中国地质大学(北京)与青岛海洋地质研究所科教融合实践与展望

0前 言 科教融合是科研和教学的有机融合,是新时代我国一流本科和研究生教育以及一流人才培养的新要求,也是新发展阶段科研机构落实国家科技创新战略部署的重要实践.为深入贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和科技创新重要指示精神,加快实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略,推动科教融合发展,自然资源部和教育部聚焦...     

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。     

考虑热传导开采天然气水合物藏的可行性研究:以南海神狐海域为例

天然气水合物作为一种新型替代能源,如何有效开发成为当前研究的热点,热激发被认为是除降压法外天然气水合物开采的另一重要途径;然而,目前对于天然气水合物热开采效率及其经济可行性仍没有清楚的认识。本项研究构建了天然气水合物注热开采的模型,该模型经过理想简化,忽略了开采过程中热对流和压力差的影响,只考虑热作用对水合物分解的影响;进一步计算了水合物注热开采的热消耗效率和天然气的能量效益、可研究水合物开采的最大产出效率。通过对南海北部神狐海域天然气水合物藏特征以及钻井取心相关重要参数的研究,计算了天然气水合物的注热开发潜力,并通过相关参数的敏感性计算和分析研究,论证了神狐海域天然气水合物注热开采效率和可行性。研究结果显示,神狐海域水合物藏的单位长度生产井段3 a的最大累积产气量为509 m3,远低于工业开发标准。水合物热激发分解速度缓慢,注热开采水合物生产成本较高,经济效益低下;因此,基于热传导开采南海神狐海域天然气水合物不具备工业应用的可行性。     

南海北部陆坡区神狐海域构造特征及对水合物的控制

通过对南海北部陆坡区神狐海域高精度2D和3D地震资料的精细解释,在研究区共识别出4种构造类型,分别为气烟囱(流体底辟)、区域大尺度断层、深水扇中的正断层和滑移体中的滑脱断层。气烟囱具有直立的通道形态,其内部结构可划分为杂乱反射带、模糊反射带和顶部强振幅区域。大尺度断层位于水合物钻探区的西北部和东北部,断层规模大,对深部地层表现出明显的控制作用。深水扇中的正断层广泛发育于上新世的深水扇中,特别是在水合物钻探区西部进积特征明显的深水扇中,正断层的数量更多。滑移体中的滑脱断层在神狐海域的第四纪地层中非常常见,在剖面上呈雁列式分布。研究结果表明,大尺度断层由于和水合物钻探区的距离较远,对于水合物的成藏可能不起控制作用。气烟囱和规模小数量多的断裂体系为含气流体的运移提供了垂向和侧向的输送通道,构成了水合物的流体运移体系。当富含甲烷气体的流体通过这些垂向-侧向的运移通道时,在合适的温压条件下,被适于水合物聚集的沉积体所捕获,就有可能形成水合物。水合物钻探区内东西部构造特征的差异,使得研究区内形成了不同的流体运移体系,这可能是控制钻探区水合物不均匀性分布的一个关键因素。     

富生烃凹陷背景下热成因气对水合物成藏的贡献探讨

近年来海域水合物的实际钻探结果显示,当富生烃凹陷具有适宜的水深、温度、压力等地质条件时,浅部沉积物往往是水合物的潜在富集区域。尽管富生烃凹陷具有优异的生排烃潜力,热成因气较为充足,为水合物的形成提供充足的气体来源,但实际调查表明浅部地层中水合物的气体组分和碳同位素更多地表现为微生物成因气或混合成因气的特征,并没有深部热成因气形成的天然气水合物广泛发育的特征。2007年和2015年在我国南海北部陆坡神狐海域白云凹陷进行了两次水合物钻探,与2007年获取的具有微生物成因特征或热成因气贡献非常小的混合成因水合物相比,在2015年钻探中,有钻孔站位的烃类组分测定揭示了较高含量的乙烷和丙烷,从而直接证实了该站位的水合物气源主要是热成因气。白云凹陷内油气钻井地球化学测试分析显示,虽然深部烃类气体受东沙运动的影响存在大规模的逃逸和散失,但部分热成因气仍然可以通过断层、底辟和气烟囱等垂向通道运移至浅部地层之中形成天然气水合物。通过两个钻探区"深部烃源层系—中部运移通道—浅部水合物矿体"三者的垂向耦合对水合物成藏的控制研究,指出通道类型和运移效能的差异可能是导致同一富生烃凹陷背景下的两个水合物矿藏存在差异的主要原因。对于2007年钻探区而言,在深部热成因气沿着效能较低的通道发生自下而上的长距离运移过程中,可能会发生气体组分分异和碳同位素分馏等作用,导致气体的地球化学更多地表现为"微生物成因气"的特征。而在2015年钻探区,由于断裂、底辟构造发育,深部热成因气可以被更有效地输送至水合物成藏沉积地层中,气体组分和同位素没有发生显著的变化。     

海洋钙同位素分馏机制及其古海洋学应用

钙在海洋中是离子浓度仅次于钠和镁的金属元素,在海洋生物过程及矿物形成中都占据重要的地位。随着同位素分析仪器精度的提高,钙同位素等非常规稳定同位素的研究逐渐成为地球化学的热门,钙同位素在海洋环境中的分馏机制及其在古海洋学中的应用研究不断完善。系统介绍了钙同位素高精度分析的方法和原理,海洋环境中无机成因和有机成因2种钙同位素分馏的机制和应用;通过大量的文献调研综述了钙同位素地球化学研究在古海洋参数恢复上的应用。通过有孔虫Globigerinoides sacculifer的钙同位素具有对温度敏感、温感公式简单、后生成岩作用对其影响小和分析材料完整易得等优点,并同其他传统地质温度计联用,为古海洋研究提供精确的海洋表面温度(Sea Surface Temperature,SST);利用钙同位素值温度相关性较小的钙质壳体来恢复古海洋钙通量;利用无机成因碳酸盐岩盖帽的钙同位素恢复海水CO2-3浓度和研究甲烷渗漏对古海洋环境的影响。