天然气水合物:21世纪的资源?

估计世界上水合物聚集体中的气体含量大大超过了已知常规气储量体积 ,但是气体水合物在世界能源需求中起什么作用将最终取决于充足气体水合物资源的利用率和开发它们的费用。然而 ,关于世界气体水合物资源仍存在着大量的不确定性和反对意见。气体水合物存在于永冻区和外部大陆边缘海底温压条件下的沉积物矿床中。综合北极区气体水合物研究资料 ,表明永冻区气体水合物可能存在于地下深度约１３０～２０００ｍ范围内。气体水合物在近海大陆边缘的存在主要由异常地震反射即似海底反射层（ＢＳＲ）来指示 ,ＢＳＲ在海底深１００～１１００ｍ处。…     

“冻结”甲烷从海底中逸出

在２０世纪８０年代后期 ,冰核记录揭示出大约每隔１００ｋａ发生的由冰期到暖期的急剧气候变化可通过温室气体甲烷浓度的快速增加加以对比。最初 ,这些增高被认为是湿地环境的细菌作用造成的。Ｎｉｓｂｅｔ（１９９０）根据以水合物形式贮存在永冻地区和大陆边缘的数量巨大的甲烷提供了一个选择解释。他认为这种甲烷的大量释放可能触发冰期—间冰期的气候变化。Ｋｅｎｎｅｔｔ等（２０００）提供证据说明快速气候变化确实与加利福尼亚海岸滨外圣巴巴拉海盆水合物中的甲烷释放有关。在高压、低温以及足够高的气体浓度情况下 ,水分子形成笼形…     

二十一世纪的新能源——气体水合物

海洋是巨大的矿床资源宝库。继石油、天然气、多金属结核（ 壳） ,海底硫化物等深海矿产之后,海底气体水合物已成为引人注目的潜在资源。目前,在太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋大陆边缘等多处海域已有发现。由于其资源前景巨大,美国、日本等许多国家已经有计划、有组织地开展水合物资源调查研究工作和其开采技术的开发工作。在中国近海,特别是南海北部陆架和冲绳海槽等多处也已发现标志有气体水合物的似海底反射层（ＢＳＲ＊ ＊ ） 。随着我国经济建设的发展,石油、天然气能源供需矛盾日益增大,因此,我们必须开发新的能源资源,以满足国民经济可持续发展的需要。预计２１ 世纪气体水合物将是人类的前景资源,因此,气体水合物的勘查研究和开发具有重大的战略意义。本期选刊了有关“气体水合物”的调查研究文章,以期为科研人员和决策者提供参考,促进我国气体水合物调查研究的开展。     

天然气水合物资源潜力评价

作为一种新型能源的天然气水合物越来越引起人们的重视。研究表明,在永冻区水合物主要存在于地下130～2000m,海洋中的水合物主要存在于海底以下100～1100m,水合物矿层的厚度可从几厘米到30m左右。目前海相和极地永冻区水合物资源量估计约为20000万亿m^3。近些年来,很多国家包括日本、印度和美国投入大量的资金进行水合物资源的研究。虽然在有些基础性问题的研究上,如对已证实的含水合物地层中水合物聚集的资源量的估算等方面存在差异,但这些研究项目的开展可以帮助我们了解水合物储层的属性、开采体系的设计以及更为重要的开采成本及经济效益等关键性问题。     

加拿大天然气水合物的分布和资源量估算

在麦肯齐三角洲—波弗特海、北极群岛、加拿大所属的大西洋边缘 ,地球物理测井已解释出多处水合物分布区。在麦肯齐三角洲从钻井中采集到了天然气水合物样品 ( Mallik2 L-3 8井 ) ( Collett et al.,1 999,等 )。大多数甲烷水合物岩心的存在范围从 2 0 0 m到最大稳定深度 ,其中最大稳定深度可从区域压力和温度条件推断出。天然气水合物的最大稳定深度在麦肯齐三角洲—波弗特海为 1 4 0 0 m,在北极群岛为1 80 0 m( Majorowicz and Judge,1 991 ,等 )。在加拿大所属的大西洋边缘 ,特别是拉布拉多陆架和纽芬兰岛东北 Grand Banks,测井数据显…     

