天然氣水合物典型特征 文獻綜述

天然氣水合物典型特征綜述摘要：概述國內(nèi)外天然氣水合調(diào)查研究的勘探進展情況，詳細地介紹判識天然氣水合物的地球物理和地球化學特征。關鍵詞：天然氣水合物；現(xiàn)狀；特征0引言我們通常將天然氣水合物也叫做“氣體水合物”，是因為它是天然氣在地底低溫、高壓的自然環(huán)境下，與水分子相結合，形成的固體結晶。由于甲烷是天然氣的主要成分，所以也可以把天然氣水合物叫做甲烷水合物。其實，在自然界它還有一個很有詩意的名字，叫“可燃冰”，這主要是因為它的外形就像是冰一樣，但是可以點燃。從化學結構的角度看，天然氣水合物是甲烷等可燃氣體分子外面包裹著類似多面體網(wǎng)格狀的水分子。天然氣水合物是一種新型能源，它在地球上儲量非常之大，大約有兩千多萬億立方米，比全球的煤炭、石油和天然氣的總儲量之和還要多，可以為人類提供幾百年的能能源需要，具有非常大的開發(fā)潛力。在能源危機越來越嚴重的今天，天然氣水合物受到世界各國的高度關注，越來越多的國家開始著手調(diào)查和研究怎么利用這種新型能源。1國內(nèi)外天然氣水合物勘探現(xiàn)狀1.1國外天然氣水合物勘探歷史及現(xiàn)狀1965年在俄羅斯西西伯利亞的麥索亞哈油氣田的永久凍土層首次發(fā)現(xiàn)天然的氣體水合物。之后不到十年時間，北美的阿拉斯加和馬更些三角洲等地油氣田也相繼發(fā)現(xiàn)了大量的氣體水合物。與此同時，美國科學家也在研究海底地震的時候，在布萊克海嶺發(fā)現(xiàn)了海底有可疑反射層。1979年，在中美洲海槽危地馬拉，由國際深海鉆探計劃組織并鉆出的巖心中，也發(fā)現(xiàn)了氣體水合物的存在。這是在海底第一次發(fā)現(xiàn)這種礦產(chǎn)。從此以后，各種海洋鉆探機構及組織開始將海底氣體水合物的尋找及研究列為重要課題，并且在太平洋許多區(qū)域都有所發(fā)現(xiàn)，例如，在日本海東北部的奧尻脊、秘魯——智利海溝、墨西哥灣、布萊克海嶺、中國南海海槽等地相機發(fā)現(xiàn)了“似海底反射層”（簡稱BSR）或者是氣體水合物。上世紀八十年代，德國開始著手進行氣體水合物的相關調(diào)查，以海洋地學研究中心和聯(lián)邦地學與資源研究中心組成的合作團體，進行了一些地震氣球物理或者是地球氣體調(diào)查等研究項目。隨著各國科學家的不懈努力，現(xiàn)在全球已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超過80處水合物疑似埋藏或藏礦點。從上世紀九十年代中期開始，德、美、日、印等國開始投入巨資進行水合物的大規(guī)?？碧脚c開發(fā)研究，其他國家也不甘落后，俄國、加拿大、比利時、澳大利亞、挪威、英國、法國、韓國等國家也積極制定計劃并參與到相關研究中來。1.2國內(nèi)天然氣水合物勘探歷史及現(xiàn)狀中國關于天然氣水合物的研究也是從實驗室開始，再慢慢擴展到勘探與調(diào)查方面的，這個歷程與國外的基本一致。1999年，中國正式啟動天然氣水合物的調(diào)查及相關研究項目，在此之前的1995年，大洋礦產(chǎn)研究開發(fā)協(xié)會就曾設立了中國第一個天然氣水合物資源領域的研究課題，即“西太平洋氣體水合物找礦前景與方法”，中國地質科學院下屬的礦產(chǎn)資源研究所承擔這個課題的主要工作，并于1997年取得出色成果。根據(jù)這個研究課題得出的結論，中國國土資源部即原國家地礦部于當年設立了關于中國海域氣體水合物勘測研究的項目，1998年，國家863計劃開始將海底氣體水合物的勘探與開采技術作為一項重點工作來抓，中國地科院、中科院、廣州海洋地質局、地球物理研究所等科研單位共同預測評價了我國近海氣體水合物的儲藏、勘測及開發(fā)前景等問題，為中國正式開展氣體水合物的調(diào)查研究奠定了基礎。