海底天然气水合物分解与甲烷归宿研究进展
天然气水合物研究历程及发展趋势新
天然气水合物研究历程及发展趋势摘要综合国内外关于天然气水合物的研究，概述其从发现、初步研究到深入研究的历程，总结了各阶段国内外天然气水合物研究的成果和进展。
从1810年发现天然气水合物以来，世界各地的科学家对气水化合物的类型和物化性质、自然赋存条件和成藏条件、资源评价、勘探开发手段等进行了广泛而卓有成效的研究。
总结世界各国天然气水合物的研究现状并指出了其发展趋势。
研究表明我国的许多海区具有天然气水合物形成的条件，希望2020年能够进行商业开采。
关键词：天然气水合物(gas hydrates)是一种由气体和水形成的冰状白色固态晶体，常在一种特定的高压低温条件下形成并稳定存在，广泛发育在浅海底层沉积物和深海大陆斜坡沉积地层以及极地地区的永久冻土层中。
目前各国科学家对全球天然气水合物的资源量较为一致的评价为2×1016m3，是剩余天然气储量的136倍(1·56×1 014 m3)，如果将此储量折算为地球上的有机碳资源，它将占总资源的一半以上。
1国外天然气水合物的研究现状由于当前化石燃料(包括煤、石油与天然气)，特别是其中的石油和天然气能源的短缺，使人们对天然气水合物这种高效潜在能源格外关注，自20世纪90年代以来，世界各国对潜力巨大的新型能源—天然气水合物的研究做了大量投入，已经取得了重大进展。
1995年，美国在海上钻井平台(简称ODP)第164航次中，率先在布莱克海脊布设了3口勘探井，首次有计划地取得了天然气水合物样品。
美国参议院委员会在1998年5月一致通过1418号议案—“天然气水合物研究与资源开发计划”。
把天然气水合物资源作为国家发展的战略能源列入长远计划，决定批准用于天然气水合物资源研究开发的每年投入为2 000万美元，计划到2015年实现商业性开采。
2002年4月，在圣彼德堡召开的国际海洋矿产会议上，美国地质调查局的W·J·Wintres展示的天然气水合物和沉积物检验实验室装置(简称GHASTLI)代表了当前天然气水合物模拟实验的最高水平，正在进行的是自然界和实验室形成的天然气水合物-沉积物的物理性质的研究。
海洋天然气水合物形成及分解过程研究现状
海洋天然气水合物形成及分解过程研究现状蒋乐乐;汤思瑶;陈琉欣;周亿;唐向春【摘要】天然气水合物具有分布范围广、成藏浅、储量大、能量密度高、燃烧清洁等优点,是21世纪最具开发前景的重要能源.本文对国内外天然气水合物形成相平衡实验及主要预测模型(vdW-P模型、Chen-Guo模型、Klaudia模型)及分解过程动力学模型(Kim-Bishnoi模型、Jamaluddin模型、Komai模型)进行了比较分析.指出今后研究中需将气体组成、沉积物孔大小分布、界面张力、盐离子种类和浓度等因素的影响考虑到水合物相平衡模型中;并开展温度场对海底沉积物中水合物分解过程影响的研究.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2017(045)001【总页数】4页(P9-11,46)【关键词】天然气水合物;相平衡;分解;模型【作者】蒋乐乐;汤思瑶;陈琉欣;周亿;唐向春【作者单位】西南石油大学化学化工学院, 四川成都 610500;西南石油大学化学化工学院, 四川成都 610500;西南石油大学化学化工学院, 四川成都 610500;西南石油大学化学化工学院, 四川成都 610500;西南石油大学化学化工学院, 四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】P744.4天然气水合物是水和CH4以及少量的C2H4、C2H6、C3H8、H2S等气体分子在低温高压条件下混合形成的一种固态笼形晶体结构物质[1]。
通常1 m3的天然气水合物分解后可释放出164 m3的甲烷气体和0.8 m3的水。
据潜在气体国际联合会(PGC)初步统计全球已探明天然气水合物储量超过7.6×1018 m3，约是煤、石油和天然气等常规化石能源碳含量总和的两倍[2]。
作为21世纪潜在的高效清洁新能源之一，天然气水合物资源的规模化开采已成为各国关注的热点。
美国、加拿大、德国、日本和韩国等已先后制定了水合物勘探计划，尤其是日本后来居上，在海洋水合物开发领域的探查、研究和前期的实验研究工作均处于世界领先地位，并已于2013年3月在其东南部海域进行了天然气水合物试采，在世界上首次从海域天然气水合物藏中分离出甲烷气体[3]。
天然气水合物开发技术的研究
天然气水合物开发技术的研究引言天然气水合物是一种在海洋沉积物中广泛存在的天然气形式，其是一种结晶态的混合物，包括天然气（甲烷、乙烷等）和水分子。
天然气水合物在存储方面具有巨大的优势，仅在海洋上就蕴藏了数量庞大的储量。
由于其能源密度高、清洁、环保等优良特性，广受人们赞誉。
然而，目前天然气水合物的开发利用技术尚不成熟，存在着诸多难题和挑战。
本文将从天然气水合物开发技术的角度，来阐述其研究现状和未来趋势。
一、天然气水合物开发技术现状1. 采集技术现有天然气水合物采集技术主要包括钻探、热水注入和气体置换法等。
其中，热水注入法是目前应用最为广泛的采集方法，其主要原理为利用高压高温下的热水，将水合物释放出来。
2. 运输技术天然气水合物是通过管道、船舶等方式进行输送的。
其中，珠海深浅水运输队列技术、靠泊岸边LNG转移技术和浮式生产储运装置技术都是应用广泛的输送技术。
3. 加工技术天然气水合物加工技术可分为两种，一种是从水合物中提取气体进行加工；另一种是将水合物直接转化成甲烷气。
目前，水合物加工技术还面临着研究不充分和高成本等问题。
二、存在的问题1. 采集技术方面：采集设备难以耐受海洋环境下的腐蚀和压力，对于深海开采技术尚不成熟。
2. 运输技术方面：运输管道和设备的设计以应对极端天气和海洋环境的能力不足。
3. 加工技术方面：天然气水合物提取技术存在能耗和成本较高的问题，加工方法尚不成熟。
三、未来趋势天然气水合物的开采难度较大，目前尚需进一步研究和开发，得出更加有效和经济的开采技术。
预计未来几年，天然气水合物开采技术将面临以下几方面的挑战和临床：1. 从海底中开采天然气水合物需要克服的技术难题是如何在极端高压、低温的环境中进行作业和采集？2. 在遥远的钻机，如何保障人员的生命安全和精神状态？3. 现有的天然气水合物开采技术具有较高的能耗和成本，如何缓解开采成本上涨的压力？4. 如何将天然气水合物开采技术转化为现实生产力，推进能源领域的可持续发展？总结天然气水合物的勘探、开采、加工利用技术等均面临较大的难度及挑战，应立足于推广研究，成为可靠且经济的能源途径，其价值远远超出了其困难和挑战。
