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天然气水合物能源的勘探与开发_图文

关 键 词:
天然气 水合物 能源 勘探 开发 图文
资源描述:
专 论 与 评 述天 然 气 水 合 物 能 源 的 勘 探 与 开 发李 小 森(中 国 科 学 院 广 州 能 源 研 究 所 ,中 国 科 学 院 可 再 生 能 源 与 天 然 气 水 合 物 重 点 实 验 室 ,天 然 气 水 合 物 研 究 中 心 ,广 东 广 州 510640)摘 要 :天 然 气 水 合 物 ( 认 为 是 21 世 纪 理 想 的 潜 在 的 新 能 源 ,它 正 受 到 各 国 政 府 和 科 学 家 的 高 度 重 视 。 介 绍 了 天 然气 水 合 物 的 基 本 特 征 和 全 球 资 源 分 布 的 状 况 ,阐 述 了 气 体 水 合 物 研 究 发 展 的 历 史 ,并 对 近 几 十 年 来 国 内 外 天 然 气 水 合 物 勘 探 开发 的 研 究 发 展 现 状 做 出 了 综 合 评 述 。关 键 词 :天 然 气 水 合 物 ;勘 探 ;开 发中 图 分 类 号 : 9   文 献 标 识 码 :C  文 章 编 号 :0253 - 4320 (2008) 06 - 0001 - 13in on 10640 , is as an of 1st of In of of on is in on GH in in is 日 期 :2008 - 04 - 21作 者 简 介 :李 小 森 (1967 - ) ,男 ,博 士 ,研 究 员 ,从 事 气 体 水 合 物 基 础 和 应 用 技 术 研 究 工 作 ,020 - 87057037 , 然 气 水 合 物 (是 一 种笼 形 结 晶 化 合 物 ,是 在 一 定 条 件 下 (合 适 的 温 度 、压 力 、 气 体 饱 和 度 、 水 的 盐 度 、 ) 由 天 然 气 和 水作 用 生 成 的 类 冰 的 、 非 化 学 计 量 的 笼 形 结 晶 化 合物 [1 ] 。 其 外 形 如 冰 雪 状 ,通 常 呈 白 色 ,遇 火 即 可 燃烧 ,俗 称 “ 可 燃 冰 ” 。 其 密 度 为 01905~ 0191 g/ 然 界 中 存 在 的 天 然 气 的 主 要 成 分 为 甲 烷( > 90 %) , 所 以 又 常 称 为 甲 烷 水 合 物 ( 。 被 广 泛 的 发 现 存 在 于 陆 地 的 永 冻 区和 大 陆 边 缘 的 海 底 深 层 砂 砾 中 [2 ] 。 据 估 计 ,以 水 合物 形 式 存 在 的 碳 含 量 大 于 目 前 所 有 化 石 燃 料 中 碳 含量 的 总 和 , 被 认 为 是 最 有 应 用 前 景 的 新 能 源 之一 [3 - 5 ] 。 据 最 新 资 料 ,迄 今 已 至 少 在 全 球 116 个 地区 发 现 了 但 是 由 于 气 体 水 合 物 分 布 在 永 冻区 和 深 水 区 ,艰 苦 的 地 理 环 境 和 复 杂 的 地 质 条 件 首先 给 这 种 资 源 的 开 发 蒙 上 了 一 层 困 难 的 阴 影 。 天 然气 水 合 物 的 勘 探 开 采 技 术 是 多 学 科 、 多 门 类 技 术 于一 身 的 综 合 性 的 气 体 水 合 物 工 业 ,它 也 是 当 今 地 质界 的 前 沿 课 题 之 一 。20 世 纪 90 年 代 以 来 ,随 着 世 界 各 国 发 现 的 天然 气 水 合 物 矿 田 的 增 多 和 人 们 对 天 然 气 水 合 物 认 识的 进 一 步 加 深 ,天 然 气 水 合 物 的 研 究 在 世 界 范 围 内迅 速 扩 大 ,除 俄 罗 斯 、 美 国 、 德 国 、 加 拿 大 、 荷 兰 等 国外 ,日 本 、 英 国 、 挪 威 、 韩 国 、 印 度 和 巴 基 斯 坦 等 国 也纷 纷 加 入 该 项 研 究 的 行 列 ,目 的 在 于 探 明 本 国 的 天然 气 水 合 物 资 源 和 进 行 开 采 准 备 。