天然气水合物典型特征综述

天然气水合物典型特征综述摘要：概述国内外天然气水合调查研究的勘探进展情况，详细地介绍判识天然气水合物的地球物理和地球化学特征。abstract：thepapersummarizestheexplorationprogressofdomesticandinternationalgashydrateresearch，andpresentsthedistinguishinggeophysicalandgeochemicalcharacteristicsofnaturalgashydrate.关键词：天然气水合物；现状；特征keywords：gashydrate；statusquo；feature中图分类号：f407.22文献标识码：a文章编号：1006-4311（2013）11-0032-020引言我们通常将天然气水合物也叫做“气体水合物”，是因为它是天然气在地底低温、高压的自然环境下，与水分子相结合，形成的固体结晶。由于甲烷是天然气的主要成分，所以也可以把天然气水合物叫做甲烷水合物。其实，在自然界它还有一个很有诗意的名字，叫“可燃冰”，这主要是因为它的外形就像是冰一样，但是可以点燃。从化学结构的角度看，天然气水合物是甲烷等可燃气体分子外面包裹着类似多面体网格状的水分子。天然气水合物是一种新型能源，它在地球上储量非常之大，大约有两千多万亿立方米，比全球的煤炭、石油和天然气的总储量之和还要多，具有非常大的开发潜力。在能源危机越来越严重的今天，天然气水合物受到世界各国的高度关注，越来越多的国家开始着手调查和研究怎么利用这种新型能源。1国内外天然气水合物勘探现状1.1国外天然气水合物勘探历史及现状1965年在俄罗斯西西伯利亚的麦索亚哈油气田的永久冻土层首次发现天然的气体水合物。之后不到十年时间，北美的阿拉斯加和马更些三角洲等地油气田也相继发现了大量的气体水合物。与此同时，美国科学家也在研究海底地震的时候，在布莱克海岭发现了海底有可疑反射层。1979年，在中美洲海槽危地马拉，由国际深海钻探计划组织并钻出的岩心中，也发现了气体水合物的存在。这是在海底第一次发现这种矿产。从此以后，各种海洋钻探机构及组织开始将海底气体水合物的寻找及研究列为重要课题，并且在太平洋许多区域都有所发现，例如，在日本海东北部的奥尻脊、秘鲁——智利海沟、墨西哥湾、布莱克海岭、中国南海海槽等地相机发现了“似海底反射层”（简称bsr）或者是气体水合物。上世纪八十年代，德国开始着手进行气体水合物的相关调查，以海洋地学研究中心和联邦地学与资源研究中心组成的合作团体，进行了一些地震气球物理或者是地球气体调查等研究项目。随着各国科学家的不懈努力，现在全球已经发现超过80处水合物疑似埋藏或藏矿点。从上世纪九十年代中期开始，德、美、日、印等国开始投入巨资进行水合物的大规模勘探与开发研究，其他国家也不甘落后，俄国、加拿大、比利时、澳大利亚、挪威、英国、法国、韩国等国家也积极制定计划并参与到相关研究中来。1.2国内天然气水合物勘探历史及现状中国关于天然气水合物的研究也是从实验室开始，再慢慢扩展到勘探与调查方面的，这个历程与国外的基本一致。1999年，中国正式启动天然气水合物的调查及相关研究项目，在此之前的1995年，大洋矿产研究开发协会就曾设立了中国第一个天然气水合物资源领域的研究课题，即“西太平洋气体水合物找矿前景与方法”，中国地质科学院下属的矿产资源研究所承担这个课题的主要工作，并于1997年取得出色成果。根据这个研究课题得出的结论，中国国土资源部即原国家地矿部于当年设立了关于中国海域气体水合物勘测研究的项目，1998年，国家863计划开始将海底气体水合物的勘探与开采技术作为一项重点工作来抓，中国地科院、中科院、广州海洋地质局、地球物理研究所等科研单位共同预测评价了我国近海气体水合物的储藏、勘测及开发前景等问题，为中国正式开展气体水合物的调查研究奠定了基础。