天然气水合物的环境效应

天然气水合物是近些年来发现的一种新型超级洁：争能源，因其在能源勘探、海底灾害环境和全球气候变化研究中的重要性而日益引起世界各国的高度重视。本文综述了天然气水合物在形成、分解过程中的加剧全球气候变暖、海底灾害和影响海洋生物等环境效应；指出将地质历吏时期的重大事件与天然气水合物产生的这些环境效应结合将成为今后的主要研究方向。     

天然气水合物潜在的灾害和环境效应

天然气水合物是未来极具前途的能源,然而由于其赋存状态的特殊性,在温度或压力变化的情况下将会分解释放出巨量的甲烷气体,不仅导致海底沉积物力学性能的改变而诱发海底滑坡等地质灾害,同时也会引起全球气候的变化。因而在关注其资源前景的同时,也应该重视其潜在的灾害和环境效应。     

泥火山——天然气水合物存在的活证据

海底天然气水合物大多与通过切穿沉积盖层的断裂的上升烃类流体相关，这些高渗透带包括泥火山和底辟等侵入构造，所以泥火山、底辟和海底断裂等构造周围可能赋存水合物；实际钻探结果也证实，泥火山和水合物的形成与聚集有较为密切的关系。泥火山，它是地层内部圈闭气体由于压力释放上冲的结果，也是气体向上运移的通道。文章初步总结了泥火山与水合物的成矿关系，认为泥火山是水合物赋存的标志之一，是水合物存在的活证据。本文对我国泥火山与水合物的发育和赋存进行了分析预测，并对泥火山构造中水合物的成矿模式进行了初步探讨。     

东海冲绳海槽天然气水合物成矿地质条件与资源潜力

冲绳海槽位于东海的东部,区内天然气水合物调查研究程度低。本文分析了冲绳海槽的区域地质背景和天然气水合物调查研究现状,根据已有资料和前人研究成果,分析了研究区天然气水合物形成的地形地貌、水深、温度、热流值特征,地层、沉积、构造、气源等条件,以及区内存在天然气水合物的地球物理、地球化学和其他证据,在此基础上推测区内天然气水合物成藏存在4种可能的地质类型。即成岩型、断裂构造型、底劈构造型和滑塌型。研究认为,冲绳海槽天然气水合物资源潜力巨大。     

天然气水合物,新世纪一种重要的接替资源

分析了我国油气资源的现状，要实现经济可持速发展，急需开发新的接替资源。天然气水合物在世界范围内有广泛分布，是新世纪接替油气的一种重要资源。     

青藏高原天然气水合物资源预测

青藏高原分布着中国规模最大的多年冻土带,发育有良好的中、新生代海相地层及海相、陆相盆地,为高原天然气水合物矿藏的形成创造了有利条件。本文根据陆上天然气水合物的形成条件,从多方面讨论了水合物形成的可能性及其矿藏有利的分布位置,认为青藏高原完全有条件形成天然气水合物矿藏,最有利的分布区是藏北地区含油气盆地储集层的露头区。对水合物矿藏的研究不但具有资源意义,而且还有潜在的环境意义。     

海洋甲烷水合物：一种“待开发利用的”天然气资源

甲烷水合物是由天然气（主要是ＣＨ４）和水组成的象冰一样的化合物，其晶体结构有效地凝缩着ＣＨ４（每立方米的水合物可以产生超过１５０立方米的ＣＨ４）。水合物“粘结”沉积并给予相当的机械强度；它们填满孔隙并限制了渗透率。生物成因和热成因的两种ＣＨ４都已从水合物中回采。     

天然气水合物地质前景

天然气水合物广泛存在于极地地区,通常与冻土带的近海和深海以及陆架和岛屿边缘密切相关。天然气水合物具有三个方面的研究意义;作为化石燃料具有很大的资源力;作为临界状态物质,具有水下地质灾害的潜在灾害;作为有机碳库,对全球气候变化产生重要影响。气体水合物赋存于地表浅层２０００米深度。由于气体水合物的不稳定性特征,温度和压力微小变化都将会造成水合物分解,发生地质灾害,如海底滑塌、滑坡,此类灾害在民办各地曾     

大陆天然气水合物的资源开发与环境研究刍议

天然气水合物分为大陆型和海洋型两大类.大陆型天然气水合物矿床常赋存于永久冻土带,如西伯利亚,加拿大北部,阿拉斯加.近年来,中国在青海木里的冻土带也发现了天然气水合物,它们赋存在l000m深的砂岩和泥岩层中.大陆天然气水合物的资源量是相当巨大的,估计约为(1～7.4)×1014m3甲烷.现在科学家已经研究出从冻土带水合物...     

