天然气水合物及其勘查研究

1自然气水合物及其勘查争论〔1〕胡经国〔Yuanzi16〕本文作者的话保世界经济社会可持续进展，都具有极其重大而深远的意义。供读者进一步了解和争论参考。本文全文名目一、自然气水合物及其理化特性三、自然气水合物识别标志四、自然气水合物资源评价八、自然气水合物勘查技术手段下面是正文一、自然气水合物及其理化特性1、自然气水合物及其产出状态自然气水合物，又叫做气体水合物〔GasHydrate〕，是由自然气与水分子在高压〔10010MPa〕和低温〔0℃～10℃〕条件下混合而成的一种固态结晶物质。由于自然气水合物中80%～90%或其以上的成分是甲烷，因而也有人把自然气水合物叫做甲烷水合物〔MethaneHydrate或MethaneGasHydrate〕。另外，由于自然气水合物多呈白色或浅灰色晶体产出，外貌类似冰雪，可以像固体酒精块一样被火点燃，因而一般俗称“可燃冰”。〔如中国获得的样品〕赋存于沉积物中；也可以以胶结方式充填于沉积物的孔隙中〔如中国获得的样品〕；也可以呈结核〔如美国获得的样品〕和薄层状〔如中国获得的样品〕等集合体形〔如美国获得的样品〕充填于沉积物裂隙中产出。2、自然气水合物理化特性不同的温度、压力条件下，自然气水合物具有不同的多面体结晶格架。表1 自然气水合物与其它物质物理性质比较参数冰水合物沉积物沉积物沉积物VP3.25～3.62.05～4.50.06～1.451.6～2.53.8VS1.650.14～1.560.38～0.39VP/VS1.951.88密度1.26～2.42〔g/cm3〕0.9121.15～2.40.916中子孔隙度50～6070体积模量5.68.8剪切系数2.43.9泊松比0.330.33电阻率1.751～3电介常数5694热传导率0.94±0.022.23纯自然气含水合物含气饱和水纯自然气含水合物含气饱和水1.75VP/VS：条件“0℃”%体积模量：条件“-1℃”-1℃”电阻率：单位Ω·M电介常数：条件“0℃”热传导率：条件“-10℃”，单位W/m·K子都有空腔，甲烷分子就被锁在空腔中。在常温常压下，自然气水合物会分种，水分子和甲烷分子“相依为命”，缺一不行。从物理性质看〔表1〕，自然气水合物的密度接近并稍低于冰的密度；剪切系数、电介常数和热传导率均低于冰。在自然气水合物中，声波传播速度明显高于含气沉积物和饱和水沉积物；中子孔隙度低于饱和水沉积物。这些物性差异是承受物探方法识别自然气水合物的理论依据。此外，自然气水合物的毛细管孔隙压力较高。二、自然气水合物形成条件与分布规律把握。1、形成条件具体而言，自然气水合物的形成至少要具备以下三个条件：第一是温度不能太高。海底的温度一般为2℃～4℃，适合自然气水合物的20℃，自然气水合物就会分解成自然气和水。030个大气压，就可以形成自然气101个大气压。因此，海水深度到达30030个大气压。海水越深，压力越大，形成的自然气水合物也就越稳定。或者是自然气在地球深部形成，并不断上升进入地壳。气源条件打算了自然气水合物一般形成于富含有机质的沉积物内，特别是在石油、自然气藏的四周。机质的分解，个别地区也有局部气体来源于深部沉积地层中有机质的热分解〔13公里的卡罗莱纳组沉积地层〕。这些烃类气体在海底沉积物的孔隙中形成自然气水合物。自然气水合物的生成速度格外快速。最近，德国科学家在海底甲烷气体取样器和照相机上就见有自然气水合物生成。但是，海底自然气水合物矿藏的形成可能要持续数百万年。自然气和水。2、分布规律自然气水合物的形成条件打算了它的特别分布规律。从目前勘查争论成果来看，自然气水合物遍布全球，无论是大陆高纬度永久冻土带、两极冰盖，还是大洋的大陆架边缘、大陆坡和深海区，都有它的踪迹。其分布的海疆估量可占大洋面积的10％。不过，自然气水合物主要分布在地球上以下两类地区：一类地区是水深为300～4000米的海洋。在这里，自然气水合物根本上是在高压条件下形成的，主要分布于泥质海底，赋存于海底以下0～1500米的松散沉积层中。