鉴 于 天 然 气 水 合 物 资 源 对 我 国 能 源 战 略 的 极 其重 要 性 ,我 国 于 20 世 纪 90 年 代 开 始 了 天 然 气 水 合物 研 究 ,国 内 主 要 科 研 机 构 有 :中 国 科 学 院 兰 州 冰 川冻 土 研 究 所 、 中 国 科 学 院 广 州 能 源 研 究 所 、 中 国 科 学院 地 球 化 学 研 究 所 、 中 国 科 学 院 南 海 海 洋 研 究 所 、 中国 地 质 科 学 院 、 国 土 资 源 部 、 石 油 大 学 (北 京 ) 、 华 南理 工 大 学 和 中 国 地 质 大 学 等 。 与 此 同 时 ,国 土 资 源部 投 资 8 亿 元 由 广 州 海 洋 地 质 调 查 局 执 行 的 南 海 天然 气 水 合 物 资 源 调 查 专 项 工 作 进 展 顺 利 ,已 经 发 现了 富 含 碳 酸 盐 的 冷 泉 ,这 标 志 着 我 国 南 海 确 实 存 在大 量 天 然 气 水 合 物 。 中 国 科 学 院 于 2004 年 初 在 广·1·第 28 卷 第 6 期 现 代 化 工 0082008 年 6 月 立 了 天 然 气 水 合 物 研 究 中 心 ,并 设 立 重 大 专 项 ,专 门 就 我 国 南 海 天 然 气 水 合 物 资 源 的 基 础 物 性 、 成藏 机 理 、 勘 探 方 法 、 开 采 技 术 和 环 境 评 估 及 控 制 等 进行 了 研 究 ,取 得 了 显 著 的 成 绩 。 2006 年 ,国 家 “ 863”计 划 启 动 重 大 专 项 全 面 展 开 了 “ 天 然 气 水 合 物 勘 探开 发 关 键 技 术 研 究 ” 。 2007 年 我 国 正 式 启 动 南 海 北部 陆 坡 海 域 工 作 ,同 年 5 月 国 土 资 源 部 在南 海 北 部 神 狐 海 域 成 功 钻 探 取 样 获 得 物样 品 。 规 模 开 采 和 开 发 ,对 海 洋 地 质 灾 害 和全 球 气 候 有 着 十 分 密 切 的 关 系 。 因 此 ,世 界 各 国 对 究 开 发 持 以 非 常 慎 重 的 态 度 ,在 研 究 它 的资 源 前 景 的 同 时 研 究 发 利 用 造 成 的 环 境 影响 和 地 质 灾 害 以 及 控 制 技 术 。1   概 述111   存 在 类 型天 然 气 水 合 物 的 形 成 与 分 布 主 要 受 烃 类 气 体 来源 和 一 定 的 温 压 条 件 控 制 。 天 然 气 水 合 物 的 形 成 必须 有 充 足 的 天 然 气 来 源 ,必 须 有 低 温 或 高 压 条 件 ,这决 定 了 它 的 特 殊 分 布 。 从 目 前 来 看 ,天 然 气 水 合 物主 要 分 布 在 地 球 上 2 类 地 区 :一 类 地 区 是 水 深 为300~ 4 000 m 的 海 洋 ,在 这 里 ,天 然 气 水 合 物 基 本 是在 高 压 条 件 下 形 成 的 ,主 要 分 布 于 泥 质 海 底 ,赋 存 于海 底 以 下 0~ 1 500 m 的 松 散 沉 积 层 中 ;另 一 类 地 区是 高 纬 度 大 陆 地 区 永 冻 土 带 及 水 深 100~ 250 m 以下 极 地 陆 架 海 。R. D. 1985)等 进 行 多 年 研 究 指 出 水 合 物存 在 于 以 下 4 种 类 型 [1 ] (图 1) :1 — 沉 积 物 ;2 — 水 合 物图 1   天 然 气 水 合 物 的 存 在 类 型第 1 种 类 型 是 良 好 分 散 型 水 合 物 ,在 诸 如 墨 西哥 湾 的 密 西 西 比 峡 谷 和 区 中 发 现 了 该 种样 品 。第 2 种 是 结 核 状 水 合 物 ,其 直 径 为 5 可 存 在诸 如 墨 西 哥 湾 的 绿 色 峡 谷 中 。 