天然气水合物研究进展与开发技术概述
未来发展方向
未来发展方向
随着科技的不断进步，天然气水合物的研究和开发将迎来更多的发展机遇。 未来，天然气水合物的研究将更加深入，涉及的领域将更加广泛。在开发技术方 面，将会发展更加环保、高效、低成本的技术，如微生物法、化学试剂法和纳米 技术等。同时，加强天然气水合物全产业链的研发和优化，推动其在能源、化工、 制冷、航空航天等领域的应用。
研究进展
研究进展
天然气水合物是指在一定条件下，甲烷等气体分子与水分子形成的笼形化合 物。其形成和稳定主要受温度、压力、气体成分和盐度等多种因素影响。近年来， 随着地球科学、地质工程、能源工程等领域的发展，人们对天然气水合物的研究 逐步深入。
研究进展
目前，全球范围内天然气水合物的研究主要集中在以下几个方面：（1）形成 机理与分布规律；（2）物理性质与化学性质；（3）开采技术与经济性；（4） 环境影响与安全性。尽管取得了许多重要成果，但仍存在许多挑战，如天然气水 合物的稳定性和开采过程中的环境风险等。
天然气水合物储运技术的研究现状
2、高效开采技术研究：针对天然气水合物的开采，研究者们开发出了一系列 新型的高效开采技术，如水平井技术、多分支井技术等，大大提高了开采效率。
天然气水合物储运技术的研究现状
3、储运安全技术研究：针对天然气水合物储运过程中的安全问题，研究者们 通过模拟和分析不同情况下的风险因素，提出了一系列有效的安全防技术概述
天然气水合物储运技术概述
天然气水合物，又称可燃冰，是由天然气（主要是甲烷）与水在高压、低温 条件下形成的笼形结晶化合物。由于其储存量大、燃烧清洁、开采成本低等优势， 被视为一种具有巨大潜力的能源。然而，这种化合物的非稳定性以及难以运输的 问题，一直是阻碍其开发利用的主要难题。因此，天然气水合物的储运技术成为 近年来研究的热点和难点。
研究甲烷水合物的储藏与开发
研究甲烷水合物的储藏与开发近年来，随着人类对能源需求的不断增长，传统的化石能源越来越受到限制。
同时，环保意识的不断加强，推动着人类寻找更为清洁、可再生的能源形式。
在这种背景下，甲烷水合物成为了备受关注的能源储藏和开发方式。
甲烷水合物是一种天然气化合物，其主要成分是甲烷、水和其他气体。
它通常存在于海底深处海域或高海拔区域的寒冷环境中，是一种常规天然气的非常规类型，以其高密度、高稳定性和高热值而备受追捧。
目前，全球已经发现的甲烷水合物储量极其巨大，远超传统天然气储量。
尤其是像中西伯利亚平原和日本南海等地区，甲烷水合物的储量更是数万亿立方米。
因此，对于甲烷水合物的储藏和开发越来越受到关注。
对于甲烷水合物的储藏，需要具备一定的地质条件。
首先是需要有足够丰富的甲烷来源，其次是需要有高压、低温、高盐度的环境，这种环境只有在深海海底或高海拔空气中才能得到满足。
此外，要进行甲烷水合物的储藏，还需要对储层地质结构和水合物层的分布、稳定性等进行深入研究，以确定合适的储藏方案。
而甲烷水合物的开发也面临着很多挑战。
首先是稳定性问题，甲烷水合物如果在过程中失去稳定性，则会释放出大量甲烷，导致环境污染和安全问题。
其次是技术问题，如何保证提取甲烷水合物的效率和安全性是一个需要解决的难题。
此外，还需要规划好甲烷水合物的开采量和开采速度，以避免造成过度开采和对环境的不良影响。
近年来，全球各地都在积极探索甲烷水合物的储藏和开发。
日本、加拿大、美国等国家都在进行相关研究，并在海底实施水合物储层采集试验。
同时，我国也在南海等区域进行协同探测、样品采集，以推进甲烷水合物的开发。
作为一种具有广泛应用前景的清洁能源形式，甲烷水合物的储藏与开发已成为全球范围内的重要课题。
在未来，通过不断的技术创新和合理开发方式的制定，相信甲烷水合物将为人类提供更为可靠、清洁的能源来源，为打造更加美好的未来贡献力量。
海底新能源—天然气水合物又称为甲烷水合物
海底新能源—天然氣水合物(又稱為甲烷水合物)一、前言近年來天然氣水合物(Natural Gas Hydrate)的研究與開發受到重視，由於天然氣水合物所解離出的甲烷氣體可直接應用於目前的各種發電設備、運輸工具及生活所需，乃被認為可能成為本世紀的一種新能源。
亞洲名列已開發國家的日本，屬於天然資源缺乏而需仰賴大量能源進口之國家，因此非常積極探勘與準備開發周邊海域所蘊藏的天然氣水合物，其研究進度為亞洲國家之首，值得台灣在開拓自給能源政策擬定之參考二、天然氣水合物介紹天然氣水合物為冰霜狀的白色結晶固體，其主要成分是天然氣和水，於低溫高壓的情況下所形成的固態水合物。
在大自然所發現的天然氣水合物，其包含的氣體以甲烷為主，佔有99%以上，因此又稱為甲烷水合物(Methane Hydrate)。
天然氣水合物可以直接點火燃燒，形成冰火共存燃燒的情形，因此也被稱為可燃冰。
天然氣水合物形成的條件會因為其氣體成分而異，一般在溫度攝氏零下10度及壓力高於17個大氣壓的條件下，水分子形成冰晶籠狀結構，將甲烷氣體分子包覆在中間形成所謂的天然氣水合物（鄧瑞彬、林再興，2003）。
由於天然氣水合物的組成僅是水分子包覆所形成的結晶體，天然氣水合物中的氣體分子並非以離子鍵或化學鍵連結的方式與水分子結合，在溫度及壓力變動時，天然氣可輕易從固態水合物中分解出來。
在標準狀態下，1立方公尺的天然氣水合物，約可分解出0.8立方公尺的水及約164立方公尺的天然氣(Kvenvolden, 1999)。
自然界最早發現天然氣水合物是在北極圈附近的永凍層，而在近期許多國家的海洋探測計畫中，發現在世界各地陸緣的海洋沉積層也含有大量的天然氣水合物。
外觀類似冰塊的天然氣水合物，在溫度低、壓力高的地質環境下蘊藏於海床沉積層的孔隙中，此沉積層為一不透水層，在適合條件下，沉積層下方可能存有游離天然氣。
由於固態的天然氣水合物與氣態的游離天然氣其密度差異大，二者間界面會形成強反射面，即所謂的海底仿擬反射，是搜尋天然氣水合物存在的重要徵兆之一。
海底天然气水合物上覆层甲烷气体运移过程模拟
