天然气水合物与全球气候变化

天然气水合物作为21世纪的重要能源已受到广泛认可和高度关注。与此同时,作为一个重要的气候致变因素,在地质历史时期中天然气水合物在自然条件下的突然分解释放甲烷气体可能造成全球气候变暖、地质灾害和生物灭绝等负面影响仍不容忽视。本文通过分析天然气水合物的稳定性与分解释放甲烷气体、天然气水合物对气候的反馈机制以及天然气水合物的分解在地质历史时期中对全球气候变化的可能影响,如新元古代“雪球”地球的终结、古新世一始新世极热事件和第四纪冰期后气候快速变暖等,对天然气水合物在全球气候变化过程中的作用进行了探讨。     

多孔介质中天然气水合物稳定性的实验研究进展

勘探表明天然气水合物多产出于细碎屑沉积物中,其分布和赋存形式受温度、压力、水化学条件等多种物理化学因素的影响。前人的实验研究表明不同孔径尺度中的甲烷水合物稳定性有别于块状、层状水合物,同时孔隙表面的润湿性也是影响因素之一。在综合分析前人研究成果的基础上,系统阐述了孔隙的孔径、孔隙内表面润湿性对所含天然气水合物稳定性的影响规律,总结了可能的内在机理;并指出了当前应当尽快建立包括空间效应、温度、压力和组分等因素的综合天然气水合物相图,查明含天然气水合物沉积物的孔隙结构和表界面特征,建立天然气水合物的稳定性模型,将有助于精确预测天然气水合物的分布和规模,对于水合物开发和甲烷存储技术的研发也有着重要的意义。     

美国天然气水合物研究计划介绍

以美国近年来提出的天然气水合物研究计划和项目申请书为基础,介绍美国科学家在天然气水合物研究领域中所关心的关键科学与技术问题和研究焦点,供我国天然气水合物研究者在项目设计和开展研究工作时参考。美国天然气水合物研究关注的重点科学问题主要集中在 4个方面：天然气水合物的物理与化学特性研究;天然气水合物开采技术研究;天然气水合物灾害-安全性与海底稳定性研究;天然气水合物在全球碳循环中的作用研究。在研究方法上主要采取天然气水合物区的现场地质地球化学观测、实验室合成和测定及计算模拟,特别关注与水合物和油气冷泉相关的生命过程及与水合物的相互作用研究。     

21世纪能源与环境的前沿问题——天然气水合物

天然气水合物资源极为丰富。据国外专家估算，水合物中的天然气总资源超过了包括煤炭、石油与常规天然气在内的所有已知可燃矿产的储量。天然气水合物层是油气聚集的极好盖层，可以作为勘探油气藏的标志。天然气水合物还是影响全球气候变化的重要温室气体之一的甲烷的重要源和汇。因此，进行天然气水合物研究对开拓２１世纪能源、完善油气成藏理论、解决天然气工业生产和输送过程的管进堵塞问题，以及探讨其与全球气候变化的关系问题均有重大意义。目前应开展的研究内容与重点课题包括：天然气水合物的成因机制与油气成藏演化规律；分布规律及有利蕴藏地区；物化特性及其生成与消除的方法；天然气水合物与全球气候变化的关系等。     

天然气水合物分解及其生态环境效应研究进展

了解大陆／大洋边缘地区天然气水合物形成与分解及其在海底沉积物、水体及海底化学自氧生物群落中的一系列物理、化学及生物作用有助于我们在全球和区域尺度上探讨天然气水合物分解对气候变化的影响;天然气水合物在碳循环中的作用和大陆边缘流体活动与物质交换机制等问题。从水合物分解与全球变暖、贫／缺氧甲烷氧化作用、自生矿物沉淀、化学自养生物群落等方面综述了水合物的环境生态效应研究进展。天然气水合物的形成／分解及 其对海洋乃至全球环境生态变化的影响,深刻地反映了地球上岩石圈、水圈、大气圈和生物圈之间相互联系与相互作用,生物,特别是微生物对全球CH 4的平衡和自生矿物沉淀至关重要。     

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。     

世界天然气水合物研究开发现状和前景

回顾了世界天然气水合物研究历史,分析了世界气水合物研究现状和开发前景,评价了全球天然气水合物资源潜势,提出了我国对天然气水合物的研究策略。     

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。     

青海省木里煤田天然气水合物资源量估算

天然气水合物是一种新型的清洁能源矿产资源,据估算其资源量是全球煤炭、石油、天然气资源总量的两倍。青藏高原北部祁连山木里煤田天然气水合物的发现,是我国天然气水合物研究的重大突破。基于煤炭地质勘查工作及其相关研究成果,采用煤炭总量理论产气量法、天然气水合物体积法、天然气水合物稳定带体积法等三种方法,首次估算了木里煤田天然气水合物的潜在资源量,这对于评价该区天然气水合物资源前景具有重要意义。     

