海洋地質(zhì)進展一講解

海洋天然氣水合物一天然氣水合物認(rèn)知歷程二

天然氣水合物的定義三

天然氣水合物存在區(qū)域與形成條件四

天然氣水合物環(huán)境效應(yīng)五

開采方法德國 施茨廷

科幻小說北美陸坡崩塌，導(dǎo)致采油礦井等崩塌—天然氣水合物認(rèn)知歷程1790年，Joseph

Priestly在冬天進行水與各種氣體的結(jié)冰實驗，發(fā)現(xiàn)SO2會促進“冰”的形成。Priestly(1790)：“進一步開展這種實驗，將可能對結(jié)冰過程與機制有新的認(rèn)識”1810年，證實奇怪“冰”的存在。1823年，F(xiàn)araday獲得含氯水合物的組成。

其后120年，聚焦于確定各種水合物的組成。?

1927年在克里米亞大地震期間，黑海海面燃起一場熊熊大火。起初人們以為是硫化氫釀成了這場火災(zāi)，后來認(rèn)定，硫化氫在水中的含量太少，不具備那么強的爆炸力。引起這場火災(zāi)的，原來是一種叫做水化甲烷的天然氣水合物。1934年，蘇聯(lián)工程師HammerSchmidt發(fā)現(xiàn)水合物堵塞油氣管道，激發(fā)了保存于運輸水合物的研究。20世紀(jì)60年代：認(rèn)識到自然界中大量存在甲烷水合物。20世紀(jì)70年代：科學(xué)研究，資源勘察。1983年：墨西哥灣海底首次發(fā)現(xiàn)海底天然氣水合物。20世紀(jì)80年代：海底天然氣水合物的調(diào)查研究和評價。二天然氣水合物的定義天然氣水合物，也稱氣體水合物，是由天然氣與水分子在高壓（>100大氣壓或>

10MPa）和低溫（0～10℃）條件下合成的一種固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)。因天然氣中80%～90%的成分是甲烷，故也有人叫天然氣水合物為甲烷水合物。天然氣水合物多呈白色或淺灰色晶體，外貌類似冰雪，可以象酒精塊一樣被點燃，故也有人叫它“可燃冰”。＋0.8

m3水1

m3水合物164

m3天然氣密度大天然氣水合物

可燃冰塊狀、脈狀、斑狀、角礫狀等構(gòu)造。塊狀和脈狀構(gòu)造是天然氣水合物形成時其流體分別滲透到沉積物顆粒間隙和裂縫中形成。天然氣水合物的顏色白色、黃色、橙色、紅色、灰色、藍(lán)色等。原因：天然氣水合物中含有的其他一些物質(zhì)（油類、細(xì)菌、礦物等）引起。Barkley峽谷的天然氣水合物：黃色的含油結(jié)構(gòu)和白色的多孔結(jié)構(gòu)3.1形成的基本條件首先，溫度不能太高（海底的溫度是2℃至4℃，適合甲烷水合物的形成，高于20℃就分解）；第二，壓力要足夠大，但不需太大（0℃時，30個大氣壓以上就可生成）；第三，地底要有氣源。三天然氣水合物存在區(qū)域與形成條件生物成因：海洋生物和微生物死后，尸沉海底

海底水溫較低，壓力大，經(jīng)過細(xì)菌分解成為甲烷、乙烷等可燃?xì)怏w進入海底的沉積巖，與水結(jié)合成可燃冰。熱解成因細(xì)菌可以直接利用天然氣水合物-冰蟲-貝類可能是更古老的生態(tài)系統(tǒng)。天然氣水合物并不是長期存在

在一定條件下發(fā)生溶解，沉積物失去凝聚力，導(dǎo)致沉積物崩塌?路坡以淺海域，高緯度3.2存在區(qū)域最有可能形成甲烷水合物的區(qū)域是：高緯度的凍土層如美國的阿拉斯加、俄羅斯的西伯利亞都已有發(fā)現(xiàn)，而且俄國已開采近20年。海底大陸架斜坡如美國和日本的近海海域，加勒比海沿岸及我國南海和東海海底均有儲藏，估計我國黃海海域和青藏高原的凍土帶也有儲藏。估計全世界甲烷水合物的儲量達1.87×1017m3（按甲烷計），是目前煤、石油和天然氣儲量的二倍，其中，海底的甲烷水合物儲量占99％。天然氣水合物—未來的替代能源★估計全球儲量：海域：1610千億噸(數(shù)百年)；凍土地區(qū)：5.3千億噸。驚人容量！世界上可燃冰的總資源量相當(dāng)于全球已知煤、石油和天然氣的2倍?？蓾M足人類