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     

欧洲东北部俄罗斯的气体水合物潜力

估计乌拉尔山以西 ,欧洲东北部的俄罗斯的水合物中含天然气１００×１０９ｍ３（３．５ＴＣＦ）。从Ｋｏｍｉ共和国Ｖｉｒｋｕｔａ市附近的Ｋｏｓｙｕ -Ｒｏｇｏｖ凹陷和Ｋｏｒａｔａｉｋａ凹陷北部约５０口井中获得的岩心资料表明 ,在永久冻土带下有一厚度达１５０～４００ｍ的气体水合物带。上覆的永冻带厚度通常不超过３００ｍ。这些水合物的形成通常与更新世—现今的气候和地质条件有关。气体水合物带的现今温度为１～２℃ ,我们推断来自泥盆系—二叠系岩石中的含油气流体沿断层和裂缝运移、最终圈闭在永冻层下。我们估计含气体水合物的…     

气体水合物在石油勘探中的重要性及其应用

气体水合物是一种笼状的包含甲烷气分子的晶状化合物 ,最常见的晶体结构是４６个水分子包围８个甲烷分子。在特殊的热力学条件下 ,陆上永冻层之下和近海地区特别是水深５００ｍ以下的沉积层都能形成大量气体水合物。大洋钻探在深海环境的海底浅部已发现水合物。随着石油勘探向深海区的迅速发展 ,要研究被动大陆边缘就必须对天然气水合物的重要性进行评价。本文的主要目的是 :首先认为天然气水合物是一种可能的烃类资源 ,第二是讨论海洋勘探中天然气水合物的潜在影响及其利用潜力。１气体水合物资源气体水合物被科学界认为是下一个世纪主要的…     

西北冰洋Chukchi Borderland晚第四纪冰筏碎屑记录及其古气候意义

西北冰洋楚科奇边缘地区沉积模式复杂,冰期-间冰期旋回影响着周围北美冰盖和欧亚冰盖的发育以及波弗特环流的位置与强弱,对于该地区的沉积物来源有很大影响。通过对采自西北冰洋楚科奇边缘地区的ARC4-BN03、ARC3-P37和ARC4-MOR02岩心的多指标分析以及与邻近6个岩心的对比,发现在MIS 5以来,北风脊地区可以识别出多次IRD事件,其中都有加拿大北极群岛的贡献。在MIS 3,楚科奇海台和楚科奇深海平原较北风脊沉积速率更高,其IRD事件除了加拿大北极群岛的贡献,也可能有来源于欧亚大陆的输入。在MIS 2,楚科奇海台和楚科奇深海平原的沉积速率急剧降低甚至中止,其IRD事件主要来源于欧亚大陆和东北冰洋边缘海,而北风脊地区IRD事件仍来源于加拿大北极群岛。这可能是由于冰期楚科奇海台和楚科奇深海平原可能受到一个冰盖的覆盖,阻止了北美地区沉积物的输入;而此时北风脊地区正处于这个冰盖的边缘,未被完全覆盖。在间冰期,该冰盖消亡,整个楚科奇边缘地区的IRD事件都有加拿大北极群岛的贡献。     

北冰洋太平洋扇区碳循环过程对环境变化响应的研究进展与展望

全球碳增汇需求高涨,海冰消退后的北冰洋被期待是一个主要的潜在碳增汇区。北冰洋太平洋扇区因受控于楚科奇海及其邻近海域较高的海洋固碳效率和碳深海封存量,在整个北冰洋碳循环中起着举足轻重的作用。开展该海域碳循环过程对环境快速变化的响应机制研究是实现北冰洋碳汇精准预测的基础。本文重点阐述了楚科奇海及其邻近海域碳循环过程（即海洋对大气二氧化碳的吸收、生物固碳、太平洋入流携带碳经陆架生物地化过程后向深海输出封存的陆架泵）对北冰洋环境快速变化的响应,并提出未来研究需要聚焦的关键科学问题。     

琼东南盆地陵水研究区海底地质灾害类型、分布和成因机制

琼东南盆地陵水研究区位于西沙海槽北部的陆架边缘和陆坡区,地质灾害广泛分布。利用三维反射地震数据,在琼东南盆地陵水研究区识别了海底滑坡、麻坑、丘状体、流体管道、天然气水合物(BSRs)、活动断层等海底地质灾害体,并分析了各类地质灾害体的地震反射特征和分布规律。结合区域构造和沉积演化过程,分析了地质灾害体的成因机制。研究表明,灾害体的分布面积总计超过2000km~2,各类灾害体相互叠置。构造断层活动、充足物源供给和海平面变化是导致该地区海底地质灾害广泛分布的重要原因。第四纪晚期高沉积速率导致陆架边缘和陆坡区沉积了较厚地层,有机质丰富,为水合物成藏提供了潜在气源。陆坡区的滑坡主要分布在加积层序较发育的陡坡区。在陆架边缘和滑坡不太发育的陆坡缓坡区,超压流体释放形成流体管道、丘状体和麻坑。高沉积速率、埋藏的古滑坡和区域的构造不稳定性是诱发超压流体释放的重要因素。     

