青海永久冻土区天然气水合物开发的环境影响风险防治

 青海省祁连山南缘多年冻土区发现天然气水合物,这是在我国冻土区的首次发现。虽然青海天然气水合物的发现与开发具有诸如能源战略等重要意义,但在多年冻土区开发天然气水合物具有巨大的环境影响风险,包括CH4释放对全球气候的影响、冻土层的退化和高寒草甸的破坏、开采过程中可能出现的塌方和地陷等。可以通过采用安全可靠的具有针对性的开发技术和工艺,将青海天然气水合物开发纳入柴达木循环经济范畴,采用CO2捕获和封存技术,以及控制工程过程等来防治天然气水合物开发过程中的环境影响。     

A Study of Surface Humidity Changes in China During the Recent 50 Years

This paper analyzes in detail the characteristics of surface humidity changes in China under the background of global warming in the recent 50 years by using the observation data compiled by the National Meteorological Information Center of China. The results reveal that (1) with the increase of temperature,surface saturation specific humidity (qs) shows basically an exponential growth, according to the Clausius-Clapeyron equation. The nationwide average moistening rate in winter is obviously less than the annual average rate and the summer rate. There are some regional differences in qstrends in different regions of China. For example, qsin central and eastern parts of China exhibits a reducing trend in summer, consistent with the weakening trend of temperature in these areas; (2) except parts of South China and Jianghuai Region in eastern China, unanimously increasing trends of annual and winter specific humidity (q) are found in most of China, especially in western China. In summer, except parts of Northeast China, Northwest China, and some areas over the Qinghai-Tibetan Plateau, the decreasing and drying trends are significant in most of China, which is not consistent with the global mean situation; (3) the surface relative humidity(RH) in most of China shows a reducing trend. One of the major reasons for the reduction of RH is that the increasing rates of q are smaller than those of qs. Nonetheless, upward trends of RH in central and eastern China mainly due to the cooling temperature and rising q in these regions are observed in summer, leading to more precipitation. From about 2003 or so, qshas remarkably increased while q has sharply decreased in most parts of China; therefore, RH has reduced to a great extent. This may be closely related to the persistent growth of drought areas in China in the recent 10 years.     

Trees, lateral shrinkage and building damage

This article presents the study conducted and the actions taken to stabilise the foundations of 25 low-rise (two/three-storey) buildings in Alcázar de San Juan (Ciudad Real, central Spain). Owing to the immediate attention required, it was decided that the study would focus on procuring a synthetic model that would be able to provide a satisfactory explanation for the tendency of the movements, overlooking the detailed model of each building. This analysis pointed out that the mobilisation was probably due to both the shrinkage caused by the existing trees during the dry-growing seasons, and to the loss of lateral confinement caused by the excavation of a service trench adjacent to the footings of the buildings. In keeping with this mechanism, stabilization was carried out by transplanting the trees growing near the damaged buildings and installing a line of piles to provide lateral support to the footings. The evolution of the damage was therefore stopped.     

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.     

南海北部台西南盆地973-4岩芯碳的地球化学特征

对南海北部台西南盆地天然气水合物潜在区(973-4岩芯)碳的形态、含量和稳定同位素组成进行了分析,并探讨了成岩环境因素和细菌种群与碳地球化学行为的关系。结果显示:(1)TOC含量为0.4%~1.3%,δ~(13)CTOC为–26.7‰~–23.9‰,说明973-4岩芯主要为陆源有机质,能够满足微生物产甲烷的需要;DIC和δ~(13)CIC的垂向变异及其显著负相关,指示:973-4岩芯560~890 cm深度段有SO42–驱动的AOM反应。(2)p H、Eh、沉积物粒径等成岩环境参数与TOC、IC、δ~(13)CTOC、δ~(13)CIC等碳地化参数显著相关。(3)细菌种群与DIC、δ~(13)CIC显著相关。结论认为:(1)973-4岩芯碳的地化行为与天然气水合物成藏存在明显响应关系。(2)成岩环境参数的垂向变异与碳的地球化学特征密切相关。(3)细菌种群对碳的地化参数变异有着显著影响。     

应力路径和干湿状态对堆石料颗粒破碎的影响研究

堆石料颗粒破碎是引起高土石坝变形的重要因素。在大坝填筑、蓄水期,堆石料的应力路径和干湿状态均是变化的。通过大型三轴试验,系统地研究了应力路径和干湿状态对堆石料颗粒破碎规律的影响。试验结果表明：（1）相同初始条件下,按不同应力路径达到同一轴向应变停机时测定的颗粒破碎率是不同的,等围压?3试验产生的颗粒破碎最大,等平均主应力p试验的次之,等最大主应力?1试验的最小,但不同应力路径下的颗粒级配演化规律是一致的。（2）相同初始条件下,湿样的颗粒破碎率明显高于干样,且二者的差距随着围压的增大而增大,不同干湿条件下的颗粒级配演化规律同样是一致的。（3）建立的考虑母岩强度的颗粒破碎率与塑性功的关系可以较好地统一描述不同应力路径及干湿状态下的颗粒破碎。该研究成果可为建立复杂应力路径及干湿变化条件下考虑颗粒破碎的堆石料弹塑性本构模型提供依据。     

