天然气水合物研究现状及我国对策—香山科学会议第160次学术讨论会观点摘要

天然气水合物 (ｇａｓｈｙｄｒａｔｅｓ)是一种由气体和水形成的冰状白色固态晶体 ,常在一种特定的高压低温条件下形成并稳定存在 ,广泛发育在浅海底层沉积物和深海大陆斜坡沉积地层以及极地地区的永久冻土层中。现有研究表明 ,天然气水合物是一种未来的优质、洁净能源 ,其蕴藏量约是现有地球化石燃料 (石油、天然气和煤 )总碳量的 2倍 ;它作为温室气体甲烷的最大载体 ,又可能是影响全球气候变化和引发海底地质灾害的重要因素。我国一些学者在 2 0世纪 80年代末开始注意到国外天然气水合物的研究动态 ,中国科学院资源环境科学信息中心组织力…     

天然气水合物的晶体结构及水合系数和比重

天然气水合物具有巨大的资源前景和极强的环境和灾害效应，是目前地学研究中的热点，天然气水合物存在三种基本晶体结构，五种大小不同的气体占据空间，不同大小的气体分子进入大小相近的气体占据空间，形成稳定的天然气水合物，分子太大和太小的气体则不能形成水合物，天然气水合物的气体充填率常小于1.0，水合系数大于理想水合系数，而且受气体类型、组成、温度和压力等条件影响，气体类型明显影响天然气水合物的比重，烃类气体可形成比重小于海水的天然气水合物，CO2的水合物比重可明显高于海水比重。     

海底泥底辟(泥火山)对天然气水合物成藏的影响

海底泥底辟(泥火山)与周缘发育的天然气水合物存在着密切的关联,表现在静态要素和动态成藏2个方面。作为一种重要而有效的运移通道类型,泥底辟(泥火山)携带的气体将是天然气水合物的重要气体来源。同时,含气流体沿着泥底辟(泥火山)的上侵,可能会导致上覆地层中温压场和地球化学组分的改变,进而引起天然气水合物稳定带厚度的变化。因此,泥底辟(泥火山)将控制天然气水合物的成藏,如位于构造中心部位的矿物低温热液成藏模式和位于构造边缘的矿物交代成藏模式。另一方面,泥底辟(泥火山)的不同演化阶段将对天然气水合物的形成和富集产生不同的影响。早期阶段,泥底辟(泥火山)形成的运移通道可能并未延伸到天然气水合物稳定带,导致气源供给不够充分;中期阶段,天然气水合物成藏条件匹配良好,利于天然气水合物的生成;晚期阶段,泥火山喷发带来的高热量含气流体引起天然气水合物稳定带的热异常,可能导致天然气水合物的分解,直至泥火山活动平静期,天然气水合物再次成藏。     

天然气水合物——21世纪的新能源

天然气水合物是一种在地球上自然产出的、以甲烷为主的烃气与水分子组成的白色冰雪状晶体化合物,俗称可燃冰.它是一种属于笼状包合物的特殊化合物,由水分子组成的多面体晶腔包笼着气体分子.水合物中的气体99％以上是甲烷,因此,天然气水合物有时又称作甲烷水合物或水合物.天然气水合物中的“天然”有两重意义,一是指它是天然生成的,二是指组成它的气体是以甲烷为主的烃类气体,成分接近天然气.水合物中的甲烷主要是生物成因的,少部分是热解生成的.     

中国不同区域30000aB.P.以来湖泊水量变化特征

天然气水合物是白色似冰状晶体物质 ,由水分子构成晶体格架将气体 (通常为甲烷—ＣＨ4 )分子捕获其中的笼型化合物。其形成需要特定的低温、高压条件和充足的ＣＨ4 (天然气 )供给。地球上满足以上条件的地区有永久冻土带和水深大于 3 0 0～ 5 0 0ｍ的水体 (包括海洋和深湖 )。天然气水合物是一种处于亚稳状态下的物质 ,当温度升高或压力降低时会造成其分解释放ＣＨ4 气体 ,标准条件下 1ｍ3 水合物可释放出 1 6 4ｍ3 ＣＨ4 气体。ＣＨ4 是大气中含量仅次于二氧化碳 (ＣＯ2 )的温室气体 ,其温室效应潜力是同等重量ＣＯ2 的 2 0倍 ;天然气水合物中所含ＣＨ4 是大气中所含ＣＨ4     

