天然气水合物研究进展

THE EARTH8期他天然气水合物研究进展◆叶冬青毛崇昊(长江大学地球科学学院湖北武汉430100摘要天然气水合物是烃类和非烃类气体构成的结晶物质,种潜在能12,4无机成因源,资源量巨大,引起了全世界的广泛关注。本文结合国内外研究现状,对无机成因的甲烷主要是由于海底火山喷发释放二氧化碳气体天然气水合物的结构、成因、成矿条件、勘探、开发等方面进行了综述。最被自养甲烷菌还原形成。其值一般为-15%c~-25%。目前,世界上还后,指出了当前研究中存在的问题未找到该成因的天然气水合物矿点。关键词天然气水合物成矿条件成藏模式研究现状2天然气水合物的成矿条件中图分类号U473.2+4文献码]B文章编号11000-405X(2013)-8-213-2天然气水合物的形成需要适宜的温压条件,气源条件,构造条0前言件和沉积条件4天然气水合物是由水与气体分子在低温高压条件下形成的,形2.1温压条件状似冰雪状,可燃烧,俗称可燃冰。天然气水合物作为一种非常规资水合物一般形成于低温高压环境,最佳的形成温度是0-10℃源,在地球上储量巨大,广泛分布于海洋和冻土地区。据估计,全球压力大于10MPa研究表明:水合物稳定带厚度与水深成正比,与地天然气水合物的资源量大约为21X10m,是煤炭、石油和天然气资温梯度及海底温度成反比源总量的2倍,被认为是21世纪理想的替代能源,具有潜在的战略22气源条件意义和可观的经济效益。目前,国内外已经形成天然气水合物的研天然气水合物的形成还要有充足的烃类气体。热解成因气通常究热潮以断层为运移通道,在适宜的温压条件下易于局部富集成矿。生物成因气总量大、丰度低、以渗透方式运移,难以局部富集,形成的水天然气水合物是由水和烃类及非烃类等气体分子在低温和高合物矿藏很分散压条件下,通过范德华力相互作用形成的结晶状笼形络合物。其化2.3构造条件学式可由MnHO来表示,其中M代表水合物中的气体分子,n为构造条件可以提供成矿场所和运移通道。天然气水合物主要分布在大陆坡、内陆海、海山及边缘海深水盆地和海底扩张盆地等构水合指数。组成天然气水合物的气体有甲烷乙烷丙烷,二氧化碳,造单元中这些区域可以提供充足的气源适合的储集空间,且具有氮气,硫化物等11天然气水合物的结构、性质流体运移的条件。天然气水合物的结构主要有三种类型:型结构、Ⅱ型结构24沉积条件结构沉积速率控制着水合物的聚集成藏。快速沉积不仅使得大量有型结构为立方晶体结构,含46个水分子和最多8个气体分机质埋,提供气源条件,容易形成欠压实区,可构成良好的流体子,理想分子式为8M46H3O。仅能容纳甲烷、乙烷两种小分子烃和输导体系,利于水合物的成藏。含天然气水合物地层的沉积速率氧化碳、氮气、硫化氢等非烃分子般超过型结构为菱型晶体结构,含136个水分子和最多24个气体沉积物中有机碳含量对水合物的成藏也有影响。水合物区的有分子,理想分子式为24M1H0。除小分子烃外,还可容纳丙烷及机碳含量一般大于05%。含水合物的沉积物粒度较细,若性多为粉异丁烷等烃类。砂和粘土。三角洲、扇三角洲、斜坡扇、浊积扇和等深流等沉积相有且型结构为六方品体结构,含34个水分子和最多6个气体分利于水合物的富集子,理想分子式为6M34H2O。其大的“笼子”可以容纳比异丁烷直径3天然气水合物的成藏模式大的分子,气体分子主要是甲烷,其次是二氧化碳和乙烷外模式目前发现的天然气水合物多呈白色、琥珀色、淡黄色、暗褐色国外学者将天然气水合物的成藏模式概括为静态系统和动态亚等轴状、针状层状结晶体或分散状。具有多孔性,密度与冰大致条统2)相等,硬度和剪切模量小于冰,热传导率和电阻率远小于冰的特点31.1静态系统静态系统的天然气水合物是在挤压、冷却或物质丰度的增加的2天然气水合物的成因类型条件下形成。