南海天然气水合物的成矿远景

通过对南海的中新生代区域构造、中上新世纪沉积、近－现代地貌及地温条件的分析，结合ODP184航次钻探成果和水合物最新调查资料，探讨了南海水合物的成矿条件，认为具有良好的成矿地质构造环境；通过对南海陆坡深水区现有大量多道地震调查资料的重新判读，发现南海地区存在多处水合物的地震标志－BSR，以活动边缘笔架增生楔和非活动边缘西沙－东沙为例，重点解剖水合物的地震特征，建立其成藏模式，总结其成矿规律，预测水合物资源远景，为今后在该海域寻找水合物矿床、预测水合物资源远景起到抛砖引玉作用。     

白令海和西北冰洋表层沉积物磁化率特征初步研究

为了准确解释环境磁学参数记录的极地古气候环境变化信息,本研究对白令海和西北冰洋61个站位的表层沉积物进行了高、低频质量磁化率(χ)、非磁滞磁化率(χARM)和磁化率-温度(k-T)分析,以探明该区沉积物中磁性矿物的种类、来源与搬运路径。结果显示,样品的χ具有明显的地域分布特征。白令海的χ值整体高于楚科奇海,并在育空河口外侧和圣劳伦斯岛南侧较高,向北和向西南方向逐渐减小。楚科奇海中东部陆架上表层沉积χ值高于阿拉斯加沿岸,而西北冰洋深海平原和洋脊区的χ值最低。χARM的变化趋势与质量磁化率相似,但频率磁化率的变化趋势与质量磁化率正好相反。k-T分析结果显示阿留申海盆沉积物中的铁磁性矿物以磁赤铁矿占主导,白令海陆架育空河口外侧和圣劳伦斯岛南北两侧为磁铁矿,白令海陆架西部和楚科奇海陆架中东部为磁赤铁矿和磁铁矿,楚科奇海阿拉斯加沿岸为黄铁矿,而西北冰洋陆坡、深海平原和洋脊区为胶黄铁矿和黄铁矿,但高纬度区沉积物中的胶黄铁矿含量更高。沉积物中磁性矿物的区域性分布受沉积物来源、洋流和底质环境等因素的控制。白令海和楚科奇海陆架磁赤铁矿来源于亚洲大陆,白令海陆架东部的磁铁矿来自育空河流域,阿拉斯加沿岸沉积物中的黄铁矿,应为阿拉斯加西北部陆源侵蚀来源的或早期成岩作用形成的,西北冰洋深海盆区的胶黄铁矿,为自生成因的。     

2003年夏季西北冰洋浮游动物群落结构和地理分布研究

根据西北冰洋43个调查站位的浮游动物种类组成和数量资料,分析了浮游动物的群落结构和地理分布特征,探讨了浮游动物群落与环境因子的关系.结果表明,在调查区域存在三种不同的浮游动物群落类型:楚科奇海台和加拿大海盆地区的高纬度深海群落;楚科奇海中部的陆架群落;阿拉斯加沿岸和楚科奇海北部的沿岸过渡群落.深海群落浮游动物数量较少,...     

北冰洋有油气远景的沉积盆地

北冰洋是地球的独一无二的大洋。它与其他大洋相比,显出的独特性在于有相当厚的沉积层,不仅在陆架及相邻的滨岸地区,而且在特有的深水的外陆架的大洋地区。先前就曾确定沉积层分布的主要特点。为了更详细分析北冰洋及其围区的沉积层分布特征,1996年,俄罗斯大洋地质与矿产资源科学研究所（以下简称俄大洋矿产所）提供相当可靠的基础资料,即编制了《1：600万比例尺的北极地区沉积盖层厚度图》（主编为格拉姆别尔格院士和博格列毕茨基）。     

