第21卷第1期Vol 21 No. 12002年3月WORLD GEOLOGYAar,2002天然氣水合物的資源環(huán)境效應(yīng)楊永強(qiáng)1:2,翟裕生',薛林福2,王立武3(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院北京10003;:2吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院吉林長(zhǎng)春130026:3.吉林油田,占林松原138000)擴(kuò)要:天然氣水合物是一種具有巨大潛能的綠色能源,全世界儲(chǔ)量接近0.84×101m3。由于天然氣水合物吳有特珠亞穗定狀態(tài)的成礦系統(tǒng),增溫戌減壓會(huì)使捕獲的氣體釋放,導(dǎo)致海底滑塌和滑坡等地質(zhì)災(zāi)害,以及作為“溫宣氣體”對(duì)人類生存環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)因而其又具有環(huán)境效應(yīng)。結(jié)合揶威的實(shí)例論述了天然氣水合物的資源和環(huán)境雙重效應(yīng)。關(guān)鍵詞:天然氣水合物;貢源效應(yīng);環(huán)境效應(yīng);油氣藏;成礦系統(tǒng)中圖分類號(hào):P61813文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):104-5589(20201-0030-03環(huán)境和資源問題已成為21世紀(jì)的主要議題,而天然氣水合物是近10多年來發(fā)現(xiàn)的一種新型超級(jí)潔凈能源,因其在能源勘探、海底災(zāi)害環(huán)境和全球氣候變化研究中的重要性而日益引起世界各國(guó)的高度重視。天然氣水合物的資源特征天然氣水合物是一種具有巨大潛能的新型非常規(guī)能源。隨著能源的日益緊張,非常規(guī)的天然氣中的天然氣水合物以其能量高、分布廣、規(guī)模大等特點(diǎn)正嶄露頭角,有望成為2世紀(jì)的重要能源。天然氣水合物是由天然氣(主要是甲烷)和水分子組成的固體結(jié)晶物質(zhì)它存在于低溫高壓條件下,主要出現(xiàn)于大于300~500m水深,溫度接近0℃的海底沉積物中和寒冷的高緯度區(qū)域。根據(jù)前蘇聯(lián)科學(xué)家的估計(jì),大陸上處于水合物狀態(tài)的天然氣資源量達(dá)到104m2,而在水域則有1.5×1016m3。據(jù)美國(guó)天然氣遠(yuǎn)景委員會(huì)的材料,北極永凍層的甲烷含量為750°t,沉積層中為4.1×105t。據(jù)第28屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)的資料,全球天然氣水合物的天然氣儲(chǔ)量為28×104m32。國(guó)際上比較認(rèn)同的全球水合物儲(chǔ)量接近084×108m3,遠(yuǎn)大于目前世界上已探明的普通天然氣0.14×1015m3的儲(chǔ)量2。20世紀(jì)70年代以來,世界各大洋已查明的海底天然氣水合物賦存區(qū)超過60處,而且在活動(dòng)和被動(dòng)大陸邊緣、大陸坡、大陸架、內(nèi)陸海中深水沉積物中都可以出現(xiàn)。固態(tài)礦床和油氣藏都是在一定的成礦系統(tǒng)中產(chǎn)生的,這個(gè)系統(tǒng)包括控制礦床形成和保存的全部地質(zhì)要素和成礦過程。天然氣水合物形成的成礦系統(tǒng)不同于油氣田。挪威是海底和陸架賦存天然氣水合物的最有利地區(qū)之一。實(shí)際上在整個(gè)北冰洋水域其洋底熱力學(xué)動(dòng)態(tài)都符合天然氣水合物的生成條件。一般認(rèn)為,北極地區(qū)大陸架和大陸坡收稿日期:2001-09-03作者簡(jiǎn)介楊永強(qiáng)(1965-),男內(nèi)蒙古前旗人,副研究員博士,主要從事成礦系統(tǒng)和數(shù)學(xué)地質(zhì)研究中國(guó)煤化工CNMHG第1期楊水強(qiáng)等:天然氣水合物的資源環(huán)境效應(yīng)的接合地段在這…方面最有遠(yuǎn)景。據(jù)挪威特羅姆瑟大學(xué)天然氣水合物研究組的觀點(diǎn)除了天然氣水合物的一般形成機(jī)制外,在北冰洋洋底可能還有一種機(jī)制在起作用。