海底水合物区甲烷的溶解度

海底水合物区有特定的温压条件限制,甲烷含量丰富超过局部的溶解度(Kvenvolden,1988)。即使全球的大部分海相环境具备水合物形成的温压条件,但是水合物主要存在于有机碳产出高或能为水合物的形成提供足够甲烷的承载流体存在的大陆边缘地区。甲烷溶解度     

天然气水合物的地球物理识别技术

地球物理识别技术是天然气水合物识别技术中的重要技术,即以自然界天然气水合物的赋存模型为指导,以含天然气水合物沉积层的岩石物性分析为基础,以地质、地球物理模式为桥梁,以现代计算机技术为手段,用地震正、反演的方法系统地、定量地研究各种天然气水合物地震标志(如BSR)的形成原因和形成机理,为天然气水合物的地球物理识别提供科学依据。     

天然气水合物的地球物理识别标志

地球物理标志是天然气水合物识别标志的重要组成部分,包括测井识别标志和地震识别标志两个方面。系统地总结了含天然气水合物沉积层在电阻、电位、井径、声波、密度、中子和成像测井等方面的测井异常,常规剖面和属性剖面上的地震响应异常,以及东海海域的地球物理异常特征,旨在为我国天然气水合物地球物理识别技术的研究提供基础材料。     

气体水合物中甲烷的地球化学特征

通过对气体水合物样品中烃类气体组分和甲烷碳同位素组分的检测,表明自然界中存在Ⅰ型、Ⅱ型和Ｈ型３种类型的气体水合物,在水合物结构中甲烷客体分子主要源自沉积有机质中ＣＯ２的微生物还原作用,也存在热成因甲烷,少数地区为微生物成因和热成因混合甲烷,微生物成因甲烷总是占优势。     

海底天然气水合物稳定的热力学条件

在几乎所有的海底都有适合于天然气水合物的温度和压力，但是热力学平衡提出了形成水合物需要另一个涉及到溶解气浓度的条件。通过一种模拟退火算法--这种算法使得甲烷气体与海水混合物的自由能最小-我们量化了水合物的热力学条件。平衡相用一个压力、温度和盐度的函数来描述各稳定相的成分。我们发现溶解气的浓度（溶解度）随着温度的增加而迅速下降。在海水中，气体溶解度在特定的盐度时也是降低的。由于低溶解度会减少形成水合物所需要的气体量，所以海水中的盐实际上促进了水合物的形成。盐度的变化（常常引起水合物形成情况的变化）增加了一个热力学自由度，这就形成了一个三相区，此区域中水合物、海水和自由气体在恒压下的一个温度范围内共存。我们把该计算用于确定海底稳定相的分布。气体溶解度的计算结果表明水合物可以直接由海底的溶解气结晶而成。气体沿着平衡浓度梯度的扩散表明气体被连续不断地由水合物层运送到所覆盖的海水中。为了在海底沉积的过程中保持水合物，需要有一个持续的甲烷气源以弥补扩散所引起的损失。通过简单的近海沉积的物理条件模型就可以估算水合物的生长和消耗。     

多孔介质体系中甲烷水合物生成动力学的模拟实验

多孔介质中的水合物动力学研究由于对实验技术与设备的要求较高,在国内开展的工作相对较少。主要研究了等容等压、等容等温条件以及不同粒径范围的多孔介质中甲烷水合物生成动力学过程。结果表明,低温高压条件能够为甲烷水合物生成提供更大的驱动力,从而明显促进水合物生成。在粒径为250-355μm的天然海砂中,压力5 MPa时,1℃的反应釜温度可以使甲烷水合物较快生成;在粒径为180-250μm的天然海砂中,温度为2.5℃时,5 MPa的压力即可使水合物较容易生成。但粒径范围125-700μm的多孔介质对水合物生成没有明显的影响。     

南海甲烷水合物资源研究与找矿前景

甲烷水合物（又称“可燃冰”）可视为一种特定地区内新的烃类资源,是在一定温压条件下,由水与天然气结合形成的一种外观似冰的白色结晶固体,主要存在于下陆架,陆坡和深海浅部深奥层内,据推算,海洋总面积的90％具有水合物形成的温压条件,水合物的总资源量大约相当于全世纪已知煤,石油和天然气总量的2倍,其储量之大,分布面积之,是人类未来不可多得的能源,我国海地区已发现多处水合物地震标志,具有良好的成矿地质构造条件,因此,首选南海重点探区寻找这类矿床,可帮助解决我国未来经济可持续发展所需能源不足的问题。本文通过判读南海深水多道地震调查资料,开展南海重点探区的水合物资源研究,为今后的该海域寻找水合物矿床,建立成藏模式,总顷成矿规律,预测探区的水合物资源远景起到抛砖引玉作用,相信随着深水多频探测,深水浅层高分辨率多地震等高新技术的应用,南海必将成为我国未来海洋水合物发实验室,亦是这门新兴学科的诞生,发展和深化的“摇蓝”。     