黑海西北部涡旋与环流对跨陆架水交换的影响

涡旋对海洋中的能量传递和物质交换有重要作用。黑海西北部陆坡边缘是长生命周期涡旋经常发生的海域,但涡旋引起的陆架和海盆之间水交换通量的季节性特征,以及海盆边缘环流对跨陆架水交换的作用等方面的研究还不是很充分。本文对黑海西北部陆架区与深海盆区间的跨陆架水交换进行了研究,利用高分辨率三维原始方程模式模拟的温、盐、流等资料,结合涡旋自动探测方法,统计了黑海西北部海域的涡旋活动,研究了涡致跨陆架水交换的季节性特征,计算对比了2002年到2010年间海盆边缘环流与涡旋对跨陆架水交换通量的各自贡献。结果表明:黑海西北部地区海盆边缘环流强度与跨陆架进、出通量的相关系数分别为0.57和0.67,海盆边缘环流位置与跨陆架交换量的相关系数为0.52;海盆边缘环流强度与位置的季节性变化导致了黑海西北部跨陆架通量的季节性变化。黑海西北部地区表层3月到8月之间涡旋所引起跨陆架交换量约占了跨陆架交换总量的16%~31%;涡致跨陆架通量也具有季节性特征。文中对单个涡旋进行了详细研究:2005年5月5日到2005年7月20日之间在黑海西北部存在一个直径最大值时达到120 km的反气旋式涡旋,涡旋存在期间完成了从陆架区向深海区的水体传输,相当于黑海西北陆架区水体积的30.9%。     

利用多种测井数据估算阿拉斯加北部陆坡Mount Elbert井原位气体水合物饱和度

2006年,美国地质调查局（USGS）完成了对可用的2D和3D地震数据的解释和分析后,提出了一个确定阿拉斯加北部Milne Point区域永冻带下气体水合物稳定带内的水合物矿藏的可行办法。为了验证USGS的预测并获得关键的储层数据,也是为了形成长期生产测试计划发展的需要,2007年2月,在Mount Elbert矿区进行的钻井取得了多种测井数据和岩芯数据,并将这些数据用来估算水合物原位饱和度及储层属性。气体水合物饱和度可根据不同的测井数据估算,如核磁共振（NMR）,P波与S波速度,电阻率以及孔隙水盐度等。根据NMR测井数据估算的气体水合物饱和度与通过P波和S波估算的结果非常吻合。由于原生水的低盐度及低的形成温度,原生水的电阻率与页岩的电阻率是相当的,因此在利用电阻率测井数据准确估算气体水合物饱和度时,必需解决粘土的影响。确定二个气体水合物高饱和区段,上部区段的厚度约43ft,平均气体水合物饱和度为54％,下部区段厚度53ft,平均气体水合物饱和度为50％,二个区段的最大饱和度都达到75％。     

气体水合物储集层中原地甲烷含量的直接测定

气体水合物储集层中原地甲烷含量的直接测定ＧｅｒａｌｄＲ．Ｄｉｃｋｅｎｓ等某些气体能与水结合形成在高压和低温条件下稳定的固体—气体水合物。许多有甲烷来源的海洋沉积物中存在着适合气体水合物形成的条件。大陆边缘的地震反射剖面表明，在海底沉积物上部几百米中，...     

海底气体水合物BSR的AVO模拟

在世界各地陆架外缘的地震剖面上，出现与海底近似平行的拟海底反射层BSR。BSR与气体水合物稳定域同时发生，并通常用作指示海底天然气水合物。尽管假设BSR标志含气体水合物的沉积物之底界，但位于BSR之下沉积物内低速游离气的产状及重要性仍是长期争论的课题。这篇论文通过对俄勒冈近海和波弗特海面两个地区BSR的反射系数模拟或AVO模拟，调查水合物丰度与BSR伴生的游离气。根据两地的多道地震剖面，地震速度资料和俄勒冈ODP第892站的钻井记录资料模拟，若BSR之上的气体水合物饱和度小于孔隙体积的30％，BSR的AVO研究能确定BSR之下是否存在游离气。根据AVO，能大致估算BSR之上气体水合物饱和度，但仅用地震资料，不能控制BSR之下的游离气饱和度。两个地区的AVO分析暗示出：BSR之下的游离气是导致强振幅BSR的主要原因。对两地区研究，计算BSR之上的水合物浓度不足孔隙体积的10％。     

新世纪非常规能源的曙光——天然气水合物

大多数专家都认为在 2 1世纪初期世界石油产量将达到高峰 ,之后开始下滑。一些国家和能源公司正在从长远考虑 ,寻找天然气水合物等非常规能源。自然界中的天然气水合物主要分布于北极周围的永冻区以及浅海大陆架沉积物中。蕴藏于海底的天然气水合物资源比估算的常规天然气储量多数百倍。美国地质调查局估计全世界天然气水合物的甲烷量达到 2 0 0 0 0万亿 m3。据美国能源部估计 ,仅美国的天然气水合物资源就有 2 83 0～ 8490万亿 m3。世界天然气水合物资源中哪怕只有 1 %～ 2 %是经济可采储量 ,它也将成为一种巨大的能源来源。因此 ,随着常规…