海域天然气水合物稳定带厚度与其影响因素的半定量研究

海底沉积物中蕴含着大量的天然气水合物资源。水合物稳定带(HSZ)反映了海底天然气水合物的成矿作用和分布规律,稳定带厚度的影响因素决定了天然气水合物的蕴藏量。水合物稳定带的影响因素有很多种,但每种因素对其的影响程度不同。为探讨水合物稳定带厚度的分布规律,从分析海底天然气水合物相平衡影响因素入手,着重研究了影响稳定带厚度的水合物气体组分、地温梯度、海水深度、海底温度及孔隙水盐度等重要参数,并使用CSM Gem程序对这些影响因素进行模拟计算;然后利用模拟计算所得到的结果数据进行曲线拟合,直至得到较为可信的相平衡曲线;最后根据此相平衡曲线,结合相应条件下的地温梯度曲线方程求得稳定带厚度。通过对预设各条件值与相应得到的稳定带厚度值进行回归分析,得出稳定带厚度与各个影响因素的关系以及这些因素对稳定带厚度的影响程度。     

冲绳海槽天然气水合物稳定带厚度的计算

水合物稳定带（HSZ）的研究对天然气水合物的成矿与分布规律以及资源评价研究都具有重要的指导意义，文章根据天然气水合物的相平衡条件和相应的压力-温度方程，参照有关的身体算法，讨论了海底天然气水合物稳定带厚度的理论计算方法，并根据稳定带厚度的理论计算方法，在Windows中文平台上编制了简单实用的程序，利用该程序对冲绳海槽水合物稳定带的厚度进行了计算，并讨论了冲绳海槽水合物稳定带厚度的分布特征。     

西藏羌塘盆地鸭湖地区天然气水合物成藏条件

近年来中国陆域冻土区天然气水合物调查研究结果表明,气源条件是制约羌塘盆地天然气水合物找矿突破的关键因素。为明确鸭湖地区天然气水合物成藏潜力,基于近年来的钻探调查成果,从陆域冻土区天然气水合物成藏系统理论出发,系统分析了影响天然气水合物成藏的冻土、气源、储集、构造等地质因素。分析结果显示,鸭湖地区局部具有较好的冻土、地温、气源、储集、构造及水源条件,具备一定的天然气水合物成藏潜力,继续寻找充足的烃类气源是下一步天然气水合物调查的主要方向。同时,选取钻探调查获取的地温梯度、气体组分等参数,结合音频大地电磁测深(AMT)冻土厚度调查成果,对鸭湖地区天然气水合物稳定带的厚度和底界深度进行了预测。结果显示,当甲烷为85%、乙烷为9%、丙烷为6%时,天然气水合物稳定带厚度与冻土厚度分布变化基本一致,稳定带厚度400~630m,底界深度400~680m。当甲烷为98%、乙烷为2%时,天然气水合物稳定带厚度急剧减薄,大部分地区仅有0~30m,最厚仅有150m,局部地区稳定带底界最深仅为240m。结合气测录井结果,认为渐新世唢呐湖组比上三叠统土门格拉组更具备天然气水合物成藏潜力,土门格拉组自身具备较强的生排烃能力,可作为寻找常规油气或页岩气的一个重要层位。     

西南太平洋天然气水合物形成与分布的地热背景

天然气水合物广泛分布于海底和永久冻土带。自20世纪末以来,新西兰北岛东坡希古朗基陆架和澳大利亚新喀里多尼亚盆地相继被科学家发现了天然气水合物标志BSR(BottomSimulatingReflector),这引起世界广泛关注,文章结合以前的研究工作,从地热角度剖析天然气水合物赋藏状况。依据国际热流委员会(IHFC)提供的西南太平洋地热数据,经过统计确定出该区域的热流分布;计算得出该区域热流平均值为80.1mW/m²,低于全球大洋边缘盆地地区平均热流值101±2.2mW/m²;结合天然气水合物温压方程,计算结果表明西南太平洋天然气水合物稳定带厚度平均值为274±20m,薄于其他已经发现的海洋天然气水合物稳定带平均厚度(约400m)。文章还定量分析了温度参数对天然气水合物稳定带的影响。     

