Geochemical studies of pore fluid in surface sediment on the Daini Atsumi Knoll

We collected sediment samples and pore water samples from the surface sediment on the Daini Atsumi Knoll, and analyzed the sediments for CH₄, C₂H₆, and δ¹³C_CH4, and the pore fluids for CH₄, C₂H₆, δ¹³C_CH4, Cl⁻, SO₄²⁻, δ¹⁸O_H2O, and δD_H2O, respectively. A comparison of the measured concentration and isotopic composition of methane in pore water samples with those in sediment samples revealed that methane was present in the sediment samples at a higher concentration and was isotopically heavier than those in the pore water samples. It suggests that the effect of the release of a sorbed gas bound to organic particles when heated prior to analysis of hydrocarbons was larger than that of the degassing process. A large amount of a sorbed gas would be a significant source of natural gas. Two striking features are the chemical and isotopic composition of the pore water samples taken from the different sites around the Daini Atsumi Knoll. In the KL09, KL10, and KP07 samples, Cl⁻ concentrations in the pore water samples showed depletion to a minimum of 460 mmol/kg, correspond to  17% dilution of seawater, however the latter was not enriched in CH₄. The isotopic compositions of pore water samples suggested the low-Cl⁻ fluids in the pore water were not derived from dissociation of methane hydrate, but were derived from input of meteoric water. In contrast, in the KP05 samples from the north flank of the Daini Atsumi Knoll, pore water were characterized by CH₄ enrichment more than 370 μmol/kg, but not depleted in Cl⁻ concentrations. The observed methane concentration in the KP05 samples is not sufficient for methane hydrate to form in situ, indicating that the existence of methane hydrate in the surface sediment is negligible, as supported by Cl⁻ concentration. Based on the stable carbon isotope ratio of methane in the pore fluid from the KP05 site (δ¹³C_CH4 < − 50‰PDB), methane is thought to be of microbial origin. The pore waters in the surface sediments in the north flank of the Daini Atsumi Knoll were not directly influenced by upward fluid bearing methane of thermogenic origin from a deeper part of the sedimentary layer. However, extremely high methane concentration in the north flank site as compared with the concentration of pore water taken from the normal seafloor suggests that the north flank site is not the normal seafloor. We hypothesize that upward migration of chemically-reduced fluids from a deeper zone of the sedimentary layer reduces chemically-oxidized solutes in the surface sediment. As a consequence methane production replaced sulfate reduction as the microbial metabolism in the reduced environment of the surface sediment.     

A distinct element simulation including surface tension – towards the modeling of gas hydrate behavior

Gas hydrate bearing sediments are an integral part of the world’s continental margins. Several tsunamigenetic continental slope failure events have been triggered by gas hydrates, but their mechanical behavior is poorly understood. In this work, we propose a method to simulate a surface tensed medium such as gas hydrate in soil, using distinct element method (DEM). For implementation in sediment pore size, we scaled up attractive particle interactions governing surface tension on molecular level. Several virtual experiments are used to benchmark the proposed method. A simulation of gas hydrate growth in sediment with differing grain sizes demonstrates the potential of the new approach.     

拉曼光谱原位观测水合物形成后的饱和甲烷浓度

水合物形成于相对低温高压环境,这种条件下对水合物形成后的流体中残留的甲烷浓度进行直接的原位观测非常困难.本文在高压透明腔体中成功合成了甲烷水合物,利用拉曼光谱技术在低温高压条件下对水合物形成过程中流体中残留的甲烷浓度的变化进行了原位观测,用拉曼峰面积比值法获得了三个温度、压力下水合物形成后的饱和甲烷浓度值.研究发现,水合物生长过程中,流体中的甲烷被不断消耗而浓度逐渐降低,温度对水合物形成后的流体中残留的饱和甲烷浓度影响很大,温度越低,残留的饱和甲烷浓度越小,与通常条件下甲烷在水中的溶解度随温度的降低而增加的趋势正好相反.     

陆域天然气水合物取样关键因素探讨

温度和压力是保持天然气水合物不分解的2个重要参数。依据热物理力学理论和理想气体特性,通过计算机模拟0℃以上甲烷水合物和二氧化碳水合物在不同温度-压力条件下的分解,得到甲烷水合物分解P-T平衡相图,探讨了钻探获取陆域天然气水合物取样温压关系。     

热水驱替开采Ⅱ类水合物藏规律研究

天然气水合物广泛分布于陆地冻土带和深海地层,资源潜力巨大,其中Ⅱ类水合物藏占有重要地位。为加强对Ⅱ类水合物藏开采规律的认识,结合实际水合物藏参数,使用数值模拟方法研究了热水驱替开采Ⅱ类水合物藏的动态规律,并与降压法的开采效果进行了对比分析。结果表明:①热水驱替开采Ⅱ类水合物藏时,产气速率和分解气速率首先快速上升,然后以较快速度下降至趋于相对稳定;累产气和累分解气上升较快;气体采出程度和水合物分解程度均处于较高水平(>60%)。②热水驱替对Ⅱ类水合藏的开采具有一定的适应性,与降压法开采相比,热水驱替方式下储层水合物的分解更彻底,气体采出程度、水合物分解程度也更优,但具有较低的累积气水比,产水量较大。     