海域天然气水合物资源勘查工程进展

近年来,由中国地质调查局组织实施的"海域天然气水合物资源勘查"工程,按照工程总体部署,主要开展了我国南海北部海域的天然气水合物勘查、环境监测与评价,以及成矿理论、勘查与试采关键技术、实验模拟等研究工作,获取了海量基础数据,取得了一系列突破性进展和原创性成果,初步摸清了我国海域天然气水合物资源家底,为试采工程的实施提供了有力支撑.该工程全力支撑了中国地质调查局天然气水合物工程技术中心、国土资源部海底矿产资源重点实验室、国土资源部天然气水合物重点实验室建设,推动了科技创新与地质调查深度融合,促进了水合物学科的发展.     

天然气水合物研究现状与未来挑战

人类在21世纪后期面临着油气资源枯渴,寻求洁净高效的新能源成为科学界追求的目标。为此,近三十年来,世界各国相继投入了大量的资金和人力开展新能源研究。目前,人们在一种重要的新能源---气水合物的基础研究、地质调查、勘探开发等领域取得了较大的进展;但尚存在许多急待解决的重大理论问题,如天然气水合物形成与分解的动力学过程和地质条件,气水合物资源量计算办法,经济型天然气水合物开采、开发模式,气水合物对全球气候的影响等。天然气水合物作为化石燃料,具有巨大潜力;作为甲烷碳库,是海底地质灾害的诱因;作为温室气体,对全球气候变化有着重要的影响作用。天然气水合物研究未来面临挑战。     

天然气水合物气体组成分析的样品前处理技术

天然气水合物仅在相对低的温度和高压条件下稳定存在,一旦脱离其稳定条件就将分解成气体和水而不复存在,因此水合物样品的储存与制备等相关前处理过程对其气体组成的准确测定十分重要.本文实验研究了天然气水合物在常压条件下的最佳储存温度、最佳分解方法、分解气的最佳收集与储存方式,以及非水合物气体的排除等样品前处理技术.结果表明:天然气水合物在常压下低于-100℃储存为妥;样品在进行分解脱气时,“顶空法”和“注射器法”适用性较广,“排水法”不适用于含CO2的水合物样品,且样品分解前最好于-80℃放置片刻以去除表面吸附的非水合物气体.水合物分解气体的储存应尽量避免使用铝塑气袋,建议采用丁基橡胶塞密封的玻璃顶空瓶,并于5天内完成气体组成测定为佳.     

天然气水合物的特征及环境意义

天然气水合物是由甲烷等气体和水分子组成的类冰状的固态物质,主要分布在极地永冻层和外大陆架边缘的海洋沉积物中,赋存在天然气水合物中的碳约为１０＾１３吨,相当于全球其他化石燃料中碳含量的两倍,由于天然气水合物处于亚稳定状态。因此天然气水合物既可作为２１世纪潜在能源资源,又可以非稳定状态导致海底滑塌和滑坡等地质灾害,并可通过释放甲烷影响全球气候。     

天然气水合物加热开采机理及数学模型

在目前已有的主要水合物开采方法研究的基础上,进一步研究了天然气水合物加热开采法的机理。研究认为,水合物是加热分解、热传导和含化学分解的液、气两相渗流流动,它们之间既相互独立,又相互联系。并将水合物区划分为分解区和未分解区,将分解区前缘作为可移动的分界面,分区建立了加热分解热传导数学模型及含分解化学反应的液、气两相渗流流...     

天然气水合物成矿带的识别技术研究

在天然气水合物的地震资料解释过程中,常规地震剖面上难以识别水合物成矿带的准确位置。通过多年的实践对比研究,认为波形、速度反演、速度模型、流体因子、瞬时振幅、相对极性和能量半衰时等各种地震剖面,能够较好地揭示水合物成矿带的地球物理异常特征。收集整理了一部分国内外对水合物成矿带的识别技术,并提出了在无井的情况下,如何利用波形、速度和各种地震属性剖面所提供的信息来确定水合物成矿带的一些新想法,以期对水合物资源量的评估能提供比较有价值的参考依据。     

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。     

南海北部珠江口盆地深水区天然气水合物成因类型及成矿成藏模式

南海北部大陆边缘珠江口盆地油气资源丰富,迄今为止不仅在北部浅水区勘探发现了大量油田,建成了超千万立方米的石油年产能区,而且在南部深水区亦 获得了深水油气勘探的重大突破;在深水海底浅层还发现了大量生物气/亚生物气显示,钻探获得了天然气水合物。根据近年来油气勘探及海洋地质勘查所获大量天然气资料,结合油气成藏地 质条件,深入分析了珠江口盆地生物气/亚生物气地质地球化学特征及其气源岩展布特点,初步预测和估算了其生物气生成量与资源量。通过珠江口盆地南部深水区白云凹陷(神狐调查区)天然 气水合物形成的地质地球化学条件分析,进一步证实了该区勘查发现的天然气水合物,主要属生物气成因类型,其气源供给主要来自原地近源以生物气为主的混合气,天然气水合物成矿成藏 模式则主要属于生物气源供给“自生自储型”近源富集成矿成藏类型,且资源潜力颇大。     