該機(jī)制是由擴(kuò)張帶洋殼裂隙一孔隙層中水的熱對(duì)流造成的。熱對(duì)流是在強(qiáng)烈加熱條件下發(fā)生的,其溫度明顯高于穩(wěn)態(tài)天然氣水合物的溫度。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)流,不僅需要高溫,還要有高的溫度梯度。在對(duì)流區(qū)上部,其溫度接近于洋底溫度,即相當(dāng)于天然氣水合物形成帶內(nèi)的溫度。這種機(jī)制原則上即可在大洋中脊斜坡上形成天然氣水合物聚集。淡化冷水的存在可促進(jìn)這-形成過程。1956年以來挪威政府批準(zhǔn)在挪威海槽以北大陸斜坡上的7個(gè)深水區(qū)進(jìn)行碳氡化合物勘查。這一研究課題在天然氣水合物、斜坡穩(wěn)定性和地質(zhì)災(zāi)害研究中都有重要意義天然氣水合物不僅是一種能源,而且也是一種油氣遮擋構(gòu)造。具有垂向遮擋和側(cè)向遮擋、披覆遮擋和接觸遮擋以及同生遮擋和后生遮擋等功能。尤其是古天然氣水合物一旦存在就勢(shì)必對(duì)油氣產(chǎn)生封蓋作用有利于現(xiàn)存油氣資源的保存?zhèn)?。天然氣水合物的存在可估?jì)熱歷史及現(xiàn)今熱流,為常規(guī)油氣藏的勘探提供有用信息2天然氣水合物的環(huán)境效應(yīng)天然氣水合物是亞穩(wěn)定的增溫或減壓會(huì)使結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定導(dǎo)致捕獲來的氣體釋放?，F(xiàn)在大氣甲烷的主要天然來源是濕地環(huán)境中的細(xì)菌分解而甲烷水合物是次要來源。但是在新生代(大約65Ma)氣候急劇變化期間成為比較重要的來源。甲烷和氣候變化的對(duì)比曲線更能證明與過去氣候變化有聯(lián)系的甲烷釋放的證據(jù)。從地史上看,全球氣候變化與天然氣水合物釋放甲烷的有關(guān)證據(jù)還有海平面的變化?。在冰期,由于海水靜壓力減小,引起外大陸邊緣沉積物中天然氣水合物釋放出甲烷,并逐漸引發(fā)冰川消退作用。隨著氣溫上升,全球轉(zhuǎn)暖冰川和兩極冰蓋融化,大洋也受熱膨脹,這些綜合因素導(dǎo)致海平面上升。由于消融的冰蓋壓力降低和溫度的增高,引起永凍帶的天然氣水合物分解釋放甲烷,有助于結(jié)束冰期依據(jù)硏究最詳細(xì)的挪威外陸架 Storegga海底滑坡的情形,其中 Storegga的首次崩塌可能就已釋放了5×102kg甲烷6。因此冰期一次巨型海底滑坡可能觸發(fā)氣候突然增暖。大陸斜坡的天然氣水合物層起破壞和建造的雙重作用,可以固定濁流沉積物分解時(shí)釋放氣和水,增大了孔隙氣壓力而使沉積物滑動(dòng)。在海平面降低、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或溫度升高等環(huán)境改變時(shí),都會(huì)發(fā)生這種情況。海平面下降使海洋沉積物的靜壓力降低,從而使其下沉積物中天然氣水合物層失穩(wěn)在地震海嘯作用的激發(fā)下大陸坡上含天然氣水合物沉積層大面積的崩塌形成滑坡或濁流。3我國(guó)天然氣水合物研究現(xiàn)狀和展望20世紀(jì)70年代,在海洋中發(fā)現(xiàn)了一種天然氣與水的類冰固態(tài)合物——天然氣水合物,從海底至100m深處皆有分布。而在極地和永凍層的發(fā)現(xiàn)擴(kuò)大了其尋找視野。我國(guó)對(duì)天然氣水合物研究剛起步,但進(jìn)展較快,而且投入了大量工作包括“西太平洋氣體水合物找礦前景與方法調(diào)研”、“中國(guó)海域氣體水合物找礦前景研究”“海底氣體水合物資源勘察的關(guān)鍵技術(shù)”等研究。廣州海洋地質(zhì)局和青島海洋地質(zhì)局在南海和東海開展了天然氣水合物的調(diào)查。廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局根據(jù)天然氣水合物存在的溫度一壓力條件,研究了南海北部的地球物理資料,發(fā)現(xiàn)有些地方在地震剖面上出現(xiàn)似海底反射BSR,而在另一些地方海底第一層沉積的層速度偏高(19.5~2.45中國(guó)煤化工2CNMHG世界地2001年0.64km/s),將這些地方海底第一層沉積界面處的溫度一壓力參數(shù)投于甲烷形成天然氣水合物的溫度一壓力圖上,發(fā)現(xiàn)它們均出現(xiàn)于水合物存在之區(qū)域中。