青藏高原多年冻土区天然气水合物形成潜力及远景

在详细论述天然气水合物研究历史和研究现状的基础上，重点讨论了东土区天然气水合物赋存状态，气体来源、地质环境，总结出冻土区天然气水合物形成模式。根据青藏高原现有资料分析，认为藏北高原羌塘盆地地质条件最好，是寻找多年冻土区天然气水合物矿藏的有利地区，预测该区天然气水合物矿藏可能有两种类型：一是煤成气型，二是油气型，煤成气型天然气水合物以二叠系乌丽群和上三叠统巴贡组聚煤中心为远景目标区，油气型天然气水合物以双潮－比洛错和玛尔果茶卡地区为最佳远景目标，并指出目前进行青藏高原天然气水合物研究宜首先开展工作的地区和研究方法。     

南海北部海底滑坡与天然气水合物形成与分解的时序性

海底滑坡广泛发育于海底陆坡,是一种常见的沉积作用过程。滑坡的存在与天然气水合物的形成和赋存具有紧密的联系。国内外对海底滑坡及其与天然气水合物关系的研究尚处于起步阶段,且主要集中在滑坡体的构成、识别和触发机制及与天然气水合物的空间关系上,但对于时序性的研究尚处于空白。根据现有研究的深度和有限的资料,本文对此进行了定性探讨。研究表明,天然气水合物与海底滑坡在时序性上可分为三种类型:后水合物滑坡(post-gas hydrate landslide)、前水合物滑坡(pre-gas hydrate landslide)和同水合物滑坡(syn-gas hydrate landslide)。不同的类型对于天然气水合物的赋存与开采会产生不同的影响。三种类型中以前水合物滑坡对于天然气水合物的赋存和开采最为有利,同水合物滑坡次之。     

海洋天然气水合物勘探与开采研究的新态势(一)

天然气水合物是一种由甲烷等气体与水分子组成的冰雪装的晶体物质.它们形成和赋存于低温高压条件,广泛分布于世界大洋和内陆湖、海的底部,以及极地的冻土带,被认为是21世纪最有远景的新能源.海洋型天然气水合物常以浸染状、层状,或块状形式赋存于水深300～500m的陆坡和岛坡的近海海底的沉积岩中.依据最新较为保守的估算,全球海底的天然气水合物所蕴藏的甲烷气体约为105 TCF(约合2.8×1015 m3,或2 800万亿m3),比全世界天然气的总储量(0.18×1015 m3或180万亿m3)还大得多.     

天然气水合物粉晶X射线衍射测试参数优化及分析方法

天然气水合物是由烃类气体和水在低温高压下形成的一种非化学计量的笼型晶体水合物,在常温常压下极易分解,需要在低温条件下对其进行测试。本文针对天然气水合物这一特殊样品,重点研究其粉晶X射线衍射测试条件,系统地探讨了步长、扫描速度、累加次数及测试温度等因素对测试结果的影响,优化了仪器参数,建立了粉晶X射线衍射测试天然气水合物晶体结构的方法,并应用到实验合成的甲烷水合物和我国南海珠江口盆地钻获的天然气水合物样品的晶体结构测试中。结果表明,我国南海珠江口盆地的天然气水合物样品与实验合成的甲烷水合物结构相同,均属立方晶系,为典型的Ⅰ型水合物,晶胞参数分别为11.9309×10~(-10)m和11.9135×10~(-10)m。该技术可准确获得天然气水合物的结构信息,为我国天然气水合物的深入研究提供技术支撑。     

天然气水合物分解与全球变暖

天然气水合物是白色似冰状晶体物质 ,由水分子构成晶体格架将气体 (通常为甲烷—ＣＨ4 )分子捕获其中的笼型化合物。其形成需要特定的低温、高压条件和充足的ＣＨ4 (天然气 )供给。地球上满足以上条件的地区有永久冻土带和水深大于 3 0 0～ 5 0 0ｍ的水体 (包括海洋和深湖 )。天然气水合物是一种处于亚稳状态下的物质 ,当温度升高或压力降低时会造成其分解释放ＣＨ4 气体 ,标准条件下 1ｍ3 水合物可释放出 1 6 4ｍ3 ＣＨ4 气体。ＣＨ4 是大气中含量仅次于二氧化碳 (ＣＯ2 )的温室气体 ,其温室效应潜力是同等重量ＣＯ2 的 2 0倍 ;天然气水合…     