天然气水合物与全球变化研究

天然气水合物含碳量超过全球所有其他来源有机碳的总和,是地圈浅部的极重要碳库。自然界中温压条件的微小变化都会引起天然气水合物的形成或分解,从而吸收或释放甲烷,对全球碳循环和温室效应产生重要影响。天然气水合物对全球气候变化、冰期和间冰期的交替的反馈在极地和中低纬度不同,在中低纬度
也有两种相反的过程,因而对其总效应的方向和强度尚需详细研究和估计。我国许多海区有天然气水合物存在的条件,在南海已有报道;可通过地震剖面的重新判读及数值模拟估计天然气水合物的储藏量和它对海平面变化的反馈,以提供边缘海这类研究的范例。     

水力输送法开采海底浅层天然气水合物技术研究

海洋天然气水合物占全球水合物总储量的99%,海洋天然气水合物大部分沉积在海底浅层没有良好的覆盖层,无法采用开采传统油气资源的方法进行开采.为了开采海底浅层天然气水合物,分析了海洋天然气水合物的存在类型及地质特征,探讨了目前开采海洋天然气水合物的理论方法及局限性.根据海底天然气水合物成矿的地质特点及水合物的物理特性,提出了以水力输送技术为主要理论的海洋浅层天然气水合物开采方法.该方法克服了其他方法开采海底天然气水合物面临的技术困难,为海洋天然气水合物的开采提供了技术基础及理论支撑.     

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。     

中国陆地永久冻土带天然气水合物钻探技术研究与应用

大量的研究及钻探取样证明,不仅海洋深处存在着天然气水合物,陆地永久冻土带也存在天然气水合物。论述了全球陆地永久冻土带天然气水合物研究现状,介绍了陆地永久冻土带天然气水合物取心钻具的结构设计及试制过程和在海拔4200m青海祁连山地区进行永久冻土带天然气水合物钻探技术研究过程取得的成果。     

未来接替能源——天然气水合物面临的挑战与前景

天然气水合物作为新型化石燃料展现出巨大的资源潜力,如何科学地估算全球天然气水合物资源量与安全而经济地开采天然气水合物是全世界关注的焦点。文章在系统地分析了全球气水合物研究4个发展阶段认识的基础上,结合笔者对中国南海天然气水合物近20年的研究经历,明确了中国南海天然气水合物赋存的构造背景复杂、沉积过程与类型多样、表征难度大等多种难题。指出了天然气水合物研究面临的6个地质问题与瓶颈:新近系层序地层划分的成因性对比、稳定带厚度与水合物赋存机理、陆缘水动力背景复杂且沉积类型多样、水合物分布与沉积响应间的关系、构造运动对水合物的聚散控制以及水合物成藏模式与判识评价体系;探讨了目前天然气水合物资源量估算过程中存在的优缺点以及试采仍需要攻关的关键理论与技术问题。从地质角度回答了油峰到来的预期与天然气水合物作为接替能源的可能性与前景,指出中国南海的地质特点与天然气水合物的分布规律,明确提出了天然气水合物研究既不可盲目性乐观、也不可强制性悲观的学术观点。     

北极斯瓦尔巴特群岛及邻区天然气水合物分解对气候、海洋环境和生物的影响

天然气水合物是一种潜在的巨量能源,但其分解释放的甲烷可能对全球气候与海洋环境产生巨大影响。然而,人们目前对天然气水合物分解产生的环境和生物效应的了解还不够全面。北极地区的斯瓦尔巴特群岛及邻区的海底和冻土层中蕴含大量甲烷,对气候变化十分敏感,是人们研究天然气水合物对气候变化的响应机制和其分解对生态环境影响的绝佳场所。系统总结了斯瓦尔巴特群岛及邻区水合物分解的气候与环境效应,发现目前研究区水合物分解产生的甲烷进入大气的年际通量不大,对全球气候的影响可能有限;水合物分解对海底滑坡起到催化剂的作用,但不是首要因素;海底水合物分解释放的甲烷能打破原有的化学平衡、生产力分布规律与输送机制、生物耦合关系甚至不同栖息地间的连通性,进而影响底栖生物群落。这些认识对研究天然气水合物开采对生态环境可能造成的影响和采取相应防治措施具有一定的借鉴意义。     