该 水 合 物 气 体 为 从 深处 迁 移 的 热 成 因 气 体 。第 3 种 是 层 状 水 合 物 ,分 散 于 沉 积 物 的 各 薄 层中 ,例 如 :在 布 莱 克 - 白 哈 马 山 脉 发 现 的 晶 核 ,该 水合 物 存 在 于 所 有 的 近 海 区 域 和 永 久 冻 土 中 。第 4 种 是 块 状 水 合 物 ,厚 度 为 3~ 4 m ,水 合 物 的含 量 为 95 % ,沉 积 物 含 量 少 于 5 % ,例 如 在 远 离 中 美洲 海 沟 的 次 570 井 位 发 现 的 水 合 物 样 品 。现 在 还 不 清 楚 该 样 品 是 来 自 于 生 物 起 源 还 是 来 自 于热 成 因 。 当 该 水 合 物 增 长 时 ,大 部 分 气 体 可 转 移 到水 合 物 处 ,或 者 形 成 于 断 层 中 ,或 当 块 状 水 合 物 增 加时 气 体 挤 压 沉 积 物 。112   形 成 条 件形 成 本 条 件 包 括 : ① 低 温 。 一 般 温 度低 于 10 ℃ ; ② 高 压 。 一 般 压 力 大 于 10 ③ 天 然气 来 源 ; ④ 有 利 的 储 集 空 间 。 气 体 来 源 主 要有 4 个 方 面 : ① 大 气 中 的 气 体 溶 解 于 海 水 ,然 后 进 入沉 积 物 ; ② 沉 积 物 中 的 有 机 质 在 细 菌 的 降 解 作 用 下产 生 的 气 体 ; ③ 深 部 有 机 物 在 热 裂 解 作 用 下 产 生 并向 上 发 散 的 气 体 ; ④ 由 火 山 作 用 或 热 过 程 产 生 的 气体 。 由 于 于 较 浅 的 沉 积 中 ,因 而 大 多 是 生物 成 因 气 体 ,特 别 是 形 成 于 大 陆 外 缘 的 前 科 学 家 提 出 了 多 种 机 制 ,概 括 起来 可 分 为 2 类 [6 - 7 ] 。 一 是 静 态 形 成 体 系 :即 先 存 的天 然 气 田 因 温 度 或 孔 隙 压 力 或 天 然 气 浓 度 的 变 化 而转 变 为 2 (a) ]。 在 此 过 程 中 ,无 外 来 物 质 的加 入 ,天 然 气 储 层 若 受 到 冷 却 作 用 引 起 地 温 降 低 ,压缩 作 用 导 致 天 然 气 压 力 增 加 ,或 者 由 于 储 层 成 岩 作用 使 天 然 气 浓 度 增 加 均 可 形 成 二 是 动 态 形成 体 系 :即 天 然 气 从 下 部 运 移 至 带 而 生 成 2 (b) ]。 在 此 过 程 中 有 外 来 物 质 进 入 带 中 ,储 层 中 天 然 气 和 饱 和 水 的 渗 滤 作 用 、 分 子(a)静 态 形 成 体 系(b)动 态 形 成 体 系图 2   的 地 质 模 式·2· 现 代 化 工 第 28 卷 第 6 期扩 散 作 用 或 者 含 气 重 力 流 的 迁 移 运 动 可 以 形 成 可 与 常 规 气 藏 相 伴 而 生 ,对 常 规 气 藏起 到 较 好 的 封 盖 作 用 。 根 据 气 藏 的 相 对 位置 关 系 , 气 的 封 盖 作 用 可 分 为 垂 向 和 侧 向2 种 ;根 据 其 接 触 关 系 可 分 为 披 覆 型 和 接 触 型 ;根 据其 形 成 的 时 间 先 后 可 分 为 同 生 和 后 生 2 种 ;根 据 其分 布 的 地 质 构 造 特 征 可 分 为 穹 隆 遮 挡 型 、 底 辟 构 造型 和 地 层 内 部 型 3 种 。 披 覆 型 遮 挡 指 的 是 分 布 受 海(湖 )底 地 形 (如 基 底 上 拱 ) 等 因 素 的 影 响 ,造 成 沉 积地 层 高 差 ,从 而 可 以 从 垂 向 和 侧 向 遮 挡 油 气 ,见 图 3(a) 、 图 3 (c) 。 图 3 (b) 表 示 与 底 辟 构 造 有 关 的 ,其 成 藏 机 制 是 底 辟 构 造 使 等 温 线 上拱 ,从 而 在 部 形 成 与 底 辟 构 造 顶 面 平 行 的气 藏 。 