1000

年的需求。作為燃料的好處藏量大，足夠應(yīng)付將來的需要

甲烷占80％-99.9％可直接點燃，不產(chǎn)生任何殘渣不會產(chǎn)生硫磺氧化物二十一世紀(jì)的理想燃料

?“誰掌握天然氣水合物的開采技術(shù)，誰就可以執(zhí)21世紀(jì)世界能源之牛耳”天然氣水合物作為21世紀(jì)的替代能源是世界能源發(fā)展的大趨勢。這不僅具有經(jīng)濟意義，而且具有政治意義。美國伍茲霍爾海洋研究所的一名科學(xué)家認(rèn)為，天然氣水合物的開發(fā)利用可能改變世界能源結(jié)構(gòu)和對中東石油的重要性產(chǎn)生極大的影響。日本和印度在其領(lǐng)海中發(fā)現(xiàn)大量的天然氣水合物的礦藏，具有重大的地緣政治意義。這兩個國家已在大張旗鼓地研究開發(fā)和利用天然氣水合物。2007年5月，中國地質(zhì)調(diào)查局在我國南海北部成功鉆獲天然氣水合物實物樣品，標(biāo)志著我國天然氣水合物調(diào)查研究水平一舉步入世界先進行列。我國天然氣水合物成藏遠(yuǎn)景區(qū)根據(jù)前期勘探和歷史勘探資料初步分析，我國天然氣水合物成藏遠(yuǎn)景區(qū)：南海海區(qū)、青藏高原凍土區(qū)、東海部分海域。據(jù)推測，我國南海資源量可達700億噸。開發(fā)天然氣水合物并不困難，在西伯利亞氣田中開采甲烷表明，目前的開發(fā)技術(shù)是可行的，但是從天然氣水合物中開發(fā)大量的甲烷將對環(huán)境帶來什么樣的影響，已引起很多國家的政府和科學(xué)家的關(guān)注，關(guān)注的焦點集中在地質(zhì)災(zāi)害和對氣候的影響。四天然氣水合物環(huán)境效應(yīng)關(guān)聯(lián)機制溫度：變暖引起中、地層水增溫，導(dǎo)致水合物不穩(wěn)定，向大氣釋放大量甲烷，進一步加強大氣增溫，引起水合物的更加不穩(wěn)定。海平面：暖期海平面升高，壓力增加，水合物變得穩(wěn)定。4.1

地質(zhì)災(zāi)害海底滑坡海底滑坡通常認(rèn)為是由地震、火山噴發(fā)、風(fēng)暴波和沉積物快速堆積等事件或因坡體過度傾斜而引起的。然而，近年來研究者不斷發(fā)現(xiàn)，因海底天然氣水合物分解而導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性降低是海底滑坡產(chǎn)生的另一個重要原因。天然氣水合物以固態(tài)膠結(jié)物形式賦存于巖石孔隙中天然氣水合物的分解會使海底巖石強度降低；另一方面因天然氣水合物分解而釋放巖石的孔隙空間，會使巖石中孔隙流體（主要是孔隙水）增加和巖石的內(nèi)摩擦力降低，在地震波、風(fēng)暴波或人為擾動下孔隙流體壓力急劇增加，巖石強度降低，以至于在海底天然氣水合物穩(wěn)定帶內(nèi)的巖層中形成統(tǒng)一的破裂面而引起海底滑坡或泥石流。如果在開采過中向海洋排放大量甲烷氣體將會破壞海洋中的生態(tài)平衡。在海水中甲烷氣體常常發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)：CH4

+

2O2

=

CO2

+2H2OCaCO3

+

CO2

+

H2O

=

Ca(HCO3)2這些化學(xué)反應(yīng)會使海水中O2

含量降低，一些喜氧生物群落會萎縮，甚至出現(xiàn)物種滅絕；另一方面會使海水中的CO2含量增加，造成生物礁退化，海洋生態(tài)平衡遭到破壞。海洋生態(tài)環(huán)境的破壞地質(zhì)災(zāi)害：自二十世紀(jì)70年代起在世界各大洋中發(fā)現(xiàn)數(shù)處由天然氣水合物分解造成的海底地質(zhì)災(zāi)害（海底滑塌、滑坡和濁流）。目前較為一致的認(rèn)識是，這些海底地質(zhì)災(zāi)害可能是由海平面升降、地震和海嘯導(dǎo)致的水合物分解而引起的，而水合物分解產(chǎn)生的滑塌、滑坡和濁流則可能進一步引發(fā)新的地震和海嘯。水合物分解引起的地質(zhì)災(zāi)害還會導(dǎo)致海底生態(tài)環(huán)境惡化而殃及海洋生物。在里海和巴拿馬北部近海還發(fā)現(xiàn)水合物分解產(chǎn)生的海底泥火山。全球凍土層退化（如我國的青藏高原凍土層），存在天然氣水合物大量釋放的危險。在高緯度永凍土帶及極地地區(qū)，油井、油氣管道等生產(chǎn)設(shè)施中水合物的形成會造成管路堵塞，而產(chǎn)生事故或災(zāi)害。4.2 氣候CH4的溫室效應(yīng)比C02要大21倍。在自然界，壓力和溫度的微小變化都會引起天然氣水合物分解，并向大氣中釋放甲烷氣體。據(jù)測算，甲烷的全球變暖的潛能在20年的期間內(nèi)是二氧化碳的56倍。在開采天然氣水合物過程中，如果向大氣中排放

