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天然气水合物研究中的几个重要问题5753177

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天然气 水合物 研究 中的 几个 重要 问题 5753177
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天然气水合物研究中的几个重要问题 霞 任 建 业1O 气 水 合 物1O 1O 燃 料5 1O 2 79O> 1O 983> 1O 有 机 碳 的 分 布(据 文 献[3]修 改)1 of in ,科 学 家 通 过 探 井( 样 品 采集 研 究 了 加 拿 大 洲 地 区 与 永 冻 带 有关 的 天 然 气 水 合 物[4],确 定 了 天 然 气 水 合 物 的 性 质~产 状~特 征 和 分 布,并 认 为 这 个 地 区 的 天 然 气 水 合 物的 储 量 大 约 是 该 地 区 沉 积 物 的3O%,天 然 气 含 量 大约 为1. 7> 1 且 具 有 良 好 的 储 集 性 和 开 采 条件 一 个 例 子 是 对 大 陆 边 缘 环 境 中 的 天 然 气 水合 物 的 调 查 东 南 大 陆 边 缘[1]的 钻 探 表 明 这 个 地 区 沉 积 物 中 的1%~5%被 天 然 气 水 合 物 充 满,厚 度 达 到25O m,分布 面 积 达 到24 算 的 天 然 气 储 量 达 到3. O> 1. O> 1 算,海 上 天 然 气 水 合物 的 储 量 是 陆 地 储 量 的 两 倍,其 开 采 难 度 很大,目 前 还 没 有 成 熟 可 行 的 技 术 气 水 合 物 对 世 界 能 源 需 求 的 贡 献 取 决 于 开采 技 术 和 开 采 费 用 的 大 小,在 这 些 方 面 科 学 界 仍 然有 很 大 的 争 议 关 于 天 然 气 水 合 物 中 巨 大 的 甲烷 含 量 的 估 计 不 代 表 可 开 采 的 能 源 资 源,即 使其 中 的 一 小 部 分 是 可 开 采 的,其 资 源 量 也 是 非 常 可观 的,重 要 的 是 要 确 定 天 然 气 水 合 物 的 分 布~集 中 以 及 可 开 采 的 地 区 为 止,对 天 然 气 水 合 物沉 积 范 围 的 调 查 和 勘 探 方 面 的 工 作 仍 然 非 常 少,有必 要 发 展 新 的 更 好 的 鉴 定 和 勘 查 天 然 气 水 合 物 的 直接 和 间 接 的 方 法 和 技 术 气 水 合 物 分 解 与 海 底 滑 塌越 来 越 多 的 学 者 认 为 大 陆 边 缘 海 底 滑 塌 可 能 与天 然 气 水 合 物 破 裂 引 起 的 沉 积 物 不 稳 定 有 关海 底 滑 塌 区 附 近 的 地 震 资 料 显 示,许 多 正 断 层 向 下收 敛 于 天 然 气 水 合 物 稳 定 带 底 界 面( 这 个 界面 附 近,在 美 国 大 西 洋 边 缘 几 乎 所 有 的 海 底 滑 塌 均位 于 水 合 物 上 部 边 界 附 近, 的 一 个38 18 型 复 合 式 滑 塌 构 造 仅 卷 入 了 水 合 物 稳定 带 的 沉 积 物[1] 上 最 大 的 挪 威滑 塌 构 造 引 起 了3O~4O 海 啸[4],可 能 就 是 由于 天 然 气 水 合 物 的 分 解 触 发 的 边 缘 含 天 然 气水 合 物 沉 积 物 的 持 续 沉 降~海 平 面 变 化 和 海 底 水 温的 增 加 均 可 能 引 起 海 底 沉 积 物 不 稳 定,从 而 导 致 沿海 底 斜 坡 带 的 滑 塌,因 此 天 然 气 水 合 物 可 能 是 引 起大 陆 边 缘 海 底 滑 塌 的 关 键 性 因 素 之 一在 天 然 气 水 合 物 发 育 地 区,当 天 然 气 水 合 物 分解 时,沉 积 物 的 物 理 性 质 将 会 发 生 极 大 的 改 变常 的 地 质 背 景 下,天 然 气 水 合 物 形 成 之 前,大 量 的 甲烷 和 水 可 以 在 固 态 沉 积 物 孔 隙 间 自 由 迁 移 然气 水 合 物 形 成 期 间, 笼 形 结 晶 