天然气水合物的资源环境效应

第21卷第l期Vol 21 No, I2002年3月WORLD GEOLOGYAar.2002天然气水合物的资源环境效应杨永强12,翟裕生',薛林福2,王立武3(1.中国地质大学地球科学学院北京100932吉林大学地球科学学院吉林长春130026;3.吉林油田,占林松原38000)擴要:天然气水合物是一种具有巨大潜能的縹色能源,全世界儲量接近0.84×10"m3。由于天然气水合物吴有特珠亚穗定状态的成矿系统,增温戌减压会使捕获的气体释放,导致海底滑塌和滑坡等地质灾害,以及作为“温宣气体”对人类生存环境的严峻挑战因而其又具有环境效应。结合擲威的实例论述了天然气水合物的资源和环境双重效应关鍵词:天然气水合物;贡源效应;环境效应;油气藏;成矿系统中图分类号:P618.13文献标识码:A文章编号:1004-5589(2002]01-0030-03环境和资源问题已成为21世纪的主要议题,而天然气水合物是近10多年来发现的种新型超级洁净能源因其在能源勘探、海底灾害环境和全球气候变化研究中的重要性而日益引起世界各国的高度重视。I天然气水合物的资源特征天然气水合物是一种具有巨大潜能的新型非常规能源。随着能源的日益紧张,非常规的天然气中的天然气水合物以其能量高、分布广、规模大等特点正崭露头角,有望成为2世纪的重要能源。天然气水合物是由天然气(主要是甲烷)和水分子组成的固体结晶物质。它存在于低温高压条件下,主要出现于大于300~500m水深,温度接近0℃的海底沉积物中和寒冷的高纬度区域{根据前苏联科学家的估计,大陆上处于水合物状态的天然气资源量达到10m3,而在水域则有1.5×105m3。据美国天然气远景委员会的材料,北极永冻层的甲烷含量为7.510°t,沉积层中为4.1×105t。据第28届国际地质大会的资料,全球天然气水合物的天然气储量为28×104m312.国际上比较认同的全球水合物储量接近084×10m3,远大于目前世界上已探明的普通天然气0.14×1015m23的储量2。20世纪70年代以来世界各大洋已查明的海底天然气水合物赋存区超过60处,而且在活动和被动大陆边缘、大陆坡、大陆架、内陆海中深水沉积物中都可以出现。固态矿床和油气藏都是在一定的成矿系统中产生的,这个系统包括控制矿床形成和保存的全部地质要素和成矿过程。天然气水合物形成的成矿系统不同于油气田。挪威是海底和陆架赋存天然气水合物的最有利地区之一。实际上在整个北冰洋水域,其洋底热力学动态都符合天然气水合物的生成条件。一般认为,北极地区大陆架和大陆坡收稿日期:2001-09-03作者简介:杨永强(1965-),男内蒙古前旗人,副研究员,博士,主要从事成矿系统和数学地质研究第忄期杨水强等:天然气水合物的资源环境效应的接合地段在这一方面最有远景。据挪威特罗姆瑟大学天然气水合物研究组的观点除了天然气水合物的般形成机制外,在北冰洋洋底可能还有一种机制在起作用。该机制是由扩张带洋壳裂隙一孔隙层中水的热对流造成的。热对流是在强烈加热条件下发生的,其温度明显高于稳态天然气水合物的温度。为了实现对流,不仅需要高温,还要有高的温度梯度。在对流区上部,其温度接近于洋底温度,即相当于天然气水合物形成带内的温度。这种机制原则上即可在大洋中脊斜坡上形成天然气水合物聚集。淡化冷水的存在可促进这成过程”。199年以来挪威政府批准在挪威海槽以北大陆斜坡上的7个深水区进行碳氡化合物勘查。这一研究课题在天然气水合物斜坡稳定性和地质灾害研究中都有重要意义天然气水合物不仅是一种能源,而且也是一种油气遮挡构造。具有垂向遮挡和侧向遮挡、披覆遮挡和接触遮挡以及同生遮挡和后生遮挡等功能。尤其是古天然气水合物一旦存在就势必对油气产生封盖作用,有利于现存油气资源的保存。天然气水合物的存在可估计热历史及现今热流,为常规油气藏的勘探提供有用信息。2天然气水合物的环境效应天然气水合物是亚稳定的增温或减压会使结构不稳定,导致捕获来的气体释放。现在大气甲烷的主要天然来源是湿地环境中的细菌分解,而甲烷水合物是次要来源。但是在新生代(大约65Ma)气候急剧变化期间成为比较重要的来源。甲烷和气候变化的对比曲线更能证明与过去气候变化有联系的甲烷释放的证据。从地史上看全球气候变化与天然气水合物释放甲烷的有关证据还有海平面的变化。在冰期,由于海水静压力减小,引起外大陆边缘沉积物中天然气水合物释放出甲烷,并逐渐引发冰川消退作用。随着气温上升,全球转暖冰川和两极冰盖融化大洋也受热膨胀,这些综合因素导致海平面上升。由于消融的冰盖压力降低和温度的增高,引起永冻带的天然气水合物分解释放甲烷,有助于结束冰期依据研究最详细的挪威外陆架 Storegga海底滑坡的情形,其中 Storegga的首次崩塌可能就已释放了5×102kg甲烷。因此冰期一次巨型海底滑坡可能触发气候突然增暖大陆斜坡的天然气水合物层起破坏和建造的双重作用,可以固定浊流沉积物分解时释放气和水,增大了孔隙气压力而使沉积物滑动。