].尽管大气CH₄含量仅为CO₂的二百分之一,但却对预计的全球变暖约有20%的贡献率,而CO₂的贡献率约为50%[3,4],由这些数据推算得一个分子的CH₄比一个分子的CO₂(目前最重要的温室气体)的增暖潜值高约80倍.很多研究者对全球大气CH₄的预算结果均表明,湿地是大气CH₄最重要的生物源[5,6],约占全球CH₄源的40%～50%[7].湿地CH₄通量的日变化研究是正确估算大时间尺度下CH₄排放量(如平均年排放量和季节排放量)的基础,因而具有相当的重要性.     

海岸海洋碳循环过程与CO2负排放

海岸海洋接受大量来自陆源的碳物质和营养盐,涉及大量以碳为中心的相互作用,是重要的碳循环海域;同时,该区域也常发育具有良好圈闭条件的储-盖系统,具有明显的CO₂储集潜力。该文以海岸海洋及其下发育的沉积盆地为研究对象,综述了碳物质在海岸海洋中的循环过程、CO₂通量的影响因素和海岸海洋沉积盆地的储碳机理。从“双碳”角度,重点论述了海岸海洋在促进CO₂负排放方面的意义、促进海洋负碳排放的潜在途径和在沉积盆地的储碳潜力及面临的问题。海岸海洋是重要的碳汇区域之一,高效率的微生物碳泵和碳酸盐碳泵是增强海岸海洋CO₂负排放的核心过程;同时,海岸海洋沉积盆地中的储-盖系统,不但提供了额外的CO₂封存空间,也保障了CO₂封存的安全性。未来的研究应以抑制海岸海洋中碳物质向CO₂转化的进程和保障沉积储层中CO₂封存的安全性为主要方向,为CO₂负排放提供理论依据与技术保障。     

基于浮标观测的春季青岛近岸海水pCO2变化及海-气CO2通量研究

利用海-气界面浮标观测得到的高频数据,分析了春季青岛近岸海域海表二氧化碳分压(pCO₂)的变化规律及驱动因素,并对海-气CO₂通量进行了估算。观测期间该海域由大气的碳汇转变为碳源,主要是由海表pCO₂的不断增长所致。对海表pCO₂控制因素进行分析,发现温度升高是pCO₂增长的主要驱动因素,生物过程起到一定的抑制作用。海表pCO₂呈现出日变化特征,温度和生物因素对海表pCO₂日变化的作用均与太阳辐射相关,但两者的作用相反。此外,分析发现浮标的不同采样频率会对海-气CO₂通量估算产生影响,缩短采样间隔能有效降低海-气CO₂通量估算的偏差,提高估算的准确性。     

北部湾东北部春、夏季表层海水CO2分压的24 h变化及其调控机制研究

周日观测对掌握近海碳酸盐体系变化和海-气CO₂交换过程是必要的,有助于降低碳源汇评估的不确定性。针对北部湾东北部的英罗湾-安铺港海域,于2018年4月和8月利用24 h定点逐时采样观测了该区域表层海水碳酸盐体系及相关要素,分析了春、夏季的表层海水CO₂分压(p CO₂)24 h逐时变化规律及其调控因子。观测结果表明,春、夏季p CO₂变化范围分别为530～628μatm和427～748μatm,平均海-气CO2通量分别为(1.7±0.8)mmol/(m²·d)和(1.2±0.8)mmol/(m²·d),均表现为大气CO₂的弱源。其中春季p CO₂ 24 h逐时变化受温度的影响相比夏季更显著,而夏季p CO₂对潮汐作用以及区域内沿岸河流、地下水等淡水汇入引起的生物生产和呼吸代谢过程增强的响应更明显。海水升温主导了春季区域表层高p CO₂的形成,夏季咸淡水的物理混合过程中增...     