体'的 形 成 堵 塞 了 沉积 物 的 孔 隙,阻 止 了 气 体 和 流 体 的 迁 移 的 沉 积导 致 天 然 气 水 合 物 埋 藏 加 深 然 气 水 合 物 稳 定带 底 部 界 限 埋 达 到 其 温 度 极 限 时,天 然 气水 合 物 将 不 再 稳 定,由 固 态 的 气~水 混 合 物 分 解 为 液态 的 气~水 混 合 体,同 时 由 于 新 释 放 的 气 体 形 成 超压,在 天 然 气 水 合 物 的 底 部 将 形 成 一 个 具 有 超压 特 征 的 低 剪 切 强 度 的 软 弱 带,重 力 负 载~地 震 扰 动和 海 底 滑 坡 引 发 的 断 裂 作 用 将 集 中 在 这 个 带 发 育 面 的 下 降 或 海 底 水 温 的 增 加 也 可 以 形 成 导致 天 然 气 水 合 物 分 解 的 条 件(图2) 平 面 下 降时,天 然 气 水 合 物 稳 定 带 底 界 面( 上 抬 升,由于 天 然 气 水 合 物 的 分 解 而 在 其 底 部 产 生 一 个 强 化 的流 态 层,沿 这 些 流 态 层 产 生 海 底 斜 坡 断 裂,从 而 产 生碎 屑 流~滑 塌 变 形,并 伴 有 甲 烷 气 释 放 而 形 成 的 气 泡水 柱O ]研 究 了 阿 拉 斯 加 大陆 斜 坡 滑 塌 变 形 带,这 个 变 形 带 与 根 据 地 震 剖 面 推断 的 天 然 气 水 合 物 沉 积 区 一 致 认 为,在 最 近 的更 新 世 海 退 期 间,海 平 面 在28 7 下 降 了 大 约1OO m,导 致 作 用 在 海 底 的 总 应 力 减 少了 大 约1 而 引 起 天 然 气 水 合 物 带 的 底 部 分解,导 致 大 面 积 的 滑 塌 变 形 估 价 天 然 气 水 合 物 在 海 底 稳 定 性 中 所 起 的作 用,我 们 需 要 更 好 地 了 解 以 下 几 个 方 面( 测量 敏 感 环 境 中 天 然 气 水 合 物 和 游 离 天 然 气 分 布~集中 的 方 法 技 术,敏 感 环 境 如 水 合 物 稳 定 带 上 限 附 近的 大 陆 斜 坡; @更 好 地 了 解 水 合 物 和 天 然 气 是 如 何影 响 围 岩 的 物 理 性 质,如 剪 切 强 度; 研 究 开 发 能 可靠 地 探 测 沉 积 物 中 水 合 物 的 技 术 方 法,如 遥 感 方 法 俊 霞 等(天 然 气 水 合 物 研 究 中 的 几 个 重 要 问 题图2海 平 面 下 降 引 起 天 然 气 水 合 物 的 分 解 和 海 底 滑 塌 构 造 的 形 成2 of of on 球 气 候 环 境 变 化 的 影 响甲 烷 是 地 球 大 气 圈 中 重 要 的 微 量 组 分 之 一,现今 大 气 圈 中 该 组 分 的 含 量 大 约 是4. 9> 1 二氧 化 碳 一 样,甲 烷 是 一 种温 室'气 体,而 且,其 温 室效 应 是 等 质 量 二 氧 化 碳 气 体 的2 在 大 陆 和海 洋 天 然 气 水 合 物 中 的 甲 烷 量 大 约 是 大 气 圈 中 的3 ],所 以,天 然 气 水 合 物 中 甲 烷 的 释 放 将 对大 气 圈 的 组 分 构 成 巨 大 的 影 响,进 而 影 响 导 致 全 球气 候 变 化 的 大 气 圈 的 辐 射 特 征现 在 已 有 学 者 提 出 了 几 个 假 说 来 说 明 天 然 气 水合 物 对 全 球 气 候 环 境 的 影 响这 些 假 说 通 过 表 面 温度 和 影 响 水 合 物 沉 积 的 海 平 面 变 化 来 阐 明 天 然 气 水合 物 对 全 球 气 候 环 境 的 影 响一 般 认 为,在 全 球 冰 川期 和 间 冰 期,极 地 区 和 海 洋 区 的 天 然 气 水 合 物 的 稳定 性 及 其 气 候 效 应 是 不 同 的在 全 球 气 候 变 暖 期 间,冰 川 和 冰 盖 消 融,向 海 洋 供 水 及 海 水 因 热 膨 胀 均 会引 起 海 平 面 上 升 和 地 下 静 水 压 力 增 加静 水 压 力 是天 然 气 水 合 物 稳 定 的 重 要 因 素同 时,陆 上 空 气 温 度的 增 加,将 可 能 导 致 大 陆 天 然 气 水 