南海天然气水合物稳定带的影响因素

文章利用南海所积累的大量热流、海底温度和地温梯度数据，针对地温梯度的变化，对地温梯度数据进行了初步校正。分情况研究了纯甲烷，甲烷、乙烷、丙烷混合物分别在纯水、海水条件下形成的天然气水合物在南海的可能分布范围；进而对影响天然气水合物分布的影响因素进行了讨论。研究表明，随着天然气中重烃含量的增加，孔隙水盐度的降低，水合物稳定带在平面上的分布范围越来越大，水合物稳定带的厚度也越来越大。比较而言，气体组成的影响要比孔隙水盐度的大。同时，天然气水合物稳定带的厚度与热流有一定的负相关关系。在南海2000m水深范围之内，由于受海底温度的控制，水合物稳定带的厚度与水深呈明显的正相关关系。     

低频探地雷达探测冻土带天然气水合物正演模拟研究

通过对低频探地雷达在青藏高原冻土带环境下的探测深度、分辨率及反射特征分析的正演模拟来研究其在冻土带天然气水合物勘探中的可行性和关键参数。首先通过雷达测距方程计算确定了理论上探地雷达的最大探测深度与发射频率、地下介质电阻率、介电常数之间的关系,并根据电磁波反射理论计算满足冻土带天然气水合物探测深度所需的系统增益;随后通过低频探地雷达分辨率计算和仿真模拟来确定低频探地雷达在大尺度(200 m)范围的广义分辨率;最后参考已经发现天然气水合物的木里地区基本情况设计冻土及天然气水合物模型,利用时间域有限差分(FDTD)方法进行二维正演,获得了探地雷达信号在冻土带底界以及天然气水合物顶、底界的反射特征,为野外实测数据的处理及解释提供有用信息。研究结果表明,采用中心频率小于等于15 MHz且系统增益大于165 dB的低频探地雷达在地表电阻率较高的冻土区能够满足天然气水合物储层的探测深度要求;分辨率计算及仿真模拟表明低频探地雷达在满足一定条件下在200 m深度可以达到探测深度1%的广义分辨率;探地雷达信号在冻土底界、天然气水合物顶、底界均存在明显的强振幅和频率突变特征;理论计算结果认为应用低频探地雷达直接探测冻土带天然气水合物是可行的。     

海洋天然气水合物的类型及特征

根据天然气水合物的产出条件,海洋环境水合物可以分为二类扩散系统水合物和渗漏系统水合物。扩散系统水合物分布广泛,在水合物稳定带内是水-水合物两相共存的热力学平衡体系,游离气仅发育于稳定带之下,在地震剖面上发育有指示水合物底界的强反射面(BSR)。该类水合物含量低,埋藏深。除温度和压力外,水合物的沉淀受甲烷溶解度和扩散速度的控制,并与气体组分、孔隙水盐度、天然气供应和有机碳转化等有关。渗漏系统与断层等通道相伴生,水合物发育于渗漏系统整个水合物稳定带,是水-水合物-游离气三相共存的热力学非平衡体系,水合物的沉淀受动力学控制。该类水合物含量高,埋藏浅,但一般不发育BSR。而且,天然气渗漏活动在海底沉积物和上覆水体中形成了一系列特殊的地质、地球物理、地球化学和特异生物群异常。     

南海天然气水合物稳定带厚度分布特征

天然气水合物在未来能源、自然环境和灾害等方面具有重要的研究意义,其形成除需要充足的气源外,还与温度、压力密切相关。天然气水合物稳定带表明该地区水合物发育与分布的可能范围。以Dickens和Quinby Hunt的甲烷水合物相平衡公式为基础,从地热学角度分析南海甲烷水合物稳定带厚度及其分布特征。研究表明,南海大部分海域均具备形成天然气水合物的条件。由于受海底深度、海底温度、热流等参数的影响,在不同位置发育的水合物稳定带厚度变化较大,最大厚度可达1 100 m,位于吕宋海槽内。水合物稳定带厚度较大的区域主要呈条带状分布在南海中部和东部,大陆边缘水深500 m左右即可形成水合物,说明南海地区具有广泛的天然气水合物形成环境。天然气水合物稳定带厚度仅是水合物厚度的理论值,地层中实际的水合物发育厚度和分布特征还受到气源、构造、沉积等因素的影响。此外,岩石热导率、海底温度、热流和水深等对南海水合物稳定带厚度及其分布有影响。     

