木里地区多能源潜在经济价值分析及勘查开发建议

"煤型气源"天然气水合物实物取心的成功,标志着木里地区成为煤炭、煤层气、天然气水合物三位一体的多能源矿床富集区。根据以往地质勘查资料与近期中国煤炭地质总局对木里地区多能源资源综合研究成果,预测木里煤田煤炭资源量105.8亿t,煤层气资源量91.44亿m3,天然气水合物潜在天然气资源量2 710.92～2 991.36亿m3,初步估算其多能源经济价值约为6万多亿元。根据木里煤田"煤型气源"的赋存特点,借鉴前苏联西西伯利亚的麦索亚哈气田的开采经验,认为木里煤田天然气水合物开采采用减压法较为合理,多能源开发顺序为煤层气—天然气水合物—煤炭。鉴于木里煤田天然气水合物的埋藏深度较浅(120～300m),冻土层又薄(80～120m),其开采难度将会相对较小,中国天然气水合物的开发与利用将会在木里煤田首先取得突破。针对当前陆域天然气水合物开采技术难点,指出在木里地区多能源勘查开发与利用中应更多的关注环境保护问题,并提出了天然气水合物勘查开发、保护与利用的建议。     

青海祁连山冻土区天然气水合物资源量的估算方法——以钻探区为例

祁连山冻土区天然气水合物DK-1、DK-2、DK-3、DK-4号钻孔揭示,该区天然气水合物及其异常主要产出于破碎岩层裂隙中和砂岩孔隙中,根据不同的赋存类型分别赋予具体地质含义,并运用体积法建立了2种产状天然气水合物资源量的计算方法。基于野外地质观测统计数据和室内分析测试结果,在钻探区约40×104m2的范围内,计算得到砂岩孔隙中的天然气水合物资源量约为6.24×104m3天然气,破碎岩层裂隙中的天然气水合物资源量约为88×104m3天然气,总的资源量约为94.2×104m3天然气。可以看出,钻探区中产于破碎岩层裂隙中的天然气水合物资源量是主体,这与钻探中肉眼观察的结果一致。     

末次盛冰期以来西沙海槽天然气水合物储库变化及其对环境的影响

利用Milkov和Sassen的模型计算了目前及末次盛冰期时西沙海槽天然气水合物的稳定带(GHSZ) 厚度及资源量, 讨论了末次盛冰期以来海洋底水温度增加和海平面升高对西沙海槽天然气水合物储库变化的影响.计算结果表明, 底水温度增加使GHSZ厚度减薄, 资源量减少; 而海平面上升使GHSZ厚度增加, 资源量增加, 但底水温度变化对GHSZ厚度和资源量的影响比海平面变化的影响更大.西沙海槽末次盛冰期时GHSZ平均厚度约为299m, 天然气水合物资源量约为2.87×1010m3, 甲烷数量约为4.71×1012m3; 目前的GHSZ平均厚度约为287m, 天然气水合物资源量约为2.76×1010m3, 甲烷数量约为4.52×1012m3.由此可见, 自末次盛冰期以来西沙海槽的GHSZ平均厚度减薄了~12m, 大约1.1×109m3的天然气水合物分解释放了1.9×1011m3的甲烷, 这些甲烷可能对环境产生了重要影响.      

海底天然气渗漏系统演化特征及对形成水合物的影响

通过天然气沉淀水合物的动力学模拟计算,研究了墨西哥湾GC185区BushHill海底天然气渗漏系统的演化特征及对水合物沉淀的影响。渗漏早期,天然气渗漏速度大(q>18.4kg/m2-a),海底沉积以泥火山为主,渗漏天然气具有与气源天然气几乎一致的组成,形成的水合物具有最重的天然气成分。渗漏晚期,天然气渗漏速度很慢(q<0.55kg/m2-a),在海底附近没有水合物沉淀,主要以冷泉碳酸盐岩发育为主,水合物产于海底之下一定深度的沉积层中。介于二者间的渗漏中期(q:0.55～18.4kg/m2-a),海底发育水合物、自养生物群为特征,渗漏速度控制了水合物和渗漏天然气的组成及沉淀水合物的天然气比例。BushHill渗漏系统近10年的深潜重复采样显示,渗漏天然气和水合物天然气的化学组成在时空上是多变的,相对应的渗漏速度在时间上的变化约为3倍,在空间上的变化近2个数量级。     

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...     

