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天然气水合物资源量估算方法及应用

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天然气 水合物 资源 估算 方法 应用
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收 稿 日 期 : 2 0 0 6 - 0 4 - 1 0 ; 修 订 日 期 : 2 0 0 6 - 0 8 - 0 4基 金 项 目 : 国 家 “ 8 6 3 ” 计 划 项 目 ( 2 0 0 3 A A 6 1 1 0 2 0 / 0 3 ) 、 广 州 海 洋 地 质 调 查 局 院 士 基 金 项 目 ( 2 0 0 1 - Y S J J - G / H - 0 3 ) 资 助 。作 者 简 介 : 梁 金 强 ( 1 9 6 7 - ) , 男 , 教 授 级 高 级 工 程 师 , 从 事 天 然 气 水 合 物 勘 探 及 综 合 研 究 工 作 。 E - m a i l : l j i n q i a n g @ h o t m a i l . c o 气 水 合 物 资 源 量 估 算 方 法 及 应 用梁 金 强1, 吴 能 友1, 杨 木 壮2, 王 明 君3, 沙 志 彬1L I A N G J i n - q i a n W U N e n g - y o Y A N G M u - z h u a n A N G M i n g - j u S H A Z h i - b i 国 土 资 源 部 广 州 海 洋 地 质 调 查 局 , 广 东 广 州 5 1 0 7 6 0 ;2 . 广 州 大 学 , 广 东 广 州 5 1 0 4 0 5 ;3 . 中 国 地 质 科 学 院 , 北 京 1 0 0 0 3 71 . G u a n g z h o u M a r i n e G e o l o g i c a l S u r v e y , G u a n g z h o u 5 1 0 7 6 0 , G u a n g d o n g , C h i n a ;2 . G u a n g z h o u U n i v e r s i t y , G u a n g z h o u 5 1 0 4 0 5 , G u a n g d o n g , C h i n a ;3 . C h i n e s e A c a d e m y o f G e o l o g i c a l S c i e n c e s , B e i j i n g 1 0 0 0 3 7 , C h i n : 近 年 大 量 的 勘 探 与 研 究 成 果 表 明 , 中 国 南 海 海 域 具 有 良 好 的 水 合 物 资 源 前 景 。 根 据 所 掌 握 的 勘 探 资 料 , 尝 试 利 用 “ 概 率 统计 法 ” 对 南 海 海 域 水 合 物 资 源 前 景 进 行 了 初 步 预 测 , 在 5 0 % 概 率 的 条 件 下 , 南 海 海 域 的 水 合 物 资 源 量 约 为 6 4 9 . 6 8 × 1 01 1与 众 多学 者 对 全 球 天 然 气 水 合 物 资 源 量 的 估 算 相 似 。 由 于 目 前 勘 探 程 度 较 低 和 很 多 评 价 参 数 不 能 准 确 给 定 , 因 此 对 南 海 海 域 天 然 气 水合 物 资 源 量 的 估 算 是 初 步 的 。 该 项 研 究 旨 在 探 索 天 然 气 水 合 物 资 源 量 的 评 估 方 法 , 随 着 勘 探 、 研 究 程 度 的 深 入 和 评 价 资 料 的 增多 , 水 合 物 资 源 量 的 评 价 精 度 将 会 得 到 进 一 步 的 提 高 。关 键 词 : 南 海 ; 天 然 气 水 合 物 ; 资 源 量 ; 孔 隙 度 ; 饱 和 度中 图 分 类 号 : P 6 1 8 . 