接 触 型 遮 挡 指 与 含 气 岩 层 的 产 状 不同 ,从 而 形 成 局 部 接 触 ,造 成 对 气 藏 对 侧 向 遮 挡 作用 ,见 图 3 (d) 。图 3   油 气 藏 示 意 图2   研 究 发 展 历 史 和 资 源 分 布211   研 究 发 展 历 史从 1810 年 英 国 ]在 实 验 室 首 次 发 现 气 体水 合 物 和 1888 年 ]人 工 合 成 天 然 气 (甲 烷 )水 合 物 后 ,人 们 就 不 断 地 展 开 对 气 体 水 合 物 的 研 究和 探 索 。 在 将 近 200 年 的 时 间 内 ,对 天 然 气 水 合 物的 研 究 历 程 大 致 经 历 了 3 个 阶 段 [10 ] (表 1) 。表 1   世 界 天 然 气 水 合 物 研 究 开 发 年 系 表重 大 事 件1810 年   英 国 学 者 伦 敦 皇 家 研 究 院 实 验 室 首 次 合 成 氯 气 体 水 合 物1811 年   书 正 式 提 出 气 体 水 合 物 一 词1888 年   实 验 室 合 成 了 的 水 合 物1934 年   美 国 表 了 水 合 物 造 成 输 气 管 道 堵 塞 的 有 关 数 据1946 年   俄 罗 斯 学 者 N. H. 斯 特 里 若 夫 从 理 论 上 做 出 结 论 :自 然 界 可 能 存 在 气 体 水 合 物 藏1960 — 1970 年   俄 罗 斯 科 学 家 A. A. 特 罗 费 姆 克 等 发 现 天 然 气 的 这 样 一 个 特 性 ,即 它 可 以 以 固 态 形 式 存 在 于 地 壳 中 并 形 成 气 体 水 合 物 藏1968 年   俄 罗 斯 在 西 西 伯 利 亚 发 现 包 含 天 然 气 水 合 物 藏 的 麦 索 雅 哈 气 田1969 年   以 美 国 为 首 的 深 海 钻 探 计 划 (大 洋 钻 探 计 划 前 身 之 一 )开 始 实 施1971 年   俄 罗 斯 从 麦 索 雅 哈 气 田 含 气 体 水 合 物 层 中 开 采 天 然 气1972 年   美 国 在 阿 拉 斯 加 北 部 利 用 加 压 桶 首 次 从 永 冻 层 中 取 出 包 含 气 体 水 合 物 的 岩 心1973 — 1975 年   特 罗 费 姆 克 等 预 测 了 世 界 海 洋 气 体 水 合 物 的 资 源 量 并 提 出 了 评 价 方 法1974 年   R. 许 多 科 学 家 在 分 析 海 底 地 震 反 射 剖 面 图 时 发 现 了 似 海 底 反 射 层 (975 年   国 际 大 洋 钻 探 项 目 (大 洋 钻 探 计 划 前 身 之 一 )开 始 实 施1980 年   “ 戈 洛 马 挑 战 者 号 ” 在 布 莱 克 外 海 岭 发 现 了 白 色 天 然 气 水 合 物 碎 块1982 — 1986 年   次 、 84 航 次 、 96 航 次 在 太 平 洋 大 陆 边 缘 、 南 墨 西 哥 滨 海 带 、 中 美 洲 海 槽 、 危 地 马 拉 滨 海 带 等 地 发 现 数 处 气 体 水 合 物1983 年   美 国 地 质 调 查 局 和 美 国 能 源 部 实 施 了 阿 拉 斯 加 北 部 斜 坡 气 体 水 合 物 研 究 项 目 ;荷 兰 科 学 家 E. M. 