海底天然气水合物上覆层甲烷气体运移过程模拟向世焜;孙洪广;常爱莲【摘要】文章基于有限元的方法,建立了涉及多场耦合等复杂问题的气体运移模型,并且研究了不同工况下甲烷气体的性质及其渗透量的变化.模拟结果表明:致密的上覆层具有封闭性,当存在裂隙等通道时气体运移量会急剧增大;考虑应力-渗流耦合作用后,沉积层会发生变形,导致介质的渗透性降低,甲烷气体的运移受到阻滞,渗流速度减小,得到更加符合实际情况的模拟结果,为天然气水合物的实际开采奠定理论基础.%Based on the finite element method, the gas migration model involving complex problems such as multi-field coupling is established, and the properties and permeability of methane gas under different working conditions are studied. Numerical simulation results show that the dense overlying layers is closed, and the gas migration will increase sharply when there are cracks and other channels. The sedimentary layer will deform under stress -permeation coupling, which will cause the permeability of the medium to decrease. The migration of methane gas is blocked and the seepage velocity is reduced, resulting in more realistic simulation results, which lays the theoretical foundation for actual mining.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2018(036)007【总页数】7页(P977-983)【关键词】天然气水合物;气体运移;渗透量【作者】向世焜;孙洪广;常爱莲【作者单位】河海大学力学与材料学院水文水资源与水利工程国家重点实验室,江苏南京 211100;河海大学力学与材料学院水文水资源与水利工程国家重点实验室,江苏南京 211100;河海大学力学与材料学院水文水资源与水利工程国家重点实验室,江苏南京 211100【正文语种】中文【中图分类】TK6;TE890 前言随着社会的快速发展，人们对煤、石油、天然气等能源的需求量越来越大，由此造成了化石能源短缺，因此，急需寻找新的能源来代替化石能源。
天然气水合物
天然气水合物开发现状及研究进展天然气水合物（NGH），也称气体水合物，是由天然气与水分子在高压（＞10MPa）和低温（0～10℃）条件下合成的一种固态结晶物质。
因天然气水合物中80%～90%的成分是甲烷，故也称甲烷水合物。
天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体，外貌类似冰雪，可以象酒精块一样被点燃，所以，也有人叫它“可燃冰”。
一、天然气水合物的形成条件及分布天然气水合物的形成有三个基本条件，缺一不可。
首先温度不能太高；第二压力要足够大，但不需太大；0℃时，30个大气压以上就可生成；第三，地底要有气源。
天然气水合物受其特殊的性质和形成时所需条件的限制，只分布于特定的地理位置和地质构造单元内。
一般来说，除在高纬度地区出现的与永久冻土带相关的天然气水合物之外，在海底发现的天然气水合物通常存在于水深300～500m以下(由温度决定)，主要附存于陆坡、岛屿和盆地的表层沉积物或沉积岩中，也可以散布于洋底以颗粒状出现。
这些地点的压力和温度条件使天然气水合物的结构保持稳定。
深海钻探发现，天然气水合物以冰状或更多地以水合物胶结的火山灰和细砂产出,其时代为晚中新世—晚上新世。
天然气水合物与火山灰或火山砂共存,暗示了其形成与火山喷发有某种联系。
天然气水合物形成于低温高压条件下,分布限于极地地区,深海地区及深水湖泊中。
在极地地区天然气水合物通常与大陆和大陆架上的永冻沉积物有关；在海洋里，天然气水合物主要分布于外大陆边缘和洋岛的周围，水深超过大约300 m。
天然气水合物的稳定温度为1～21.1℃,分布的最大下限深度不超过海底下2000m[2]。
深海钻探已经表明天然气水合物既可以产于被动大陆边缘,也可产于活动大陆边缘。
但大多数天然气水合物样品来自于活动边缘[2]。
据估计，陆地上20.7%和大洋底90%的地区，具有形成天然气水合物的有利条件。
绝大部分的天然气水合物分布在海洋里，其资源量是陆地上的100倍以上。
在标准状况下，一单位体积的天然气水合物分解可产生164单位体积的甲烷气体，因而是一种重要的潜在未来资源。
海底甲烷水合物溶解和分解辨析及其地质意义lw_79
天然气水合物收稿日期:2007205231;修回日期:20072072041基金项目:国家自然科学基金项目(编号:40472156);教育部厦门大学“211”工程和“985”二期工程资助项目联合资助.作者简介:雷怀彦(19602),男,陕西咸阳人,教授,博士生导师,主要从事海洋、油气和环境等地质研究工作.E -ma il :lhy @xm u .edu .cn .海底甲烷水合物溶解和分解辨析及其地质意义雷怀彦1,2,官宝聪1,龚承林1,刘建辉1,黄 磊1(1.厦门大学海洋与环境学院近海海洋环境国家重点实验室,福建厦门361005;2.中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心,甘肃兰州730000)摘要:甲烷水合物的溶解和分解过程是甲烷水合物成藏的关键科学问题,同时也是造成环境灾害事件的重要因素。
近年来,在阅读甲烷水合物相关文献中发现有些作者对甲烷水合物溶解和分解的复杂动力学过程产生了一些混淆,并由此可能对甲烷水合物的成藏机理及其对环境气候变化影响的认识造成偏差。
基于前人的大量研究成果,并结合作者多年对甲烷水合物形成和分解动力学过程的系统研究,认为海底存在一种甲烷气体的动态存储与排泄平衡作用,甲烷水合物的溶解和分解是海底甲烷气的主要排泄方式,也是甲烷水合物失稳后的2种不同的重要过程,同时,海底甲烷气的排泄量、运移方式和排放速率都与甲烷水合物成藏与否密切相关,因此深入认识甲烷水合物溶解和分解过程的控制机理,对海底甲烷水合物形成机制、成藏过程的研究和对全球碳循环、气候变化的评估有着重要的科学意义。
关键词:甲烷水合物;溶解;分解;动力学中图分类号:T E 122 文献标识码:A 文章编号:167221926(2007)0420584204 在海洋地质环境中,甲烷主要以甲烷水合物、甲烷气泡和溶解甲烷气3种形式存在[123]。
海底甲烷水合物藏是全球排烃作用的表现形式和结果之一。
一方面,由于甲烷水合物对环境变化的敏感性,许多学者都认识到甲烷水合物与全球气候变化之间的密切关系。
冰点以下甲烷水合物的合成和分解实验研究的开题报告
冰点以下甲烷水合物的合成和分解实验研究的开题报告一、研究背景甲烷水合物是一种在深海沉积物或寒带湖泊沉积物中广泛存在的天然气水合物。