中国首次试采天然气水合物成功

<正>天然气水合物是甲烷和水分子在低温高压下结合的化合物,1 m3的天然气水合物分解后,可释放出约0.8 m3的水和164 m3的天然气,能量密度高,资源潜力巨大。据估算其资源量相当于全球已探明传统化石燃料碳总量的两倍,甚至认为它是能够满足人类使用1000年的新能源,是今后替代石油、煤等传统能源的首选。2017年5月10—18日,中国地质调查局在中国南海北部神狐海域首次对天然气水合物(可燃冰)     

南海天然气水合物稳定带厚度及资源量估算

中国的南海一直被人们认为蕴藏着丰富的天然气水合物资源,综合中国南海的水深、地热梯度及底部水温等地质资料,运用VisualBasic.Net编程分析在该海域范围内天然气水合物稳定带厚度,讨论其分布特征,并以此来评估该区域的水合物资源量.结果表明当地热梯度为0.06℃/m,在区域1中可能存在天然气水合物,其稳定带的最大厚度可达400 m,天然气水合物分布较为规则,从外向内逐渐增厚.但在区域2中由于受到水深和地热等因素的影响不存在天然气水合物,此时天然气水合物的资源量约为0.55×104 km3;当地热梯度随机取值时,该区的天然气水合物资源量约为0.57×104 km3.通过对地热梯度取不同的值,估算得到在该研究区天然气水合物的资源量约为0.6×104 km3.      

天然气水合物资源量估算方法及应用

近年大量的勘探与研究成果表明,中国南海海域具有良好的水合物资源前景。根据所掌握的勘探资料,尝试利用“概率统计法”对南海海域水合物资源前景进行了初步预测,在50%概率的条件下,南海海域的水合物资源量约为649.68×1011m3,与众多学者对全球天然气水合物资源量的估算相似。由于目前勘探程度较低和很多评价参数不能准确给定,因此对南海海域天然气水合物资源量的估算是初步的。该项研究旨在探索天然气水合物资源量的评估方法,随着勘探、研究程度的深入和评价资料的增多,水合物资源量的评价精度将会得到进一步的提高。     

桂西南晚古生代深水相地层序列及沉积演化

右江盆地晚古生代沉积由浅水陆棚、地台边缘—斜坡、孤立碳酸盐岩台地和深水盆地4种主要的沉积类型组成,自北向南呈现由浅到深的规律性分布。深水区地层以含锰粘土岩、硅质岩、滑塌角砾灰岩和普遍发育玄武岩为重要特征,与盆地边缘差别显著。以斜坡相区生物地层控制良好的层序地层和重要事件为桥梁,建立了深水区地层序列、主要的海平面变化旋回及其与不同相区的年代地层对比关系。深水区岩浆活动可识别D1晚期—D2早期、D3晚期—C1早期、C2中期—P1早期以及P3—T1早期4个幕式活跃期;以洋岛型玄武岩(OIB)为主,滇—桂—越边境地区具洋岛—洋脊型(MORB)过渡特征。枕状玄武岩主要集中在C1早期、C2中期—P1早期和T1早期三个时段,其中C2—P1玄武岩厚度最大、分布最广。研究表明右江盆地是晚古生代发育于扬子与印支地块间的小洋盆,属东特提斯多岛洋的一部分。其沉积演化经历了浅水陆表海盆地(D1)、深水裂谷盆地(D2—D3)、扩张洋盆(C1—P2)、收缩洋盆(P3—T2早期)、残余盆地(T2晚期—T3早期)五个阶段。盆地西南缘可能属印支地块的北部边缘,而盆地北部属扬子地块的西南缘。     

天然气水合物资源量估算方法及应用

近年大量的勘探与研究成果表明,中国南海海域具有良好的水合物资源前景.根据所掌握的勘探资料,尝试利用"概率统计法"对南海海域水合物资源前景进行了初步预测,在50%概率的条件下,南海海域的水合物资源量约为649.68×1011m3,与众多学者对全球天然气水合物资源量的估算相似.由于目前勘探程度较低和很多评价参数不能准确给定,因此对南海海域天然气水合物资源量的估算是初步的.该项研究旨在探索天然气水合物资源量的评估方法,随着勘探、研究程度的深入和评价资料的增多,水合物资源量的评价精度将会得到进一步的提高.     

Change of Gas Hydrate Reservoir and Its Effect on the Environment in Xisha Trough since the Last Glacial Maximum

In this article, Milkov and Sassen’s model is selected to calculate the thickness of the gas hydrate stable zone (GHSZ) and the amount of gas hydrate in the Xisha (西沙) Trough at present and at the last glacial maximum (LGM), respectively, and the effects of the changes in the bottom water temperature and the sea level on these were also discussed. The average thickness of the GHSZ in Xisha Trough is estimated to be 287 m and 299 m based on the relationship between the GHSZ thickness and the water depth established in this study at present and at LGM, respectively. Then, by assuming that the distributed area of gas hydrates is 8 000 km2 and that the gas hydrate saturation is 1.2% of the sediment volume, the amounts of gas hydrate are estimated to be ~2.76×1010 m3 and ~2.87×1010 m3, and the volumes of hydrate-bound gases are ~4.52×1012 m3 and ~4.71×1012 m3 at present and at LGM, re- spectively. The above results show that the thickness of GHSZ decreases with the bottom water tem- perature increase and increases with the sea level increase, wherein the effect of the former is larger than that of the latter, that the average thickness of GHSZ in Xisha Trough had been reduced by ~12 m, and that 1.9×1011 m3 of methane is released from approximately 1.1×109 m3 of gas hydrate since LGM. The released methane should have greatly affected the environment.     

