海洋沉积物热释光--潜在的天然气水合物找矿方法

概述了热释光的形成机理。从放射性方法探测油气藏的原理出发 ,提出了海洋沉积物热释光探测天然气水合物的可能性。对采自中国南海、东海的海底沉积物进行了有机烃、金属元素和热释光分析。结果表明 ,热释光与有机烃类呈正相关 ,天然气水合物形成和分解产生的碳酸钙、硫酸钙及硫酸钡沉淀是很好的热释光晶体 ,在矿物结晶过程中加入的微量金属元素对热释光起到调节作用。热释光不受有机污染的影响 ,灵敏度高 ,是很有前景的寻找天然气水合物的方法     

羌塘盆地沉积物热释光特征及潜在意义

热释光测量在探测陆地或海洋油气方面已显示出良好的应用效果,天然气水合物与常规油气在物源及运移机制上非常相似,可将热释光方法借鉴到天然气水合物的调查研究中。羌塘盆地147件沉积物样品的热释光测定结果表明,该区沉积物热释光具有近似对数正态分布的特征。结合前人研究结果及调查分析认为,该区热释光异常与深部油气或天然气水合物的对应模型为:矿藏上方出现热释光高值异常。研究区热释光高值异常出现2处集中分布区域,大致指示深部油气或天然气水合物藏的位置。研究结果对羌塘盆地油气或水合物的进一步调查研究有重要的参考价值。     

基于波阻抗反演的天然气水合物地震检测技术

天然气水合物作为特殊的地质体,可以有效地粘结碎屑颗粒,降低沉积物孔隙度,它的存在改变了地层沉积物的物理性质,造成天然气水合物与围岩速度反差较大,从而与围岩之间存在明显的波阻抗差。为了对地层中是否有天然气水合物赋存进行地震检测,对南海北部神狐海域的天然气水合物赋存区域的地震资料进行波阻抗反演分析,结果显示波阻抗反演方法能够作为探测天然气水合物的一种技术手段,研究区天然气水合物矿体的波阻抗呈高值分布特征,波阻抗值约为3 850~3 960 g/cm3.m/s。综合分析认为,波阻抗反演方法能够用于天然气水合物的地震探测、储层分析和综合研究工作中,反演结果可以为天然气水合物储量计算提供比较准确的矿体面积和厚度参数。     

青海省天峻县木里地区天然气水合物地震响应特征

天然气水合物是一种新型的潜在能源,广泛分布于大陆边缘海底沉积物和陆上永久冻土带中。2008年,在祁连山冻土区首次钻获天然气水合物实物样品。2010年,在木里地区开展了反射地震方法探测天然气水合物的试验研究,通过综合分析解释反射地震资料和地质资料,初步认为含天然气水合物介质形成的反射波在地震剖面上具有低速、弱振幅、高频的特征。在成藏机制上,天然气水合物的分布与深部断裂破碎带有关,天然气沿深部断裂构造向上运移,并受冻土层的封闭而富集,在合适的温压条件下形成天然气水合物矿藏。     

青海木里地区天然气水合物反射地震试验研究

天然气水合物是一种新型潜在能源,广泛分布于大陆边缘海底沉积物和陆上永久冻土带中。2008年,在我国祁连山冻土区首次钻获天然气水合物实物样品。2010年,作者在木里地区开展了反射地震方法探测天然气水合物的试验研究,通过综合分析解释反射地震和测井及地质资料,初步认为含天然气水合物介质形成的反射波在地震剖面上具有低速、弱振幅、高频的特征。在成藏机制上,天然气水合物的分布与深部断裂破碎带有关,天然气沿深部断裂构造向上运移,并受冻土层的封闭而富集,在合适的温压条件下形成天然气水合物矿藏。     

海底天然气水合物地球化学勘探新技术

天然气水合物是目前寻找新型替代能源的热点之一，其勘探、开发和利用的科学与技术是当前面临的重大课题。除地球物理方法可对天然气水合物定位外，地球化学勘探也是寻找它的重要手段。天然气水合物的几种地球化学勘探方法分别利用其直接标志和间接标志。直接标志包括烃类气体含量测定等；间接标志包括孔隙水离子浓度异常、同位素地球化学异常、标志性矿物(标型矿物)及沉积物热释光分析等方法。     