由此可見南海北部陸坡(水深大于400m)和深海平原的表層沉積物中可能存在天然氣水合物。另外在ODPl84航次的北部鉆孔中發(fā)現(xiàn)了異常,初步認(rèn)為中國(guó)邊緣海有可觀的天然氣水合物潛力9。有些學(xué)者指出在青藏高原多年凍土區(qū)進(jìn)行天然氣水合物的研究也有一定前景由上可見,天然氣水合物是一種巨大潛力的新能源故具有資源效應(yīng)。但其獨(dú)特的保存與釋放的成礦系統(tǒng),以及對(duì)常規(guī)油氣的遮擋作用,都反映出其環(huán)境效應(yīng)。這種雙重效應(yīng)決定了其巨大應(yīng)用價(jià)值和重要研究意義。參考文獻(xiàn)[1 KEITH A K Gas hydrates-Geological prspective and global change[J]. Review of Geophysics1993,31(2):81[2] SUBRHMANYAM C. Gas hydrate targets of ocean drilling program leg[J]. Oil and Gas JournalL995、93(4):116-119[3]翟裕生成礦系統(tǒng)及其演化—初步實(shí)踐到理論思考[地球科學(xué)一中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),20,25(4):333-338.[4] MITLYJVSK A H. The mechanism of hydrates formation at ocean ridged]. Geotime, 1997, 42(8): 7[5]朱岳年,史卜慶天然氣水合物對(duì)油氣藏聚集與控制作用]天然氣工業(yè),20003):38-40.[6]何擁軍海洋天然氣水合物的研究現(xiàn)狀及意義[海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài),1998(1):4[7] ROFER S. Bacterial methane oxidation in sea-floor gas hydrate[J]. Geology, 1998, 26(91): 851[8] EUAN G. Giant submarine landslides[J]. Nature, 1998, 392(26): 329-330[9姚伯初南海北部陸綠天然氣水合物初探[]海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),199184):1-1810]徐學(xué)祖青藏高原多年凍土區(qū)天然氣水合物的研究前景和建議門地球科學(xué)進(jìn)展19914(2):201The Effects of Resource and Environment for gas HydratesYANG Yong-qiang.2,(1. China University of Geoscience, Beijing 100083, China; 2. Jilin Uniersity, Changchun 130026, China; 3. Jilin Ohfield, Songyuan 138000, ChinAbstact: Gas hydrates are huge potential green energy resource. The total amount ofgas hydrate reaches 0. 84X10 m in global. Due to the metastable metallogenic systemchanges of reducing pressure and increasing temperature affect their stability, so that thetrapped methane is released, submarine geohazard and greenhouse effect are occurredhichples of Norway are giv-en to infirm the double effects of resource and environmentKey words: natural gas hydrate; resource effect; environment effect; oil reservoir; metallogenic system中國(guó)煤化工CNMHG