大洋蛇纹岩化无机成因甲烷水合物稳定带底界模拟

随着深海调查研究的不断深入,发现大洋基性和超基性岩与水相互作用可发生蛇纹岩化作用产生无机成因甲烷等烃类气体,可能在大洋区海底形成水合物。为评估大洋蛇纹岩化无机成因甲烷水合物生成热力学条件及水合物稳定带分布特征,本文利用实测的原位温度、水深等条件,结合甲烷水合物-水-游离气三相平衡温压条件,计算了马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山、北大西洋Fram海峡超慢速扩张脊和Lost City慢速扩张脊3个不同地质构造环境的蛇纹岩化发育的大洋区海底环境甲烷水合物稳定带底界,并对其水合物发育潜力进行了评估。研究表明马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山和北大西洋Fram海峡超慢速扩张脊满足天然气水合物发育的热力学条件,可能发育有甲烷水合物,相应的水合物稳定带底界深度分别约为858～2 515和153～232 mbsf。大西洋Lost City喷口附近发育甲烷水合物可能性较小。     

天然气水合物的聚集和形成及南海地质条件分析

天然气水合物目前已经成为世界范围的一个研究热点，而我国的天然气水合物研究起步则相对较晚，通过阅读国内外有关文献，总结了天然气水合物在海底的分布特征，聚集和形成机制，产状及其形成机理，甲烷羽的形成过程，天然气水合物在沉积物中的聚集位置通常有两种情况：一是较浅的沉积物（海底以下几米）中，受控于泥底辟，泥火山，断层等；二是较深的沉积物（海底以下几十米，甚至更深）中，受控于流体，当断层延伸至海底时，通常在水合物聚集处的上部发现甲烷羽，天然气以溶解气，游离气或分子扩散的形式运移，在温，压适宜的沉积物中，即水合物稳定带内聚集并形成水合物，水合物的形成过程是：最初形成晶体，呈分散状分布于沉积物中，之后逐渐聚集，生长成结核状，层状，最后形成块状，在细粒的浅层沉积物中，通常以较慢的速度生长，形成分散状的水合物；而在粗粒沉积物中，水合物通常呈填隙状，并且这种产状可能位于较深层位中，我国南海在温度，压力，构造条件，天然气来源等方面都能满足天然气水合物的形成条件，并且在南海也发现了一些水合物存在的标志，如似海底反射层（BSR）以及孔隙水中氯离子浓度的降低。因此，天然气水合物在我国南海海域可能有很好的前景。     

天然气水合物资源潜力评价

作为一种新型能源的天然气水合物越来越引起人们的重视。研究表明,在永冻区水合物主要存在于地下130～2000m,海洋中的水合物主要存在于海底以下100～1100m,水合物矿层的厚度可从几厘米到30m左右。目前海相和极地永冻区水合物资源量估计约为20000万亿m^3。近些年来,很多国家包括日本、印度和美国投入大量的资金进行水合物资源的研究。虽然在有些基础性问题的研究上,如对已证实的含水合物地层中水合物聚集的资源量的估算等方面存在差异,但这些研究项目的开展可以帮助我们了解水合物储层的属性、开采体系的设计以及更为重要的开采成本及经济效益等关键性问题。     

TOUGH+HYDRATE 水合物模型参数敏感性分析

运用国际上较为先进的水合物开采模拟软件TOUGH+HYDRATE(T+H)对我国南海水合物藏竖井降压开采假设进行数值模拟,采用LH-OAT全局敏感性分析方法,对模型中19个普遍应用的水合物层参数进行了敏感性分析,并对参数敏感性从重到轻进行了极敏感、敏感、一般敏感和不敏感4个水平的等级划分。研究表明:T+H的参数敏感性随评价目标、时间和空间位置的不同而不同。对CH4气体累积产量有显著影响的参数有:Stone指数(n)、固相渗透率缩减指数(PRE)、绝对渗透率(Permeabilities)、流体临界饱和度(CMPS)。随着模拟时间的增加,参数对水合物饱和度的整体敏感度提高。在空间分布上,随着与井壁水平距离的增加,所有参数对水合物饱和度的敏感度降低。敏感参数的确定对提高模型的准确性有重大意义。在实际应用中要有针对性地调节参数,以获得最优效果。     

马克兰俯冲带海域水合物高分辨率地震数据处理及初步成果

综合地球物理调查表明,北印度洋阿拉伯海马克兰俯冲带海域水合物资源非常丰富。为调查该海域水合物及与其相关的流体活动,采集了高分辨率多道地震数据,分析了原始地震数据的特征,并按照常规水合物地震数据处理流程进行处理,获得了较好的处理效果。基于新采集处理的地震数据,识别出了经典的BSR、非经典的BSR及双BSR现象。双BSR的发现表明该海域的水合物处在一个复杂的动态过程中,对该海域水合物的研究具有重要意义。由于本次地震数据的排列长度较短（最大排列长度1 300 m）,对该海域水合物的定量分析以及精细刻画受到了限制。结合此次采集的短排列数据以及理论公式分析了排列长度对水合物勘探的影响,指出在水合物的勘探中,除了震源能量、频率、道间距等参数外,排列长度也是一个需要优化设计的参数。