唐古拉冻土区气水合物地球化学异常及成藏条件

对唐古拉山北侧温泉盆地多年冻土区冷泉气体样品的化学分析表明,CH4平均含量为370×10-6,是青藏铁路沿线(昆仑山口—安多)多年冻土区冷泉气体中CH4平均含量的近113倍,表现出极高的地球化学异常。与国内外多年冻土区天然气水合物的形成条件相比,温泉盆地地区具有天然气水合物形成的冻土厚度与温压、烃类气体与水源、流体运移与储集的良好条件,预示该区可能具有天然气水合物的存在,是今后值得重视的天然气水合物调查评价区。     

烃类成因对天然气水合物成藏的控制

天然气水合物具有能量密度高、分布广、规模大、埋藏浅、成藏物化条件优越等特点,是未来的新型海洋能源。模拟实验显示,在烃类气体供给充分,温度低于平衡温度、压力大于平衡压力的条件下,天然气水合物的形成对于烃类气体的来源没有选择性。然而,已经获取的天然气水合物样品的分析显示,形成水合物的气体大多数为微生物成因气体,只有少量为热解气。最新的研究显示,形成生物气的营养源丰富,适合微生物的地质条件宽泛,生物气能够为形成天然气水合物提供充足的气源。通过对热解气和生物气形成天然气水合物条件的研究,以及对天然气水合物的地质分布特征的分析,笔者强调指出,与热解气相比,生物气更易于形成天然气水合物,而热解气形成的天然气水合物实际上意味着资源的严重破坏,并进一步认为,南海天然气水合物勘探方向,应集中在有利生物气形成富集以及有利于水合物形成的地质条件的分析和地质体的调查上,而不是在常规的深部油气藏附近展开。     

天然气体水合物在地质作用过程中变化的探讨

天然气体水合物是一种准稳定态的物质, 对引起温-压条件变化的各种地质作用是非常敏感的.沉积与剥蚀、海平面升降、冰期与间冰期等地质过程改变着海底环境温-压状况, 控制了沉积物中水合物的形成、保存与分解.快速沉积(尤其是海底滑坡和泥火山喷发等带来的瞬间堆积)、海平面上升、高纬地区冰期等使海底环境朝着增压、降温的方向变化, 有利于气体水合物形成与保存; 而迅速剥蚀、海平面下降、上覆冰体移除引起水合物分解.水合物的分解可以是渐渐的气体溢出, 也可以是猛然的气体喷发, 这取决于温度上升及压力降低的速度.气体水合物的“爆炸式”分解在海底表面可留下“圆坑状”地貌特征.地质过程中同一地区频繁的温-压波动可引起水合物中乙烷成分相对增加.      

关于天然气水合物钻探的思考

天然气水合物是一种固态的化合物,烃类气体源。固态的天然气水合物只能稳定存在于较低的温度（０￣１０℃）和较高的压力（１０ＭＰａ以上）,这些均给天然气水合物的钻采带来了一定的难度。简要介绍了天然气水合物的形成、稳定条件,分布情况以及国内外勘查研究新动向,着重阐述了天然气水合物钻探的作用及有关技术问题,提出了我国开展天然气水合物钻探的工作思路。     

漠河盆地多年冻土区天然气水合物地球化学调查及远景评价

漠河盆地是我国冻土发育的主要地区之一,发育良好的天然气水合物成藏系统,具有天然气水合物形成的良好条件。为了圈定天然气水合物远景区,识别油气聚集体,判别天然气水合物成因,在漠河盆地冻土较发育地区开展了1∶5万天然气水合物地球化学资源调查。结果表明：(1)在森林沼泽景观区,顶空气和荧光光谱指标是天然气水合物勘查的主要指标,借鉴青海木里冻土区天然气水合物地球化学勘查成功的经验,结合AMT、地质等资料分析,元宝山凹陷是天然气水合物较为有利的远景区;(2)岩心样品甲烷碳同位素分析显示,烃类气体分异明显,浅层烃类气体基本为生物气,深部烃类气源主要为混合成因气,个别解吸气为微生物气和热解气;(3)试验性应用了分形-GIS技术,可以细致可靠地进行异常区范围划定,消除干扰因素,有效地圈定水合物远景区。     