1 3 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1 6 7 1 - 2 5 5 2 ( 2 0 0 6 ) 0 9 ~ 1 0 - 1 2 0 5 - 0 6L i a n g J Q , W u N Y , Y a n g M Z , W a n g M J , S h a Z B . R e s o u r c e e s t i m a t e m e t h o d o f g a s h y d r a t e s a n d i t s a p p l i -c a t i o n . G e o l o g i c a l B u l l e t i n o f C h i n a , 2 0 0 6 , 2 5 ( 9 ~ 1 0 ) : 1 2 0 5 - 1 2 1 0A b s t r a c t : A g r e a t d e a l o f r e c e n t e x p l o r a t i o n a n d r e s e a r c h d a t a s h o w t h a t t h e S o u t h C h i n a S e a h a s g o o d p r o s p e c t s o f g a s h y -d r a t e r e s o u r c e s . A c c o r d i n g t o t h e e x p l o r a t i o n d a t a a v a i l a b l e , a n a t t e m p t h a s b e e n m a d e t o u s e t h e p r o b a b i l i t y s t a t i s t i c m e t h o dt o e s t i m a t e t h e r e s o u r c e s o f g a s h y d r a t e s i n t h e s e a a r e a . T h e r e s o u r c e o f g a s h y d r a t e s i n t h e S o u t h C h i n a S e a i s a p p r o x i m a t e l 9 . 6 8 × 1 01 1t a 5 0 % p r o b a b i l i t y , w h i c h i s s i m i l a r t o t h e e s t i m a t e o f t h e g l o b a l r e s o u r c e o f g a s h y d r a t e s . A s t h e a r e a i s u n -d e r e x p l o r e d a n d m a n y a p p r a i s a l p a r a m e t e r s c a n n o t b e g i v e n a c c u r a t e l y a t p r e s e n t , t h e f i g u r e i s o n l y a p r e l i m i n a r y e s t i m a t e . T h em a i n p u r p o s e o f t h i s s t u d y i s t o e x p l o r e t h e e s t i m a t e m e t h o d o f g a s h y d r a t e s . W i t h t h e d e e p e n i n g o f e x p l o r a t i o n a n d r e s e a r c ha n d i n c r e a s e o f t h e a p p r a i s a l d a t a , t h e e s t i m a t e p r e c i s i o n o f g a s h y d r a t e r e s o u r c e s w i l l b e f u r t h e r i m p r o v e d .K e y w o r d s : S o u t h C h i n a S e a ; g a s h y d r a t e s ; r e s o u r c e o f g a s h y d r a t e s ; p o r o s i t y ; s a t u r a t i o 通 报G E O L O G I C A L B U L L E T I N O F C H I N 5 卷 第 9 ~ 1 0 期2 0 0 6 年 1 0 月V o l . 