3D打印技术在岩石物理力学试验中的应用

3D打印技术在岩土工程领域的应用还处于初步探索阶段,但其可重复制造含复杂内部结构的试样是常规室内试验无法实现的。现阶段制约3D打印技术在岩石物理力学试验中应用的主要因素在于3D打印试样强度偏低,延性较强。初步探讨了3D打印后干燥时间、打印胶水浓度对试样强度的影响,在此基础上提出了最优化打印方案,使打印试样在强度和脆性方面均有很大提升;通过改变打印方向模拟了天然层状节理岩石的各向异性特征。研究结果表明,随着打印倾斜角度的增加,3D打印试样的单轴抗压强度先减小后增大,呈"U"型变化趋势,抗拉强度也随打印方向的改变出现明显的各向异性特征,这与天然层状节理岩石相关研究成果相似。研究成果可为3D打印技术在岩土工程领域的推广和室内试验研究提供参考。     

祁连山天然气水合物地球化学勘查方法稳定性和异常重现性分析

根据祁连山木里地区已知天然气水合物上方不同期次近地表土壤地球化学勘查重复性试验,对土壤酸解烃、顶空气、荧光光谱、碳酸盐等指标方法的稳定性及异常重现性问题进行研究和探讨。结果表明,各项化探指标不同期次含量最大值等特征值虽然存在一定程度的差异,但是其数据波动特征和数据结构是相对一致的。顶空气甲烷、酸解烃、荧光光谱和碳酸盐方法指标前后两次测量结果均具有较高的相关性,配对T-检验显示顶空气轻烃、酸解烃和碳酸盐指标数据变化差异不显著,从统计学上看其指标数据具有较好的稳定性。顶空气甲烷、酸解烃、荧光光谱等指标地球化学异常在研究区已知天然气水合物矿区上方具有相似的空间分布特征,说明其化探指标异常空间上具有良好的稳定性和重现性;但是顶空气重烃异常模式、碳酸盐异常强度的变化,反映其具有重现性,但异常稳定性相对较差。这为地球化学勘查在陆域冻土区天然气水合物勘查中发挥作用提供了较好的基础。     

一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术——惰性气体氦氖分析

开发不受沼泽微生物影响的地球化学勘查技术是提高中纬度冻土区天然气水合物探井预测成功率的重要课题之一。本文选择在祁连山聚乎更天然气水合物已知区进行惰性气体勘查技术实验,研究了氦氖的测试方法,实验区为高寒沼泽景观,面积150km~2,采样密度2点/km~2,采样深度60cm,采集土壤顶空气样品300件和DK-3井岩芯样品400件,应用色谱反吹技术对顶空气样品进行了惰性气体氦氖的分析。结合地质和地球化学勘查成果进行了综合解释,认为惰性气体异常与天然气水合物矿藏关系密切,与烃类异常浓度范围一致,为顶部异常模式。实验区天然气水合物矿藏11个水合物发现井有10个位于He、Ne异常内,1个井位于异常外。分析了天然气水合物岩芯顶空气轻烃和氦氖指标的垂向分布特征,提出了天然气水合物矿藏上方土壤惰性气体的地气迁移机理。研究区近地表氦氖异常源于深部水合物矿藏和断裂构造,不受沼泽微生物的影响,是冻土区天然气水合物勘查的一种有效技术。     

基于叠前深度偏移的AVO反演在神狐海域试采区的应用

为了更好地研究神狐海域试采区天然气水合物的展布形态和赋存状况,基于高精度层析速度反演后的叠前深度偏移地震资料进行AVO反演技术研究。为在天然气水合物富集区有效地进行AVO研究,AVO处理前运用叠前深度偏移技术,通过高精度层析反演不断迭代速度模型;然后通过偏移来改善资料的质量,结合实测钻井资料进行AVO正演分析、反演可行性分析、属性交会分析;最后将具有高横向分辨能力的地震资料和高垂向分辨能力的测井资料与地质相结合进行叠前同时反演。该方法可反演出纵、横波阻抗等属性,直接进行岩性和流体识别,结果表明,在AVO反演中引入叠前深度偏移技术,为反演提供了较高质量的叠前共反射点道集和精细的层速度模型,改善了AVO技术在试采区的应用效果,提高了反演的可靠性。反演出的各种属性为AVO分析提供了丰富的信息,能够比较准确地反映地下水合物矿体的展布情况,可用于后续水合物储层的分析及综合研究,对未来的水合物勘探开采具有重要的现实意义。