多孔介质中水合物的热物理参数测量

利用时域反射技术和非稳态热线法测量热物理特性技术,设计制作了一套用于高压状态下测量含水合物沉积层热物理参数的系统。选择粒级(?)0.18～0.25 mm的细砂作为多孔介质,加入0.3g/L十二烷基硫酸钠(SDS)溶液作为多孔介质中的孔隙水和甲烷气体(纯度为99.9%),模拟沉积物中水合物的生成过程。采用交叉热线法和平行热线法两种方法测量了含水合物沉积层中的导热率,交叉热线法导热率的测量结果为(1.112±0.080)W/(m·K),平行热线法导热率的测量结果为(1.078±0.057)W/(m·K)。     

中国天然气水合物资源潜力及试开采进展

中国高度重视天然气水合物资源的调查研究。自上世纪90年代中期开始先后经历了资源预测、调查、试采三个发展阶段,迄今已在南海神狐、东沙、琼东南、台西南斜坡及祁连山木里地区发现水合物样品5处,在南海、东海冲绳海槽及青藏高原发现地质、地球物理、地球化学等赋存标志7处,显示出良好的资源前景。综合多位学者的估算结果,中国天然气水合物的资源量约126×10¹²m³,是中国常规天然气资源量的2倍,资源潜力巨大。自2011年起,先后在祁连山木里地区和南海神狐地区进行了5次天然气水合物试验性开采,累计产气量达117×10⁴m³,且使得位于“金字塔”塔基且规模巨大的细粒储层中的水合物也有可能成为开发利用对象。中国是能源短缺国家,如何尽快开发利用这一规模巨大的潜在能源,需要全方位、多层次地开展各项调查研究,并进行技术、经济和环境评价,加快商业化开发进程,使这一潜在能源能在不久的将来真正造福于社会。     

Detection and Evaluation of Gas Hydrates in the Eastern Nankai Trough by Geochemical and Geophysical Methods

Abstract: Interstitial waters extracted from the sediment cores from the exploration wells, “BH‐1” and “MITI Nankai Trough”, drilled ～60 km off Omaezaki Peninsula in the eastern Nankai Trough, were analyzed for the chloride and sulfate concentrations to examine the depth profiles and occurrence of subsurface gas hydrates. Cored intervals from the seafloor to 310 mbsf were divided into Unit 1 (～70 mbsf, predominated by mud), Unit 2 (70–150 mbsf, mud with thin ash beds), Unit 3 (150–250+ mbsf, mud with thin ash and sand), and Unit 4 (275–310 mbsf, predominated by mud). The baseline level for Cl “concentrations was 540 mM, whereas low chloride anomalies (103 to 223 mM) were identified at around 207 mbsf (zone A), 234–240 mbsf (zone B), and 258–265 mbsf (zone C) in Unit 3. Gas hydrate saturation (Sh %) of sediment pores was calculated to be 60 % (zone A) to 80 % (zones B and C) in sands whereas only a few percent in clay and silt. The total amount of gas hydrates in hydrate‐bearing sands was estimated to be 8 to 10 m³ of solid gas hydrate per m², or 1.48 km³ CH₄ per 1 km². High saturation zones (A, B and C) were consistent with anomaly zones recognized in sonic and resistivity logs. 2D and high‐resolution seismic studies revealed two BSRs in the study area. Strong BSRs (BSR‐1) at ～263 mbsf were correlated to the boundary between gas hydrate‐bearing sands (zone C) and the shallower low velocity zone, while the lower BSRs (BSR‐2) at～289 mbsf corresponded to the top of the deeper low velocity zone of the sonic log. Tectonic uplift of the study area is thought to have caused the upward migration of BGHS. That is, BSR‐1 corresponds to the new BGHS and BSR‐2 to the old BGHS. Relic gas hydrates and free gas may survive in the interval between BSR‐1 and BSR‐2, and below BSR‐2, respectively. Direct measurements of the formation temperature for the top 170 m interval yield a geothermal gradient of ～4.3d?C/ 100 m. Extrapolation of this gradient down to the base of gas hydrate stability yields a theoretical BGHS at～230 mbsf, surprisingly ～35 m shallower than the base of gas hydrate‐bearing sands (zone C) and BSR‐1. As with the double BSRs, another tectonic uplift may explain the BGHS at unreasonably shallow depths. Alternatively, linear extrapolation of the geothermal gradient down to the hydrate‐bearing zones may not be appropriate if the gradient changes below the depths that were measured. Recognition of double BSRs (263 and 289 mbsf) and probable new BGHS (～230 mbsf) in the exploration wells implies that the BGHS has gradually migrated upward. Tectonically induced processes are thought to have enhanced dense and massive accumulation of gas hydrate deposits through effective methane recycling and condensation. To test the hypothetical models for the accumulation of gas hydrates in Nankai accretionary prism, we strongly propose to measure the equilibrium temperatures for the entire depth range down to the free gas zone below predicted BGHS and to reconstruct the water depths and uplift history of hydrate‐bearing area.     