CO2升高和阳光紫外辐射对坛紫菜生长和光合特性的耦合效应

大气CO₂持续升高,导致溶入海水中的CO₂增多,海水表层的H+浓度增加,从而引起海洋酸化。为了探讨近岸定生大型海藻对这种环境变化的响应,本文选择经济海藻坛紫菜为实验材料,研究海洋酸化与紫外辐射对藻体生长以及光合特性的影响。实验分两个CO₂处理,分别为正常空气水平(390 ppmv)和高CO₂水平(800 ppmv); 三种辐射处理,分别为全波长辐射(PAB)、滤除紫外线B(PA)和仅接受可见光处理(PAR)。研究结果表明,CO₂培养下的坛紫菜,在仅有可见光(P)或者同时有紫外线A(PA)存在的情况下,显著促进藻体的生长;但在全波长辐射处理下(PAB),这种作用不明显。高CO₂降低了藻体在P和PA处理下的光合作用速率,但对PAB处理作用不显著。高CO₂处理下的藻体,UV-B显著降低了全波长辐射下藻体紫外吸收物质的含量,但在正常CO₂水平下,紫外辐射的作用不显著。这表明高CO₂导致的生长优势被紫外辐射的负面效应所抵消,在全球变化的过程中,紫外辐射的进一步加强在海洋酸化的背景下甚至有可能降低坛紫菜的产量。     

海-气CO2通量实测数据通量计算中误差传递模拟与敏感性分析

海-气CO₂通量估算模型中参数的可靠性是决定模型可靠性的重要因素, 也决定了模型估算结果的可靠性, 因此开展海-气CO₂通量计算模型中误差传递规律与敏感性分析, 对模型参数端元因子的误差控制, 提高模型预测精度和降低不确定性十分重要。但由于模型中参数众多, 且各种参数间彼此相互影响, 使得误差传递过程与敏感性分析十分复杂困难。本文在海-气界面CO₂通量观测建模过程详细分析的基础上, 以海-气界面CO₂分压差的经典通量计算模型为基础, 以实测数据通量计算过程为例, 针对模型中的参数变量, 在假设参数变量的误差正态分布的前提下, 利用Monte Carlo手段分析各参数变量的误差在模型中的传递规律, 并将单因子扰动试验法用于海-气界面CO₂通量建模的参数敏感性分析。模拟和分析结果表明:CO₂通量计算过程中误差经模型传递后的分布规律存在正态分布、指数分布等多种形式;气体交换系数对通量计算结果的敏感性最大, 通量估算中的风速和表层海水温度是必须进行精度控制的关键参数。     

凡纳滨对虾-硬壳蛤池塘综合养殖系统水-气界面CO2通量及其与环境因子的关系

为探究不同凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)池塘养殖系统养殖期间水-气界面CO₂通量及其环境影响因素,以凡纳滨对虾池塘单养系统(L)和凡纳滨对虾-硬壳蛤(Mercenaria mercenaria)池塘综合养殖系统(低密度硬壳蛤LM-L、中密度硬壳蛤LM-M、高密度硬壳蛤LM-H)为研究对象,采用静态箱气相色谱法逐月监测了养殖期间(5—9月)池塘的水-气界面CO₂通量,分析了CO₂通量与环境因子的关系。研究表明：(1)对虾单养系统养殖期间水-气界面平均CO₂通量为-12.66 mg·m^-2·h^-1,整体表现为CO₂的汇;(2) LM-L、LM-M和LM-H综合养殖系统养殖期间水-气界面平均CO₂通量分别为-16.02、-16.48和-36.70 mg·m^-2·h^-1,整体表现为CO₂的汇,随着硬壳蛤放养密度的增加其碳汇能力增强;...     

温度和pCO2对中肋骨条藻释放挥发性卤代烃的影响

挥发性卤代烃(volatilehalocarbon,VHCs)是大气中一类重要的臭氧层破坏者和环境污染物,海洋微藻释放是大气VHCs的重要来源,在调节全球气候中起着至关重要的作用。该研究在2个温度(T=20、25°C)和2个CO₂分压(pCO₂=395、790 mg/L)条件下,模拟研究了温度和pCO₂升高对中肋骨条藻生长和3种VHCs (CHBr₃、CHBr₂Cl和CHBrCl2)释放量的影响。研究结果表明, pCO₂=395 mg/L,T=25°C时,中肋骨条藻的生长情况最佳; pCO₂=790 mg/L, T=20°C时,中肋骨条藻的生长情况最差。温度升高时,CHBr₃、CHBr₂Cl和CHBrCl2的平均浓度分别增加了10.55%、9.45%和12.18%;pCO₂升高时, CHBr₃和CHBrCl2的平均浓度分别降低了19.29%和30....     