热释光：一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术

开发不受沼泽微生物影响的地球化学勘查技术是提高中纬度冻土区天然气水合物探井预测成功率的重要课题之一。选择在祁连山聚乎更天然气水合物已知区进行土壤热释光勘查技术实验。实验区为高寒沼泽景观,面积150 km2,采样密度2点/km2,采样深度60 cm,采集土壤样品300件,应用热释光测量仪对土壤样品进行了热释光分析。实验结果表明,天然气水合物矿藏上方出现天然热释光高值异常,与烃类异常浓度范围一致,为顶部异常模式。结合地质和地球化学勘查成果对异常进行了综合解释,认为祁连山聚乎更地区天然气热释光异常与天然气水合物矿藏关系密切,源于深部水合物矿藏。研究对天然气水合物的进一步调查具有重要的参考价值。     

南海西沙海槽S14站位的地球化学异常特征及其意义

西沙海槽具备良好的天然气水合物的形成条件,并已发现与其有关的地球物理标志--模拟海底反射层（BSR）。通过对西沙海槽S14大型活塞站位的孔隙水和沉积物样品进行化学组分、酸解烃和热释光等方面的分析测试,结果发现在海底之下4～5 m区间存在着较明显的高盐高烃异常,其中酸解烃中的甲烷、乙烷、丙烷含量及其热释光值均有所增高,孔隙水中的绝大部分离子及其盐度也存在着明显的升高,这一高盐高烃异常可能是下部与天然气水合物有关的孔隙流体沿着断层向上迁移所致。这些地球化学异常以及模拟海底反射层等地球物理标志显示该站位之下可能存在天然气水合物。     

关于开展中国天然气水合物研究的建议

跨入 2 1世纪 ,随着世界经济的快速发展 ,能源供需矛盾日趋紧张 ,寻找新的后续能源成为各国政府和科学界关注的重要议题。天然气水合物的发现给人类解决未来能源问题带来了新的希望。天然气水合物 (ｇａｓｈｙｄｔｒａｔｅｓ)是由天然气和水在低温高压下形成的似冰状的白色固体物质 ,广泛分布于海洋陆棚及斜坡的沉积物中和陆地永久冻土地带。因其天然气组分多以甲烷为主 ,故又称甲烷水合物。据科学家初步预测 ,全球天然气水合物所含天然气中的有机碳为石油、天然气和煤等化石燃料所含有机碳总量的 2倍 ,被认为是 2 1世纪的重要后续能源。同…     

水合物沉积物力学性质的三维离散元分析

水合物沉积物力学特性研究是天然气水合物开采领域中的热点问题。为深入了解水合物对沉积物力学特性的影响,在提出一个新的水合物沉积物离散元数值试样制备方法的基础上,模拟了不同水合物饱和度沉积物试样的三轴排水试验,并从其应力-应变关系、体变特性、弹性模量及峰值强度等方面对模拟结果及已有室内三轴试验结果进行了对比,然后利用该方法对具有不同微观胶结参数的水合物沉积物样进行了三轴离散元数值试验。研究结果表明：所提出的离散元模拟方法能较好地反映水合物沉积物的主要力学特性;天然气水合物与土颗粒间胶结性能的改变会对水合物沉积物的力学响应产生一定的影响;水合物沉积物强度和模量的增加是孔隙填充水合物和粒间胶结水合物共同作用的结果。     

利用卫星热红外遥感探测南海天然气水合物

天然气水合物被誉为21世纪“化石燃料”的清洁替代能源,其意义十分重大。本文首次将卫星热红外遥感应于南海天然气水合物的勘查中,实践证明效果较好。作者分析了卫星热红外增温异常的机制,探讨了卫星热红外增温异常与海底天然气水合物的关系,指出了南海西沙海槽区、东沙群岛岛坡区、笔架南盆地、北吕宋海槽区、南沙海槽一带等是天气气水合物可能的赋存地带。     

不同类型天然气水合物真空分解过程实验研究

在放置于恒温室内的真空装置内,对合成的冰粉-气体水合物(包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷-氮气、异丁烷、混合气水合物)、冰粉-不同粒度多孔介质甲烷水合物和祁连山冻土区及南海神狐海域天然气水合物进行了分解实验研究,初步探讨了不同气体水合物分解动力学特征和分解规律。实验结果表明,合成的冰粉-气体水合物的分解过程相似,除丙烷水合物和异丁烷水合物外,分解压力基本呈单调增长,均未出现明显的自保护效应;不同粒度多孔介质中甲烷水合物分解过程,压力增长呈现“快→慢→快”的特点,主要原因可能是多孔介质中的水合物尺寸较大,分解时更易产生自保护效应;祁连山冻土区天然气水合物的分解压力曲线与不同粒度多孔介质中甲烷水合物的相似,总体呈现“快→慢→快”的特点,水合物自保护效应明显;南海神狐海域天然气水合物分解气体压力变化虽然总体与祁连山冻土区天然气水合物压力增长过程相似,但同时呈现“阶梯状”增长,这可能与两种不同水合物岩心的岩性和水合物在岩心中的分布模式和赋存状态有关。     