它是由甲烷分子和水分子结合而成的晶体，由于其高能量密度和可再生性，对于人类能源问题具有重要意义。
然而，甲烷水合物在常温常压下是一种不稳定的物质，一旦温度或压力条件发生改变，很容易发生分解和气态甲烷释放。
因此，研究甲烷水合物的合成和分解规律对于了解其在自然界中的形成和分布以及在能源领域的应用具有重要意义。
二、研究内容本研究将通过室内实验模拟甲烷水合物在冰点以下的形成和分解过程。
具体研究内容包括：1. 合成甲烷水合物：通过在高压下将甲烷气体和水混合，然后降温至冰点以下，观察甲烷水合物的形成过程。
2. 分解甲烷水合物：通过在常温常压下加热甲烷水合物，观察其分解过程，并测量释放甲烷气体的数量。
3. 影响甲烷水合物形成和分解的因素：对不同压力、温度、水合物成分等条件下的甲烷水合物形成和分解过程进行比较研究，寻找影响其形成和分解的关键因素。
三、研究方法本研究将通过高压装置、恒温恒湿箱、热重分析仪、气相色谱仪等实验设备开展实验研究。
具体步骤包括：1. 准备甲烷气体和蒸馏水，并利用高压装置将其混合起来。
2. 将混合物降温至冰点以下，观察甲烷水合物的形成过程，并用恒温恒湿箱控制温度和湿度。
3. 在常温常压下，将合成的甲烷水合物加热至一定温度，观察其分解过程，并用热重分析仪和气相色谱仪测量释放的甲烷气体的数量和结构。
4. 基于实验结果，比较不同压力、温度、水合物成分等条件下的甲烷水合物形成和分解，分析影响其形成和分解的关键因素。
四、研究意义本研究将通过室内实验模拟甲烷水合物的合成和分解过程，揭示其形成和分解的规律和影响因素。
这对于了解甲烷水合物在自然界中的分布和形成机制，以及在能源开发中的应用具有重要意义。
同时，本研究还可为进一步研究和开发甲烷水合物提供实验依据和理论基础。
海底天然气水合物分解与甲烷归宿研究进展
第21卷第4期2006年4月地球科学进展ADVANCES I N E ART H SC I ENCEVol.21 No.4Ap r.,2006文章编号:100128166(2006)0420394207海底天然气水合物分解与甲烷归宿研究进展陈 忠1,2,颜 文1,2,陈木宏1,王淑红1,2,肖尚斌1,陆 钧1,杨华平1,2(1.中国科学院南海海洋研究所,广东 广州,510301;2.中国科学院广州天然气水合物研究中心,广东 广州,510301)摘 要:综述了近年来天然气水合物分解与甲烷归宿等方面的研究成果。
天然气水合物的汇聚与地质构造或地层圈闭有关,其溶解受物质转换控制,分解则受热转换控制。
水合物释放甲烷的运移方式包括分散式、中心式和大规模排放式。
缺氧氧化和耗氧氧化是甲烷在海洋环境中的2种主要转化方式。
天然气水合物释放甲烷的最终归宿主要为:①重新形成天然气水合物;②形成化能自养生物群落和沉淀出碳酸盐沉积;③与氧发生氧化后转变为CO2;④直接排放进入到大气中。
沉积物中的微构造、化能自养生物群落、自生碳酸盐矿物及其碳氧同位素组成是水合物释放事件的指纹记录。
关 键 词:天然气水合物;溶解和分解;运移方式;缺氧甲烷氧化与耗氧甲烷氧化;归宿与沉积中图分类号:P74 文献标识码:A1 引 言天然气水合物广泛分布在大陆汇聚边缘、离散边缘或海岭的沉积物中。
目前估算的海洋沉积天然气水合物的储量为(1～5)×1015m3甲烷(约500～2500Gt甲烷碳)[1],被视为是未来潜在的天然气资源、全球气候变化驱动因子以及海底地质灾害的潜在因素。
甲烷是继CO2之后第二大重要温室气体,在大气中的停留间约为7.9年,对全球气候变暖影响的潜力是CO2潜力的25倍[3]。
海洋沉积的甲烷碳占海洋溶解无机碳的25%,约是大气甲烷碳的104倍[4],数百万年来曾引发剧烈的气候变化事件和生态环境事件。
因此研究天然气水合物释放和甲烷归宿,对研究水合物的环境效应、碳的生物地球化学循环及全球气候变化具有重要意义。
国外天然气水合物研究进展及我国的对策建议
国外天然气水合物研究进展及我国的对策建议《国外天然气水合物研究进展及我国的对策建议》近年来，随着能源需求的增长和传统能源资源的逐渐枯竭，对于新型能源的开发和利用成为全球范围内的共识。
天然气水合物作为一种潜在的巨大能源资源备受关注。
本文将探讨国外天然气水合物研究的进展，并提出我国在这一领域的对策建议。
首先，国外对于天然气水合物的研究一直处于领先地位。
日本、美国、加拿大和韩国等国家在天然气水合物勘探和开采技术方面取得了一系列重要的突破。
其中，日本的研究成果最为显著。
其成功实现了天然气水合物的开采，为解决能源问题提供了新的思路。
然而，国外天然气水合物的研究和开发还存在一些问题和挑战。
首先，开采天然气水合物的成本较高，目前还没有找到经济上可行的开采方法。
其次，天然气水合物存在许多环境风险，如甲烷释放导致温室效应加剧和海洋生态系统的破坏等。
此外，国际上的水合物技术尚未完全开放，各国之间的合作和互惠互利合作仍需要进一步加强。
我国作为一个能源消耗大国，天然气水合物的研究和开发对于我国的能源安全和可持续发展至关重要。
面对国外研究的进展，我国应采取以下对策。
首先，加强科学研究和技术创新。
我国应加大对天然气水合物的基础研究和关键技术研发的投入，提高我国在该领域的核心竞争力。
同时，鼓励科研机构、高校和企业之间的合作，促进技术创新和成果转化。
其次，加强国际合作与交流。
我国可以与国外相关研究机构和企业建立合作关系，共享研究成果和技术经验，促进国际间的科技交流。
此外，还可以加强与国际组织和国际合作项目的合作，共同开展天然气水合物的研究和开发。
最后，关注环境保护和可持续发展。
在开发天然气水合物的过程中，我国应加强环境监测和风险评估，确保开采过程对环境的影响最小化。
同时，积极推动可再生能源的开发和利用，减少对传统能源的依赖，实现能源的可持续发展。
综上所述，《国外天然气水合物研究进展及我国的对策建议》探讨了国外天然气水合物研究的进展和存在的问题，并提出我国在该领域的对策建议。
甲烷水合物在海洋环境中的形成与稳定性研究
甲烷水合物在海洋环境中的形成与稳定性研究甲烷水合物被称为“地球富集的天然气”或“冰火”，是由水和天然气分子（主要是甲烷分子）组成的化合物，是一种特殊的结晶体，其存在于寒带和深海沉积物中，被认为是未来可再生能源的重要来源之一，但同时也是一种严重的温室气体。
随着全球能源需求的不断增加，甲烷水合物的研究日渐重要，其形成与稳定性研究也成为了科学界的热点。
一、甲烷水合物的形成甲烷水合物是在极寒和高压的条件下形成的，其形成过程可以分为两类：天然形成和实验室合成。
1. 天然形成甲烷水合物主要分布在深海沉积物和孔隙水中，是由寒带海洋底部的冰冻沉积物经过长时间的自然作用形成的。
