天然气水合物体系动态演化研究(Ⅰ):地质历史演变

1995年Dickens对55.5Ma前古新世末增温事件进行了研究,提出天然气水合物作为全球环境变化重要因子的假说.认为古新世末增温事件溶解无机碳-2～-3‰的13δC位移可以用水合物所含甲烷的释放与随后氧化成二氧化碳来解释.此后,地质历史演变中的天然气水合物演化研究蓬勃发展,本文总结古新世末增温事件、新元古代末期雪球事件、第四纪千年尺度事件等最新进展,为天然气水合物动态演化研究提供基础.开展天然气水合物-天然气体系动态演化过程数值模拟与特征分析,可望促进天然气水合物在全球变化与碳循环中作用的深入认识.     

天然气水合物体系动态演化研究(Ⅲ):水合物的产生、聚集和分解

从天然气水合物的产生、聚集和分解，分析天然气水合物的动态演化过程，沉积压实、地温梯度、构造运动以及深部流体对水合物产生的效率起决定作用，根据流体的运移和天然气水合物在水合物稳定带中的分布状况，天然气水合物的聚集可以分为构造聚集、地层聚集和混合聚集三种模式，当由于各种原因引起海底温压条件变化时，天然气水合物会发生分解，水合物也会在水体中上浮，在这个过程中，水合物的分解速率能高出其溶解速率二至三个数量级，海底泥火山、甲烷气柱、甲烷气裂缝、双似海底反射等大量的证据，都有助于揭示天然气水合物体系的动态演化的特征，弄清楚天然气水合物的动态演化过程对于我们未来对这种潜在能源的开发利用，并分析其在全球变化、碳循环以及海底滑坡中所起的作用有着相当重要的意义。     

天然气水合物体系动态演化研究(Ⅱ):海底滑坡

天然气水合物被认为是大陆边缘沉积物强度变弱的一个因子，从而能解释大陆边缘海底滑坡的一些观测现象。天然气水合物的形成使沉积物强度增加，而其分解则使沉积物强度变弱。虽然无法直接观测沉积物中天然气水合物的活动过程与相应的海底滑坡，大量的背景资料表明，天然气水合物崩解常常有助于触发海底沉积物块体的运动。此外，大型滑塌可以释放大量的固态天然气水合物，水合物在水柱中上浮。大块天然气水合物可以在分解前到达海洋的上部层，一些甲烷可以直接进入大气中。本文综述与天然气水合物体系演化有关的海底滑坡的研究现状。     

地球系统中的天然气水合物-天然气体系研究展望

虽然目前国外已有很多学者研究了天然气水合物及其分解产生的气体在地球系统各圈层中的循环转化过程,但国内基本上还没有开展相关方面的研究,况且其中的很多问题尚不清楚.本文的目的是通过分析国内外相关的研究进展,提出天然气水合物-天然气体系这个概念,并归纳总结天然气水合物-天然气体系在地球系统各圈层中的循环转化问题,希望能为研究天然气水合物在全球碳循环和气候变化中的作用提供一定的参考.通过分析发现,天然气水合物-天然气体系在地球系统各圈层中的循环转化过程是非常复杂的,而各个圈层对于天然气水合物-天然气体系在地球系统中的循环转化过程都十分重要,这个体系可能是影响全球碳循环和气候变化的一个重要组成部分.     

海洋天然气水合物分布与“气-水-沉积物”动态体系

海洋天然气水合物是潜在的天然气资源, 研究海洋天然气水合物分布及其影响机制是当前国内外相关领域十分重要的一个方面. 大洋钻探204航次对东太平洋水合物海岭的钻探发现, 水合物海岭南峰地区不同构造部位中天然气水合物在天然气水合物稳定带中的分布、富集和产状是十分不均匀的. 以该航次初步成果为例, 分析和探讨天然气水合物的不均匀分布与它所赋存的“气-水-沉积物”动态体系中的几种主要因素的关系, 指出主要受到气、流体来源与流量变化、岩石学属性和特征、地质构造和古海洋环境变化、微生物活动等因素和营力的控制和影响. 有关分析是基于204航次对会聚板块边缘增生体钻探得到的启示, 当未来在世界各海域有更多钻探实际资料后, 有必要深入分析和探讨各海域不同构造环境下, 如我国海域天然气水合物分布与“气-水-沉积物”动态体系这类问题.     