天然气水合物地热场分布特征

天然气水合物广泛分布于海底和永久冻土带。通过统计世界上已发现水合物或水合物标志的地区的热参数值,发现水合物分布区具有低热流的特征;由于水合物本身的低热导率特性,导致水合物分布区的热导率值较低;含水合物的沉积物由于水合物的分解,岩心温度也较低。通过研究南海的热场特征,发现南海的吕宋海槽、西沙海槽附近、湄公盆地和台西南盆地几个地区热流较低,可能是有利的水合物远景区。     

未来接替能源——天然气水合物面临的挑战与前景

天然气水合物作为新型化石燃料展现出巨大的资源潜力,如何科学地估算全球天然气水合物资源量与安全而经济地开采天然气水合物是全世界关注的焦点。文章在系统地分析了全球气水合物研究4个发展阶段认识的基础上,结合笔者对中国南海天然气水合物近20年的研究经历,明确了中国南海天然气水合物赋存的构造背景复杂、沉积过程与类型多样、表征难度大等多种难题。指出了天然气水合物研究面临的6个地质问题与瓶颈:新近系层序地层划分的成因性对比、稳定带厚度与水合物赋存机理、陆缘水动力背景复杂且沉积类型多样、水合物分布与沉积响应间的关系、构造运动对水合物的聚散控制以及水合物成藏模式与判识评价体系;探讨了目前天然气水合物资源量估算过程中存在的优缺点以及试采仍需要攻关的关键理论与技术问题。从地质角度回答了油峰到来的预期与天然气水合物作为接替能源的可能性与前景,指出中国南海的地质特点与天然气水合物的分布规律,明确提出了天然气水合物研究既不可盲目性乐观、也不可强制性悲观的学术观点。     

Mud volcanic natural phenomena in the South Caspian Basin: geology,fluid dynamics and environmental impact

The South Caspian sedimentary basin is a unique area with thick Mesozoic-Cenozoic sediments (up to 30–32 km) characterized by an extremely high fluid generation potential. The large amount of active mud volcanoes and the volumes of their gas emissions prove the vast scale of fluid generation. Onshore and offshore mud volcanoes annually erupt more than 10⁹ cubic meters of gases consisting of CH₄ (79–98%), and a small admixture of C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, C₅H₁₂, CO₂, N, H₂S, Ar, He. Mud volcanism is closely connected to the processes occurring in the South Caspian depression, its seismicity, fluctuations of the Caspian Sea level, solar activity and hydrocarbon generation.The large accumulations of gas hydrates are confined to the bottom sediments of the Caspian Sea, mud volcanoes crater fields (interval 0–0.4 m, sea depth 480 m) and to the volcanoes body at the depth of 480–800 from the sea bottom. Resources of HC gases in hydrates saturated sediments up to a depth of 100 m and are estimated at 0.2×10¹⁵–8×10¹⁵ m³. The amount of HC gases concentrated in them is 10¹¹–10¹² m³.The Caspian Sea, being an inland closed basin is very sensitive to climatic and tectonic events expressed in sea level fluctuations. During regressive stages as a result of sea level fall and the reducing of hydrostatic pressure the decomposition of gas hydrates and the releasing of a great volume of HC gases consisting mainly of methane are observed.From the data of deep drilling, seismoacoustics, and deep seismic mud volcanic activity in the South Caspian Basin started in the Lower Miocene. Activity reached its highest intensity at the boundary between the Miocene and Pliocene and was associated with dramatic Caspian Sea level fall in the Lower Pliocene of up to 600 m, which led to the isolation of the PaleoCaspian from the Eastern ParaTethys. Catastrophic reduction of PaleoCaspian size combined with the increasing scale of mud volcanic activity caused the oversaturation and intoxication of water by methane and led to the mass extinction of mollusks, fishes and other groups of sea inhabitants. In the Upper Pliocene and Quaternary mud volcanism occurred under the conditions of a semi-closed sea periodically connected with the Pontian and Mediterranean Basins. Those stages of Caspian Sea history are characterized by the revival of the Caspian organic world.Monitoring of mud volcanoes onshore of the South Caspian demonstrated that any eruption is predicted by seismic activation in the region (South-Eastern Caucasus) and intensive fluid dynamics on the volcanoes.     