当海水中的温度降低到零度以下时，海底的自然气体开始缓慢地向水中释放，同时，水与气达到平衡时，会形成分布广泛的甲烷水合物。
此外，甲烷水合物的形成还与地球的构造有关。
地球上的深部存在着大量的甲烷，当地球板块运动或火山喷发时，甲烷被带到海水中，与水形成甲烷水合物。
2. 实验室合成为了研究甲烷水合物的结构和稳定性等问题，科学家进行了许多实验室合成。
实验室制备甲烷水合物需要模拟深海环境，包括较低的温度和高压。
当水与甲烷混合后，通过调节温度和压力，便可制得甲烷水合物。
二、甲烷水合物的稳定性甲烷水合物的稳定性并不是一成不变的，其稳定性受到多种因素的影响，包括温度、压力、环境和化学因素等。
下面分别介绍这些因素的影响。
1. 温度温度是影响甲烷水合物稳定性最重要的因素之一，当温度升高时，甲烷水合物将分解为水和甲烷。
因此，甲烷水合物的稳定性随温度的升高而降低。
2. 压力除了温度，压力也是影响甲烷水合物稳定性的重要因素。
在高压下，甲烷分子很容易进入水中，形成甲烷水合物。
当压力降低时，甲烷分子将逐渐从水中释放出来，甲烷水合物的稳定性也将降低。
3. 环境甲烷水合物的稳定性还受到环境因素的影响。
例如，在海洋中，水温和盐度变化都会影响甲烷水合物的稳定性。
此外，沉积物的类型和分布也会对甲烷水合物的稳定性产生影响。
天然气水合物的研究与开采
天然气水合物的研究与开采天然气水合物是一种属于天然气气体水合物的天然气资源，在大量存在海洋底部和固态地下，尤其是极地和深海区域。
由于其储量丰富，与石油和煤炭不同的是天然气水合物是可再生能源，以及其燃烧所排放的二氧化碳量比石油和煤炭更低，因此存在着巨大的潜力与应用前景。
然而由于其结构高度复杂，開采过程也非常难以執行，因此天然气水合物的開采面临著诸多挑战。
一、天然气水合物的构成及研究进展天然气水合物是由水分子组成的固态物质，其中包含大量甲烷气（CH4），并含有沥青、腐植物质、硫化氢等杂质。
其在自然界中存在两种类型的水合物，一种是滨海型，主要存在于海底的上覆地层沉积物中；另一种是深海型，主要形成于深水区域的超深度和大深度的海洋基岩的下方断层和骨架化区域。
目前在全球天然气水合物的研究中，日本、加拿大、奥地利、挪威、美国等国家均在积极探索开采技术。
由于天然气水合物的结构高度复杂，其开采也相当困难。
其主要挑战来自开采过程中可能遇到的颗粒结构的改变和不均匀分布，需要开发新型的钻探技术和运输技术，以便有效开采。
此外，还需要考虑水合物中的沥青和硫化氢等杂质去除等问题。
尽管目前天然气水合物的开采存在种种难题，但积极探索新型钻井技术和未来更加高效的运输和开采技术有望未来解决难题，推动天然气水合物的更多应用。
二、天然气水合物的开采技术之钻探技术天然气水合物的研究与开采的难度在很大程度上取决于这种资源的结构复杂。
由于其结构的特殊性，天然气水合物的开采需要研发相应的钻探技术。
目前，天然气水合物的钻井技术主要分为两种类型：传统的基本钻探技术和新型的海底操作填隙法（MDOF）技术。
两种钻探技术分别适用于不同的水合物分布类型和环境。
传统的基本钻探技术主要适用于滨海型和陆上天然气水合物，这种技术通过钻探器进行钻井，从钻探孔中提取出天然气水合物。
MDOF技术则主要适用于深海型天然气水合物，在水中进行作业、钻井和采集。
该技术在海底地区使用填隙剂进行填隙操作，将填隙剂注入到水合物体内，钻探孔口恢复气压，然后将填隙剂排出。
天然气水合物研究进展
天然气水合物研究进展天然气水合物是天然气与水在一定条件下形成的类似冰的笼形晶体水合（clathratehydrate），俗称‘“可燃冰”。
自然界中存在的天然气水合物的主要气体成分为甲烷。
虽然早在19世纪在实验室中就发现了气体水合物，但仅在油气生产和运输管道、设备中发现水合物堵塞问题．天然气水合物的研究才引起人们的重视。
随着在冻土带和海洋中天然气水合物发现量的不断增大，其作为一种诱人的未来能源为许多国家政府重视。
天然气水合物可看作一类主、客体相互作用的水合物。
作为主体的水分子通过氢键作用形成不同形状的笼，客体分子则居于笼中，主体分子和客体分子间通过范德华力相互作用，客体分子的大小决定水合物的种类。
到目前为止，已经发现的天然气水合物结构有I型、II型和H型三种，其结构特征见表1。
水合物相平衡研究水合物相平衡的研究主要就是通过实验方法和数学预测手段确定水合物的相平衡条件。
在油气设备、管道中形成的水合物会引起堵塞，影响生产，甚至使管线乃至整个油井报废。
因此，研究天然气水合物的相平衡具有重要的实际意义。
为防止水合物形成，目前在油气工业生产、运输过程中普遍采用加人甲醇或乙二醇的方法，改变水合物的生成条件，防止水合物堵塞设备或管道。
有关实验表明，当加人50％（重量）甲醇时，水合物固液平衡曲线向低温方向移动了25-30℃。
近年来Sloan等人研究了加人适量的表面活性剂，形成反胶团或微乳，从而抑制水合物形成的方法。
日本的一些研究人员把水合物的开采与空气中二氧化碳的分离结合起来，对二氧化碳相平衡的研究也日益受到重视。
Ohgaki等人（1996）在实验室中验证了将空气中的二氧化碳分离和天然气水合物的开采结合起来的可能性。
自Ripmeester（1987）发现H型水合物以来，H型水合物相平衡的研究已成为水合物研究的一个重要方向。
1．含醇类或电解质体系由于油气工业生产中一般通过注人甲醇或乙二醇等抑制剂的方法防止水合物的形成，所以对合甲醇/乙二醉抑制剂的相平衡体系研究较多．并具有重要的实际应用价值。
甲烷水合物研究进展
甲烷水合物研究进展甲烷水合物是一种天然气水合物，其主要成分为甲烷和水。
其存储在富含有机碳和深海沉积物的海底，具有巨大的经济开发潜力。
然而，甲烷水合物的开发和利用仍然处于研究阶段，需要进行大量的实验研究和理论探索。
本文将介绍甲烷水合物的研究进展，包括其形成机理、开采和利用技术以及环境影响。
一、甲烷水合物的形成机理甲烷水合物是在高压和低温下形成的。
它的形成需要充足的有机碳来源，水和适宜的温度和压力条件。
在地球上，甲烷水合物主要存在于极地和深海环境中。
在深海中，富含沉积物的海底是甲烷水合物的重要存储地点。
由于过去几十年里水面下沉积物不断积累，导致了甲烷水合物的增长和积累。
此外，甲烷水合物形成也与生物过程有关。
微生物的代谢会产生大量的甲烷，这些甲烷在一定条件下可以与水结合形成甲烷水合物。
因此，研究甲烷水合物的形成过程对于了解深海生态系统和碳循环具有重要意义。
二、甲烷水合物的开采和利用技术甲烷水合物的开采和利用技术仍然处于研究阶段。
开采甲烷水合物的方法通常包括热解、减压和置换。
其中，热解是最常用的方法，它利用高温和高压条件把甲烷水合物转化为天然气从而释放甲烷。