2識別天然氣水合物的標志特征2.1地球物理標志2.1.1海底模擬反射層（BottomSimilating，Reflector，簡稱BSR），也叫“似海底反射層”，是因為水合物礦產(chǎn)帶的地震波反射狀況與海底反射狀況大致相同，反射面與海底大致平行。這是氣體水合物存在的基本特征。但是在運用BSR來勘測發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的時候要認清以下幾點：首先，BSR的存在并不能說明天然氣水合物就一定存在，它們之間沒有完全的對應關系；其次，由于海底構造、沉積等作用的影響，及沉積物含碳量或者是氣體水合物的儲量等因素的不同，只有在天然氣水合物的含量超過20%，并且在水合物低層下還有不低于10%的游離氣低層的條件下，才能通過地震剖面發(fā)現(xiàn)BSR；第三，海底構造抬升以及沉積速率、含碳量和水合物含量都會影響B(tài)SR的形成與效果。2.1.2振幅暗點我們將水合物膠結層的振幅“消隱”稱為振幅暗點，這種現(xiàn)象是水合物存在的第二個基本特征。在海底沉積物中，如果還有天然氣水合物，地震波穿過低層時，水合物的膠結作用會明顯減弱聲阻抗差異，就會形成振幅暗點的現(xiàn)象。沉積物和水合物在海底低層相對均勻，就會使BSR上出現(xiàn)振幅暗點，如果這一現(xiàn)象連續(xù)出現(xiàn)，則形成空白反射，形成空白帶。它具有以下兩個特征，一是與正常的地震記錄相比，反射振幅要相對較低；二是與一般的海底沉積物相比，空白帶的沉積物層速相對較高。2.1.3速度反轉地震波在穿過水合物膠結層傳向BSR以下的沉積層時，速度會突然變小，這種現(xiàn)象稱為速度反轉，它是天然氣水合物存在的第三個基本特征。2.2地球化學2.2.1直接識別標志a氣體地球化學分析。根據(jù)設立在東海深水海域的90個站位提供的數(shù)據(jù)，按照甲烷測定值的不同將它們分為以下四類：甲烷測定值<100μL/kg為區(qū)域背景組；甲烷測定值在100~300μL/kg之間為異常組；甲烷測定值在300~500μL/kg之間為高異常組；甲烷測定值>500μL/kg為特高異常組。以熱液活動區(qū)將沖繩海槽劃分為南北兩個區(qū)域，南區(qū)異常級別的站位近70%，高異常或特高異常站位有20%，而北區(qū)異常組站位僅為少數(shù)。也就是南區(qū)比北區(qū)形成天然氣水合物的可能性更大。b海面增溫異常掃描當海底低層出現(xiàn)瞬間構造運動，氣體水合物或者普通油氣會因外部環(huán)境的突然變化而發(fā)生分解，可燃氣體會擴散致海面，然后在地球電場或者太陽光的作用下出現(xiàn)異常增溫現(xiàn)象。地球資源衛(wèi)星或者是氣象衛(wèi)星在太空中通過紅外熱成像技術可以及時記錄大氣溫度的變化，為探索海底的可燃性氣體提供依據(jù)，進而幫助海底氣體水合物的發(fā)現(xiàn)與研究。利于天然氣水合物儲藏帶的范圍測定。2.2.2間接識別標志a孔隙水中氯離子濃度異常淺層沉積物中孔隙水Cl-濃度增高,水合物附近孔隙水Cl-濃度反而降低。水合物在形成時會出現(xiàn)排鹽效應，分解時會稀釋。而這種現(xiàn)象可以導致淺表層沉積物孔隙水Cl-出現(xiàn)質量和濃度的異常現(xiàn)象。在南海的兩個處于BSR區(qū)域中的站位，Cl-質量濃度出現(xiàn)高異常。這些異?，F(xiàn)象都可能是天然氣水合物分解引起的。也預示著這些區(qū)域可能是天然氣水合物高儲藏區(qū)。b孔隙水中SO42-濃度異常SO42-離子濃度隨深度增加而降低。在一些海域，由于CH4滲透活動強，空隙