南海北部神狐海域天然气水合物成藏演化分析研究

南海北部陆坡具备天然气水合物成藏的基本地质条件,神狐海域天然气水合物是当前我国海洋天然气水合物勘探开发研究的重点靶区.然而,神狐海域水合物集中分布在水合物稳定带的底部薄层中,饱和度高,其水合物特征与典型的低甲烷通量控制的水合物分布有很大差异,对其成藏机理和控制因素尚不明确.本文构建了针对神狐水合物成藏过程的一维动力学模型,模型包括沉积压实作用、甲烷溶解度、以及水合物生成和沉积体渗透率,模拟计算的主控参量为海底沉积速率和水流通量,在孔隙水中甲烷浓度一定的情况下,水流速率决定了溶解甲烷的迁移速率和稳定带中甲烷的供给速率,并以此模型计算了神狐海域水合物聚集成藏的动力学过程.模型讨论了特定沉积速率和水流通量条件下水合物成藏与分布特征,并与实际观测数据进行比较研究.研究发现,基于当前沉积速率和水流通量条件模拟的水合物形成演化过程,与神狐海域实际水合物分布特征存在很大差异,但在假定系统中水合物饱和度初值达16~20%时,模拟的水合物饱和度分布特征与观测数据吻合,并因此推测在早期地质历史上,神狐海域存在更加丰富的甲烷水合物,当前的水合物分布特征是在对早期水合物继承基础上发展而成的,而且神狐海域水合物含量正逐渐减少.     

海洋天然气水合物分布与"气-水-沉积物"动态体系--大洋钻探204航次调查初步结果的启示

海洋天然气水合物是潜在的天然气资源, 研究海洋天然气水合物分布及其影响机制是当前国内外相关领域十分重要的一个方面. 大洋钻探204航次对东太平洋水合物海岭的钻探发现, 水合物海岭南峰地区不同构造部位中天然气水合物在天然气水合物稳定带中的分布、富集和产状是十分不均匀的. 以该航次初步成果为例, 分析和探讨天然气水合物的不均匀分布与它所赋存的"气-水-沉积物"动态体系中的几种主要因素的关系, 指出主要受到气、流体来源与流量变化、岩石学属性和特征、地质构造和古海洋环境变化、微生物活动等因素和营力的控制和影响. 有关分析是基于204航次对会聚板块边缘增生体钻探得到的启示, 当未来在世界各海域有更多钻探实际资料后, 有必要深入分析和探讨各海域不同构造环境下, 如我国海域天然气水合物分布与"气-水-沉积物"动态体系这类问题.     

空间和地下电流体系演化与地磁低点位移关系的研究

地磁场"日变化"是地球变化磁场的重要组成部分,是地球物理学地磁观测中的基本规律之一.起源于太阳辐射在电离层中产生的电流体系的影响,其中静日变化的规律性最强,它包含着空间和地球内部各种电磁过程丰富的信息.     

