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。     

硫酸盐-甲烷界面与甲烷通量及下伏水合物赋存的关系

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,其硫酸盐-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.     

天然气水合物的上界面——硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面

定义了海域天然气水合物成矿带的上界面。指出在地球深部存在最原始的、从根本上不依靠光合作用来生存的生命系统。根据对ODP岩心样品中微生物数量的统计,海底以下沉积层中的生物数量可能占据全球原核生物总量的70%,其生物总碳量和地球表面所有植物的碳总量相当。地球内部如此巨大的生物总量应该在地壳中的气体分布等方面起着重要作用。甲烷在地壳层中广泛存在,并主要是微生物成因的。微生物产甲烷的途径主要有两个,一是二氧化碳还原,另一个是醋酸盐发酵。相应地,参与产甲烷的微生物菌群主要是产甲烷菌和食醋酸菌。甲烷在沉积层中的厌氧氧化是一个不争的事实。该过程发生在海底以下一个非常局限的区带,称为硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带。通常,这个区带很窄,仅为一个面,因此,硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带又称硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面。这是一个基本的生物地球化学界面,在功能上它起到屏蔽甲烷向海底和大气逸散的作用,是一个巨大的甲烷汇。甲烷的厌氧氧化同样是一个由微生物介导的过程,参与此过程的微生物主要是食甲烷古菌和硫酸盐还原菌。硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面在海洋沉积层中一般深可达海底以下上百米,浅可至海底。此界面为天然气水合物的上界面,该界面以上没有甲烷水合物存在。     

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     

在遥控深潜器（ROV）上进行的深海甲烷水合物形成的野外试验

在遥控深潜器（ＲＯＶ）上进行的深海甲烷水合物形成的野外试验ＰｅｔｅｒＧ．Ｂｒｅｗｅｒ等天然气中的格状水合物，是甲烷与水分子以１：５．７５的理想克分子比值结合的物质，具有冰状结构，五角十二面体几何形状，是浅海岩石圈的普通成分。气态水合物形成的现象是上世...     

美国能源部甲烷水合物研究计划简介

美国能源部（ＤＯＥ）Ｍｏｒｇａｎｔｏｗｎ能源技术中心（现在的联邦能源技术中心,ＦＥＦＣ）资助的始于１９８２年的甲烷水合物十年研究计划,发现了阿拉斯加Ｋｕｐａｒｕｋ油气田存在水合物;完成了近海１５个含水合物盆地的研究;建立了从水合物中通过减压和加热生产天然气的生产模型;成立了水合物和沉积物测试实验室。该计划由于某些原因,后被取消。８０年代以来,由于一些国家政府的关注、科学家的呼吁、气体水合物的新发现和全球气候变暖与全球碳循环中气体水合物的作用与影响等因素,使甲烷水合物重新引起美国政府的重视。１９９…     

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     

海洋甲烷水合物BSR的地震研究

根据多道地震反射资料分析，温哥华岛近海的北喀斯喀特俯冲带边缘有一清楚的BSR区。海底以下300m处的反射层代表笼形物或甲烷水合物层的底界。1300m水深和3600m长的地震检波器组合允许BSR振幅随炮检距变化，并进行高分辨速度分析和垂直入射资料模拟，所有三种类型分析结果能够较好地解释海底以下大约300m处BSR之上10－30m厚的高速层，并有一明显的底界和过渡顶界。在这层内，大约1／3的沉积物孔隙空间为冰状水合物充填。地震无法探测BSRs之下的游离气，这些结果对水合物BSR的形成与分布的模拟起到重要的控制作用。     

布卢海（Blue Sea）深处的甲烷

自７０年代起,人们就认识到海洋沉积物中存在着天然气水合物,但只是在最近才加快了研究其性质的步伐。研究计划主要集中在调查其作为替代能源的效能以及其在全球性气候变化和大陆坡稳定性中的潜在重要作用。天然气水合物被认为是未来消耗量巨大（尽管到目前为止仍然是一个未知数）的燃料能源。然而,在美国参、众两院举行的恢复拨款的意见听证会,美国政府把多达４２．５百万美元投入到下一个五年的水合物研究中。天然气水合物主要由呈固体结晶态的甲烷和水组成。在适度高压和低温条件下,甲烷分子被捕获到水分子的笼状结构里面,冷却成固…     

渗漏型甲烷水合物的生成实验

天然气水合物是未来潜在的清洁能源,与扩散型水合物相比,渗漏型水合物具有埋藏浅储量大的特点,因此,具有更大的开采和利用价值。在自制的7.5 L透明高压反应釜中模拟研究了沉积物中渗漏型甲烷水合物的生成过程,考察了水合物生成过程中温度、压力、电阻率以及流量的变化;计算了甲烷水合物的生成速率;并对水合物生成过程进行了可视化研究。实验结果表明,渗漏型甲烷水合物可快速生成,在初始温度3.5 ℃、初始压力6.2 MPa、渗漏通量14.7 mol/(m2·s)的条件下,水合物最大生成速率为0.12 mol/s,电阻率最大可以达到2.2 Ω·m。     

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。     

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。     

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、…     

海湾区海水中的溶存甲烷I.分布特征及成因

本文基于日本东京湾，伊势湾和滨名湖的调查资料，详细地讨论了海湾区海水中溶存甲烷的分布特征，成因及其来源，溶存甲烷在海湾中的分布主要受物理混合过程所控制，由河流携入和沉积物中产生是海湾区海水溶存甲烷的两种主要来源。     

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…