减压方法是将甲烷水合物从高压环境中释放，利用减压将甲烷水合物转化为天然气。
置换方法则是将水替换成其他物质，如二氧化碳或氮气，从而使甲烷水合物的甲烷部分释放出来。
目前，甲烷水合物的开采还面临一些技术难题，如切割和采集甲烷水合物的设备设计、开采过程中甲烷泄漏和其它环境风险的预防等。
因此，加强开采和利用技术的研究和发展对于大规模、高效地分离和提取甲烷水合物具有重要意义。
三、甲烷水合物的环境影响甲烷是一种温室气体，其增加会导致大气温度升高，进而引发全球气候变化。
因此，甲烷水合物的开采和利用可能会对全球气候产生不利影响。
此外，在甲烷水合物开采和利用的过程中还会产生废水、渣土和废气等污染物，给环境带来压力和危害。
因此，在进行甲烷水合物研究和利用时需要按照环保法律和规范要求，采取措施保护是环境湿地、码头和港口。
天然气水合物研究进展
论文与案例交流1水合物晶体结构和性质传统化石能源（煤、石油和天然气）的大量消耗带动了工业和社会的进步，然而对能源的过度依赖也使得全球陷入能源危机之中并积极发展替代能源。
由于有技术及经济等众多壁垒的限制，使得清洁新能源大规模工业化利用尚需一定时日。
因此，天然气水合物的开发利用被很多国家提上日程，近年来获得了突飞猛进的发展。
有文章指出，天然气水合物的储量两倍于煤、石油和天然气总储量之和。
因其主要成分为甲烷等各类可燃气体，是上等的优质燃料，若能合理有效地利用这些能源，无疑将会极大地缓解整个世界能源体系的危机现状。
当前全球已经有79个国家发现了天然气水合物，而30多个国家相继开展了水合物的研究工作[1]。
2007年，中国在南海北部成功钻获天然气水合物实物样品，成为继美国、日本，印度之后世界上第四个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。
天然气水合物是由某些气体或它们的混合物与水在一定温度、压力条件下生成的一种半稳态的类似于致密冰雪的冰状笼型固体化合物，由水分子的几何晶格构成，晶格含有被轻烃或其他轻质气体(如氮气、二氧化碳)占据的空穴，一般在25℃以下有可能形成。
水分子称为主体分子，而轻烃或其它轻质气体通常称为客体分子。
由水分子通过氢键形成不同形式的刚性笼架晶格，每个笼架晶格中包含一个主要为甲烷的天然气分子，水分子与天然气分子之间通过范德华力相互吸引。
在自然界中，水合物大多存在于大陆永久冻土带和海底沉积层中，其组成以甲烷为主，与天然气相似，故常称作天然气水合物，其中甲烷含量高达99%的天然气水合物又称为甲烷水合物。
已经发现的水合物类型共有三种[1-6]：I 型、II 型和H 型。
其中结构Ⅰ型属于体心立方体结构，可由天然气小分子在深海形成，其笼架晶格以各自的笼架体心堆砌排列。
结构Ⅱ型属于金刚石立方结构，可由含分子大于乙烷小于戊烷的烃形成。
结构I 型和结构II 型主要有小腔和大腔两种结构。
结构H 型属于六面体结构，可由挥发油和汽油等大分子形成，结构H 型有小腔、中腔和大腔三种结构。
天然气水合物调查和研究现状
天然气水合物调查和研究现状引言天然气水合物是一种在高压、低温条件下形成的结晶体，由天然气分子和水分子组成。
它具有高含气量、高燃烧效率和丰富的资源潜力，被视为未来能源领域的重要替代品。
本文将对天然气水合物的调查和研究现状进行综述，包括其形成、开采技术、环境影响以及前景展望。
1. 形成机制天然气水合物的形成需要同时具备一定的压力和温度条件。
在海底的沉积物中，天然气与水结合形成水合物晶体，这是因为海底的高压和低温环境满足了水合物形成的条件。
此外，天然气水合物也存在于极地地区的冻土层中。
2. 开采技术目前天然气水合物的开采技术还处于初级阶段，但已经取得了一定的进展。
目前常用的开采方法包括压力释放法和化学添加剂法。
压力释放法是通过减小水合物所处的压力，使其解离释放天然气。
化学添加剂法则是通过添加特定的化学物质，改变水合物的稳定性，使其解离释放天然气。
这些开采技术还存在一些问题，如高成本、环境影响等，需要进一步研究和改进。
3. 环境影响天然气水合物的开采对环境可能会造成一定影响。
首先，开采过程中可能会产生大量的废水和废气，对水质和大气造成污染。
其次，开采后的地下空洞可能会引起地质灾害，如地面塌陷。
此外，天然气的燃烧也会产生二氧化碳等温室气体，对气候变化产生影响。
因此，在开采天然气水合物的同时，应该注重环境保护和可持续发展。
4. 前景展望天然气水合物作为一种新型的天然气资源，具有广阔的应用前景。
首先，天然气水合物具有高含气量，可以成为天然气的重要替代品。
其次，天然气水合物的资源量丰富，可以提供长期的能源供应。
此外，天然气水合物的开采技术还有待进一步完善和发展，未来可能会有更成熟的技术应用于实际生产中。
综上所述，天然气水合物具有巨大的发展潜力，对能源领域和环境保护具有重要意义。
结论天然气水合物是一种具有巨大潜力的能源资源，其调查和研究在不断进行中。
我们需要进一步拓展对于天然气水合物形成机制的了解，改进开采技术以提高生产效率，并注重环境影响的控制和可持续发展。
海洋环境中甲烷好氧氧化过程的研究进展
海洋环境中甲烷好氧氧化过程的研究进展李 晶，刘昌岭，吴能友，贺行良，孟庆国，许晓晴，陈 烨A review on microbial aerobic methane oxidation in marine environmentLI Jing, LIU Changling, WU Nengyou, HE Xingliang, MENG Qingguo, XU Xiaoqing, and CHEN Ye 在线阅读 View online: https:///10.16562/ki.0256-1492.2020112302您可能感兴趣的其他文章Articles you may be interested in关注微信公众号，获得更多资讯信息DOI: 10.16562/ki.0256-1492.2020112302海洋环境中甲烷好氧氧化过程的研究进展李晶1,2，刘昌岭1,2，吴能友1,2，贺行良1,2，孟庆国1,2，许晓晴1,2,3，陈烨1,21. 自然资源部天然气水合物重点实验室，中国地质调查局青岛海洋地质研究所，青岛 2662372. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室，青岛 2662373. 中国海洋大学环境科学与工程学院，青岛 266100摘要：海洋环境中微生物驱动的甲烷好氧氧化作用是甲烷迁移转化过程的关键环节之一，在降解甲烷方面的贡献不容忽视，能够有效降低甲烷大气通量、影响海洋碳循环。