2 5 , N o s . 9 ~ 1 0O c t . , 2 0 0 6天 然 气 水 合 物 的 资 源 量 到 底 有 多 少 ? 自 2 0 世 纪 7 0 年 代 以来 , 许 多 学 者 相 继 对 全 球 海 洋 和 陆 地 上 水 合 物 的 资 源 量 进 行了 预 测[ 1 ~ 1 3 ]。 但 是 , 由 于 各 自 对 实 际 资 料 的 掌 握 程 度 和 评 价 方法 的 不 同 , 预 测 结 果 相 差 甚 远 ( 表 1 ) , 最 大 差 异 高 达 5 个 数 量级 。 纵 观 不 同 学 者 的 研 究 成 果 , 对 全 球 水 合 物 资 源 量 的 预 测大 致 经 历 了 3 个 不 同 的 阶 段 。2 0 世 纪 7 0 年 代 至 8 0 年 代 早 期 , 仅 根 据 采 集 的 少 量 样 品 对水 合 物 的 资 源 量 进 行 了 初 步 测 算 。 在 研 究 中 , 一 般 认 为 水 合物 的 分 布 范 围 很 广 , 在 沉 积 物 中 的 填 充 率 也 很 高 。 例 如 ,T r o f i m u k 等[ 1 ]在 预 测 海 底 水 合 物 资 源 量 时 , 假 设 水 合 物 在 9 3 %地 质 通 报 G E O L O G I C A L B U L L E T I N O F C H I N A 2 0 0 6 年陆 地 / 1 01 5 / 1 01 5 来 源3 0 2 1 ~ 3 0 8 5 T r o f i m u k 等[ 1 ]1 1 3 5 T r o f i m u k 等[ 2 ]1 5 7 3 C h e r s k i y 和 T s a r e v[ 1 9 ]1 5 5 0 N e s t e r o v 和 S a l m a n o v[ 2 0 ]> 0 . 0 1 6 T r o f i m u k 等[ 3 ]1 1 0 ~ 1 3 0 T r o f i m u k 等[ 4 ]0 . 0 3 1 3 . 1 M c l v e r[ 1 1 ]0 . 0 5 7 5 ~ 2 5 T r o f i m u k 等[ 2 1 ]3 4 7 6 0 0 D o b r y n i n[ 5 ]0 . 0 1 4 3 . 1 M e y e r[ 1 5 ]1 5 T r o f i m u k 等[ 2 2 ]4 0 K v e n v o l d e n a n d C l a y p o o l[ 2 3 ]2 0 K v e n v o l d e n[ 6 ]0 . 7 4 2 0 M a c D o n a l d[ 2 4 ]2 6 . 4 ~ 1 3 9 . 1 G o r n i t z 和 F u n g[ 9 ]2 2 . 7 ~ 9 0 . 7 H a r v e y 和 H u a n g[ 2 5 ]1 G i n s b u r g 和 S o l o v i e v[ 1 6 ]6 . 8 H o l b r o o k 等[ 1 0 ]1 . 5 M a k o g o n[ 2 6 ]0 . 1 1 0 M o k o g o n[ 1 1 ]> 0 . 2 S o l o v i e v[ 1 8 ]3 ~ 5 M i l k o v 等[ 1 2 ]1 ~ 5 M i l k o v[ 1 3 ]的 海 洋 存 在 , 且 占 沉 积 物 孔 隙 体 积 的 1 0 0 % 。 因 此 , 预 测 值 都 非常 高 , 一 般 在 1 01 7~ 1 01 8 级 之 间 。 在 这 个 阶 段 , M c l v e r[ 1 4 ]和M e y e r[ 1 5 ]等 提 出 了 不 同 的 看 法 , 他 们 认 为 在 很 多 含 水 合 物 的地 区 , 水 合 物 在 沉 积 物 中 的 饱 和 度 是 很 低 的 , 他 们 的 预 测 结果 与 后 来 的 一 些 估 算 值 比 较 接 近 。 