合 物 的 不 稳 定 而分 解,释 放 出 可 以 进 入 大 气 圈 的 甲 烷在 全 球 变 暖 期间,尽 管 外 大 陆 边 缘 的 深 水 水 温 也 将 增 加,但 是 由 于巨 大 体 积 海 水 的 热 容 量,水 温 不 可 能 有 明 显 变 化所以,海 平 面 上 升 引 起 的 天 然 气 水 合 物 的 稳 定 效 应 将超 过 海 底 水 温 增 加 引 起 的 去 稳 定 效 应对 于 埋 藏 在 极 地 大 陆 架 区 域 的 天 然 气 水 合 物,空 气 温 度 的 增 加 使 浅 海 陆 架 区 水 温 增 高,更 重 要 的是 由 于 海 平 面 上 升 时 海 水 进 积 到 曾 经 暴 露 的更 冷的 大 陆 架 表 面温 度 效 应 引 起 的 天 然 气 水 合 物 的 去稳 定 效 应 抵 消 并 超 过 了 海 平 面 上 升 引 起 的 稳 定 效应,极 地 大 陆 架 区 域 的 天 然 气 水 合 物 因 此 将 变 得 不稳 定 而 分 解 释 放 出 甲 烷 气,并 进 入 大 气 圈,从 而 导 致全 球 的 温 室 效 应]将 现 今 的 全 球 变 暖 与13 5OO 近 的 一 个 主 要 冰 期 结 束 时 大 陆 天 然 气水 合 物 中 甲 烷 的 释 放 相 联 系,认 为 在 全 球 温 暖 期,极地 区 天 然 气 水 合 物 分 解 并 释 放 出 甲 烷 进 入 大 气 圈,导 致 全 球 环 境 进 一 步 变 暖,图3 了 这 种 气 候正 反 馈 循 环( 观 点在 全 球 变 冷 期 间(冰 川 期D ,整 个 结 果 是 相 反 的在 极 地 区,大 陆 和 暴 露 的 大 陆 架 变 得 更 加 寒 冷,抵 消了 天 然 气 水 合 物 压 力 降 低 的 效 应另 外,进 积 冰 川 的重 力 负 载 作 用 增 加 了 大 陆 天 然 气 水 合 物 的 压 力,最终 使 埋 藏 的 天 然 气 水 合 物 变 得 更 稳 定在 海 洋 区,冰川 和 冰 盖 的 生 长 从 海 洋 中 移 去 了 大 量 的 海 水,加 上海 洋 的 冷 收 缩,结 果 使 海 平 面 下 降 而 发 生 海 退在 海退 期 间,压 力 降 低,天 然 气 水 合 物 变 得 不 稳 定海 洋区 天 然 气 水 合 物 中 释 放 的 甲 烷 进 入 大 气 圈,使 全 球气 候 变 暖,触 发 了 冰 川 消 融所 以,在 冰 期,一 方 面 全球 气 候 寒 冷,另 一 方 面,海 洋 区 天 然 气 水 合 物 中 甲 烷的 排 放 使 气 候 变 暖,这 是 一 种 对 全 球 环 境 变 化 的 负64地 质 科 技 情 报2 循 环((图3-)#应效定稳冰 川 消 融~海 平 面上 升~静 压 力 增 加气 候 变 暖甲 烷 进 入 大 气 圈海 洋 天 然 气水 合 物 分 解冰 期 海 平 面 下 降静 压 力 减 小全 球 变 冷 天 然 气 水 合 物分 解 并 释 放 出 甲 烷进 入 到 大 气 圈冰 川 消 融静 压 力 减 小全 球 变 暖图3天 然 气 水 合 物 的 分 解 对 气 候 的 影 响3 by 变 暖 期 间 大 陆 天 然 气 水 合 物 的 分 解 导 致 气 候 的 正 反 馈效 应; 变 冷 期 间 海 洋 天 然 气 水 合 物 的 分 解 导 致 气 候 的负 反 馈 效 应因 此,无 论 是 在 冰 期 还 是 间 冰 期,均 会 有 甲 烷 从天 然 气 水 合 物 中 释 放 出 来 并 进 入 到 大 气 圈 中,从 而影 响 全 球 的 气 候 和 环 境 的 是,迄 今 为 止,极 地和 海 洋 区 天 然 气 水 合 物 中 天 然 气 的 释 放 量 和 天 然 气水 合 物 分 解 和 释 放 的 动 力 学 过 程 仍 然 没 有 被 很 好 地了 解,以 至 难 以 确 定 天 然 气 水 合 物 是 气 候 和 环 境 变化 的 缓 冲 剂,还 是 气 候 和 环 境 变 化 的 加 速 剂,或 在 何种 程 度 上 影 响 了 全 球 的 气 候 和 环 境 注 意 的 是 大 多 数 的 假 说 仍 然 没 有 经 过 检验 这 些 假 说 的 可 行 性 