THE EARTH8期他天然氣水合物研究進(jìn)展◆葉冬青毛崇昊(長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院湖北武漢430100摘要天然氣水合物是烴類和非烴類氣體構(gòu)成的結(jié)晶物質(zhì),種潛在能12,4無(wú)機(jī)成因源,資源量巨大,引起了全世界的廣泛關(guān)注。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,對(duì)無(wú)機(jī)成因的甲烷主要是由于海底火山噴發(fā)釋放二氧化碳?xì)怏w天然氣水合物的結(jié)構(gòu)、成因、成礦條件、勘探、開發(fā)等方面進(jìn)行了綜述。最被自養(yǎng)甲烷菌還原形成。其值一般為-15%c~-25%。目前,世界上還后,指出了當(dāng)前研究中存在的問(wèn)題未找到該成因的天然氣水合物礦點(diǎn)。關(guān)鍵詞天然氣水合物成礦條件成藏模式研究現(xiàn)狀2天然氣水合物的成礦條件中圖分類號(hào)U473.2+4文獻(xiàn)碼]B文章編號(hào)11000-405X(2013)-8-213-2天然氣水合物的形成需要適宜的溫壓條件,氣源條件,構(gòu)造條0前言件和沉積條件4天然氣水合物是由水與氣體分子在低溫高壓條件下形成的,形2.1溫壓條件狀似冰雪狀,可燃燒,俗稱可燃冰。天然氣水合物作為一種非常規(guī)資水合物一般形成于低溫高壓環(huán)境,最佳的形成溫度是0-10℃源,在地球上儲(chǔ)量巨大,廣泛分布于海洋和凍土地區(qū)。據(jù)估計(jì),全球壓力大于10MPa研究表明:水合物穩(wěn)定帶厚度與水深成正比,與地天然氣水合物的資源量大約為21X10m,是煤炭、石油和天然氣資溫梯度及海底溫度成反比源總量的2倍,被認(rèn)為是21世紀(jì)理想的替代能源,具有潛在的戰(zhàn)略22氣源條件意義和可觀的經(jīng)濟(jì)效益。目前,國(guó)內(nèi)外已經(jīng)形成天然氣水合物的研天然氣水合物的形成還要有充足的烴類氣體。熱解成因氣通常究熱潮以斷層為運(yùn)移通道,在適宜的溫壓條件下易于局部富集成礦。生物成因氣總量大、豐度低、以滲透方式運(yùn)移,難以局部富集,形成的水天然氣水合物是由水和烴類及非烴類等氣體分子在低溫和高合物礦藏很分散壓條件下,通過(guò)范德華力相互作用形成的結(jié)晶狀籠形絡(luò)合物。其化2.3構(gòu)造條件學(xué)式可由MnHO來(lái)表示,其中M代表水合物中的氣體分子,n為構(gòu)造條件可以提供成礦場(chǎng)所和運(yùn)移通道。天然氣水合物主要分布在大陸坡、內(nèi)陸海、海山及邊緣海深水盆地和海底擴(kuò)張盆地等構(gòu)水合指數(shù)。組成天然氣水合物的氣體有甲烷乙烷丙烷,二氧化碳,造單元中這些區(qū)域可以提供充足的氣源適合的儲(chǔ)集空間,且具有氮?dú)?硫化物等11天然氣水合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)流體運(yùn)移的條件。天然氣水合物的結(jié)構(gòu)主要有三種類型:型結(jié)構(gòu)、Ⅱ型結(jié)構(gòu)24沉積條件結(jié)構(gòu)沉積速率控制著水合物的聚集成藏?？焖俪练e不僅使得大量有型結(jié)構(gòu)為立方晶體結(jié)構(gòu),含46個(gè)水分子和最多8個(gè)氣體分機(jī)質(zhì)埋,提供氣源條件,容易形成欠壓實(shí)區(qū),可構(gòu)成良好的流體子,理想分子式為8M46H3O。僅能容納甲烷、乙烷兩種小分子烴和輸導(dǎo)體系,利于水合物的成藏。含天然氣水合物地層的沉積速率氧化碳、氮?dú)狻⒘蚧瘹涞确菬N分子般超過(guò)型結(jié)構(gòu)為菱型晶體結(jié)構(gòu),含136個(gè)水分子和最多24個(gè)氣體沉積物中有機(jī)碳含量對(duì)水合物的成藏也有影響。水合物區(qū)的有分子,理想分子式為24M1H0。除小分子烴外,還可容納丙烷及機(jī)碳含量一般大于05%。含水合物的沉積物粒度較細(xì),若性多為粉異丁烷等烴類。