在 8 0 年 代 中 晚 期 到 9 0 年 代早 期 , 人 们 逐 步 认 识 到 天 然 气 水 合 物 不 可 能 在 整 个 大 洋 中 存在 , 一 些 研 究 者 甚 至 认 为 水 合 物 仅 分 布 在 大 陆 边 缘 的 小 部 分区 域 , 例 如 , G i n s b u r g 等[ 1 6 ]指 出 天 然 气 水 合 物 聚 集 区 仅 占 大 陆边 缘 的 1 % 。 因 此 , 通 常 根 据 有 机 碳 的 临 界 值 ( 大 于 0 . 5 % 或 大 于1 % ) 来 评 估 水 合 物 的 资 源 潜 力 , 在 研 究 中 一 般 假 设 沉 积 物 中天 然 气 的 浓 度 范 围 从 0 % ~ 5 0 % 到 1 0 0 %[ 6 , 9 ]。 这 个 阶 段 计 算 得 到的 水 合 物 的 资 源 量 一 般 为 1 01 6 级 , 比 早 期 的 估 算 值 低1 ~ 2 个 数 量 级 。 近 年 来 , 对 水 合 物 资 源 量 的 预 测 大 都 是 根 据D S D P 和 O D P 钻 井 获 得 的 直 接 和 间 接 数 据 来 进 行 的 。 一 般认 为 天 然 气 水 合 物 的 生 成 和 聚 集 是 不 连 续 的 , 水 合 物 的 聚 集 是岩 石 孔 隙 中 被 水 合 物 不 同 程 度 充 填 的 结 果 , 水 合 物 不 可 能 是大 面 积 连 续 分 布 的[ 1 7 ]。 M i l k o v 等[ 1 8 ]根 据 D S D P / O D P 航 次 全球 硫 酸 盐 - 甲 烷 界 面 研 究 成 果 , 假 设 天 然 气 水 合 物 在 大 约3 0 % 的 大 陆 边 缘 地 区 聚 集[ 1 2 ], 根 据 间 接 或 直 接 的 测 量 和 钻 井数 据[ 9 , 1 8 ], 预 测 了 水 合 物 气 体 资 源 量 。 由 于 水 合 物 的 分 布 面 积和 沉 积 物 孔 隙 中 水 合 物 饱 和 度 的 估 算 值 较 小 , 最 近 大 多 数 估 算值 在 1 01 4~ 1 01 5 , 比 前 期 的 估 计 值 又 低 了 1 ~ 2 个 数 量 级 。综 上 所 述 , 在 对 全 球 水 合 物 资 源 量 预 测 时 , 各 种 估 算 都带 有 推 测 性 和 不 确 定 性 。 但 是 , 应 该 注 意 到 , 即 使 对 地 球 上 的天 然 气 水 合 物 的 资 源 量 作 最 保 守 的 估 算 , 其 潜 力 也 是 非 常 巨大 的 。 随 着 全 球 天 然 气 水 合 物 勘 探 资 料 的 丰 富 和 勘 探 程 度 、研 究 程 度 、 评 价 技 术 水 平 的 不 断 提 高 , 全 球 水 合 物 资 源 量 的预 测 值 将 会 不 断 得 到 修 正 , 其 精 度 也 会 得 到 进 一 步 提 高 。就 天 然 气 水 合 物 资 源 量 评 估 方 法 而 言 , 大 体 可 从 4 个 不同 的 角 度 入 手 , 一 是 以 天 然 气 赋 存 状 态 为 研 究 对 象 , 利 用 “ 体积 法 ” 和 “ 概 率 统 计 法 ” 来 评 估 水 合 物 的 资 源 量 ; 二 是 以 水 合物 气 体 来 源 为 研 究 对 象 的 评 价 方 法 ; 三 是 基 于 水 合 物 地 球 物理 、 地 球 化 学 等 勘 探 方 法 为 研 究 对 象 的 评 估 方 法 ; 四 是 以 水合 物 形 成 机 制 为 研 究 对 象 的 评 估 方 法 。 实 际 上 , 这 4 种 方 法 是相 辅 相 成 的 , 第 一 种 方 法 是 目 前 计 算 水 合 物 资 源 量 的 基 本 方法 , 第 二 种 方 法 是 从 有 机 质 演 化 的 角 度 进 行 资 源 量 评 价 的 一种 大 尺 度 的 评 价 方 法 。 其 他 2 种 方 法 仅 作 为 水 合 物 资 源 量 计算 的 辅 助 手 段 , 其 目 的 是 获 取 资 源 评 价 所 需 的 相 关 参 数 。 本文 仅 就 “ 概 率 统 计 法 ” 在 天 然 气 水 合 物 资 源 量 估 算 中 的 应 用进 行 探 讨 。1 天 然 气 水 合 物 资 源 量 评 估 方 法前 苏 联 学 者 T r o f i m u k 等[ 1 ]于 1 9 7 3 年 提 出 了 预 测 天 然 气 水合 物 资 源 量 的 数 据 和 假 设 , 并 利 用 “ 体 积 法 ” 计 算 了 全 球 水 合物 气 体 的 资 源 量 。 