天然气水合物的地热研究进展

天然气水合物的地热研究在以下几个方面都取得了重要进展，热流与似海底反射层的关系，水合物稳定带的研究；水合物热物理参数的确定；水合物形成过程中的热状态；热导率的应用，指出了今后水合物的地热学研究方向。     

气体水合物及其研究现状

气体水合物是一种新近发现的能源矿产类型,由于它们的潜在价值极大,加之由此引发的地质灾害和全球气候问题,各国学者、政府及部分国际性组织均高度重视对其的调查和研究。 气体水合物是由气体分子与水组成的白色结晶状物质,外形如冰雪状,     

天然气水合物研究中的几个重要问题

综述了当前关于天然气水合物研究中的几个重要问题，提出了今后的主要研究方向，全球大约有10^19g碳以天然气水合物的形式储存在沉积物中，大约是其它所有化石燃料沉积物形式储存量的2倍多，因此，天然气水合物被认为是21世纪具有商业开发无景的潜在的战略资源，天然气水合物是一种亚稳态物质，极易受到温度和压力条件的影响，海底天然气水合物的分解将会影响沉积物的物理化学性质（如剪切强度和流变性等），地球物理性质（如地震波速和电导性），以及地球化学性质（如孔隙流体成分）的明显变化，导致诸如海底滑塌等地质灾害的发生，天然气水合物的分解会产生导致“温室效应”的甲烷气体，该气体进入大气圈中会引起全球气候和环境的变化。     

天然气水合物专题研讨会简介

报道了天然气水合物专题研讨会的概况，介绍了天然气水合物及其地理化学特征，并就开发天然气水合物对分析测试技术的要求做了简单介绍。     

天然气水合物与全球气候变化

天然气水合物作为21世纪的重要能源已受到广泛认可和高度关注。与此同时,作为一个重要的气候致变因素,在地质历史时期中天然气水合物在自然条件下的突然分解释放甲烷气体可能造成全球气候变暖、地质灾害和生物灭绝等负面影响仍不容忽视。本文通过分析天然气水合物的稳定性与分解释放甲烷气体、天然气水合物对气候的反馈机制以及天然气水合物的分解在地质历史时期中对全球气候变化的可能影响,如新元古代“雪球”地球的终结、古新世一始新世极热事件和第四纪冰期后气候快速变暖等,对天然气水合物在全球气候变化过程中的作用进行了探讨。     

海底天然气水合物赋藏区域地热基本模型探讨

在分析海底天然气水合物赋藏区域地热场特征的基础上,借鉴盆地地热模型理论和方法,建立了海底天然气水合物赋藏区域的地热基本模型,并详细介绍了边界条件和导热系数的确定方法.由于天然气水合物的形成、分布与实际地质和地热条件密切相关,因此加强天然气水合物赋藏海域的地质与地热基础调查是构建准确可靠的地热模型的关键.     

东海陆坡天然气水合物地震波特征研究

天然气水合物是在一定温度、压力条件下形成的烃类资源，富存于陆坡及深海区，是当今世界海洋地质学家研究的热点。该文根据多年积累的东海陆坡至冲绳海槽区的高分辨地震资料，分析研究了BSR的地震波特征，揭示该区具有天然气水合物的良好远景。     

祁连山多年冻土区天然气水合物的形成条件

祁连山多年冻土区面积约10×104km2,年平均地表地温为-1.5～-2.4℃,冻土层厚度为50～139m.区内侏罗纪小型含煤盆地广布,产有丰富的煤层气.南祁连盆地是一潜在的油气盆地,存在下石炭统臭牛沟组、下二叠统草地沟组、中三叠统大加连组、上三叠统尕勒得寺组4套烃源岩,具有良好的生油生气潜力.在木里煤田33号钻孔的冻土层内发现有连续逸出的高含量烃类气体,井口点燃即可燃烧,简易采气分析结果表明甲烷含量高达38.07%～75.9%.根据该钻孔的气体组分、年平均地表地温、冻土层厚度、地温梯度等数据分析,这里基本具备形成天然气水合物的温压条件,计算结果显示水合物稳定带的顶界和底界埋深分别为171 m和574m,稳定带厚度为403m.     