祁连山冻土区DK-9孔温度监测及天然气水合物稳定带厚度

祁连山冻土区木里盆地三露天井田自2008年首次钻采到天然气水合物实物样品以来,实现了中低纬度高山冻土区天然气水合物勘探的重大突破。天然气水合物钻孔DK-9于2013年发现水合物,通过对该孔长期地温实时监测,获得了稳态的地温数据。结果表明,祁连山多年冻土区聚乎更矿区三露天井田冻土层底界为约163 m,冻土层的厚度达约160 m,冻土层内的地温梯度为138 ℃ /100 m,冻土层以下的地温梯度达485 ℃/100 m。根据天然气水合物形成的温-压条件分析,聚乎更矿区具备较好的天然气水合物形成条件,天然气水合物稳定带底界深度处于510~617 m之间。     

利用量子力学势能数据预测温度、压力、盐度和沉积物孔径对甲烷水合物形成和分解的影响

介绍一个预测不同温度、压力、盐度和沉积物毛细管孔径条件下甲烷水合物 溶液 气体多相平衡模型。该模型以Van der Waals和 Platteeuw热力学模型、量子力学从头算粒子相互作用势能、DMW 92状态方程和Pitzer电解质理论为基础,能在很宽广温压范围内预测温度、压力、盐度和毛细管力对甲烷水合物形成和分解的影响。通过对比本模型的预测结果与实验数据,可知本模型能够准确地预测海水和多孔介质中甲烷水合物的相平衡条件。对于一定盐度下多孔介质中甲烷水合物的形成温压条件的在线计算可浏览: www.geochem model.org/models.htm。     

基于天然气水合物地震数据计算南海北部陆坡海底热流

天然气水合物是一种由水的冰晶格架及其间吸附的气体分子（以甲烷为主）组成的固态化合物,地震剖面上的似海底反射BSR是天然气水合物赋存的重要地球物理标志。相同气体成分水合物的相对稳定的温压关系是根据BSR的赋存深度计算海底热流的理论基础。选择南海北部陆坡有典型BSR反射的地震剖面,计算了南海北部陆坡天然气水合物发育区的压力、温度、地温梯度、热导率及热流等地热参数。通过计算热流值与实测热流值的对比可以大致推测,在南海北部陆坡海底运用该方法计算的热流值误差可能在12％以内。本研究不仅可以为海底热流等理论研究提供一定信度的数据资料,而且通过实测热流值校正后的热流数据以及经验公式,可以反过来用于BSR深度的计算以及天然气水合物稳定域的预测,具有重要的实践意义。     

A Preliminary Study of the Gas Hydrate Stability Zone in the South China Sea

Based on the analysis of sea-bottom temperature and geothermal gradient, and by means of the phase boundary curve of gas hydrate and the sea-bottom temperature versus water depth curve in the South China Sea, this paper studies the temperature and pressure conditions for gas hydrate to keep stable. In a marine environment, methane hydrate keeps stable at water depths greater than 550 m in the South China Sea. Further, the thickness of the gas hydrate stability zone in the South China Sea was calculated by using the phase boundary curve and temperature-depth equations. The result shows that gas hydrate have a better perspective in the southeast of the Dongsha Islands, the northeast of the Xisha Islands and the north of the Nansha Islands for thicker stability zones.     

琼东南盆地南部隆起带天然气水合物赋存特征分析

天然气水合物是21世纪最具潜力的接替煤炭、石油和天然气的新型洁净能源之一。我国南海蕴藏着丰富的水合物资源,目前已在南海北部陆坡神狐、东沙、海马区发现丰富的水合物资源。本文分析了琼东南盆地南部隆起带天然气水合物赋存的地质条件,开展了地球物理资料的分析与海底反射(BSR)识别,计算了水合物热动力学稳定带厚度。研究表明,琼东南盆地南部隆起带具备水合物赋存的地质条件,渗漏构造发育,游离气丰富,BSR表现为强振幅、不连续等特征,水合物稳定带厚度大,具有较大的天然气水合物资源潜力。     