在海平面降低、构造运动或温度升高等环境改变时都会发生这种情况。海平面下降使海洋沉积物的静压力降低,从而使其下沉积物中天然气水合物层失稳在地震海啸作用的激发下大陆坡上含天然气水合物沉积层大面积的崩塌形成滑坡或浊流3我国天然气水合物研究现状和展望20世纪70年代,在海洋中发现了一种天然气与水的类冰固态合物——天然气水合物,从海底至1000m深处皆有分布。而在极地和永冻层的发现扩大了其寻找视野。我国对天然气水合物研究刚起步,但进展较快,而且投入了大量工作包括“西太平洋气体水合物找矿前景与方法调研”、“中国海域气体水合物找矿前景研究”、“海底气体水合物资源勘察的关键技术”等研究。广州海洋地质局和青岛海洋地质局在南海和东海开展了天然气水合物的调查。广州海洋地质调查局根据天然气水合物存在的温度一压力条件,研究了南海北部的地球物理资料,发现有些地方在地震剖面上出现似海底反射BSR而在另一些地方海底第一层沉积的层速度偏高(19.5~2.45km/s),比一般海洋沉积高(0.2~世界地质2001年0.64km/s)将这些地方海底第一层沉积界面处的温度一压力参数投于甲烷形成天然气水合物的温度一压力图上,发现它们均出现于水合物存在之区域中。由此可见南海北部陆坡(水深大于400m)和深海平原的表层沉积物中可能存在天然气水合物。另外在ODPl84航次的北部钻孔中发现了异常,初步认为中国边缘海有可观的天然气水合物潜力9有些学者指出在青藏高原多年冻土区进行天然气水合物的研究也有一定前景由上可见,天然气水合物是一种巨大潜力的新能源故具有资源效应。但其独特的保存与释放的成矿系统,以及对常规油气的遮挡作用都反映出其环境效应。这种双重效应决定了其巨大应用价值和重要研究意义。参考文献[1 KETTH 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]翟裕生成矿系统及其演化—初步实践到理论思考门地球科学—一中国地质大学学报200,25[4] MITLYJVSK A H. The mechanism of hydrates formation at ocean ridgel]. Geotime, 1997,42(8): 7[5]朱岳年史卜庆天然气水合物对油气藏聚集与控制作用J天然气工业,20003:38-40[6]何拥军海洋天然气水合物的研究现状及意义「冂海洋地质动态,1998,(1):4-7.[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]姚伯初南海北部陆缘天然气水合物初探[]海洋地质与第四纪地质19818(4):11-1810]徐学祖青藏高原多年冻士区天然气水合物的研究前景和建议[地球科学进展19914(2:201The Effects of Resource and Environment for Gas HydratesYANG Yong-qiang", ZHAI Yu-sheng, XUE Lin-fu, WANG Li-wu(1. China Univrsity of Geoscience, Beijing 100083, China; 2. Jilin Uniersity, Changchun 130026, China; 3. Jilin Cfield, Songyuan 138000, China)Abstact Gas hydrates are huge potential green energy resource. The total amount ofgas hydrate reaches 0. 84X10 m in global. Due to the metastable metallogenic systemhanges of reducing pressure and increasing temperature affect their stability, so that thetrapped methane is released, submarine geohazard and greenhouse effect are occurredwhich damage the people surrounding climate. At last, some examples of Norway are given to infirm the double effects of resource and environmentKey words: natural gas hydrate; resource effect; environment effect; oil reservoir; metallogenic system