冲绳海槽天然气水合物稳定带厚度的计算

水合物稳定带（HSZ）的研究对天然气水合物的成矿与分布规律以及资源评价研究都具有重要的指导意义，文章根据天然气水合物的相平衡条件和相应的压力-温度方程，参照有关的身体算法，讨论了海底天然气水合物稳定带厚度的理论计算方法，并根据稳定带厚度的理论计算方法，在Windows中文平台上编制了简单实用的程序，利用该程序对冲绳海槽水合物稳定带的厚度进行了计算，并讨论了冲绳海槽水合物稳定带厚度的分布特征。     

南海天然气水合物稳定带厚度分布特征

天然气水合物在未来能源、自然环境和灾害等方面具有重要的研究意义,其形成除需要充足的气源外,还与温度、压力密切相关。天然气水合物稳定带表明该地区水合物发育与分布的可能范围。以Dickens和Quinby Hunt的甲烷水合物相平衡公式为基础,从地热学角度分析南海甲烷水合物稳定带厚度及其分布特征。研究表明,南海大部分海域均具备形成天然气水合物的条件。由于受海底深度、海底温度、热流等参数的影响,在不同位置发育的水合物稳定带厚度变化较大,最大厚度可达1 100 m,位于吕宋海槽内。水合物稳定带厚度较大的区域主要呈条带状分布在南海中部和东部,大陆边缘水深500 m左右即可形成水合物,说明南海地区具有广泛的天然气水合物形成环境。天然气水合物稳定带厚度仅是水合物厚度的理论值,地层中实际的水合物发育厚度和分布特征还受到气源、构造、沉积等因素的影响。此外,岩石热导率、海底温度、热流和水深等对南海水合物稳定带厚度及其分布有影响。     

天然气水合物资源量估算方法及应用

近年大量的勘探与研究成果表明,中国南海海域具有良好的水合物资源前景.根据所掌握的勘探资料,尝试利用"概率统计法"对南海海域水合物资源前景进行了初步预测,在50%概率的条件下,南海海域的水合物资源量约为649.68×1011m3,与众多学者对全球天然气水合物资源量的估算相似.由于目前勘探程度较低和很多评价参数不能准确给定,因此对南海海域天然气水合物资源量的估算是初步的.该项研究旨在探索天然气水合物资源量的评估方法,随着勘探、研究程度的深入和评价资料的增多,水合物资源量的评价精度将会得到进一步的提高.     

天然气水合物资源量估算方法及应用

近年大量的勘探与研究成果表明,中国南海海域具有良好的水合物资源前景。根据所掌握的勘探资料,尝试利用“概率统计法”对南海海域水合物资源前景进行了初步预测,在50%概率的条件下,南海海域的水合物资源量约为649.68×1011m3,与众多学者对全球天然气水合物资源量的估算相似。由于目前勘探程度较低和很多评价参数不能准确给定,因此对南海海域天然气水合物资源量的估算是初步的。该项研究旨在探索天然气水合物资源量的评估方法,随着勘探、研究程度的深入和评价资料的增多,水合物资源量的评价精度将会得到进一步的提高。     

东沙海域浅层沉积物硫化物分布特征及其与天然气水合物的关系

对南海东沙海域浅层沉积物中硫化物的含量进行了分析,结果表明,沉积物中硫化物的含量与沉积物顶空气甲烷含量有密切的关系,在存在顶空气甲烷高异常的沉积物岩心中,沉积物中硫化物含量明显高于无甲烷异常的沉积物岩心,且随层位深度的增加,其含量明显增大,存在显著的变化梯度带。碎屑矿物鉴定结果表明,沉积物中硫化物主要以黄铁矿的形式存在。浅层沉积物中高含量的硫化物与天然气水合物分解形成的甲烷流有直接的关系,反映了下部沉积物中可能存在天然气水合物。     