本文系统调研了国内外文献资料，认识到海洋环境中甲烷好氧氧化的赋存范围十分广泛，可赋存于超过3 000 m 水深的深海环境、热液喷口等极端环境，其中海底高压、渗漏甲烷的动态运移等是甲烷好氧氧化所面临的特殊环境，在该赋存环境下，好氧甲烷氧化菌主要以I 型氧化菌为主。
I 型与II 型氧化菌对甲烷、微量金属元素等环境条件具有一定偏向性，并且在水体和沉积物两种赋存环境下氧化菌的类型也不尽相同。
海洋沉积物中甲烷代谢微生物的研究进展
海洋沉积物中甲烷代谢微生物的研究进展陈烨;孙治雷;吴能友;刘昌岭;徐翠玲;辛友志;曹红;耿威;张喜林;翟滨;孙运宝;李晶;张栋;闫大伟;吕泰衡【期刊名称】《海洋地质与第四纪地质》【年(卷),期】2022(42)6【摘要】甲烷是一种重要的温室气体,深刻影响着全球的气候变化。
同时,甲烷还是海底潜在能源—天然气水合物的主要成分。
海洋沉积物是甲烷生物转化的一个重要生态区域,产甲烷菌主要利用H_(2)、CO_(2)及简单的有机物(甲醇、甲胺、二甲基硫等)作为底物生成甲烷,产生的甲烷在向上迁移的过程中主要被甲烷厌氧氧化(anaerobic oxidation of methane, AOM)和甲烷好氧氧化(aerobic oxidation of methane,AeOM)消耗,进而大大减少了甲烷向大气的排放量。
AeOM主要发生在含氧的沉积物及沉积物-水界面中,由甲烷好氧氧化菌(aerobic methane-oxidizing bacteria, MOB)介导。
然而,绝大部分甲烷在穿透缺氧沉积物层之前是被AOM反应消耗,甲烷厌氧氧化古菌(anaerobic methanotrophic archaea,ANME)是主要的参与者,这些功能微生物耦联电子受体SO_(4)^(2-)、NO_(2)^(-)/NO_(3)^(-)或Fe^(3+)和Mn^(4+)将甲烷进行氧化。
本文对产甲烷菌和甲烷氧化菌的种类、代谢途径及其在海洋沉积物中的分布特征进行了综述,并在前人工作基础上,对今后海洋生境中甲烷代谢过程的研究进行了展望,以期为进一步开展海洋环境中甲烷的生物转化过程及元素耦合的研究提供理论依据。
【总页数】11页(P82-92)【作者】陈烨;孙治雷;吴能友;刘昌岭;徐翠玲;辛友志;曹红;耿威;张喜林;翟滨;孙运宝;李晶;张栋;闫大伟;吕泰衡【作者单位】自然资源部天然气水合物重点实验室;青岛海洋科学与技术国家试点海洋实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室【正文语种】中文【中图分类】P735【相关文献】1.海洋沉积物原核微生物多样性研究进展2.海洋沉积物来源链霉菌属次生代谢产物及其生物活性研究进展3.海洋微生物代谢产物中抗肿瘤活性物质的研究进展4.美国伊利诺斯州浅埋古生代沉积物及冰川沉积物中的微生物成因甲烷5.海洋沉积物中金属依赖型甲烷厌氧氧化作用研究进展及展望因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第21卷第4期2006年4月地球科学进展ADVANCES I N E ART H SC I ENCEVol.21 No.4Ap r.,2006文章编号:100128166(2006)0420394207海底天然气水合物分解与甲烷归宿研究进展陈 忠1,2,颜 文1,2,陈木宏1,王淑红1,2,肖尚斌1,陆 钧1,杨华平1,2(1.中国科学院南海海洋研究所,广东 广州,510301;2.中国科学院广州天然气水合物研究中心,广东 广州,510301)摘 要:综述了近年来天然气水合物分解与甲烷归宿等方面的研究成果。
天然气水合物的汇聚与地质构造或地层圈闭有关,其溶解受物质转换控制,分解则受热转换控制。
水合物释放甲烷的运移方式包括分散式、中心式和大规模排放式。
缺氧氧化和耗氧氧化是甲烷在海洋环境中的2种主要转化方式。
天然气水合物释放甲烷的最终归宿主要为:①重新形成天然气水合物;②形成化能自养生物群落和沉淀出碳酸盐沉积;③与氧发生氧化后转变为CO2;④直接排放进入到大气中。
沉积物中的微构造、化能自养生物群落、自生碳酸盐矿物及其碳氧同位素组成是水合物释放事件的指纹记录。
关 键 词:天然气水合物;溶解和分解;运移方式;缺氧甲烷氧化与耗氧甲烷氧化;归宿与沉积中图分类号:P74 文献标识码:A1 引 言天然气水合物广泛分布在大陆汇聚边缘、离散边缘或海岭的沉积物中。
目前估算的海洋沉积天然气水合物的储量为(1～5)×1015m3甲烷(约500～2500Gt甲烷碳)[1],被视为是未来潜在的天然气资源、全球气候变化驱动因子以及海底地质灾害的潜在因素。
甲烷是继CO2之后第二大重要温室气体,在大气中的停留间约为7.9年,对全球气候变暖影响的潜力是CO2潜力的25倍[3]。
海洋沉积的甲烷碳占海洋溶解无机碳的25%,约是大气甲烷碳的104倍[4],数百万年来曾引发剧烈的气候变化事件和生态环境事件。
因此研究天然气水合物释放和甲烷归宿,对研究水合物的环境效应、碳的生物地球化学循环及全球气候变化具有重要意义。
本文综述了近年来甲烷的排放方式、氧化与转换、归宿和沉积及记录等方面的研究成果,对开展南海天然气水合物在哪里、有多少、剩多少的研究具有一定的科学意义。
2 天然气水合物汇聚与释放2.1 水合物汇聚天然气水合物出现在寒冷的高纬极区、大陆冻土带(<0℃)和海底温度低(4～6℃)、压力高(>3 MPa)、水深大于300～500m的沉积物中。
天然气水合物的汇聚(gas hydrate accumulati on)和含量不受气体成因控制而是受气体来源控制,与地质构造或地层圈闭有关,但起关键作用的是进入沉积物的流体(气和水)。
根据流体迁移模式和稳定带中水合物含量,水合物汇聚可分为3种类型[4]:构造型汇聚、地层型汇聚和复合型汇聚。
一般而言,构造型水合物汇聚出现在热解成因气、生物成因气、混合气沿断层面、泥火山及其它地质构造快速运移到水合物稳定带的区域,控制因素为流体通道的形状、流动速率、气体组成、温度场[4,5]。
其特征是气流量高(high gas flux),水合物 收稿日期:2005209205;修回日期:2006202221.3基金项目:国家自然科学基金项目“南海自然铝的成因及其对寻找油气、天然气水合物的指示意义”(编号:40406011);国家863计划青年基金项目“南海某些特征自生矿物的形成机理对水合物、油气探查的敏感性研究”(编号:2004AA616090)资助. 作者简介:陈忠(19702),男,云南石屏县人,副研究员,主要从事海洋矿物学与资源环境研究.E2ma il:chzhs outh@scsi 以板状、结核状、冰球状、厚脉状或充填状产出,在海底常产生冷泉系统,形成化能自养生物群落和自生碳酸盐沉积。