天然气水合物研究中的几个重要问题

综述了当前关于天然气水合物研究中的几个重要问题，提出了今后的主要研究方向，全球大约有10^19g碳以天然气水合物的形式储存在沉积物中，大约是其它所有化石燃料沉积物形式储存量的2倍多，因此，天然气水合物被认为是21世纪具有商业开发无景的潜在的战略资源，天然气水合物是一种亚稳态物质，极易受到温度和压力条件的影响，海底天然气水合物的分解将会影响沉积物的物理化学性质（如剪切强度和流变性等），地球物理性质（如地震波速和电导性），以及地球化学性质（如孔隙流体成分）的明显变化，导致诸如海底滑塌等地质灾害的发生，天然气水合物的分解会产生导致“温室效应”的甲烷气体，该气体进入大气圈中会引起全球气候和环境的变化。     

天然气水合物系统特征及其对我国水合物勘查的启示

油气资源在能源结构中具有举足轻重的作用,其成因机制及勘探思路已发展出了完善的系统理论——含油气系统理论,而天然气水合物作为潜在替代清洁能源,其勘探理论尚处于探索阶段。借鉴含油气系统理论,注重与常规油气成藏的差异性分析,在系统分析全球已发现天然气水合物主要研究区的天然气水合物特征基础上,从气体来源、气体运移通道、有利储层等方面对天然气水合物成藏机理进行了系统梳理,以探究天然气水合物系统特征。提出天然气水合物系统应包括气源、储层和天然气水合物稳定带3个基本要素以及气体生成-运移过程和天然气水合物形成过程2个基本作用;冻土带内气体来源以热解气为主,海洋环境中则以生物气或热解气和生物气的混合气为主;气体运移通道主要为流体底辟、气烟囱、大尺度断层、裂缝、滑塌构造及高渗透性地层等;天然气水合物储层在冻土带以砂岩为主,在海域则以黏土质粉沙及粉沙质黏土为主;综合全球各区域天然气水合物成藏特征,提出了9种类型天然气水合物系统,同时以我国神狐海域天然气水合物系统为例总结出了天然气水合物系统成藏事件表。     

q祁连山永久冻土带天然气水合物钻探工艺与应用

大量的研究和钻探取样证明,不仅海洋深处存在着天然气水合物,陆地永久冻土带也存在天然气水合物。从目前的地质探测技术发展现状看,确定冻土层水合物的储藏深度、含量等物理化学特性还必须靠取样钻探技术。论述了全球陆地永久冻土带天然气水合物的钻探现状,介绍了陆地永久冻土带天然气水合物取心钻具的结构设计、试制过程和在海拔4200m的青海祁连山地区进行永久冻土带天然气水合物钻探技术研究过程中取得的成果。     

祁连山永久冻土带天然气水合物钻探工艺与应用

大量的研究和钻探取样证明,不仅海洋深处存在着天然气水合物,陆地永久冻土带也存在天然气水合物。从目前的地质探测技术发展现状看,确定冻土层水合物的储藏深度、含量等物理化学特性还必须靠取样钻探技术。论述了全球陆地永久冻土带天然气水合物的钻探现状,介绍了陆地永久冻土带天然气水合物取心钻具的结构设计、试制过程和在海拔4200m的青海祁连山地区进行永久冻土带天然气水合物钻探技术研究过程中取得的成果。     

含天然气水合物沉积物相平衡问题研究综述

天然气水合物是一种战略性替代能源。同时,开发天然气水合物将是全球气候环境问题和地质灾害的诱发因素之一。含天然气水合物沉积物（简称HBS）的相平衡问题对天然气水合物资源勘探、评估与开发利用以及环境影响均具有重要的基础作用。自然界中赋存于沉积物之中的天然气水合物的生成与分解与纯水体系中水合物的生成与分解具有很大区别。通过总结国内外研究资料,以天然气水合物开发利用中的岩土工程问题研究需要为出发点,详细介绍了HBS的沉积物物性、孔隙水盐度和气体组分对沉积物中水合物相平衡关系影响以及HBS相平衡研究中有关制样方法技术、各组分含量测试以及相平衡关系理论模型研究方面的国内外研究现状。研究成果表明,HBS的沉积物物性、孔隙水盐度和气体组分均对天然气水合物相平衡关系具有显著影响,试验研究中应用了很多先进方法技术,但仍然存在定量精度较低或实施成本较高等问题;基于微观尺度建立的有关HBS的相平衡宏观模型能较好地模拟与预测HBS的相平衡关系,但其表达式复杂、参数较多和不易获得制约了其在天然气水合物开采中的有关岩土力学与工程理论研究和工程实践中应用