G o r n i t z 等[ 9 ]、 S a t o h 等[ 8 ]、 C o l l e t 等[ 2 7 ]也 提 出 了类 似 的 评 价 思 路 , 算 式 如 下 :V = A · Z · φ · H · , V 为 水 合 物 所 包 含 的 气 体 体 积 ( , A 为 水 合 物 分 布 区的 面 积 ( , Z 为 水 合 物 存 在 带 的 厚 度 ( m ) , φ 为 孔 隙 度 ( % ) ,H 为 孔 隙 中 水 合 物 的 饱 和 度 ( % ) , E 为 产 气 因 子 ( 。佐 藤 干 夫 等 ( 1 9 9 6 ) 对 上 述 公 式 进 行 了 修 正 , 他 认 为 水 合物 所 分 解 出 气 体 的 资 源 量 ( Q ) 应 该 为 水 合 物 中 气 体 的 总 量( V ) 与 集 聚 率 ( R ) 的 乘 积 , 而 可 采 资 源 量 ( G ) 为 分 解 气 体 的 资源 量 ( Q ) 与 采 收 率 ( B ) 的 乘 积 , 即Q = V · R = A · Z · φ · H · E · Q · 受 到 勘 探 程 度 和 评 价 资 料 的 限 制 , 目 前 多 数 学 者在 计 算 水 合 物 资 源 量 时 并 未 考 虑 聚 集 率 和 采 收 率 2 个 参 数 。根 据 上 述 算 式 可 知 , 对 任 何 含 水 合 物 区 中 一 个 局 部 含 水合 物 单 元 的 资 源 量 的 数 学 计 算 模 型 都 可 以 归 结 为 n 个 地 质 参数 或 经 验 系 数 的 乘 积 , 即Qj= 1!X j i( j = 1 , 2 , … … , m ) ( i = 1 , 2 , … … , n )表 1 全 球 天 然 气 水 合 物 甲 烷 资 源 量 预 测 结 果T a b l e 1 E s t i m a t e s o f t h e r e s o u r c eo f g l o b a l g a s h y d r a t e 0 6第 2 5 卷 第 9 ~ 1 0 期式 中 , 水 合 物 区 中 第 j 个 局 部 地 质 单 元 的 水 合 物 资 源量 , Qj j 个 局 部 地 质 单 元 中 第 i 个 地 质 参 数 或 经 验 系 数 。对 一 个 水 合 物 资 源 评 价 区 总 的 资 源 量 可 表 达 为 m 个 局 部地 质 单 元 水 合 物 资 源 量 的 累 加 , 即Q = 1!Q j = 1! 1"X j i( j = 1 , 2 , … … , m ) ( i = 1 , 2 , … … , n )上 述 Qj 是 具 有 统 计 性 质 的 随 机 变 量 , 也 可 以 是 常数 或 经 验 系 数 。 如 果 是 随 机 变 量 则 要 在 计 算 资 源 量 之 前 进行 预 处 理 。 当 原 始 数 据 量 较 大 时 , 可 用 频 率 统 计 法 构 造 随 机变 量 的 分 布 函 数 , 因 为 这 样 构 造 出 来 的 分 布 函 数 来 自 实 际资 料 , 可 靠 性 高 。 假 设 某 参 数 的 观 察 值 为 … … , 据此 可 制 作 该 参 数 的 累 积 频 率 分 布 图 ( 图 1 ) 。 落 在 横 坐 标 区 间[ 1*] 上 的 观 察 值 有 i = 1 , 2 , … … , m ) 。生 成 合 乎 要 求 的 随 机 数 是 计 算 的 关 键 点 , 目 前 认 为 比 较理 想 的 方 法 是 采 用 混 合 同 余 法 生 成 [ 0 , 1 ] 区 间 上 均 匀 分 布 的伪 随 机 数 , 递 推 公 式 如 下 :γk= 1= α β ( m o d M )( k = 1 , 2 , … … )式 中 , k 个 伪 随 机 数 , 1为 第 k + 1 个 伪 随 机 数 , α 为 乘 子系 数 , β 为 增 量 , M 为 模 , m o d M 为 对 模 M 的 取 余 运 算 , γ 0 , 1 ]区 间 上 的 第 k 个 伪 随 机 数 。 