海洋环境甲烷水合物溶解度及其对水合物发育特征的控制

除合适的温度和压力条件外,甲烷水合物的形成还需要有充足的甲烷供给,沉积物孔隙水中的甲烷浓度必须大于甲烷水合物的溶解度.本文建立了水合物－水－游离气三相体系、水合物－水二相体系、气－水二相体系的甲烷溶解度计算优选方法,计算确定了水合物系统的甲烷溶解度-深度相图,依此划分出游离气、溶解气、水-水合物、水-水合物-游离气四个甲烷不同相态分布区.对水合物脊ODP1249和1250钻位、布莱克海台ODP997钻位稳定带甲烷水合物含量和稳定带之下游离气含量进行了计算.ODP1249浅部13.5～72.4 mbsf(mbsf表示海底以下深度)的甲烷水合物是沉积物孔隙体积的10%～61%,ODP1250钻位35～106.5 mbsf的甲烷水合物约为孔隙体积的0.7%～1.9%,水合物层之下游离气层厚约22 m,游离气含量约占孔隙的4%.布莱克海台ODP997钻位的浅部146.9 mbsf处无水合物发育,202.4～433.3 mbsf之间水合物占孔隙体积的约5%～7%,水合物层之下游离气层厚约80 m,游离甲烷含量为孔隙的0.2%～28%.     

Geochemistry and genesis of authigenic pyrite from gas hydrate accumulation system in the Qilian Mountain permafrost,Qinghai, northwest China

A type of authigenic pyrites that fully fill or semi-fill the rock fractures of drillholes with gas hydrate anomalies are found in the Qilian Mountain permafrost; this type of pyrite is known as “fracture-filling” pyrite. The occurrence of “fracture-filling” pyrite has a certain similarity with that of the hydrate found in this region, and the pyrite is generally concentrated in the lower part of the hydrate layer or the hydrate anomaly layer. The morphology, trace elements, rare earth elements, and sulfur isotope analyses of samples from drillhole DK-6 indicate that the “fracture-filling” pyrites are dominated by cubic ones mainly aligned in a step-like fashion along the surfaces of rock fractures and are associated with a circular structure, lower Co/Ni and Sr/Ba, lower ΣREE, higher LREE, significant Eu negative anomalies, and Δ³⁴S_CDT positive bias. In terms of the pyrites’ unique crystal morphology and geochemical characteristics and their relationship with the hydrate layers or abnormal layers, they are closely related with the accumulation system of the gas hydrate in the Qilian Mountain permafrost. As climate change is an important factor in affecting the stability of the gas hydrate, formation of fracture-filling pyrites is most likely closely related to the secondary change of the metastable gas hydrate under the regional climate warming. The distribution intensity of these pyrites indicates that when the gas hydrate stability zone (GHSZ) is narrowing, the hydrate decomposition at the bottom of the GHSZ is stronger than that at the top of the GHSZ, whereas the hydrate decomposition within the GHSZ is relatively weak. Thus, the zone between the shallowest and the deepest distribution of the fracture-filling pyrite recorded the largest possible original GHSZ.     

海洋天然气水合物的地球物理研究(Ⅳ):双似海底反射

由于双似海底反射可望指示一个动态演化的天然气水合物-游离气体系特征，这一重要问题的研究非常有意义。目前在世界上有两个双似海底反射分布区最为典型，一是挪威西部大陆边缘，另一个为东南海海槽大陆边缘，对双BSR的解释，主要有两种，一种是残留BSR，对应古温压条件下天然气水合物稳定带底界的反射，另一种是混合气体水合物沉积的底界反射。阐明双似海底反射层空间分布特征与其成因，建立动态演化的天然气水合物-天然气体系模型，可为深入了解天然气水合物形成机制、分布规律及其地质历史中的演变提供重要的科学基础。     

Chemical evolution of thermal waters and changes in the hydrothermal system of Papandayan volcano (West Java,Indonesia) after the November 2002 eruption

Papandayan is a stratovolcano situated in West Java, Indonesia. Since the last magmatic eruption in 1772, only few hydrothermal explosions have occurred. An explosive eruption occurred in November 2002 and ejected ash and altered rocks. The altered rocks show that an advanced argillic alteration took place in the hydrothermal system by interaction between acid fluids and rocks. Four zones of alteration have been defined and are limited in extension and shape along faults or across permeable structures at different levels beneath the active crater of the volcano.