版《 一 书 ;大 洋 钻 探 计 划 ( 式 实 施1985 年   俄 罗 斯 出 版 《 1983 — 1988 年 天 然 气 水 合 物 文 献 索 引 》 一 书1988 年   第 28 届 国 际 地 质 大 会 会 议 论 文 集 收 录 气 体 水 合 物 文 献1989 年   联 合 国 召 开 的 “ 石 油 地 质 与 地 球 化 学 :发 展 中 国 家 的 问 题 与 前 景 ” 国 际 讨 论 会 ,气 体 水 合 物 被 列 为 一 个 讨 论 专 题1990 年 1 月   中 国 科 学 院 兰 州 冰 川 冻 土 研 究 所 在 实 验 室 合 成 气 体 水 合 物 ; 太 平 洋 西 岸 活 动 陆 缘 、 美 国 西 海 岸 、 日 本 滨 海 、 南 海 海 沟 等地 发 现 气 体 水 合 物·3·2008 年 6 月 李 小 森 :天 然 气 水 合 物 能 源 的 勘 探 与 开 发续 表重 大 事 件1991 — 1993 年   中 国 科 学 院 兰 州 文 献 情 报 中 心 出 版 了 《 国 外 天 然 气 水 合 物 研 究 进 展 》 ,系 统 介 绍 了 国 内 外 有 关 研 究 工 作 情 况1992 年   加 拿 大 地 质 调 查 局 在 马 更 些 三 角 洲 发 现 冰 胶 结 永 冻 层 的 气 体 水 合 物1993 年 3 — 4 月   美 国 使 用 海 底 取 样 器 在 墨 西 哥 湾 发 现 构 气 体 水 合 物1993 年 6 月   日 本 成 立 甲 烷 水 合 物 开 发 促 进 委 员 会 ,开 始 实 施 气 体 水 合 物 研 究 与 开 发 的 五 年 计 划1995 年   次 在 大 西 洋 西 部 的 布 莱 克 海 岭 组 织 了 专 门 的 天 然 气 水 合 物 调 查 ;印 度 实 施 气 体 水 合 物 勘 探 计 划 ;我 国 正 式 以 六 分之 一 成 员 国 加 入 大 洋 钻 探 计 划1998 年   在 开 展 “ 青 藏 高 原 永 久 冻 土 层 的 天 然 气 水 合 物 ” 的 研 究 中 讨 论 海 洋 水 合 物 问 题1998 年 4 月   中 国 科 学 院 科 技 政 策 局 组 织 召 开 以 “ 中 国 天 然 气 水 合 物 的 研 究 开 发 前 景 ” 为 主 题 的 21世 纪 能 源 科 学 发 展 战 略 研 讨 会 ;中 国 科学 院 兰 州 冰 川 冻 土 研 究 所 提 出 开 展 “ 青 藏 高 原 永 久 冻 土 层 的 天 然 气 水 合 物 ” 的 研 究 工 作1998 年 6 月   中 国 海 洋 石 油 天 然 气 总 公 司 召 开 海 洋 能 源 研 讨 会 讨 论 了 海 洋 气 水 合 物 问 题2002 年   中 国 启 动 天 然 气 水 合 物 资 源 调 查 项 目 ,即 “ 118” 专 项 ;启 动 “ 863” 计 划 关 于 水 合 物 资 源 调 查 关 键 技 术 研 究 项 目2005 年   中 德 联 合 考 察 发 现 香 港 九 龙 甲 烷 礁2006 年   中 国 启 动 “ 863” 计 划 “ 天 然 气 水 合 物 勘 探 开 发 关 键 技 术 研 究 ” 重 大 专 项2007 年   我 国 正 式 启 动 南 海 北 部 陆 坡 海 域 工 作 ;5月 国 土 资 源 部 在 南 海 神 狐 海 域 成 功 钻 探 取 样 获 得 物 样 品 ;中 国 科学 院 重 大 科 研 装 备 研 制 项 目 “ 综 合 模 拟 实 验 系 统 ” 启 动第 1 阶 段 是 从 1810 年 成 氯 气 水 合 物 和次 年 对 气 体 水 合 物 正 式 命 名 并 著 书 立 说 [9 ]到 20 世纪 30 年 代 初 。 在 这 120 年 中 ,对 气 体 水 合 物 的 研 究仅 停 留 在 实 验 室 ,且 对 水 合 物 的 化 学 组 分 和 物 质 结构 等 争 议 颇 多 。 然 而 ,在 此 期 间 ,人 们 对 气 体 水 合 物在 自 然 界 的 存 在 却 知 之 甚 少 。自 美 国 ] 1934 年 发 表 了 关 于 水合 物 造 成 输 气 管 道 堵 塞 的 有 关 数 据 后 ,人 们 开 始 注意 到 气 体 水 合 物 的 工 业 重 要 性 ,从 负 面 加 深 了 对 气体 水 合 物 及 其 性 质 的 研 究 。 