根 据 求 得 的 伪 随 机 数 γk, 在 参 数 的概 率 分 布 函 数 图 上 可 求 取 对 应 的 参 数 值 设 在 某 个 局 部 含 水 合 物 地 质 单 元 中 , 水 合 物 资 源 量 计算 公 式 中 有 n 个 地 质 参 数 , n 个 参 数 中 有 t 个 随 机 变 量 , 余 下 的( n - t ) 个 是 常 数 或 经 验 系 数 , 则 该 地 质 单 元 中 的 水 合 物 资 源量 Q 为 :Q = 1"X i K · 1"X , K 为 ( n - t ) 个 常 数 或 经 验 系 数 的 连 乘 积 , 是 一 个 参 数 。把 所 求 出 的 各 参 数 值 代 入 资 源 量 计 算 公 式 , 可 得 到 对应 于 伪 随 机 数 γ 源 量 将 每 次 抽 样 的 γ 图上 , 最 终 得 到 局 部 含 水 合 物 地 质 单 元 的 资 源 量 的 概 率 分 布函 数 ( 图 2 ) 。对 于 任 何 一 个 水 合 物 勘 探 区 而 言 , 其 资 源 量 由 若 干 个 局部 含 水 合 物 地 质 单 元 的 资 源 量 构 成 , 所 以 其 总 资 源 量 需 要 多级 累 加 才 能 求 出 。 为 了 简 约 起 见 , 以 下 仅 以 局 部 含 水 合 物 地质 单 元 资 源 量 一 次 求 和 作 为 研 究 区 的 水 合 物 资 源 总 量 。 资 源总 量 ( Q ) 的 计 算 可 表 达 为 m 个 局 部 含 水 合 物 地 质 单 元 的 资 源量 的 累 加 , 即Q = 1!Q j= 1! 1"X j i( j = 1 , 2 , … … m ) ( i = 1 , 2 , … … n )式 中 , Q 为 研 究 区 水 合 物 的 总 资 源 量 , 究 区 中 第 j 个 局 部含 水 合 物 地 质 单 元 的 水 合 物 资 源 量 , Xj j 个 局 部 含 水 合 物地 质 单 元 的 第 i 个 地 质 参 数 。 可 简 化 为 简 单 图 式 ( 图 3 ) 。计 算 研 究 区 水 合 物 资 源 量 的 关 键 是 如 何 实 现 局 部 含 水合 物 单 元 的 资 源 量 分 布 函 数 之 间 的 加 法 运 算 。 在 进 行 计 算 之前 , 首 先 要 求 出 研 究 区 总 资 源 量 Q 出 现 的 最 大 可 能 范 围 算式 如 下 :Qm a x= 1!Q j m a i n= 1!Q j m i Qm a m i n( j = 1 , 2 … … , m )随 后 再 把 若 干 区 间 , 以 [ 0 , 1 ] 区 间 均 匀 分 布 随 机 数作 为 每 个 局 部 含 水 合 物 单 元 资 源 量 布 函 数 F ( 的 概率 入 口 值 , 用 插 值 法 求 出 水 合 物 资 源 量 口 值 。 如 果 研 究区 中 有 m 个 含 水 合 物 地 质 单 元 , 则 累 加 m 个 出 口 值 , 得 到 研 究图 1 随 机 变 量 的 累 积 概 率 分 布 曲 线F i g . 1 C u m u l a t e p r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o nc u r v e o f r a n d o m v a r i a b l e 局 部 地 质 单 元 资 源 量 的 概 率 分 布 曲 线F i g . 2 P r o b a b i l i t y d i s t r i b u t i o n c u r v eo f t h e r e s o u r c e s o f l o c a l g e o l o g i c a l u n i t 强 等 : 天 然 气 水 合 物 资 源 量 估 算 方 法 及 应 用1 2 0 7地 质 通 报 G E O L O G I C A L B U L L E T I N O F C H I N A 2 0 0 6 年区 水 合 物 资 源 总 量 的 一 个 随 机 期 望 值 。 如 此 反 复 得 到 g 个 随 机 期 望 值 。 最 后 以 频 率 统 计 法 求 出研 究 区 水 合 物 总 资 源 量 Q 的 概 率 分 布 函 数 F ( 。