急性CO2酸化对菲律宾蛤仔钙壳和呼吸作用的影响

基于渤海表层典型的碳酸盐系统,通过实验室密闭培养实验,分析急性CO₂酸化条件对菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum) CaCO₃形成速率(G)和CO₂呼吸速率(R_C)的影响,以探讨局部海域CO₂酸化的底层海水在潮流或者风海流等因素的驱动下,脉冲式影响贝类栖息地时养殖贝类可能的响应。结果表明,菲律宾蛤仔在急性CO₂酸化条件下发生轻微的钙壳溶解和显著的呼吸抑制。CO₂酸化和菲律宾蛤仔的呼吸作用共同驱动钙壳溶解,溶解速率随Ω_文石下降而升高,G(μmol/(FWg·h))=0.14 × Ω_文石-0.49 (n=12, r=0.95, p<0.01)。活体菲律宾蛤仔钙壳保持稳定的Ω_文石临界值为3.5,而在Ω_文石=1.0的条件下,每天溶解的钙壳相当于贝壳总重的2‰。相较于钙壳溶解,Ω_文石改变对菲律宾蛤仔呼吸作用的影响更大,R_C(μmol/(FWg·h))=0.27 × Ω_文石+0.90 (n =12, r=0.82, p<0.01)。由于呼吸代谢决定了摄食等各种耗能行为的效率,因此本研究的结果表明,尽管菲律宾蛤仔可以通过摄食等自身调节机制来抵御造成钙壳溶解的环境胁迫,然而这一机制本身就可能受到酸化环境的不良影响。     

全球海洋碳循环三维数值模拟研究

基于海洋环流模式POP和生物地球化学模型OCMIP-2,建立了全球海洋碳循环模式,并用于对全球海洋碳循环的模拟研究。该模式在大气CO₂为283×10-6条件下,积分3 100 a,达到工业革命前的平衡态。在此基础上,用历史时期观测的大气CO₂浓度进行强迫,模拟了历史时期的海洋碳循环。模拟的无机碳浓度、总碱度与基于观测得到的结果基本一致,模式能够较好地模拟全球碳循环过程。模拟结果表明,在北半球中高纬度和南半球的中纬度,海洋是大气CO₂的主要汇区;在赤道南北纬20°之间和南大洋50°S以南,海洋表现为大气CO₂的源区。在1980s海洋吸收CO₂速率(以C计)为1.38 Pg/a,1990s为1.55 Pg/a。海洋中人为碳在北大西洋含量最大,向下到达海底并向南输运到30°N附近;在南极附近,浓度较小,深度达到3 000 m;在中纬度,人为碳被限制在温跃层以上。     

高空间分辨率海表CO2分压的卫星遥感反演算法：机器学习在秋季象山港的应用

近海海湾受人类活动及自然变化影响大,海水碳源汇格局变化影响机制极其复杂。由于海湾空间尺度小,需要使用宽波段的高空间分辨率卫星遥感对海-气CO₂通量进行监测评估。相对于传统公里级的水色卫星资料,海-气CO₂通量定量估算的关键参数——海表CO₂分压(sea surface partial pressure of CO₂,pCO₂)遥感反演在小尺度海湾具有极大的挑战性。该文以秋季象山港为例,利用走航观测pCO₂数据及近5年哨兵2号(Sentinel-2)卫星影像,采用支持向量机(support vector machine, SVM)机器学习的方法,基于Sentinel-2遥感反射率及其比值,建立了海表pCO₂的遥感反演算法。算法验证结果显示决定系数为0.92,均方根误差为23.23μatm,遥感反演结果与实测值具有较高一致性。在此基础上,制作了2017—2021年秋季(9—11月)象山港海表pCO₂遥感产品,结果表明...     

Unveiling controls of the latitudinal gradient of surface pCO2 in the Kuroshio Extension and its recirculation regions（northwestern North Pacific） in late spring

In the northwestern North Pacific, annual net air-sea CO₂ flux is greatest in the Kuroshio Extension（KE） zone,owing to its low annual mean partial pressure of CO₂（pCO₂）, and it decreases southward across the basin. To quantify the influences of factors controlling the latitudinal gradient in CO₂ uptake, sea surface pCO₂ and related parameters were investigated in late spring of 2018 in a study spanning the KE, Kuroshio Recirculation（KR）, and...     