海底扩散体系含天然气水合物沉积物制样方法与装置

天然气水合物是分布在海洋和大陆多年冻土中的一种具有巨大商业开发价值的新型战略性替代能源。同时,含天然气水合物地层中水合物的分解将带来严重的地质灾害和气候问题的关注。试验室内开展含天然气水合物沉积物物理力学性质研究需要首先解决的是制样问题,即在试验室内快速形成符合现场原位形成模式的试样,并且水合物均匀分布于土样孔隙中。海洋天然气水合物主要是在扩散体系中形成的,即溶解在水中的气体以扩散迁移的方式进入温压条件适合的地层内与水结合生成天然气水合物。文中试验方法与装置利用高压恒流泵驱动溶有气体的去离子水在土样中循环,采用磁力搅拌装置加速和增大气体在水中的溶解,使土样在较短时间内被溶气水饱和,然后将土样温度降低至与气体压力相对应的相变温度以下后,溶于水中的气体与水结合生成水合物析出,且均匀地填充土样孔隙中。采用粉土和CO2气体试验表明,制得含水合物沉积物大约需1 d的时间,通过观察和测试含水率证明,所制得试样具有良好的均匀性,解决了目前在试验中采用的制样方法所制得的试样中水合物分布不均匀以及水合物形成时间过长的问题,为进一步开展含天然气水合物沉积物物理力学试验提供了技术保证     

青海木里地区天然气水合物形成条件分析

我国的青藏高原地区有大面积的多年冻土分布,其适宜的温压条件为天然气水合物的形成创造了有利的环境。在青藏高原北部祁连山区木里煤田多年冻土层煤炭地质勘查施工中,发现天然气水合物存在的证据。通过分析木里地区多年冻土带天然气水合物的形成条件,对天然气水合物烃类气体的来源进行了探讨,提出煤层和煤系分散有机质热演化过程中形成的烃类气体是木里煤田天然气水合物主要来源的观点,将并其称之为“煤型气源”天然气水合物。     

青海祁连山冻土区天然气水合物的气源条件及其指示意义

祁连山木里冻土区天然气水合物的气源条件还不清楚,这直接影响到下一步的勘查方向。文章试图以DK-2天然气水合物钻孔为例,从天然气水合物及其相关气体组成与同位素特征入手,对比分析天然气水合物产出层段的泥岩、油页岩、煤、油气显示等有机地球化学特征,探讨该区天然气水合物的气源条件及其对天然气水合物勘查的指示意义。该区天然气水合物所在层段的泥岩、油页岩、煤的有机质丰度、类型、热演化程度等参数显示,它们不能成为天然气水合物的主要气源岩层;结合天然气水合物及相关气体组成与同位素特征,判断该区天然气水合物的气体来源可能主要为深部石油(原油)伴生气或深部气源岩层的成熟-过成熟气;该区油气显示现象与天然气水合物密切伴生,或可作为天然气水合物的指示标志。     

青藏高原天然气水合物的形成与多年冻土的关系

天然气水合物是一种新型清洁能源,赋存在多年冻土区和海洋沉积物等低温高压环境中.青藏高原多年冻土面积占高原总面积的一半以上,是可能的天然气水合物赋存区.根据青藏高原多年冻土条件和天然气水合物形成的热力学条件,讨论了多年冻土地温梯度、冻土厚度与天然气水合物形成的热力学条件之间的关系和青藏高原存在天然气水合物的可能性.结果表明,青藏高原多年冻土区基本具备形成天然气水合物的热力学条件,最适宜的热力学条件是多年冻土地温梯度接近或略大于多年冻土底板附近融土的地温梯度,且融土地温梯度越小,越容易形成天然气水合物.估算得到天然气水合物最浅的顶界埋深为74 m左右,最深的底界埋深达上千米.     

青藏高原天然气水合物的形成与多年冻土的关系

天然气水合物是一种新型清洁能源,赋存在多年冻土区和海洋沉积物等低温高压环境中.青藏高原多年冻土面积占高原总面积的一半以上,是可能的天然气水合物赋存区.根据青藏高原多年冻土条件和天然气水合物形成的热力学条件,讨论了多年冻土地温梯度、冻土厚度与天然气水合物形成的热力学条件之间的关系和青藏高原存在天然气水合物的可能性.结果表明,青藏高原多年冻土区基本具备形成天然气水合物的热力学条件,最适宜的热力学条件是多年冻土地温梯度接近或略大于多年冻土底板附近融土的地温梯度,且融土地温梯度越小,越容易形成天然气水合物.估算得到天然气水合物最浅的顶界埋深为74 m左右,最深的底界埋深达上千米.