必 须 考 虑 的 问 题 之 一 是建 立 在 天 然 气 水 合 物 分 解 期 间,甲 烷 气 体 通 过 沉 积物 释 放 和 迁 移 的 机 制 甲 烷 易 于 沿 其 迁 移 通 道通 过 细 菌 和 无 机 反 应 氧 化,所 以 确 定 甲 烷 气 体 迁 移的 过 程 和 结 果 对 于 评 估 天 然 气 水 合 物 在 地 球 历 史 和全 球 变 化 中 的 作 用 是 非 常 重 要 的除 了 作 为 一 种 潜 在 的~巨 大 的 非 传 统 能 源 资 源外,天 然 气 水 合 物 还 可 能 导 致 沉 积 物 物 理 性 质(如 剪切 强 度 和 流 变 性 等)~地 球 物 理 性 质(如 地 震 波 速 和电 导 性)以 及 地 球 化 学 性 质(如 孔 隙 流 体 成 分)的 明显 变 化 性 质 的 进 一 步 变 化 可 能 引 起 海 底 滑 塌和 产 生温 室 效 应气 体 的 排 放,从 而 导 致 海 底 地 质灾 难 和 全 球 气 候 变 化 而 外,一 些 学 者 认 为,天然 气 水 合 物 还 可 能 造 成 沉 积 物 中 的 热 流 体 循 环,碳酸 盐 岩 的 发 育 也 可 能 与 此 密 切 相 关[8] 认 为 应进 一 步 关 注 下 列 问 题 的 研 究G( 1)需 要 精 确 地 确 定 自 然 状 态 下 天 然 气 水 合 物的 产 状~分 布 和 聚 集 多 数 天 然 气 水 合 物 资 源 的估 算 是 通 过 局 部 地 区 推 测 的 天 然 气 水 合 物 浓 度 参 数大 体 估 算 外 推 而 来 的 在 许 多 海 域 盆 地 中 和 冻土 带 地 区 对 天 然 气 水 合 物 储 量 的 估 算 是 很 不 精 确的 不 能 更 精 确 地 了 解 体 积~分 布~地 质 背 景 和控 制 过 程,那 么 要 了 解 天 然 气 水 合 物 对 人 类 的 重 要影 响 几 乎 是 不 可 能G(2)天 然 气 水 合 物 的 探 测 气 水 合 物 的 研 究对 于 传 统 的 地 质 采 样 技 术 是 一 个 挑 战 环 境 的变 化 导 致 使 用 传 统 的 技 术 方 法 采 集 到 的 天 然 气 水 合物 的 物 理 和 化 学 状 态 会 发 生 极 大 的 变 化 集 的样 品 上 测 量 获 得 的 性 质 可 能 不 同 于 自 然 状 态 下 的 性质 种 情 况 下 重 要 的 是 要 使 用 一 些 先 进 的 技 术,如 采 用 测 井~海 底 声 纳~地 震 剖 面 发 射 方 法 和 可 视 化手 段 进 行 原 地 测 量G(3)沉 积 物 性 质 的 研 究 的 研 究 中 需 要 了 解是 什 么 因 素 控 制 了 天 然 气 水 合 物 稳 定 带 底 界 的 形态,并 进 而 影 响 到 圈 闭 天 然 气 的 能 力G(4)对 天 然 状 态 下 水 合 物 控 制 因 素 的 研 究气 水 合 物 是 一 个 处 于 动 态 平 衡 的 物 质 系 统 来的 研 究 中 需 要 调 查 天 然 气 水 合 物 系 统 的 动 力 学,即甲 烷 在 哪 里~怎 样 从 沉 积 物 中 脱 离 出 来 形 成 聚 集 们 能 定 量 确 定 控 制 动 态 水 合 物 体 系 的 均 衡 流 出量,那 么 就 可 以 估 算 这 一 动 态 系 统 对 外 界 扰 动(如 商业 生 产~构 造 事 件 或 气 候 变 化)的 响 应 要 求 了解 与 天 然 气 水 合 物 有 关 的 一 些 重 要 的 物 理~化 学 和生 物 过 程 及 其 演 化 速 率 方 面 除 了 采 用 热 探 针和3 技 术 测 量 之 外,四 维 耦 合 的 物 质 和能 量 流 的 数 值 模 拟 是 目 前 的 一 个 新 的 努 力 方 向,由此 可 以 获 得 关 于 水 合 物 系 统 及 其 对 外 部 因 素 响 应 的预 测 化 过 程 导 致 了 水 合 物 中 甲 烷 的 形 成,对 这一 过 程 的 进 一 步 研 究,需 要 加 强 对 与 甲 烷 成 因 有 关的 细 菌 类 型 和 相 关 生 物 标 志 的 鉴 定 现 在 的 能 源 结 构 属 于 