砂和粘土。三角洲、扇三角洲、斜坡扇、濁積扇和等深流等沉積相有且型結(jié)構(gòu)為六方品體結(jié)構(gòu),含34個(gè)水分子和最多6個(gè)氣體分利于水合物的富集子,理想分子式為6M34H2O。其大的“籠子”可以容納比異丁烷直徑3天然氣水合物的成藏模式大的分子,氣體分子主要是甲烷,其次是二氧化碳和乙烷外模式目前發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物多呈白色、琥珀色、淡黃色、暗褐色國(guó)外學(xué)者將天然氣水合物的成藏模式概括為靜態(tài)系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)亞等軸狀、針狀層狀結(jié)晶體或分散狀。具有多孔性,密度與冰大致條統(tǒng)2)相等,硬度和剪切模量小于冰,熱傳導(dǎo)率和電阻率遠(yuǎn)小于冰的特點(diǎn)31.1靜態(tài)系統(tǒng)靜態(tài)系統(tǒng)的天然氣水合物是在擠壓、冷卻或物質(zhì)豐度的增加的2天然氣水合物的成因類型條件下形成。按形成水合物的主導(dǎo)因素,可分為三種模式:(1)低溫根據(jù)甲烷的來(lái)源不同,可將天然氣水合物劃分為以下四種成因模式:該模式中,氣水合物生成在氣藏、含水層和凍結(jié)層內(nèi),呈分散狀存在。(2海侵模式:擠壓作用下使得系統(tǒng)達(dá)到氣水合物形成的條溫度超過(guò)120℃時(shí)干酪根經(jīng)熱解作用生成甲烷。該成因的甲烷水合物的形成速度不利于氣水合物的大量形完的生成速度大于1.2.1熱解成因件,形成水合物。(3)成巖作用模式:該模式中甲值<100,其甲烷的值>-55%,主要存在于I型和H型水合物中1.2動(dòng)態(tài)系統(tǒng)目前,在里海和墨西哥灣發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物的甲烷主要是熱解成動(dòng)態(tài)系統(tǒng)是指與反應(yīng)帶進(jìn)行物質(zhì)交換時(shí)形成氣水合物的系統(tǒng),可分為以下4種12.2微生物成因滲流模式、流體化巖塊運(yùn)動(dòng)模式、巖塊位移模式、分子擴(kuò)散模主要有兩種途徑:厭氧細(xì)菌分解地層深處的動(dòng)植物遺骸等有機(jī)式。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)形成的氣水合物均可成藏,可作為資源進(jìn)行開采,具有物而產(chǎn)生甲烷氣以及自養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌還原二氧化碳形成甲烷氣。微生很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。物成因甲烷的R值>1000,值為-90%~-55%,主要存在于1型水合2國(guó)內(nèi)模式物中。該成因的氣水合物分布在布克海臺(tái)、日本南海海槽、俄勒岡海國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)海底天然氣水合物的形成機(jī)理提出了強(qiáng)滲漏域、加利福尼亞海域、鄂茨克海和黑海等。和弱滲透系統(tǒng)中國(guó)煤化工123混合成因3.21強(qiáng)滲CNMHG介于熱解和微生物成因之間的甲烷即為混合成因。墨西哥灣部由于構(gòu)造生的力川,現(xiàn)兇海底沉積物側(cè)向擠壓作用分地區(qū)的天然氣水合物為混合成因。而在海底出現(xiàn)斷層,甲烷等烴類氣體沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移且漏出,在沉地球地能源與環(huán)境積物層之上形成較穩(wěn)定的氣水水合物。這種模式形成的天然氣水合物,主要有硫酸鹽、碳酸鹽和硫化物等,可以作為天然氣水合物存在物儲(chǔ)量密度較大,分布集中,有實(shí)際開采價(jià)值。