Hydrate phase transition and seepage mechanism during natural gas hydrates production tests in the South China Sea: A review and prospect

Natural gas hydrates (NGHs) are globally recognized as an important type of strategic alternative energy due to their high combustion efficiency, cleanness, and large amounts of resources. The NGHs reservoirs in the South China Sea (SCS) mainly consist of clayey silts. NGHs reservoirs of this type boast the largest distribution range and the highest percentage of resources among NGHs reservoirs in the world. However, they are more difficult to exploit than sandy reservoirs. The China Geological Survey successfully carried out two NGHs production tests in the Shenhu Area in the northern SCS in 2017 and 2020, setting multiple world records, such as the longest gas production time, the highest total gas production, and the highest average daily gas production, as well as achieving a series of innovative theoretical results. As suggested by the in-depth research on the two production tests, key factors that restrict the gas production efficiency of hydrate dissociation include reservoir structure characterization, hydrate phase transition, multiphase seepage and permeability enhancement, and the simulation and regulation of production capacity, among which the hydrate phase transition and seepage mechanism are crucial. Study results reveal that the hydrate phase transition in the SCS is characterized by low dissociation temperature, is prone to produce secondary hydrates in the reservoirs, and is a complex process under the combined effects of the seepage, stress, temperature, and chemical fields. The multiphase seepage is controlled by multiple factors such as the physical properties of unconsolidated reservoirs, the hydrate phase transition, and exploitation methods and is characterized by strong methane adsorption, abrupt changes in absolute permeability, and the weak flow capacity of gas. To ensure the long-term, stable, and efficient NGHs exploitation in the SCS, it is necessary to further enhance the reservoir seepage capacity and increase gas production through secondary reservoir stimulation based on initial reservoir stimulation. With the constant progress in the NGHs industrialization, great efforts should be made to tackle the difficulties, such as determining the micro-change in temperature and pressure, the response mechanisms of material-energy exchange, the methods for efficient NGHs dissociation, and the boundary conditions for the formation of secondary hydrates in the large-scale, long-term gas production.©2022 China Geology Editorial Office.     

我国东海及邻近海域气体水合物可能的分布范围

由气体水合物稳定存在的温度-压力条件,根据我国东海及其邻近海域的海底温度、地壳热流和地温梯度的分布,指出了该海区气体水合物可能的分布范围。主要在东海陆坡即冲绳海槽的西坡、冲绳海槽的东坡、和琉球海沟的西坡、琉球海沟和菲律宾海盆。分析指出,目前并不能肯定东海陆架区不存在气体水合物稳定存在的区域。由于冲绳海槽的热流值较高,特别是冲绳海槽的中部轴区,那里有较高的地温梯度,因而,海槽两坡的气体水合物主要分布在南部冲绳海槽.     

南海天然气水合物稳定带的影响因素

文章利用南海所积累的大量热流、海底温度和地温梯度数据，针对地温梯度的变化，对地温梯度数据进行了初步校正。分情况研究了纯甲烷，甲烷、乙烷、丙烷混合物分别在纯水、海水条件下形成的天然气水合物在南海的可能分布范围；进而对影响天然气水合物分布的影响因素进行了讨论。研究表明，随着天然气中重烃含量的增加，孔隙水盐度的降低，水合物稳定带在平面上的分布范围越来越大，水合物稳定带的厚度也越来越大。比较而言，气体组成的影响要比孔隙水盐度的大。同时，天然气水合物稳定带的厚度与热流有一定的负相关关系。在南海2000m水深范围之内，由于受海底温度的控制，水合物稳定带的厚度与水深呈明显的正相关关系。     

Characterisation of likelihood of gas hydrates occurrence in the South China Sea based on Bonferroni mean-based TOPSIS and fuzzy set theory