2 应 用 实 例2 . 1 计 算 参 数在 本 次 研 究 中 , 根 据 上 述 原 理 对 中 国 南 海水 合 物 资 源 前 景 进 行 了 初 步 测 算 。 除 了 水 合 物的 潜 在 分 布 面 积 和 含 水 合 物 沉 积 层 的 厚 度 2 个参 数 外 , 一 些 无 法 直 接 得 到 的 计 算 参 数 , 如 孔 隙度 、 饱 和 度 和 产 气 因 子 , 主 要 参 照 世 界 其 他 水 合物 分 布 区 的 资 料 采 取 类 比 法 确 定 。 由 于 南 海 的地 质 特 征 与 大 西 洋 被 动 大 陆 边 缘 盆 地 具 有 一 定的 可 比 性 , 这 些 参 数 的 概 率 分 布 特 征 参 照 了 美国 地 质 调 查 局 在 1 9 9 5 年 进 行 海 域 天 然 气 水 合 物资 源 评 价 时 的 取 值 。为 了 获 得 整 个 南 海 海 域 潜 在 的 水 合 物 分 布 区的 有 效 面 积 和 含 水 合 物 层 的 厚 度 , 在 研 究 中 , 根 据南 海 海 域 的 海 水 深 度 、 温 度 和 海 底 热 流 资 料 对 水合 物 稳 定 带 的 厚 度 和 水 合 物 潜 在 的 分 布 区 域 进 行 了 预 测 , 同时 对 该 区 地 震 资 料 进 行 了 分 析 研 究 , 在 南 海 划 分 出 了 若 干 个天 然 气 水 合 物 远 景 区 , 分 别 统 计 出 了 各 评 价 单 元 水 合 物 的 有效 分 布 面 积 , 最 后 得 到 南 海 海 域 水 合 物 分 布 的 面 积 约 为1 2 . 6 × 1 04k 以 各 单 元 水 合 物 稳 定 带 的 厚 度 作 为 确 定 含 水 合物 层 厚 度 的 基 础 数 据 , 参 考 B S R 的 深 度 和 振 幅 空 白 带 的 厚 度来 修 正 含 水 合 物 层 的 厚 度 , 南 海 海 域 含 水 合 物 层 的 厚 度 大 体在 4 7 ~ 3 8 9 m 之 间 。 最 后 统 计 出 含 水 合 物 沉 积 层 厚 度 的 累 积 频率 分 布 曲 线 ( 图 4 ) 。孔 隙 度 主 要 通 过 类 比 的 方 法 来 确 定 。 根 据 O D P 1 1 2 航 次6 8 8 钻 孔 的 资 料 , 在 秘 鲁 大 陆 边 缘 含 水 合 物 层 孔 隙 度 的 变 化范 围 大 体 在 5 2 . 3 6 % ~ 8 0 . 0 9 % 之 间 ; 在 布 莱 克 海 台 地 区 ,O D P 1 6 4 航 次 9 9 4 、 9 9 5 、 9 9 7 钻 孔 资 料 揭 示 , 在 含 天 然 气 水 合物 层 位 ( 1 9 0 ~ 4 5 0 m ) 中 , 沉 积 物 的 孔 隙 度 分 别 为 5 7 . 0 % 、 5 8 . 0 % 、5 8 . 1 % 。 根 据 O D P 1 8 4 航 次 1 1 4 3 、 1 1 4 4 、 1 1 4 5 、 1 1 4 6 、 1 1 4 7 、 1 1 4 8 钻孔 资 料 , 在 东 沙 海 域 海 底 以 下 2 0 0 ~ 4 0 0 m , 沉 积 物 的 孔 隙 度 平均 约 为 5 5 % ; 根 据 地 震 速 度 资 料 测 算 的 神 狐 海 域 B S R 之 上 沉积 物 的 平 均 孔 隙 度 大 约 为 4 5 % ~ 6 9 % 。 在 本 次 计 算 中 , 沉 积 物的 孔 隙 度 取 5 0 % ~ 6 0 % 。水 合 物 在 沉 积 物 孔 隙 中 的 饱 和 度 是 很 难 把 握 的 一 个 参数 , 由 于 在 中 国 没 有 相 关 的 钻 探 资 料 , 主 要 是 根 据 其 他 地 区的 研 究 成 果 , 通 过 类 比 的 方 法 确 定 的 。 K a s t n e r 等[ 2 8 ]根 据 凯 斯 卡迪 亚 大 陆 边 缘 8 8 9 钻 孔 的 声 速 测 井 和 垂 直 地 震 剖 面 数 据 计 算得 出 的 水 合 物 饱 和 度 至 少 为 1 5 % , S p e n c e 等[ 2 9 ]根 据 该 钻 孔 附 近的 地 震 速 度 资 料 估 算 的 水 合 物 饱 和 度 为 1 1 % ~ 2 0 % 。 