大量甲烷氣體，這必然會進一步加劇全球的溫室效應(yīng)，極地溫度、海水溫度和地層溫度也將隨之升高，這會

引起極地永久凍土帶之下或海底的天然氣水合物自動

分解，大氣的溫室效應(yīng)會進一步加劇。如加拿大福特

斯洛普天然氣水合物層正在融化就是一個例證。很多科學(xué)家認(rèn)為，天然氣水合物中的甲烷最終將對全球氣候產(chǎn)生穩(wěn)定的影響。在冰期開

始時，地球變冷，冰蓋擴大而引起海平面下降，海平面的下降又引起對海底壓力的下降，這樣

就引起了天然氣水合物的離散和甲烷釋放，增

加大氣的溫室效應(yīng)，從而阻止了全球繼續(xù)變冷。這樣，天然氣水合物可能是穩(wěn)定全球溫度的一

個重要因子。如果大量開發(fā)天然氣水合物，人為破壞這種自然調(diào)節(jié)的平衡，后果將怎樣呢？埋藏淺在深海，存于海底以下0～1500米的沉積層中，且多數(shù)賦存于自表層向下厚數(shù)百米（500～800米）；在加拿大西北Mackenzie三角洲永凍土帶，存于810.1～1102.3米處，含天然氣水合物地層厚111米。規(guī)模大一般厚十厘米至數(shù)百米，分布面積數(shù)萬到數(shù)十萬平方公里，單個海域水合物中天然氣的資源量可達數(shù)萬至數(shù)百萬億立方米。能量密度高潔凈五開采方法熱解法加熱，使其分解出甲烷蒸氣難于收集甲烷氣降壓法將核廢料埋入地底，利用核輻射使其分解難於收集甲烷氣置換法將液化

CO2

注入深海后，沉入海底因

CO2

較甲烷易于形成水合物甲烷水合物中的甲烷分子被排出作為燃料的壞處以固體形態(tài)埋藏在海底，開采成本高(相對現(xiàn)時開采石油、煤等)甲烷含量相當(dāng)于空氣中含量的3000倍以上開采的技術(shù)未成熟，甲烷氣易流失加劇溫室效應(yīng)，引致地球溫度上升加速開采時可能出現(xiàn)大量的甲烷氣體泄漏導(dǎo)致海嘯及影響船只安全等過分開采影響海底沉積物的強度引發(fā)海底出現(xiàn)“山泥傾瀉”引起陸地地上的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)能源危機新希望開采方法都不是十分有效

天然氣水合物具有分布廣、規(guī)模大、儲量大及潔凈若能突破現(xiàn)有開發(fā)技術(shù)的瓶頸將成為二十一世紀(jì)最重要的能源資源之一發(fā)現(xiàn)（作為地下資源）:1、1960年前蘇聯(lián)麥索亞哈氣田；2、美國阿拉斯加北部凍土；3、至今世界已發(fā)現(xiàn)60多處；主要國家、組織、投入、工作區(qū):1、ODP、DSDP—鄂霍茨克海、墨西哥海、大西洋、太平洋北美沿岸、南海海槽等14處；ODP—164次航次鉆探。國外研究現(xiàn)狀2、20世紀(jì)九十年代，美國地調(diào)所和能源部—研究中心,全美海洋水合物研究計劃（阿拉斯加、北卡羅濱岸）；3、1994年，俄羅斯—勘察加半島、千島群島；4、1995年，印度—5年計劃，5600萬美元；5、1995年，日本—發(fā)展促進會,5年勘探專項計劃，1.5億美元,1999年日本南海海槽，計劃2000年試開采;6、1996年，挪威—挪威海槽北部；7、1998年，美、日、加聯(lián)合—凍土；8、1999年，德國—取得海底出露樣品。國內(nèi)研究現(xiàn)狀1、20世紀(jì)80年代初，開始研究，建議研究區(qū)：南海海區(qū)和青藏高原羌塘盆地；2、1997年中國地質(zhì)科學(xué)院礦床研究所完成了“西太平洋氣體水合物找礦前景與方法的調(diào)研”課題—863計劃海洋探查