污 染 型 能 源 结 构,而且 后 备 能 源 资 源 严 重 不 足 气 水 合 物 的 能 量 密度 高~杂 质 少,是 一 种 洁 净 型 能 源 资 源 料 分 析,74第1期 张 俊 霞 等:天 然 气 水 合 物 研 究 中 的 几 个 重 要 问 题我 国 的 东 海 冲 绳 海 槽~台 湾 以 东 海 域 和 南 海 等 海 域,以 及 青 藏 高 原 的 冻 土 层 都 具 备 天 然 气 水 合 物 形 成 的条 件0因 此,加 强 我 国 天 然 气 水 合 物 资 源 的 勘 查 和 开发 技 术 研 究 具 有 重 要 的 战 略 意 义0参 考 文 献,[1] K, , J, et 164[M]1996. 5] D, ]1989. 641[3] A. a in [J], 1988, 71,339] D, G, S, et A ]. , 1999[5] E, J. of on ea ], 1991, 10, 125] of in ]1990, 16, 247] G. of ]. . ,1990, 27, 148] . of J ]1989, 17, 707N F W/h/430074)in on as a on in of is to be up 019g of is as 1st of of in of as as as to in of or on of a of 科 技 情 报2001年天然气水合物研究中的几个重要问题作者: 张俊霞, 任建业, 中国地质大学,刊名: 地质科技情报英文刊名: (期): 2001,20(1)被引用次数: 27次参考文献(9条) K; J D A of in D; S A E;of on T of in G of 文期刊] 文期刊] 1989本文读者也读过(10条)1. 然气水合物研究的新进展[期刊论文]9(4)2. 然气水合物勘探刊论文]5(4)3. 然气水合物储运技术的研究和应用[期刊论文]4(2)4. 国天然气水合物研究开发思路及对我国的启示[期刊论文]4(10)5. 力开发新进展刊论文]0(5)6. 然气水合物研究的最新进展[期刊论文]6(3)7. 沙海区天然气水合物形成及分布的地质因素[期刊论文]5(4)8. 然气水合物及其潜在的能源和环境效应[期刊论文]6(. 中国科学院天然气水合物研究新进展[期刊论文]7(3)10. 然气水合物动态成藏理论[期刊论文]8(6)引证文献(27条)地天然气水合物孔底冷冻取样方法[期刊论文]球科学版)2011(4)然气水合物储层地震反射相干分析研究[期刊论文])河地区天然气水合物远景调查之——电法探测岩石性永久冻层的应用研究[期刊论文]007(3)然气水合物储层地震波振幅属性研究[期刊论文]011(3)刊论文]球科学版) 2008(6)然气水合物储运技术研究[期刊论文]006(10)于加强青藏高原多年冻土区天然气水合物开发研究的建议[期刊论文]011(3)代石油的能源刊论文]005(8)然气水合物的研究进展[期刊论文]005(2)然气水合物相平衡及其表面张力影响研究[学位论文]硕士 然气水合物资源潜力评价[期刊论文]004(10)然气水合物刊论文]004(1)色开采天然气水合物技术研究[期刊论文]010(6)识一种新兴资源刊论文]业 2005(1)然气水合物开采的数值模拟研究[学位论文]硕士 然气水合物的形成分布特征及其开发前景[期刊论文]003(2)然气水合物开采技术实验与理论研究[学位论文]博士 洋和陆域天然气水合物开发的环境影响比较[期刊论文]然科学版 2012(1)然气水合物研究进展[期刊论文]012(4)然气水合物勘查技术及环境效应研究进展[期刊论文]011(4)然气水合物勘探开发研究新进展及发展趋势[期刊论文]012(2)然气水合物的形成与识别[期刊论文]006(10)然气水合物成因探讨及中国海域勘探前景[期刊论文])然气水合物开采研究现状[期刊论文])然气水合物能源的勘探与开发[期刊论文]008(6)洋天然气水合物勘查物化探综合解释评价研究及其应用[学位论文]博士 孔介质中天然气水合物注热水分解理论及实验研究[学位论文]博士 2005引用本文格式:然气水合物研究中的几个重要问题[期刊论文]001(1)
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