2识别天然气水合物的标志特征2.1地球物理标志2.1.1海底模拟反射层（bottomsimilating，reflector，简称bsr），也叫“似海底反射层”，是因为水合物矿产带的地震波反射状况与海底反射状况大致相同，反射面与海底大致平行。这是气体水合物存在的基本特征。但是在运用bsr来勘测发现天然气水合物的时候要认清以下几点：首先，bsr的存在并不能说明天然气水合物就一定存在，它们之间没有完全的对应关系；其次，由于海底构造、沉积等作用的影响，及沉积物含碳量或者是气体水合物的储量等因素的不同，只有在天然气水合物的含量超过20%，并且在水合物低层下还有不低于10%的游离气低层的条件下，才能通过地震剖面发现bsr；第三，海底构造抬升以及沉积速率、含碳量和水合物含量都会影响bsr的形成与效果。2.1.2振幅暗点我们将水合物胶结层的振幅“消隐”称为振幅暗点，这种现象是水合物存在的第二个基本特征。在海底沉积物中，如果还有天然气水合物，地震波穿过低层时，水合物的胶结作用会明显减弱声阻抗差异，就会形成振幅暗点的现象。沉积物和水合物在海底低层相对均匀，就会使bsr上出现振幅暗点，如果这一现象连续出现，则形成空白反射，形成空白带。它具有以下两个特征，一是与正常的地震记录相比，反射振幅要相对较低；二是与一般的海底沉积物相比，空白带的沉积物层速相对较高。2.1.3速度反转地震波在穿过水合物胶结层传向bsr以下的沉积层时，速度会突然变小，这种现象称为速度反转，它是天然气水合物存在的第三个基本特征。2.2地球化学2.2.1直接识别标志①气体地球化学分析。根据设立在东海深水海域的90个站位提供的数据，按照甲烷测定值的不同将它们分为以下四类：甲烷测定值500μl/kg为特高异常组。以热液活动区将冲绳海槽划分为南北两个区域，南区异常级别的站位近70%，高异常或特高异常站位有20%，而北区异常组站位仅为少数。也就是南区比北区形成天然气水合物的可能性更大。②海面增温异常扫描。当海底低层出现瞬间构造运动，气体水合物或者普通油气会因外部环境的突然变化而发生分解，可燃气体会扩散致海面，然后在地球电场或者太阳光的作用下出现异常增温现象。地球资源卫星或者是气象卫星在太空中通过红外热成像技术可以及时记录大气温度的变化，为探索海底的可燃性气体提供依据，进而帮助海底气体水合物的发现与研究。利于天然气水合物储藏带的范围测定。2.2.2间接识别标志①孔隙水中氯离子浓度异常。浅层沉积物中孔隙水cl-浓度增高，水合物附近孔隙水cl-浓度反而降低。水合物在形成时会出现排盐效应，分解时会稀释。而这种现象可以导致浅表层沉积物孔隙水cl-出现质量和浓度的异常现象。在南海的两个处于bsr区域中的站位，cl-质量浓度出现高异常。这些异常现象都可能是天然气水合物分解引起的。也预示着这些区域可能是天然气水合物高储藏区。②孔隙水中so42-浓度异常。so42-离子浓度随深度增加而降低。在一些海域，由于ch4渗透活动强，空隙中的so42-被甲烷的缺氧氧化迅速消耗。沉积物越深，so42-的浓度就越低，这种活动会一直持续到硫酸盐甲烷交接带消耗完毕为止。3结论笔者总结了这些天然气水合物的典型的地球物理和地球化学特征，也许单个的特征不能完全证明是水合物引起的，我们可以结合多方面的特征来综合判断识别天然气水合物。参考文献：[1]王健，邱文弦，赵俐红.天然气水合物发育的构造背景分析[j].地质科技情报，2010，（02）.[2]杨传胜，李刚，龚建明，李振鹏，马立杰.断裂对天然气水合物成藏的控制作用[j].海洋地质动态，2009，（06）.[3]姚衍桃，詹文欢.分形在南海北部陆坡断裂与天然气水合物关系研究中的应用[j].中山大学学报（自然科学版），2009，（05）.[4]郭磊，童思友，黄光南.海洋天然气水合物bsr特征研究[a].国家安全地球物理丛书（四）——地球物理环境探测和目标信息获取与处理[c].2008.