甲烷水合物合成实验和稳定条件的研究

由于人们提出化石燃料资源的枯竭问题而议论非传统天然气矿产开发问题时,开始注意到过去未曾听说的甲烷水合物。所谓非传统天然气矿产,是指具有与传统天然气矿产不同的成因和产状的新型天然气矿产,其中有甲烷水合物、地下深部以甲烷形式生成的深层天然气以及与煤共生的煤成气等三类非传统天然气。它们当中,甲烷水合物因大量埋藏在近地表的地层中,作为有可能实际开采的非传统天然气矿产而引人注目。甲烷水合物是白色、冰状的固体物质,为甲烷和水的化合物。但是,与冰不同,甲烷水合物中含有天然气的主要成分可燃性甲烷气。因此,一旦接…     

天然气水合物及其实测的地球物理测井特征

沉积盆地内能够形成天然气水合物的先决条件包括：富含分散有机质的沉积物中充有地下水、深水区的水动力处于滞流状态、存在生物成因的气体、压力与温度具有特定的相关关系等。许多科学家提出天然气水合物主要有两种成因机制：（1）先存天然气田因温度或孔隙压力的有利变化而转变为天然气水合物；（2）微生物成因气或热成因气从下部运移至天然气水合物稳定带。     

二氧化碳和甲烷水合物再形成与置换的动力学机制

我们在非平衡条件下研究了天然气水合物的再形成与置换动力学机制。研究表明天然气水合物的再形成受到水-气体系状态和初始温度的影响很大,意味着在分子层面上水溶液结构发生了变化。运用再形成的方法,我们将甲烷水合物的纯净样品从冰晶和溶解溶液中合成出来。如果精准控制压力舱内的压力和温度,在较短时间内,二氧化碳水合物就可以从固态甲烷水合物中置换得到。     

天然气水合物甲烷量及资源量的计算

１　天然气水合物的分布１．１　永久冻土带天然气水合物的分布陆地环境的天然气水合物仅分布在永久冻土带。目前已经确认或推测的地点有８处,其中俄罗斯北部５处,阿拉斯加和加拿大北极海沿岸区３处（Ｋｖｅｎｖｏｌｄｅｎ,１９９８;Ｃｏｌｌｅｔｔ１９９３,１９９４）。１．２　海区天然气水合物的分布根据Ｋｖｅｎｖｏｌｄｅｎ等（１９９３）统计,天然气水合物在水域（海域以及湖沼环境）的分布有４７处。到１９９６年,加上日本周边海域的发现,共计５７处。其中,太平洋（白令海、颚霍茨克海、日本海）２７处,大西洋（加勒比海、…     

深水条件下海底天然气水合物稳定带内的甲烷迁移

１引言海底天然气水合物温压稳定带 (下称水合物带 )这个术语被用来说明某地质剖面的一部分 ,将现有条件下能够存有天然气水合物的海底与上面的水体界定开。事实上 ,由于现有条件复杂多变 ,所以很难精确地估计该带的厚度。这些变化主要指气体成分、水体盐度、海底温度、地热及水压梯度。通常是用深度 (压力 )、温度图来确定该带底部 ,其数值在地热曲线和纯水或海水为均衡状态的甲烷水合物稳定曲线的交会点上。的确 ,甲烷是海底天然气水合物中主要的烃类成分 ,其浓度要百倍于其它的碳氢化合物气体 ,在其它因素相同的情况下 ,水合物带的厚度随…     

硫酸盐-甲烷界面与甲烷通量及下伏天然气水合物赋存的关系

硫酸盐-甲烷界面在富甲烷和含天然气水合物的海洋沉积区已经成为一个重要的生物地球化学识别边界。在硫酸盐-甲烷界面之上,沉积物中的硫酸盐因参与分解有机质和甲烷厌氧氧化反应而被消耗,而其界面之下沉积物中的甲烷则不断生成,含量逐渐增加。根据该界面附近硫酸盐浓度和甲烷浓度的变化特征,可以判断该区甲烷流体通量的大小,从而指示下伏天然气水合物的可能赋存状况。南海北部陆坡的柱状沉积物孔隙水数据的分析显示,硫酸盐-甲烷界面埋深比较浅,表明该海域的甲烷通量较高。这种高甲烷通量很可能是由下伏的天然气水合物所引起的,并暗示着该区下伏海底可能有天然气水合物沉积层赋存。     