土壤水分特征曲线在天然气水合物开采数值模拟中的应用探讨

在使用TOUGH+HYDRATE程序进行水合物开采数值模拟时常用van Genuchten模型计算毛管力,而毛管力大小直接影响水合物开采过程中的产气和产水,因此在数值模拟过程中正确选用模型参数尤为必要。我国某海域天然气水合物储层为未胶结泥质粉砂储层,常规的毛管力测定方法如压汞法、离心法等对该类岩心并不适用,如何测定该类岩心的毛管力并将其应用于van Genuchten模型参数选取具有重要意义。本文探讨了如何应用土壤水分特征曲线测定实验间接获取该类岩心的毛管力数据,为验证该方法的可行性,本文对参考文献[7]中公开的粉砂土壤水分特征曲线测定实验数据进行换算和拟合后得到T+H程序所需的van Genuchten模型参数,结果可为泥质粉砂储层水合物产能研究工作提供参考。     

南海神狐海域天然气水合物声波测井速度与饱和度关系分析

利用南海北部神狐海域A站位的地震和测井资料综合分析神狐海域含天然气水合物沉积层的声波测井速度及水合物饱和度的分布特征和变化规律,并对水合物饱和度的理论计算值和实测值进行对比分析,同时对水合物稳定带的纵波速度特征与饱和度的关系进行了综合研究。结果表明：神狐海域A站位的水合物层厚度约20 m,纵波速度在1 873～2 226m/s之间,水合物饱和度在15.0%～47.3%之间变化,水合物饱和度值相对较高;受海底复杂地质因素的影响,根据岩心孔隙水的氯离子淡化程度实测的水合物饱和度随声波速度的变化并不是单一的正比例关系,而是随声波速度的升高而上下波动,波动幅度在10%～20%之间,总体趋势上随声波速度的升高而升高,并集中分布在理论曲线附近;利用热弹性理论速度模型计算并校正后的水合物饱和度随声波速度的增加而有规律地增加,水合物饱和度的理论计算值与实测数据比较吻合,说明所建立的岩石物理模型正确,模型参数选取合理。根据声波速度计算水合物饱和度这一方法可扩展到整个研究区域,并为研究区的水合物资源量评价提供基础数据。     

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。     

盐类对甲烷水合物稳定性影响研究进展

甲烷水合物稳定性主要控制着甲烷水合物稳定带的厚度,温度、压力、孔隙水盐度和气体组分等因素影响着水合物稳定带的厚度。甲烷水合物的形成与地层水关系密切,而地层水中的各种盐离子(Cl~-、Na~+、Mg~(2+)、SO_4(~2-)、Ca~(2+))以及过渡金属(Fe、Mn、Cu、Co、Ni等)会影响天然气水合物的形成和分解条件。因此,研究盐类对甲烷水合物的稳定性认识有助于更加深入了解天然气水合物的成藏条件。本文分析了氯化物、硫酸盐、碳酸盐三大盐类对甲烷水合物稳定性的影响:同一盐类不同盐度条件下,随着盐度的增加,甲烷水合物相平衡曲线向低温高压偏移。总结了不同盐类和阴阳离子对甲烷水合物的抑制作用大小:在相同浓度、不同盐类条件下,盐类浓度在1.0~1.5 mol/L时盐类对甲烷水合物的抑制作用大小为MgCl_2CaCl_2Na ClKCl,盐类浓度大于1.5 mol/L时CaCl_2的抑制作用较强;阴离子对甲烷水合物的抑制作用大小争议较大,阳离子中Mg~(2+)对甲烷水合物的抑制作用最强。从目前的研究成果来看,已有数据与实际地质条件还存在一定差距,需要在真实实验条件下加强氯化物-硫酸盐-碳酸盐-甲烷-水体系的详细研究。本文提出,将高压可视反应腔与显微激光拉曼技术相结合,有望准确获取天然气水合物稳定形成时的温压条件,明确盐类和阴阳离子的抑制作用大小,以及盐类和离子特性如何影响水合物的形成和稳定,以便为未来的水合物勘探开发提供参考。