Progress in Global Gas Hydrate Development and Production as a New Energy Resource

Natural gas hydrates have been hailed as a new and promising unconventional alternative energy, especially as fossil fuels approach depletion, energy consumption soars, and fossil fuel prices rise, owing to their extensive distribution, abundance, and high fuel efficiency. Gas hydrate reservoirs are similar to a storage cupboard in the global carbon cycle, containing most of the world’s methane and accounting for a third of Earth’s mobile organic carbon. We investigated gas hydrate stability zone burial depths from the viewpoint of conditions associated with stable existence of gas hydrates, such as temperature, pressure, and heat flow, based on related data collected by the global drilling programs. Hydrate-related areas are estimated using various biological, geochemical and geophysical tools. Based on a series of previous investigations, we cover the history and status of gas hydrate exploration in the USA, Japan, South Korea, India, Germany, the polar areas, and China. Then, we review the current techniques for hydrate exploration in a global scale. Additionally, we briefly review existing techniques for recovering methane from gas hydrates, including thermal stimulation, depressurization, chemical injection, and CH4–CO2 exchange, as well as corresponding global field trials in Russia, Japan, United States, Canada and China. In particular, unlike diagenetic gas hydrates in coarse sandy sediments in Japan and gravel sediments in the United States and Canada, most gas hydrates in the northern South China Sea are non-diagenetic and exist in fine-grained sediments with a vein-like morphology. Therefore, especially in terms of the offshore production test in gas hydrate reservoirs in the Shenhu area in the north slope of the South China Sea, Chinese scientists have proposed two unprecedented techniques that have been verified during the field trials: solid fluidization and formation fluid extraction. Herein, we introduce the two production techniques, as well as the so-called “four-in-one” environmental monitoring system employed during the Shenhu production test. Methane is not currently commercially produced from gas hydrates anywhere in the world; therefore, the objective of field trials is to prove whether existing techniques could be applied as feasible and economic production methods for gas hydrates in deep-water sediments and permafrost zones. Before achieving commercial methane recovery from gas hydrates, it should be necessary to measure the geologic properties of gas hydrate reservoirs to optimize and improve existing production techniques. Herein, we propose horizontal wells, multilateral wells, and cluster wells improved by the vertical and individual wells applied during existing field trials. It is noteworthy that relatively pure gas hydrates occur in seafloor mounds, within near-surface sediments, and in gas migration conduits. Their extensive distribution, high saturation, and easy access mean that these types of gas hydrate may attract considerable attention from academia and industry in the future. Herein, we also review the occurrence and development of concentrated shallow hydrate accumulations and briefly introduce exploration and production techniques. In the closing section, we discuss future research needs, key issues, and major challenges related to gas hydrate exploration and production. We believe this review article provides insight on past, present, and future gas hydrate exploration and production to provide guidelines and stimulate new work into the field of gas hydrates.     

赤水河上游流域水化学变化与离子成因分析

选取赤水河上游流域的河水为研究对象,研究分析了河水的水化学特性沿流域空间变化以及主要离子特别是SO42-的来源等内容.结果显示:赤水河水质属低矿化度硬水,HCO3-和Ca2+为河水中的主要阴阳离子,赤水河是典型的碳酸盐岩河流.以白沙河为界,上段河流水化学组成变化平稳,离子主要来源于天然环境的输入,白沙河下游河流各化学组分差异显著,分析是受一定人为因素的影响.SO42-为次要阴离子,占阴离子总量的30％,发现SO42-与Ca2+、HCO3-与Mg+相关性较好,HCO3-与Ca2+相关性差,推断SO42-来源于石膏的溶解.但石膏的溶解还不能完全解释SO42-的来源问题,经分析环境酸化也是一种影响河水中SO42-含量的重要方式.     

皖南葛公镇组火山岩的发现及其特征

通过1：5万官港等3幅野外地质调查，在葛公镇组发现了层状、似层状变流纹岩、变流纹质角砾熔岩等的浅变质中酸性火山岩。以流纹质为主的火山岩系是局部挤压上升陆壳增厚构造环境的产物，岩浆起源较浅。时代相当于新元古代。     

四川地区可利用降水分析

本文利用40a的四川地面台站的降水和气温资料,从计算分析可利用降水系数入手,分析了四川地区水资源的基本特征,给出了一些定量评估的结果。研究表明,四川地区的水资源季节变化明显,降水量和蒸发量高度集中在夏季,冬季最少。年可利用降水系数为0.45,与降水量和蒸发量的季节差异一样,冬季可利用降水系数最小,夏季最大,秋季大于春季。可利用降水系数一年之内,1⁷月逐渐增大,87月逐渐增大,8¹2月逐渐减少。总体来说,四川地区可利用降水资源的空间分布不均,其中四川盆地的可利用降水系数低于川西高原和攀西地区。     

基于WRF-CALMET的精细化方法在大风预报上的应用研究

针对当前风场预报普遍精细程度偏低,动力降尺度改善风场预报应用偏少的问题,利用CALMET模式的动力诊断模块,结合高分辨率的地形资料对WRF模式输出的风场预报数据进行了动力降尺度处理,进而提高风场的精细化预报。其方法充分借助地形动力学效应,使大尺度的近地层风场经过坡度流与阻碍效应等修正后得到更精细的风场且体现出与局地地形相符的特征。试验部分以广东省为研究区域,并选取个例用观测资料与陆地同化系统资料对模拟结果进行对比检验,结果表明动力降尺度之后的风场较之前更为精细且含有更多与地形相关的信息;与观测资料对比的总体相关性较好,误差也更小,与陆地同化系统资料对比变化趋势基本一致,且误差不大,这表明WRF-CALMET方法不仅能有效地提高风场预报数据的时空分辨率而且其结果更趋近于真实,对风场的精确预报具有重要的参考价值。     