青藏高原天然气水合物潜在分布区预测

青藏高原冻土面积约150×104km2,是中国最大的冻土区,具备较好的天然气水合物找矿前景。运用热力学预测方法,根据青藏高原的年平均地表地温、冻土层厚度、冻土层内地温梯度（2.22℃/100m）、冻土层下地温梯度（4.18℃/100m）等参数,分纯甲烷组分、纯二氧化碳组分和各种实测气体组分,分别计算出天然气水合物的稳定带及其厚度,并编制出相应的分布预测图。结果显示,青藏高原大部分冻土区基本具备天然气水合物的形成条件,即使最难形成的纯甲烷水合物也能在部分冻土区内形成。若单纯从温压条件考虑,成矿条件最有利的地区是喀喇昆仑地区,其次为西昆仑地区,再次为羌塘盆地,最后才是祁连山等地区。综合考虑气源条件、运移条件、储层条件等,羌塘盆地是青藏高原天然气水合物形成条件和找矿前景最好的地区,其次是祁连山地区、风火山—乌丽地区,再次是昆仑山垭口盆地、唐古拉山—土门地区、喀喇昆仑地区、西昆仑—可可西里盆地等。     

青海祁连山冻土区发现天然气水合物

祁连山冻土区位于青藏高原北缘,多年冻土面积约10×10~4km~2,具有良好的天然气水合物形成条件和找矿前景.2008～2009年间中国地质调查局在青海省天峻县木里煤田聚乎更矿区施工"祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程",迄今共完成钻探试验井4口,总进尺2059.13m,分别在DK-1、DK-2和DK-3钻井中钻获天然气水合物实物样品,取得了找矿工作的重大突破.天然气水合物产于冻土层之下,埋深133～396m.水合物呈白色、乳白色晶体,点火能燃烧,红外热像仪测温后呈明显的低温异常,放进水里强烈冒泡,水合物分解后能不断冒出气泡和水滴,并残留下特征的蜂窝状构造.激光拉曼光谱仪检测呈现特征的水合物光谱曲线,测井曲线也具有较明显的高电阻率和高波速标志.祁连山天然气水合物具有冻土层薄、埋深浅、气体组分复杂、以煤层气成因为主等明显特征,是一种新类型水合物.这是我国冻土区首次钻获的天然气水合物实物样品,也是全球首次在中低纬度高山冻土区发现天然气水合物实物样品,具有重要的科学意义和经济意义.     

南海神狐海域含水合物地层测井响应特征

分析了南海北部神狐海域含天然气水合物沉积层声波速度及密度的分布特征和变化规律,并通过对比DSDP 84航次570号钻孔含天然气水合物层段测井资料,总结出神狐海域含水合物地层的测井响应规律特征:神狐海域含水合物地层存在着明显的高声波速度、低密度特征,地层密度随声波速度的变化并不是单一的反比例关系,总体趋势上随声波速度的升高而降低;含水合物地层高声波速度值主要集中在197~220 m段,饱和度值在15%~47%之间,低密度值集中在200~212 m段,分布在水合物饱和度大于20%的地层内;含水合物地层声波速度平均值为2 076 m/s,其上覆和下伏地层的声波速度平均值为1 903 m/s和1 892 m/s,所对应的地层密度值分别为1.89 g/cm3、1.98 g/cm3和2.03 g/cm3,声波速度受孔隙度和饱和度的共同影响,地层密度受水合物饱和度影响较大;从水合物上覆地层到声波速度最高值段,声波速度值增加了9.1%,相对应的地层密度值减少了4.55%,从水合物声波速度最高值段到下伏地层,声波速度值减少了8.86%,相对应的地层密度值增加了7.41%。这些测井响应特征,可用来识别地层中天然气水合物,并可以用来计算水合物的饱和度,同时结合其他地质和地球物理资料,确定水合物层的厚度、分布范围,计算天然气水合物的资源量。