这 就 是 气 体 水 合 物 研 究史 上 的 第 2 个 阶 段 。 在 这 个 阶 段 ,研 究 主 题 是 工 业条 件 下 水 合 物 的 预 报 和 消 除 、 水 合 物 生 成 抑 制 剂 的研 究 和 应 用 。20 世 纪 60 年 代 特 罗 费 姆 克 等 [8 ]发 现 了 天 然 气的 一 个 特 性 ,它 可 以 以 固 态 形 式 存 在 于 地 壳 中 。 特罗 费 姆 克 等 的 研 究 工 作 为 世 界 上 第 一 座 天 然 气 水 合物 矿 田 — — — 麦 索 雅 哈 气 田 的 发 现 、 勘 探 与 开 发 前 期的 准 备 工 作 提 供 了 重 要 的 理 论 依 据 ,大 大 拓 宽 了 天然 气 地 质 学 的 研 究 领 域 。 1971 年 前 后 ,美 国 学 者 开始 重 视 气 体 水 合 物 研 究 。 1972 年 在 阿 拉 斯 加 获 得世 界 上 首 次 确 认 的 冰 胶 结 永 冻 层 中 的 气 体 水 合 物 实物 [11 ] 。 对 气 体 水 合 物 藏 成 功 的 理 论 预 测 、 气 体 水 合物 形 成 带 内 样 品 的 成 功 检 出 和 测 试 ,被 认 为 是 20 世纪 最 重 大 发 现 之 一 。 可 以 说 ,从 20 世 纪 60 年 代 至今 ,全 球 气 体 水 合 物 研 究 跨 入 了 一 个 崭 新 的 阶段 — — — 第 3 个 阶 段 (把 气 体 水 合 物 作 为 一 种 能 源 进行 全 面 研 究 和 实 践 开 发 的 阶 段 ) 。 世 界 各 地 科 学 家对 气 体 水 合 物 的 类 型 及 物 化 性 质 、 自 然 赋 存 和 成 藏条 件 、 资 源 评 价 、 勘 探 开 发 手 段 以 及 气 体 水 合 物 与 全球 变 化 和 海 洋 地 质 灾 害 的 关 系 等 进 行 了 广 泛 而 卓 有成 效 的 研 究 。20 世 纪 60 年 代 中 期 ,俄 罗 斯 在 开 发 北 极 圈 内克 拉 斯 雅 尔 地 区 的 麦 索 雅 哈 气 田 时 ,在 实 践 中 第 1次 发 现 了 天 然 气 水 合 物 藏 ,并 于 1968 年 开 始 了 试采 ,利 用 降 压 和 注 入 抑 制 剂 的 方 法 生 产 ,到 目 前 已 经生 产 了 20 余 年 [12 ] 。 其 后 相 继 在 美 国 阿 拉 斯 加 及 加拿 大 的 马 更 些 三 角 洲 等 地 区 也 发 现 了 天 然 气 水 合 物藏 。 与 此 同 时 ,俄 罗 斯 科 学 家 特 罗 费 姆 克 通 过 理 论计 算 首 次 做 出 了 大 洋 底 沉 积 物 中 可 能 存 在 天 然 气 水合 物 藏 的 论 断 ,并 认 为 90 %的 世 界 大 洋 中 都 具 备 有利 于 天 然 气 水 合 物 生 成 的 压 力 和 温 度 。 在 此 期 间 ,俄 罗 斯 、 美 国 、 德 国 、 加 拿 大 、 荷 兰 等 相 继 开 展 了 天 然气 水 合 物 结 构 和 热 动 力 学 的 研 究 。20 世 纪 70 年 代 中 期 ,人 们 认 识 到 天 然 气 水 合物 不 仅 存 在 于 极 地 大 陆 的 永 冻 层 中 ,而 且 还 分 布 于外 部 大 陆 架 边 缘 深 水 沉 积 物 的 上 部 。 海 洋 中 天 然 气水 合 物 的 研 究 与 海 洋 表 层 沉 积 物 研 究 计 划 、 深 海 钻探 计 划 和 后 续 的 大 洋 钻 探 计 划 是 分 不 开 的 。 1974年 俄 罗 斯 科 学 家 黑 海1 950 取 得 的 样 品 中 ,在 泥 岩 微 孔 隙 中 发 现 了·4· 现 代 化 工 第 28 卷 第 6 期似 冰 状 甲 烷 水 合 物 。 