另一类地区是大陆高纬度地区永久冻土带以及水深在100～250米以下的极地陆架海。在这里，自然气水合物主要是在永久冻土带的低温条件以及极地陆架海在低海面时期的低温条件下形成的。目前，已勘查觉察并圈定有自然气水合物的地区，主要分布在：本四国海槽、日本南海海槽、印尼苏拉威西海、澳大利亚西北海疆及西兰北岛外海；海槽；南美东海岸外陆缘海，以及非洲西海岸的岸外海疆；印度洋的阿曼海湾；南极的罗斯海和威德尔海；内陆的黑海和里海等。界各大洋边缘海疆的大陆坡、陆隆〔深水海台〕和盆地，以及一些内陆海。类气体来源充分，有利于自然气水合物的形成。据报道，地球上自然气水合物分布区有117处。在地球上述海疆内，有88处直接或间接觉察了自然气水合物。其中，有26处在沉积物岩芯中见到自然气水合物，即已经获得自然气水合物样品〔其中，海疆23处，陆域3处〕。有〔BSR〕，有很多地方见到有生物及碳酸盐结壳标志。三、自然气水合物识别标志自然气水合物可以通过海底沉积物取样、钻探取样和深潜考察等方式直接识别，也可以通过似海底反射层〔BSR〕、速度－振幅特别构造、地球化学特别、多波速测深以及海底电视摄像等方式间接识别。下面介绍一些间接识别标志。1、地震标志海洋自然气水合物存在的主要地震标志有：似海底反射层〔BSR〕、振幅变形〔空白反射〕、速度倒置、速度－振幅特别构造〔VAMP〕。大规模的自然气水合物聚拢可以通过高电阻率〔大于100欧·米〕声波速度、低体积密度等参数进展直接判读。BSR是地震反射剖面上的一个平行或根本平行于海底、可切过一切层面或断层面的声波反射界面。自然气水合物矿层之下，还常常圈闭有大量的游离甲烷气体〔游离自然气〕，从而导致在地震反射剖面上产生BSR。现已证明，BSR代表的是自然气水合物矿层的底界面或基底，其上为固态的自然气水合物矿层，声波速率高；而其下则为游离甲烷气体或仅仅为孔隙水充填的沉积物，声波速率低，因而在地震反射剖面上形成强的负阻抗反射界面。所以，BSR是由于低渗透率的自然气水合物矿层与其下大量游离自然气及饱和水沉积物之间、在声阻抗〔或声波传播速度〕上存在较大差异而形成的。由于自然气水合物矿层的底界面主要受所在海疆的地温梯度把握，往往位于海底以下确定的深度，因而BSR根本平行于海底，所以被称为“似海底反射层”。BSR除了被用来识别自然气水合物的存在和编制自然气水合物分布图以外，还被用来判明自然气水合物矿层的顶底界面及其产状，计算自然气水合物矿层的深度、厚度和体积。然而，并不是全部自然气水合物都存在BSR。在平缓的海底，即使有自然气水合物存在，也不易识别出BSR。BSR常常消灭在斜坡或地形起伏的海疆。BSR都对应有自然气水合物的存在。在极少数状况下，BSR的形成。还应留意的是，尽管绝大局部自然气水合物BSRBSR之上。BSR不能被作为自然气水合物存在的唯一标志，应结合其它勘查方法综合推断。近几年来，分析和争论地震的速度构造，已成为该学科领域的前沿。自然气水合物层是高速层，其下的饱气层或饱水层是低速层。在速度曲线上，BSR界面处的速度会消灭突然降低，表现出明显的速度特别构造。此外，分析地震的振幅构造也可以识别自然气水合物。相对而言，自然气水合物层是刚性层，而其下的饱气层或饱水层则是塑性层。因此，在振幅曲线上，BSR界面处的振幅会消灭突然减小，表现出明显的振幅特别构造。这种识别标志对海底平缓的海疆来说，尤其显得重要。2、地球化学标志Cl含量〔或矿化度〕1O特别高，消灭富含重氧的菱铁矿等，均可作为识别自然气水合物存在的地球化学标志。3、海底地形地貌标志甲烷气苗、泥火山、麻点状地形、碳酸盐壳、化学合成生物群等。最近几年，德国基尔大学Geomar争论所，通过海底观测，在美国俄勒冈州西部大陆边缘Cascadia自然气水合物海台，就觉察了很多不连续分布、大小5cm2左右的自然气水合物泄气窗。在这种泄气窗中，甲烷气苗一股一股地渗逸出来，渗气速度为每分