Progress in Global Gas Hydrate Development and Production as a New Energy Resource

Natural gas hydrates have been hailed as a new and promising unconventional alternative energy, especially as fossil fuels approach depletion, energy consumption soars, and fossil fuel prices rise, owing to their extensive distribution, abundance, and high fuel efficiency. Gas hydrate reservoirs are similar to a storage cupboard in the global carbon cycle, containing most of the world’s methane and accounting for a third of Earth’s mobile organic carbon. We investigated gas hydrate stability zone burial depths from the viewpoint of conditions associated with stable existence of gas hydrates, such as temperature, pressure, and heat flow, based on related data collected by the global drilling programs. Hydrate-related areas are estimated using various biological, geochemical and geophysical tools. Based on a series of previous investigations, we cover the history and status of gas hydrate exploration in the USA, Japan, South Korea, India, Germany, the polar areas, and China. Then, we review the current techniques for hydrate exploration in a global scale. Additionally, we briefly review existing techniques for recovering methane from gas hydrates, including thermal stimulation, depressurization, chemical injection, and CH4–CO2 exchange, as well as corresponding global field trials in Russia, Japan, United States, Canada and China. In particular, unlike diagenetic gas hydrates in coarse sandy sediments in Japan and gravel sediments in the United States and Canada, most gas hydrates in the northern South China Sea are non-diagenetic and exist in fine-grained sediments with a vein-like morphology. Therefore, especially in terms of the offshore production test in gas hydrate reservoirs in the Shenhu area in the north slope of the South China Sea, Chinese scientists have proposed two unprecedented techniques that have been verified during the field trials: solid fluidization and formation fluid extraction. Herein, we introduce the two production techniques, as well as the so-called “four-in-one” environmental monitoring system employed during the Shenhu production test. Methane is not currently commercially produced from gas hydrates anywhere in the world; therefore, the objective of field trials is to prove whether existing techniques could be applied as feasible and economic production methods for gas hydrates in deep-water sediments and permafrost zones. Before achieving commercial methane recovery from gas hydrates, it should be necessary to measure the geologic properties of gas hydrate reservoirs to optimize and improve existing production techniques. Herein, we propose horizontal wells, multilateral wells, and cluster wells improved by the vertical and individual wells applied during existing field trials. It is noteworthy that relatively pure gas hydrates occur in seafloor mounds, within near-surface sediments, and in gas migration conduits. Their extensive distribution, high saturation, and easy access mean that these types of gas hydrate may attract considerable attention from academia and industry in the future. Herein, we also review the occurrence and development of concentrated shallow hydrate accumulations and briefly introduce exploration and production techniques. In the closing section, we discuss future research needs, key issues, and major challenges related to gas hydrate exploration and production. We believe this review article provides insight on past, present, and future gas hydrate exploration and production to provide guidelines and stimulate new work into the field of gas hydrates.     

青海木里地区天然气水合物三维地震探测

首次在中国祁连山冻土区青海木里地区实施了针对天然气水合物的三维地震探测。根据工区内冻土层厚度、地层岩性、水合物储集空间类型和赋存深度等特 点,设计了三维地震数据采集方案,制定了地震数据处理流程,获得了良好的三维地震探测结果。结果表明,工区内天然气水合物赋存层段地震响应特征与国外冻土区的天然气水合物具有明 显差异;冻土层厚度、岩性、水合物储集空间类型等因素,对该区地震资料振幅、频率、速度等影响显著;水合物层段的地震资料存在低频、中等杂乱振幅等明显的特点,这些特征为该区天然气水合物探测和识别提供了依据。     

Gas Sources of Natural Gas Hydrates in the Shenhu Drilling Area, South China Sea: Geochemical Evidence and Geological Analysis

The Shenhu gas hydrate drilling area is located in the central Baiyun sag, Zhu Ⅱ depression, Pearl River Mouth basin, northern South China Sea. The gas compositions contained in the hydrate-bearing zones is dominated by methane with content up to 99.89% and 99.91%. The carbon isotope of the methane (δ13C1 ) are 56.7‰ and 60.9‰, and its hydrogen isotope (δD) are 199‰ and 180‰, respectively, indicating the methane from the microbial reduction of CO2 . Based on the data of measured seafloor temperature and geothermal gradient, the gas formed hydrate reservoirs are from depths 24-1699 m below the seafloor, and main gas-generation zone is present at the depth interval of 416-1165 m. Gas-bearing zones include the Hanjiang Formation, Yuehai Formation, Wanshan Formation and Quaternary sediments. We infer that the microbial gas migrated laterally or vertically along faults (especially interlayer faults), slump structures, small-scale diapiric structures, regional sand beds and sedimentary boundaries to the hydrate stability zone, and formed natural gas hydrates in the upper Yuehai Formation and lower Wanshan Formation, probably with contribution of a little thermogenic gas from the deep sedments during this process.