1979 年 在 墨 西 哥 湾 进 行 深 海钻 探 调 查 时 ,也 发 现 了 天 然 气 水 合 物 胶 结 的 沉 积 物( ,1979) ,并 在 大 洋 沉 积 物 中 分 离 出冰 状 固 态 天 然 气 水 合 物 ,测 定 了 分 解 生 成 的 天 然 气体 积 。 测 定 结 果 表 明 ,由 固 态 天 然 气 水 合 物 释 放 出的 天 然 气 体 积 是 饱 和 状 态 下 同 体 积 水 中 溶 解 天 然 气体 积 的 5 倍 多 ,由 此 证 明 天 然 气 水 合 物 中 聚 集 着 大量 的 天 然 气 ,并 且 是 以 气 体 水 合 物 的 形 式 存 在 的 。70 年 代 末 ,在 中 美 洲 海 槽 执 行 深 海 钻 探 计 划 时 ,从该 海 域 钻 探 的 20 个 海 底 钻 孔 中 发 现 9 个 含 有 天 然气 水 合 物 。 由 此 ,人 们 对 气 体 水 合 物 的 研 究 兴 趣 倍增 ,拉 开 了 大 规 模 研 究 天 然 气 水 合 物 的 序 幕 。20 世 纪 80 年 代 开 始 [13 ] ,随 着 深 海 钻 探 计 划( 后 来 的 大 洋 钻 探 计 划 (的 相 继 实 施 ,天 然 气 水 合 物 研 究 进 入 全 面 发 展 阶 段 。 俄 罗 斯 通 过地 下 取 样 和 地 震 调 查 相 继 在 黑 海 、 里 海 、 贝 加 尔 湖 、鹗 霍 次 克 海 等 水 域 发 现 了 天 然 气 水 合 物 并 进 行 了 区域 评 价 。 以 美 国 为 首 的 深 海 钻 探 计 划 及 后 续 的 大 洋钻 探 计 划 也 相 继 在 中 美 洲 海 沟 陆 坡 、 太 平 洋 秘 鲁 海沟 陆 坡 、 大 西 洋 布 莱 克 洋 脊 、 墨 西 哥 湾 、 加 利 福 尼 亚北 部 海 域 、 北 海 、 日 本 近 海 、 北 大 西 洋 的 斯 瓦 尔 巴 尔特 陆 坡 、 尼 日 利 亚 近 海 等 数 10 处 地 点 发 现 了 天 然 气水 合 物 。 80 年 代 初 期 ,全 球 发 现 的 天 然 气 水 合 物 矿田 已 达 20 余 处 ,实 际 采 集 到 水 合 物 样 品 的 有 15 处 ,其 中 有 14 处 分 布 于 海 洋 中 。 同 时 ,还 开 始 运 用 除 地震 地 球 物 理 方 法 以 外 的 多 种 测 井 方 法 (井 径 、 伽 玛 、声 速 、 电 阻 率 及 中 子 孔 隙 度 等 )对 天 然 气 水 合 物 进 行研 究 ,开 创 了 该 领 域 研 究 的 新 阶 段 。 80 年 代 中 期 美国 能 源 部 和 源 及 技 术 中 心 授 权 国 际 地质 勘 探 者 协 会 ( 对 全 球24 个 地 区 的 浅 海 天 然 气 水 合 物 赋 存 控 制 因 素 和 开采 储 量 进 行 研 究 (J . P. M. 1988) 。 80 年 代 中 期 以 来 ,随 着 大 洋 钻 探 计 划 和 海 底沉 积 物 取 样 水 合 物 和 含 水 合 物 沉 积 物 样 品 的 增 多 ,人 们 开 始 引 入 流 体 地 球 化 学 和 同 位 素 地 球 化 学 的 方法 开 展 天 然 气 水 合 物 的 形 成 标 志 、 赋 存 特 征 及 成 矿气 体 来 源 等 方 面 的 研 究 ,这 使 得 天 然 气 水 合 物 研 究开 始 进 入 多 学 科 、 多 方 法 的 综 合 发 展 阶 段 。 这 一 阶段 的 主 要 成 果 是 : ① 通 过 同 位 素 地 球 化 学 和 流 体 地球 化 学 的 研 究 ,查 明 天 然 气 水 合 物 的 成 矿 气 体 主 要是 微 生 物 成 因 ,明 确 其 结 构 特 征 取 决 于 气 体 组 成 ;② 指 出 了 天 然 气 水 合 物 的 稳 定 性 对 大 气 甲 烷 含 量 影响 的 问 题 ; ③ 开 发 出 了 3 种 开 采 天 然 气 水 合 物 的 方法 (热 激 化 法 、 减 压 法 和 注 入 抑 制 剂 法 ) ,并 确 证 热 激化 法 和 减 压 法 二 者 的 结 合 使 用 较 为 经 济 实 用 。