GNSS气象学研究综述及展望

叙述了地基GNSS气象学和掩星探测的基本原理,分析了其研究现状和前景,对PWV以及SWV的求解方法进行了概述,并对水汽层析的方法作了讨论。对掩星事件反演的方法、面临的主要问题和解决方法作了介绍。     

两类ENSO对中国北方冬季平均气温和极端低温的不同影响

利用1961-2012年观测、再分析资料以及全球大气环流模式数值试验,探讨了中国北方冬季平均气温对于不同类型（即东部型和中部型）ENSO事件的气候响应,并分析了不同类型ENSO对极端低温事件的可能影响,重点关注了北大西洋涛动（NAO）在其中的桥梁作用。结果表明,ENSO信号能通过调制北大西洋地区的大气环流改变欧亚中高纬度地区的纬向温度平流输送和西伯利亚高压的强度,进而影响中国北方冬季气温,由于不同类型ENSO事件海温分布的差异,这种影响具有明显的非线性特征。在两类厄尔尼诺和东部型拉尼娜事件冬季,北大西洋涛动均呈现负位相,不利于北大西洋的暖湿空气向欧亚大陆输送,西伯利亚高压偏强,因而中国北方地区较气候态偏冷。中部型厄尔尼诺和东部型拉尼娜事件冬季气温负异常的显著区域分别位于东北大范围地区、内蒙古河套附近;东部型厄尔尼诺事件冬季显著的冷异常信号仅局限于黑龙江北部与大兴安岭地区;而中部型拉尼娜事件冬季虽伴随北大西洋涛动正位相,但其空间结构向西偏移,对下游中国北方地区气温的直接影响并不显著,可能受局地信号干扰较大。数值试验再现了北大西洋涛动以及中国北方冬季气温对不同类型ENSO的响应,进一步佐证了上述结论。此外,两类厄尔尼诺事件冬季中国东北地区日平均气温容易偏低,极端低温事件的发生频次增多;而两类拉尼娜事件对极端低温的影响较弱。      

煤矿瓦斯抽排井套管强度校核计算方法探讨

近年来在煤矿安全生产中瓦斯抽排井得到越来越广泛的应用。这类井施工周期长、难度大、要求高,再加上套管直径大、总质量大、施工和套管的成本费用也很高,据所掌握的工程资料,国内已有数口井在施工过程的不同环节发生了不同形式的套管挤毁事故,造成整井报废,损失惨重。以某瓦斯抽排井下套管过程中工作套管发生严重挤毁事故为例,对其受力情况进行了深入分析,并在此基础上对大直径套管三轴应力强度校核计算方法作了详细论述。通过与传统单轴应力强度计算方法进行对比分析认为,套管三轴应力强度计算结果更准确科学,采用三轴应力强度计算方法指导前期套管设计,工程质量更加安全可靠,值得推广应用。     

扬子地台西缘结晶基底的时代

对扬子地台西缘结晶基底变质地层以及岩浆片麻岩中变质地层残片或包裹体中锆石SHRIMP U-Pb同位素年龄研究表明,在康定地区辉长–闪长质片麻岩中,表壳岩包体—糜棱岩化的长英质片岩和宝兴地区黑云斜长角闪岩的年龄分别为816±8.6 Ma和826±13 Ma,代表了它们的原岩——酸性火山岩和火山凝灰岩的形成年龄;泸定地区变质岩层中长英质糜棱岩和斜长角闪岩的年龄分别为816±9 Ma和818±8 Ma,代表了中性火山岩和基性火山岩的形成时代;茨达地区斜长角闪岩和角闪黑云斜长片麻岩的年龄分别为830±7 Ma和827±10 Ma,代表了其原岩火山–沉积建造的形成时代。以上数据表明,所谓的结晶基底都是新元古代的产物,在形成时间上与盐边群、盐井群等褶皱基底的相一致,只是变质程度上略有差异。因此该区并不存在古老（太古宙—古元古代）的结晶基底。     

六盘山东麓断裂南段断裂沟槽韵律沉积特征对最新活动时代的限定

六盘山位于华北断块西部鄂尔多斯块体与青藏块体祁连断褶带之间的构造转换部位。前人对六盘山东麓断裂南段进行过一定程度的研究,根据地貌特征推断六盘山东麓断裂南段晚更新世以来不活动。根据断裂特征,大致可将六盘山东麓断裂划分为北段、中段和南段。活动断裂带上的断裂沟槽沉积物表现为由多个粗粒层与细粒层交替的韵律层序结构,韵律沉积特征与断裂活动有直接关系。在六盘山东麓断裂南段冶家村西发现一个断裂沟槽韵律沉积剖面,共鉴别出三期韵律沉积组合。通过分析认为本剖面所反映的韵律沉积特征应为构造成因。对断裂沟槽沉积物采样测年的结果表明,该段断层分别在约500 a BP后、6 ka BP后和15 ka BP前有过明显的地质活动。确认六盘山东麓断裂南段晚更新世以来有过多次活动,是一条活动断裂带。