的標(biāo)志32.2弱滲透系統(tǒng)天然氣水合物與海底地貌關(guān)系密切,麻坑地形、碳酸鹽結(jié)殼、海弱滲透系統(tǒng)是指熱解成因和微生物成因的烴類氣體,分布在海底冷泉、泥火山等可以視為海域天然氣水合物找礦的地貌標(biāo)志ξ底較松散的沉積物層的孔隙中。由于溫壓等條件的變化,使得氣體5天然氣水合物的開采方法從沉積物層中溢出,并形成天然氣水合物。這種模式下形成的天然開采天然氣水合物的甲烷主要是打破水合物穩(wěn)定的溫壓條件氣水合物賦存于沉積物孔隙內(nèi),分布比較分散,不利于成藏,開采價(jià)使其分解5.1傳統(tǒng)開采方法4天然氣水合物的勘探技術(shù)熱激發(fā)法:從地面泵將熱水、熱鹽水、蒸汽或其它熱流體注入水天然氣水合物的勘探技術(shù)多種多樣,主要運(yùn)用地球物理及地球合物地層,也可采用火驅(qū)法或鉆柱加熱器。但熱量散失大,開采效率化學(xué)等方法?？碧郊夹g(shù)日趨完善,對(duì)探明天然氣水合物的分布及儲(chǔ)低量意義重大抑制劑法:甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、鹽水等化學(xué)試劑可以改4.1地震勘探法變水合物形成的相平衡條件,降低水合物穩(wěn)定溫度,引起水合物的以海底反射sR技術(shù):天然氣水合物一般存在于海底表層沉分解。此法較熱激發(fā)法作用緩慢,可以節(jié)約能耗,操作簡(jiǎn)單,積物中,底界平行于海底。地震剖面上,在天然氣水合物底界面上會(huì)昂貴產(chǎn)生一平行海底反射波的反相位反射波,且切割地層反射波,稱作降壓法:通過(guò)降低水合物礦藏壓力,達(dá)到相平衡壓力之下,使水似海底反射波。研究表明:BSR代表海底天然氣水合物穩(wěn)定帶的基合物分解。此法比較經(jīng)濟(jì),但開采速度慢。底,BSR以下天然氣為游離態(tài),BSR以上天然氣為固態(tài)氣水合物2。52新型開采方法4.2測(cè)井法co2置換開采法:在一定溫度下,天然氣水合物保持穩(wěn)定所需天然氣水合物測(cè)井研究包括井徑、伽馬射線、自然電位、電阻壓力高于cO2水合物。向天然氣水合物中注入cO2氣體,可發(fā)生反率、聲波和中子孔隙度測(cè)井等方法,特征如下圍應(yīng),開采出天然氣。(1)電阻率增高:氣水合物占據(jù)巖石粒間孔隙和裂縫,使地層變壓裂開采法:向目的層注入高壓流體,誘發(fā)人工裂縫,從而沿垂致密、滲滲透性變差,電阻率增加向產(chǎn)生人為裂隙,作為氣體的運(yùn)移通道。(2)自然電位低:氣水合物占據(jù)地層空隙,使氣體的擴(kuò)散變慢固體開采法:將天然氣水合物原地分解,采集并處理混合泥漿,造成SP值低。促使天然氣水合物徹底分解(3)密度降低、聲波速率增大:天然氣水合物的密度略小于水的總之,開采天然氣水合物,需要多種方法的綜合使用,以達(dá)到高密度,聲波速率增大,水合物底界出現(xiàn)速度負(fù)異常現(xiàn)象效開采的目的。(4)井徑擴(kuò)大:鉆井時(shí),氣水合物的分解導(dǎo)致井壁垮塌,井徑擴(kuò)6結(jié)語(yǔ)大天然氣水合物儲(chǔ)量巨大、分布廣泛、燃燒清潔,是一種理想的替不(5)放射性測(cè)井:含天然氣水合物層與飽和水相比GR值略低,代能源。國(guó)際天然氣水合物的研究工作不斷進(jìn)展成果顯著。我國(guó)緊然氣水合物層中子孔隙度增加。跟國(guó)際步伐,吸收國(guó)外經(jīng)驗(yàn),并創(chuàng)新思路,取得了一定的成果。但當(dāng)43地球化學(xué)法前也存在一定的問(wèn)題,主要表現(xiàn)在:(1)對(duì)天然氣水合物的成藏模式天然氣水合物隨溫壓變化而分解,導(dǎo)致海底沉積物中出現(xiàn)地球的研究不夠深入;(2)對(duì)天然氣水合物開發(fā)時(shí)可能產(chǎn)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)化學(xué)異常不夠重視;(3)天然氣水合物實(shí)現(xiàn)商業(yè)開采時(shí)間尚不能確定4.31氣體異常法天然氣水合物存在的地區(qū),出現(xiàn)甲烷、硫化氫、二氧化碳等氣體參考文獻(xiàn)異常。氣體的異?？