20 世 纪 90 年 代 以 来 ,随 着 世 界 各 国 发 现 的 天然 气 水 合 物 矿 田 的 增 多 和 人 们 对 天 然 气 水 合 物 认 识的 进 一 步 加 深 ,天 然 气 水 合 物 的 研 究 在 世 界 范 围 内迅 速 扩 大 ,除 俄 罗 斯 、 美 国 、 德 国 、 加 拿 大 、 荷 兰 等 国外 ,日 本 、 英 国 、 挪 威 、 印 度 和 巴 基 斯 坦 等 国 也 纷 纷 加入 该 项 研 究 的 行 列 ,研 究 重 点 也 转 向 了 实 用 开 发 阶段 。 这 一 阶 段 ,天 然 气 水 合 物 研 究 无 论 是 方 法 还 是深 度 都 前 进 了 一 大 步 。 研 究 方 法 上 ,传 统 的 天 然 气水 合 物 研 究 主 要 借 助 于 地 震 反 射 剖 面 上 的 异 常 反 射特 征 ,即 空 白 反 射 带 及 反 射 极 性 反 转 的 识 别 来进 行 。 90 年 代 以 后 ,在 理 论 研 究 和 找 矿 研 究 方 面 运用 了 一 些 新 方 法 和 新 技 术 ,包 括 固 态 水 合 物 相 的 热力 学 测 量 ,水 合 物 的 计 算 表 征 ,地 球 物 理 方 法 、 地 球化 学 方 法 和 自 生 沉 积 矿 物 学 法 。 研 究 内 容 上 ,对 天然 气 水 合 物 的 研 究 仍 然 集 中 在 资 源 、 环 境 和 全 球 气候 3 个 方 面 ,但 研 究 深 度 大 大 增 加 ,其 中 水 合 物 的 成因 、 储 存 、 分 布 ,水 合 物 的 海 上 勘 探 、 开 发 、 资 源 量 估算 ,水 合 物 的 环 境 效 应 、 地 质 灾 害 等 是 目 前 主 要 的 研究 内 容 。20 世 纪 90 年 代 以 来 ,一 些 发 达 国 家 成 立 了 专门 的 机 构 ,投 入 巨 资 ,目 的 在 于 探 明 本 国 的 天 然 气 水合 物 资 源 和 进 行 开 采 准 备 。 1995 年 美 国 在 国 际 大洋 钻 探 (第 164 航 次 中 ,率 先 在 布 莱 克 海 脊 布设 了 3 口 勘 探 井 ,首 次 有 计 划 地 取 得 了 天 然 气 水 合物 样 品 [14 ] 。 日 本 由 于 能 源 缺 乏 ,对 勘 探 和 开 发 海 底天 然 气 水 合 物 资 源 格 外 重 视 ,成 立 了 天 然 气 水 合 物研 究 促 进 会 ,制 定 1995 — 1999 年 5 年 计 划 ,基 本 完成 了 南 海 海 槽 天 然 气 水 合 物 的 海 上 地 球 物 理 调 查 ,3 000 穿 增 生 楔 的 天 然 气 水 合 物 沉 积 ,并 于1999 年 首 次 在 日 本 近 海 试 采 成 功 。 加 拿 大 于 1998年 组 织 有 日 本 、 美 国 等 国 的 25 位 科 学 家 参 加 陆 地 天然 气 水 合 物 钻 探 和 开 发 技 术 研 究 。 1998 年 5 月 ,美国 参 议 院 资 源 委 员 会 一 致 通 过 “ 海 底 天 然 气 水 合 物研 究 与 资 源 开 发 计 划 ” 。 美 国 能 源 部 最 近 宣 称 将 在10~ 15 年 内 解 决 天 然 气 水 合 物 的 开 采 问 题 。 2000年 美 国 专 门 就 天 然 气 水 合 物 的 研 究 与 开 发 立 法 ,并决 定 在 其 后 的 5 年 内 投 资 4 750 万 美 元 用 于 有 关 天然
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本文标题:天然气水合物能源的勘探与开发_图文
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