按形成水合物的主导因素,可分为三种模式:(1)低温根据甲烷的来源不同,可将天然气水合物划分为以下四种成因模式:该模式中,气水合物生成在气藏、含水层和冻结层内,呈分散状存在。(2海侵模式:挤压作用下使得系统达到气水合物形成的条温度超过120℃时干酪根经热解作用生成甲烷。该成因的甲烷水合物的形成速度不利于气水合物的大量形完的生成速度大于1.2.1热解成因件,形成水合物。(3)成岩作用模式:该模式中甲值<100,其甲烷的值>-55%,主要存在于I型和H型水合物中1.2动态系统目前,在里海和墨西哥湾发现的天然气水合物的甲烷主要是热解成动态系统是指与反应带进行物质交换时形成气水合物的系统,可分为以下4种12.2微生物成因渗流模式、流体化岩块运动模式、岩块位移模式、分子扩散模主要有两种途径:厌氧细菌分解地层深处的动植物遗骸等有机式。动态系统形成的气水合物均可成藏,可作为资源进行开采,具有物而产生甲烷气以及自养产甲烷菌还原二氧化碳形成甲烷气。微生很大的经济价值。物成因甲烷的R值>1000,值为-90%~-55%,主要存在于1型水合2国内模式物中。该成因的气水合物分布在布克海台、日本南海海槽、俄勒冈海国内学者针对海底天然气水合物的形成机理提出了强渗漏域、加利福尼亚海域、鄂茨克海和黑海等。和弱渗透系统中国煤化工123混合成因3.21强渗CNMHG介于热解和微生物成因之间的甲烷即为混合成因。墨西哥湾部由于构造生的力川,现凶海底沉积物侧向挤压作用分地区的天然气水合物为混合成因。而在海底出现断层,甲烷等烃类气体沿断层向上运移且漏出,在沉地球地能源与环境积物层之上形成较稳定的气水水合物。这种模式形成的天然气水合物,主要有硫酸盐、碳酸盐和硫化物等,可以作为天然气水合物存在物储量密度较大,分布集中,有实际开采价值。的标志32.2弱渗透系统天然气水合物与海底地貌关系密切,麻坑地形、碳酸盐结壳、海弱渗透系统是指热解成因和微生物成因的烃类气体,分布在海底冷泉、泥火山等可以视为海域天然气水合物找矿的地貌标志ξ底较松散的沉积物层的孔隙中。由于温压等条件的变化,使得气体5天然气水合物的开采方法从沉积物层中溢出,并形成天然气水合物。这种模式下形成的天然开采天然气水合物的甲烷主要是打破水合物稳定的温压条件气水合物赋存于沉积物孔隙内,分布比较分散,不利于成藏,开采价使其分解5.1传统开采方法4天然气水合物的勘探技术热激发法:从地面泵将热水、热盐水、蒸汽或其它热流体注入水天然气水合物的勘探技术多种多样,主要运用地球物理及地球合物地层,也可采用火驱法或钻柱加热器。但热量散失大,开采效率化学等方法。勘探技术日趋完善,对探明天然气水合物的分布及储低量意义重大抑制剂法:甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、盐水等化学试剂可以改4.1地震勘探法变水合物形成的相平衡条件,降低水合物稳定温度,引起水合物的以海底反射sR技术:天然气水合物一般存在于海底表层沉分解。此法较热激发法作用缓慢,可以节约能耗,操作简单,积物中,底界平行于海底。地震剖面上,在天然气水合物底界面上会昂贵产生一平行海底反射波的反相位反射波,且切割地层反射波,称作降压法:通过降低水合物矿藏压力,达到相平衡压力之下,使水似海底反射波。研究表明:BSR代表海底天然气水合物稳定带的基合物分解。此法比较经济,但开采速度慢。底,BSR以下天然气为游离态,BSR以上天然气为固态气水合物2。52新型开采方法4.2测井法co2置换开采法:在一定温度下,天然气水合物保持稳定所需天然气水合物测井研究包括井径、伽马射线、自然电位、电阻压力高于cO2水合物。向天然气水合物中注入cO2气体,可发生反率、声波和中子孔隙度测井等方法,特征如下围应,开采出天然气。