The efficiency of gas hydrate production depends on the success of gas exploration and occurrence evaluation. The existing evaluation models are generally univariate and only applicable to certain geological settings. This study presents a holistic approach to evaluate the likelihood of gas hydrate occurrence by supplying an index for mapping gas hydrate levels with depth. The approach integrates a generalised TOPSIS method with the fuzzy set theory. An expedition of gas hydrate conducted in the Shenhu area of the South China Sea was adopted as a case study to assess the reliability of the proposed index. As a multivariate model, the proposed approach enables the capture of non-linearity associated with gas hydrates in its entirety. The magnitude of the strength of the influential factor varies substantially from one site to another across the Shenhu area. The results also show that no site achieves the highest likelihood ‘Level V’. These results are consistent with the gas saturation values obtained using Archie’s relationship. For example, at SH4 and SH7, the values of the likelihood index are the highest between 170–185 m and 150–165 m, respectively, and the observed saturation at these locations varies from 20% (SH4) to 43% (SH7). The proposed likelihood index yields a prominent ability to quantify the level of occurrence of gas hydrates with depth at different sites. It appears to be an efficient multicriteria system bound to improve the management of the gas production trial stage.     

东海盆地的变质岩

东海盆地处于欧亚板块和太平洋板块的交接部位,是全球岩石圈结构和动力学机制研究中涉及众多基础问题的关键地区。它的生成及发展对深化中国东南陆缘地区地壳构造演化的认识,且为能源勘查,研究海平面变化,预测自然灾害,保护环境及国土主权均有重大意义。就其构造机制及性质说法不一,有待商榷。该盆地内已钻井30余口,随改革开放以来,局部凹陷对外公开招标,已施工10余口井,涉及变质岩的仅2口井。变质岩为黑云斜长片麻岩类,原岩恢复为变质火成岩(中性侵入岩,包括石英闪长岩及其相关的浅成岩),属吕梁期,原岩经多期变质或混合岩化作用所致,是中国大陆的自然延伸部位。     

东海陆架盆地南部油气资源前景与选区

通过开展二维地震资料调查和重处理,结合钻井、重磁、海陆对比等新老资料开展联合解释认为:东海陆架盆地南部中生界具有分布广、厚度大、沉积中心位于东部,新生界则呈现东西厚中间薄,新生代构造单元中的台北凸起、观音凸起和雁荡凸起上均有中生界分布;白垩系较侏罗系分布更为广泛,侏罗系西部边界为雁荡凸起东侧,白垩系西部边界以瓯江凹陷西侧为界;中生界三口钻井分析结果发现了确凿的海相标志,证实了中生界东海陆架盆地发生多次海侵,结合围区沉积特征认为侏罗纪存在南北向和东西向的海侵,白垩纪主要体现为东西向的海侵;研究区中生界发育中下侏罗统、下白垩统两套烃源岩,新生界发育古新统、始新统、渐新统和中新统四套烃源岩,具有较好的油气资源前景。     

南海北部冷泉碳酸盐岩和石化微生物细菌及地质意义

通过对2002年广州海洋地质调查局在南海北部海域拖网采集的碳酸盐岩样品进行岩石、矿物、微量元素和同位素特征的研究,证实在南海水合物远景区发育有冷泉碳酸盐岩。冷泉碳酸盐岩形态类似于烟囱,主要由方解石、伊利石、石英、黄铁矿和一种未知的矿物组成。保存了很可能是石化的甲烷氧化和硫酸盐还原细菌。碳酸盐岩矿物的δ^13CPDB为-51.24‰～-51．757‰。碳酸盐岩矿物的页岩标准化稀土元素配分模式具无Ce和Eu异常、微弱的轻稀土亏损和中稀土富集特征,表明形成于还原的缺氧环境,显示了冷泉碳酸盐岩的特征,指示在南海北部水合物远景分布区内冷泉活动的近海底可能发育有水合物。