Velocity-porosity relationships in hydrate-bearing sediments measured from pressure cores,Shenhu Area,South China Sea

Evaluating velocity-porosity relationships of hydrate-bearing marine sediments is essential for characterizing natural gas hydrates below seafloor as either a potential energy resource or geohazards risks. Four sites had cored using pressure and non-pressure methods during the gas hydrates drilling project (GMGS4) expedition at Shenhu Area, north slope of the South China Sea. Sediments were cored above, below, and through the gas-hydrate-bearing zone guided with logging-while-drilling analysis results. Gamma density and P-wave velocity were measured in each pressure core before subsampling. Methane hydrates volumes in total 62 samples were calculated from the moles of excess methane collected during depressurization experiments. The concentration of methane hydrates ranged from 0.3% to 32.3%. The concentrations of pore fluid (25.44% to 68.82%) and sediments (23.63% to 54.28%) were calculated from the gamma density. The regression models of P-wave velocity were derived and compared with a global empirical equation derived from shallow, unconsolidated sediments data. The results were close to the global trend when the fluid concentration is larger than the critical porosity. It is concluded that the dominant factor of P-wave velocity in hydrate-bearing marine sediments is the presence of the hydrate. Methane hydrates can reduce the fluid concentration by discharging the pore fluid and occupying the original pore space of sediments after its formation.©2022 China Geology Editorial Office.     

天然气水合物--石油天然气的未来替代能源

天然气水合物是甲烷等天然气在高压、低温条件下形成的冰状固体物质。据估算,全球天然气水合物中碳的含量等于石油、煤等化石能源中碳含量的两倍,这是一个非常诱人的数字。在人类面临化石能源即将枯竭的时候,科学家和各国政府都把眼光投向这一未来能替代化石能源的新能源。南海在新生代构造演化历史、沉积条件、沉积环境等方面都显示这里具有生成和蕴藏巨大天然气水合物资源的条件,因此,这里可能成为中国在不远的将来之新能源基地。     

天然气水合物成因探讨

天然气水合物是未来的能源资源。其分布于极地地区、深海地区及深水湖泊中。在海洋里,天然气水合物主要分布于外大陆边缘和洋岛的周围,其分布与近代火山的分布范围具有一致性。同位素组成表明天然气水合物甲烷主要是由自养产甲烷菌还原CO₂形成的。典型的大陆边缘沉积物有机碳含量低（＜0．5％～1．0％）,不足以产生天然气水合物带高含量的甲烷。赋存天然气水合物的沉积物时代主要为晚中新世-晚上新世,具有一定的时限性,并且天然气水合物与火山灰或火山砂共存,表明其形成与火山-热液体系有一定联系。火山与天然气水合物空间上的一致性表明,天然气水合物甲烷的底物可能主要是由洋底火山喷发带来的CO2。由前人研究结果推断 HCO^－₃在脱去两个O原子的同时,可能发生了亲核重排,羟基 H原子迁移到 C原子上,形成了甲酰基（HCO^－）,使甲烷的第一个 H原子来源于水。探讨了甲烷及其水合物的形成机制,提出了天然气水合物成因模型。     

南海北部地区海洋沉积物中孔隙水的氢、氧同位素组成特征

海洋沉积物中孔隙水的H、O同位素地球化学研究可以有效示踪天然气水合物的存在，中国南海地区由于地处三大板块交会处，地质构造特殊，沉积地层厚，沉积速率高，有机质丰富，并有指示天然气水合物存在的地球物理证据BSR存在，符合天然气水合物的赋存条件。本文对南海北部地区部分海域浅层沉积物中孔隙水样品进行了H、O同位素分析，试图探讨与天然气水合物赋存有关的地球化学异常。通过研究认为，①南海处于三大板块的交界处，具有特殊的地球物理场和构造沉积特征以及较适合天然气水合物赋存的温压条件，特别是南海北部地区有利于天然气水合物的生成；②南海北部地区部分海域的浅表层沉积物的H、O同位素测试中可以看出，总体上与海水的正常值一致，可能来自海水，但是在其中A14站位8个样品表现出了与天然气水合物有关的重同位素随深度增加的趋势。也许指示该区有天然气水合物存在的可能性。