(1)电阻率增高:气水合物占据岩石粒间孔隙和裂缝,使地层变压裂开采法:向目的层注入高压流体,诱发人工裂缝,从而沿垂致密、滲渗透性变差,电阻率增加向产生人为裂隙,作为气体的运移通道。(2)自然电位低:气水合物占据地层空隙,使气体的扩散变慢固体开采法:将天然气水合物原地分解,采集并处理混合泥浆,造成SP值低。促使天然气水合物彻底分解(3)密度降低、声波速率增大:天然气水合物的密度略小于水的总之,开采天然气水合物,需要多种方法的综合使用,以达到高密度,声波速率增大,水合物底界出现速度负异常现象效开采的目的。(4)井径扩大:钻井时,气水合物的分解导致井壁垮塌,井径扩6结语大天然气水合物储量巨大、分布广泛、燃烧清洁,是一种理想的替不(5)放射性测井:含天然气水合物层与饱和水相比GR值略低,代能源。国际天然气水合物的研究工作不断进展成果显著。我国紧然气水合物层中子孔隙度增加。跟国际步伐,吸收国外经验,并创新思路,取得了一定的成果。但当43地球化学法前也存在一定的问题,主要表现在:(1)对天然气水合物的成藏模式天然气水合物随温压变化而分解,导致海底沉积物中出现地球的研究不够深入;(2)对天然气水合物开发时可能产生的潜在风险化学异常不够重视;(3)天然气水合物实现商业开采时间尚不能确定4.31气体异常法天然气水合物存在的地区,出现甲烷、硫化氢、二氧化碳等气体参考文献异常。气体的异常可以通过卫星红外增温异常识别1!樊栓狮,刘锋,陈多福,海洋夭然气水合物的形威杋理探讨,夭然气地球科学4.3.2离子浓度异常15天然气水合物形成过程中发生排盐反应,使得孔隙水中氯浓度史斗,郑军卫,世界天然气水合物研究开发現状和前景1J,地球科学进展,19914增高,由于压实作用,固液分离,流体上运导致浅层沉积物中孔隙水(4):330~33813魏伟,张金华,吝文,等.天然气水合物成藏机理及主控因素{J].新疆石油地质氯离子浓度增高,水合物附近浓度反而降低。在微生物作用下甲烷010,31(6):563~566还原海底沉积物中so2,使得天然气水合物赋存区so2浓度随深14魏伟,张全华,魏兴华,等我国南海天然气水合物资源潜力分析1,地球物理学度增加而降低。进展,2012,27(6):2646-26554.4标型矿物法及海底地貌法5」肖钢等,天然气水合物综论M,北京:高等教育出版社,2012成矿流体与海水、孔隙水、沉积物相互作用形成一系列标型矿6张荻,李洽平,陈家炜天然气水合物勘探开发研究新进展及发展趋势{.地质科学,201247(2)561(上接第215页)重。有机污染物的监测工作已成为我国环境监测工作者面临的重大环境监测的成果不能仅限于出具众多的数据而应归纳、总结挑战之一,适时、全面、系统地开展有毒有害有机污染物的监测已刻提升为服务于管理、社会的综合报告。加强环境质量变化原因分析,不容缓。是提高环境质量综合分析的突破口。应开展环境质量纵向、橫向对52监测分析仪器趋于小型化和复合化比,充分考虑环境质量的时间一空间变化规律及与环境质量密切相实验室分析技术的发展规律是先由经典的化学分析过渡到仪关的因素变化等器分析,而仪器分析又由手工操作发展为连续自动化操作,如流动注射技术的应用。此外,由于环境管理工作的实际需要,对于一些污参考文11万本太,蒋火华染事故的现场和污染物排放源的监测,往往急需回答的不是某种污中国煤化工测205(2)2王心芳,再接再厉境监测,2004年(20)染物浓度值,而是“是什么类污染物这就要求发展能在现场定性或3李国刚,万本太中CNMHO测200年(20)快速定量的分析技术。141陈学义,薛芳浅诶如何提高环境监测质量及监测能力J,山东环境.206年(6)5.3环境质量综合分析技术的研究将加强5」黄玉平,市场经济大潮中四级环境监测站发展的思考1.甘肃环境研究与测.20年型地