梢酝ㄟ^(guò)衛(wèi)星紅外增溫異常識(shí)別1!樊栓獅,劉鋒,陳多福,海洋夭然氣水合物的形威杋理探討,夭然氣地球科學(xué)4.3.2離子濃度異常15天然氣水合物形成過(guò)程中發(fā)生排鹽反應(yīng),使得孔隙水中氯濃度史斗,鄭軍衛(wèi),世界天然氣水合物研究開發(fā)現(xiàn)狀和前景1J,地球科學(xué)進(jìn)展,19914增高,由于壓實(shí)作用,固液分離,流體上運(yùn)導(dǎo)致淺層沉積物中孔隙水(4):330~33813魏偉,張金華,吝文,等.天然氣水合物成藏機(jī)理及主控因素{J].新疆石油地質(zhì)氯離子濃度增高,水合物附近濃度反而降低。在微生物作用下甲烷010,31(6):563~566還原海底沉積物中so2,使得天然氣水合物賦存區(qū)so2濃度隨深14魏偉,張全華,魏興華,等我國(guó)南海天然氣水合物資源潛力分析1,地球物理學(xué)度增加而降低。進(jìn)展,2012,27(6):2646-26554.4標(biāo)型礦物法及海底地貌法5」肖鋼等,天然氣水合物綜論M,北京:高等教育出版社,2012成礦流體與海水、孔隙水、沉積物相互作用形成一系列標(biāo)型礦6張荻,李洽平,陳家煒天然氣水合物勘探開發(fā)研究新進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì){.地質(zhì)科學(xué),201247(2)561(上接第215頁(yè))重。有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)工作已成為我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作者面臨的重大環(huán)境監(jiān)測(cè)的成果不能僅限于出具眾多的數(shù)據(jù)而應(yīng)歸納、總結(jié)挑戰(zhàn)之一,適時(shí)、全面、系統(tǒng)地開展有毒有害有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)已刻提升為服務(wù)于管理、社會(huì)的綜合報(bào)告。加強(qiáng)環(huán)境質(zhì)量變化原因分析,不容緩。是提高環(huán)境質(zhì)量綜合分析的突破口。應(yīng)開展環(huán)境質(zhì)量縱向、橫向?qū)?2監(jiān)測(cè)分析儀器趨于小型化和復(fù)合化比,充分考慮環(huán)境質(zhì)量的時(shí)間一空間變化規(guī)律及與環(huán)境質(zhì)量密切相實(shí)驗(yàn)室分析技術(shù)的發(fā)展規(guī)律是先由經(jīng)典的化學(xué)分析過(guò)渡到儀關(guān)的因素變化等器分析,而儀器分析又由手工操作發(fā)展為連續(xù)自動(dòng)化操作,如流動(dòng)注射技術(shù)的應(yīng)用。此外,由于環(huán)境管理工作的實(shí)際需要,對(duì)于一些污參考文11萬(wàn)本太,蔣火華染事故的現(xiàn)場(chǎng)和污染物排放源的監(jiān)測(cè),往往急需回答的不是某種污中國(guó)煤化工測(cè)205(2)2王心芳,再接再厲境監(jiān)測(cè),2004年(20)染物濃度值,而是“是什么類污染物這就要求發(fā)展能在現(xiàn)場(chǎng)定性或3李國(guó)剛,萬(wàn)本太中CNMHO測(cè)200年(20)快速定量的分析技術(shù)。141陳學(xué)義,薛芳淺誒如何提高環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量及監(jiān)測(cè)能力J,山東環(huán)境.206年(6)5.3環(huán)境質(zhì)量綜合分析技術(shù)的研究將加強(qiáng)5」黃玉平,市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)大潮中四級(jí)環(huán)境監(jiān)測(cè)站發(fā)展的思考1.甘肅環(huán)境研究與測(cè).20年型地