H o l b r o o 1 0 ]根 据 布 莱 克 海 台 地 震 速 度 计 算 9 9 4 钻 孔 水 合 物 饱 和 度 为2 % , 9 9 5 和 9 9 7 钻 孔 为 5 % ~ 7 % ; D i c k e n s 等[ 3 0 ]利 用 保 压 取 心 采 样器 所 获 样 品 的 甲 烷 含 量 估 计 布 莱 克 海 台 水 合 物 饱 和 度 约为 0 % ~ 9 % ; C o l l e t 等[ 2 7 ]依 据 电 阻 率 测 井 数 据 估 算 9 9 4 、 9 9 5 、9 9 7 钻 孔 水 合 物 饱 和 度 分 别 为 3 . 3 % 、 5 . 2 % 、 5 . 8 % ; L e e[ 3 1 ]利 用声 速 测 井 资 料 计 算 出 9 9 4 、 9 9 5 、 9 9 7 钻 孔 水 合 物 饱 和 度 分 别 为3 . 9 % 、 5 . 7 % 、 3 . 8 % 。 H e s s e l b o 等[ 3 2 ]根 据 对 流 / 扩 散 模 型 利 用 C 9 9 7 钻 孔 的 水 合 物 饱 和 度 进 行 了 估 计 , 在 9 9 7 钻 孔 的 2 4 ~4 5 2 m 深 度 区 间 , 水 合 物 的 平 均 饱 和 度 为 4 % ; 而 在 2 5 5 ~ 4 5 0 , 水 合 物 的 饱 和 度 高 达 2 4 . 5 % 。 由 此 可 见 , 利 用 不 同 方 法得 到 的 水 合 物 饱 和 度 资 料 相 差 是 比 较 大 的 。 在 本 次 计 算 中 ,图 3 研 究 区 水 合 物 资 源 总 量 计 算 示 意 图F i g . 3 D i a g r a m o f t h e c a l c u l a t i o n o f t h e t o t a l r e s o u r c e o f g a s h y d r a t e s i n t h e s t u d y a r e 南 海 海 域 含 水 合 物 层 厚 度 累 计 频 率 分 布 图F i g . 4 C u m u l a t i v e f r e q u e n c y d i s t r i b u t i o n o f t h e t h i c k n e s so f t h e g a s h y d r a t e - b e a r i n g b e d i n t h e S o u t h C h i n a S e a a r e 0 8第 2 5 卷 第 9 ~ 1 0 期图 5 中 国 南 海 海 域 水 合 物 资 源 量 分 布 累 计 频 率 曲 线F i g . 5 C u m u l a t i v e f r e q u e n c y d i s t r i b u t i o n c u r v eo f t h e r e s o u r c e o f g a s h y d r a t e s i n t h e s t u d y a r e a! 杨 木 壮 , 许 红 , 庄 新 国 , 等 . 我 国 海 域 天 然 气 水 合 物 资 源 评 估 及 资 源 前 景 研 究 . 广 州 海 洋 地 质 调 查 局 , 2 0 0 2 物 饱 和 度 取 2 . 0 % ~ 5 . 0 % 。产 气 因 子 是 指 水 合 物 在 常 温 、 常 压 状 态 下 转化 为 气 体 所 扩 大 的 体 积 倍 数 。 自 然 界 中 天 然 气 水合 物 一 般 以 Ⅰ 型 结 构 为 主 , 在 理 想 状 态 下 , 每 个 Ⅰ型 结 构 天 然 气 水 合 物 单 元 包 含 4 6 个 水 分 子 和 8 个气 体 分 子 , 水 / 气 分 子 比 值 ( n , 水 合 物 指 数 ) 为 4 6 /8 , 即 n = 5 . 7 5 ( 化 学 式 为 C 5 . 7 5 。 依 此 推 算 ,在 压 力 为 2 8 M P a 的 情 况 下 , 单 位 体 积 的 水 合 物 可以 包 含 1 7 3 体 积 的 气 体 (“ 笼 子 ” 结 构 被 1 0 0
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