海浪对北太平洋海-气二氧化碳通量的影响

利用4种海-气界面气体传输速率公式对比研究了北太平洋气体传输速率及其CO₂通量的季节变化特征。与单纯依赖风速的算法相比, 考虑波浪影响的气体传输速率和CO₂通量在空间分布和季节变化上具有明显差异。在低纬度地区(0°～30°N), 波浪参数使气体传输速率下降, 海洋对大气CO₂的吸收减少, 而在30°N以北范围内则出现新的气体传输速率高值区, 海洋对大气的吸收增加。进一步研究了黑潮延伸体区域的气候态月平均气体传输速率和CO₂通量。结果表明, 该区域气体传输速率和CO₂通量最大值分别出现于冬季和春季, 引入波浪参数后, 虽然该区域气体传输速率和CO₂通量平均值没有明显差异, 但季节变化强度显著增强。     

甲烷水合物CO2置换开采研究现状与展望

天然气水合物广泛存在于海底沉积物和大陆永冻区,是一种潜在的能源资源。CO2置换法开采天然气水合物,不仅可以从水合物藏中开采出天然气,还能够使空气中的CO2以水合物的形式长期埋存于地下。本文从可行性、微观机理及影响因素等方面,总结了甲烷水合物CO2置换法开采的研究现状,论述了目前研究中存在的问题及不足,并对以后的研究工作提出了一些展望和建议。     

晚第四纪热带西太平洋海气CO2交换影响因素

探究海气CO₂交换有助于解析全球碳循环和全球气候变化。由于海水和大气的直接接触,研究表层海水碳酸盐系统变化成为探究海气碳交换的关键。基于已有热带西太平洋表层海水碳酸盐系统研究成果,本文总结了有孔虫壳体B/Ca和δ¹¹B指标重建碳酸盐系统参数的原理、方法及优缺点。然后,从厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)、东亚季风以及大气桥梁和海洋隧道三方面综述了晚第四纪热带西太平洋海气CO₂交换影响因素的研究现状。结果显示,类ENSO通过横向平流和垂向变化分别影响热带西太平洋东端和西端的海气碳交换。东亚夏季风对热带西太平洋海气碳交换具有较强的调控作用,而东亚冬季风的调控作用较弱或不明显。冰消期南大洋深部流通状况增强,可通过大气桥梁(大气CO₂)和海洋隧道(南极中层水)影响热带西太平洋海气碳交换。然而,为了更准确清晰地了解全球碳循环变化,还需针对指标记录的可靠性、覆盖范围以及海气碳交换在更长时间尺度的变化机理等方面开展更多研究。     

铀酰络离子在水合氧化钛上的吸附作用 Ⅱ.红外光谱研究

本文测定了Na₄[UO₂(CO₃)₃]、Na[UO₂(OH)₃]和水合氧化钛(HTO)在海水中及NaCl-NaHCO₃-U水溶液中吸附铀的红外光谱,得到它们的铀酰振动光谱带,计算了表面吸附态和某些铀酰络合物配位体与中心原子的电荷迁移量,研究红外光谱特性与络合物性质之间的关系.研究还发现,海水中铀在HTO上的吸附,除了HTO作为配位体外,吸附态的其他配位体是H₂O和OH,也有一部分CO₃2-基团.提出了吸附态结构和吸附作用机理.     

长江口潮滩表层沉积物对NH4+-N的吸附特征

沉积物对NH₄+-N的吸附是氮素生物地球化学循环的关键过程之一,它在河口潮滩生态系统内氮素循环过程中起着非常重要的作用.以长江口滨岸潮滩为研究区域,运用实验模拟的方法,研究了沉积物对NH₄+-N的吸附特征,结果表明,在长江口潮滩上覆水和孔隙水中NH₄+-N含量的变化范围内,沉积物对NH₄+-N的吸附呈线性变化;研究区域内沉积物对NH₄+-N的吸附系数为3.81~9.00,且与沉积物中有机碳(TOC)含量有良好的相关关系,它揭示了有机质控制着长江口潮滩沉积物中NH₄+-N的吸附行为.实验模拟与实测结果对比发现,在潮滩自然环境条件下,研究区域内沉积物对NH₄+-N的吸附处在非热力学平衡状态过程中.盐度是影响NH₄+-N吸附过程的重要环境因子,且导数方程关系式在低盐度范围内,盐度的微小变化对NH₄+-N的吸附有显著的影响.     

海南海莲红树林土壤CH4的产生及其某些影响因素

全球CH₄预算的估算表明,湿地是大气CH₄最大的生物排放源[1].旨在估算全球大气CH₄湿地源强的工作大多集中在内陆淡水环境,因为在此环境的CH₄通量较大[2].国外对海岸盐沼的CH₄排放也有一些报道,发现其通量变化范围较大,并进而研究了温度、土壤湿度、盐度以及土壤有机碳含量等因素对CH₄排放的影响[3].