天然气水合物赋存区甲烷渗漏活动的地球化学响应特征

综述了天然气水合物赋存区甲烷渗漏活动的地球化学响应指标的研究进展,分析了应用单一指标识别甲烷渗漏活动各自所存在的问题,包括浅表层沉积物孔隙水中CH_4、SO_4~(2–)、Cl~–等离子浓度随深度的变化;浅层沉积物全岩W_(TOC)(W表示质量分数,TOC表示总有机碳)和W_(TS)(TS表示总硫)之间的相关性及比值;自生碳酸盐岩δ~(13)C和δ~(18)O;自生矿物重晶石、黄铁矿、自生石膏的δ~(34)S;有孔虫壳体和生物标志化合物的δ~(13)C等。结果表明孔隙水中的CH_4、SO4_~(2–)浓度及溶解无机碳的碳同位素组成可以用来识别目前正在发生的甲烷渗漏活动;而沉积物中的WTS、自生矿物的δ~(34)S、钡含量及其异常峰值和生物标志化合物的δ~(13)C等指标的联合使用可以更真实准确地反映地质历史时期天然气水合物赋存区的甲烷渗漏活动。因此,在实际研究过程中,可将孔隙水和沉积物两种介质的多种指标相结合。随着非传统稳定同位素(Fe、Ca、Mg等)和沉积物氧化还原敏感元素(Mo、V、U等)等研究的发展,甲烷渗漏活动地球化学响应指标的研究也将得到拓展,而多种地球化学指标的联合使用将为天然气水合物勘探及其形成分解过程识别研究提供重要的科学依据。     

天然气水合物地球化学特征

天然气水合物是在低温、高压以及有足够气体供应条件下形成的一种天然气(主要为甲烷)与水组成的似冰状固态化合物。天然气水合物中包含的甲烷碳是全球甲烷资源的重要组成部分,是一种数量巨大的潜在能源[1]。而且由于甲烷的温室效应,天然气水合物分解释放的甲烷进入大气中会严重     

南海北部陆坡沉积物硫酸盐-甲烷反应界面深度的空间变化及其对甲烷水合物赋存状态差异性的指示意义

海洋沉积物中的硫酸盐-甲烷反应界面（SMI）的深度变化能够指示下伏甲烷水合物的赋存状态。本文通过对南海北部陆坡天然气水合物潜在分布区沉积物间隙水化学和自生碳酸盐氧、碳同位素组成资料系统分析和对比,探讨了南海北部陆坡沉积物的SMI深度空间变化对下伏甲烷水合物的赋存状态的指示意义。结果表明,南海北部陆坡沉积物的SMI的深度呈现出从西南-东北变浅的趋势,这一趋势与自生碳酸盐的碳同位素组成揭示的甲烷释放量增大趋势有很好的对应关系,进而表明在南海北部陆坡从西南-东北甲烷水合物的埋藏深度变浅或者甲烷水合物的分解程度增大。     

天然气水合物的成因及其碳同位素判别标志

天然气水合物的形成主要受温度、压力和气体成分与含量等因素的控制。天然气水合物的气体成分通常以甲烷为主，其成因有细菌还原和热分解两种，分别具δ^13C值＜－60‰和δ^13C＞－60‰的特征。     

海底流体排出及甲烷水合物BSR形成机理

在大陆边缘海底之下几百米深度处普遍观察到BSR,这些沉积物经历近的构造固红或快速堆积,相信BSR与稳定的甲烷水合物（笼形物）的最深部位对应,我们提出了下模式,BSR水合物的形成是在运移着的孔隙流体进水合物稳定域时,由向上运移的孔隙流体排出甲烷,在这个模式里,大多数甲烷产生于水合物稳定带之下,但此深度不足以充分生热,甲烷初始属生物成因,该模式要求从孔隙流体中排出已分解的甲烷,或随孔隙流体向上搬运已散布的游离气,模式解释证据,水合物在稳定域底界处浓聚,大量的甲烷源包含在水合物内,BSRs仅在特殊环境下出现,在深积物正常沉积体制下,不会向上强裂排出流体进入不合物稳定域,,所以BSRs不普遍,由于俯冲带增生楔处构造加厚,荷载增加,引致流体向上排出,该地区快速沉积未固结成岩,这些地区水合物BSRs常见,当孔隙流体进入水合物流体＋水合物与流体域之间的严格边界,然而,需要形成水合物的甲烷数量源自深海钻井有关孔隙流体中烷浓度的有限资料暗示,从上升流体中有效的排出甲烷,可以包含比所需产生游离气的数量少,在大多数流体排出体制,流体向上运移至海底的数量足够连续排出过剩的氯化物及水合物形成时同位素分离的残余物,因此,当观察钻孔资料,没有大量氯化物或同位素异常残留在孔隙流体内,甲烷浓度与稳定域上或下的孔隙流体内CO2量之差别,可以对早期沉积物成岩反应有明显的影响。