这种形式的水合物容易发生快速分解和大量排放,但若有深源气持续、快速供应,在沉积环境恢复到水合物稳定的温度、压力范围内,甲烷和水又能形成新的天然气水合物[6]。
构造型汇聚的水合物密度高、采收率高、开发和生产成本低,具有较大的潜在资源远景,是商业开采的首选区。
地层型汇聚是水合物汇聚的主要形式,广泛出现在平流作用较低或扩散作用为主的沉积物中,是原地产生的生物成因气及缓慢来源于更深的热解成因气在相对透水层中结晶形成,主要控制因素为相对透水层的形状、流体运移过程[4,5]。
其特征是气流量低,水合物以小晶体形式在沉积物孔隙间产出,也可见结核状或板状晶体。
地层型汇聚水合物一般不易形成高含量的水合物,因此采收率低,开发和生产成本高,但有时在相对透水的粗粒沉积层中能汇聚成高含量的水合物,具有开采价值。
复合型汇聚水合物出现在相对透水层中,气能够从深部沿断裂或泥底辟快速供应,浅部断层和活动泥火山可作为流体通道,水合物产出在未延伸到海底表面的断层或裂隙中[4,5]。
复合型汇聚的水合物分解和排放对全球气候变化有一定影响作用,但其经济价值需要慎重考虑。
2.2 水合物溶解和分解甲烷在海洋中的存在形式与甲烷含量、温度和压力有关,主要以固体水合物、游离甲烷气和溶解甲烷形式存在,不同相态间可相互转变。
当温度、压力或外界环境变化破坏了天然气水合物稳定边界条件时,水合物溶解(diss oluti on)到海水中,但形不成气泡,或分解(diss ociati on)成甲烷气和水,甲烷气以气泡形式向上排放[7]。
水合物溶解发生在水合物本身稳定但未饱和的海水中,溶解过程与NaCl、CaS O4・2H2O在水中溶解相似,主要由于外因(如存在水)不稳定引起,相反过程是甲烷水合物在过饱和时析出[7]。
水合物溶解度随温度增加而增大,随盐度和压力增加而减小,温度对溶解的影响比压力对溶解的影响敏感[8]。
水合物分解成水和甲烷气是水合物自身不稳定引起的,分解过程与冰融化过程相似,可以发生在沉积物中或水体中,与水是否存在无关,但水存在会加快水合物分解速度。
水合物分解受温度、压力和甲烷含量影响,相反过程是甲烷气和水结晶成水合物[7]。
甲烷气在上升穿越水体的过程中,在气泡和水合物界面处会出现短暂的水合物再形成现象[9]。
水合物溶解和分解是两个不同的过程,控制水合物溶解的动力学因素是物质转换,而控制水合物分解的则是热转换。
由于热转换速率大于物质转换速率,因此水合物分解过程比溶解过程要快得多。
海洋环境中水合物分解和溶解过程都存在。
研究表明,当海水水深大于537m时,甲烷水合物是内部稳定但外部不稳定,水合物主要发生溶解而不是分解。
由于水合物溶解相对较慢,若上升水合物的溶解速率为0.2～0.3μm/s,则半径5mm的水合物要完全溶解,需要穿过1800m的水体,因此大量出露在海底的甲烷水合物能保存很多年[7]。
相反,水合物分解则相对较快,一旦水合物上升到内在不稳定的深度,水合物快速分解成水和甲烷气,产生气泡柱(羽),可能演变为甲烷引发的海洋喷发(methane2 driven oceanic erup ti on)[10,11],成为大量甲烷进入大气的主要途径。
2.3 甲烷释放方式天然气水合物的稳定由化学潜能(chem ical po2 tential)控制,而分解受温度、压力、甲烷含量和水的活动性影响。
根据压力减少和温度降低快慢不同,水合物分解可分为渐进式或爆发式[12],在地质历史演变中,大部分水合物是缓慢释放而不是突然大规模排放的。
研究表明,沉积物中甲烷流体/气向上运移的方式主要有3种:①在沉积物中广泛分布的分散式运移;②沿沉积物裂隙和断层面的中心式运移;③海底滑坡或坍塌引发的大规模快速排放。
分散式运移是甲烷向上排放的主要形式,出现在稳定而透水性较均匀的沉积体中。
水合物稳定条件遭破坏的过程缓慢但持续,单位区域内甲烷通量一般很小,但由于分布区域很大,流体/气总排放量可能非常大。
分散式运移在沉积物表层一般不形成排放口或特征地貌,也不存在热异常以及可观察到的生物指标,而重要指标是广泛分布和存在的指示水合物稳定域基底的似海底反射(BSR)[13]。
甲烷中心式运移的主要特征是在接近排放口附近沉积物中存在与硫酸盐和甲烷有关的大量生物热(bi other m s)、特征蛤类(unique cla m)与管状蠕虫(tube wor m)[14]、海底表面具有麻坑(pockmarks)、海底穹顶(seabed domes)、泥底辟(mud diap irs)并广泛发育碳酸盐和硫化物沉积[15]。
中心式运移是甲烷气的重要排放方式,甲烷通量一般较大,对环境可造成一定的影响。
一旦喷口位置确定,流体/气的通量即可精确测定,此外利用沉积物、孔隙水、水合物的593第4期 陈 忠等:海底天然气水合物分解与甲烷归宿研究进展 地球化学数据可计算甲烷的储量及追踪甲烷的可能来源。
甲烷大规模快速排放是由于海平面突然快速下降、强烈的构造活动、地震等引发的大陆坡坍塌,或海底下水合物压力过高而沿构造裂隙快速透涌引发的。
在很短时间内大规模地被分解和排放的局部汇聚的水合物或甲烷气体,可直接进入大气中参与甲烷循环,其对全球气候的影响程度与排放前水合物或甲烷气含量和分布密切相关[16]。
水合物释放的气体运移过程通常要经过4个阶段[17]:①在水合物中或上覆沉积物的喷口处形成气泡;②气泡与可能的杂质相互作用;③气泡轻快地穿过水体;④气和水体通过气泡界面发生交换。
3 甲烷转化与产物3.1 缺氧甲烷氧化与产物缺氧甲烷氧化(Anaer obic Oxidati on of Methane, AOM)是缺氧海洋沉积物或水体中重要的细菌生态过程,参与反应的细菌主要是甲烷氧化古菌(CH42 oxidizing archaea)和硫酸盐还原菌(Sulfate2Reducing Bacteria,SRB)[18],沉积物的有机质含量是影响缺氧甲烷氧化的重要因素。
进入到沉积物中的氧化剂主要有O2、NO-3、Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅳ)和S O2-4,按照热力学顺序被细菌用来氧化有机物,即S O2-4最后被消耗。
当氧化剂被消耗后,有机质分解并产生甲烷。
硫酸盐还原转变为甲烷生成的区域被认为是硫酸盐—甲烷转换带,即缺氧甲烷氧化带,其深度与沉积物的有机质含量呈反比。
影响缺氧甲烷氧化的因素包括:沉积物有机质含量、甲烷供应量、硫酸盐供给、温度—压力、沉积物孔效率以及矿物组成[19]。
在扩散为主的海洋沉积物中,有机质含量和甲烷供应量是影响缺氧甲烷氧化的主要因素。
在缺氧甲烷氧化带,深部向上运移的甲烷首先遇到S O2-4,发生缺氧甲烷反应:CH4+S O2-4→HCO-3+HS-+H2O,增加了孔隙水碱度,有利于碳酸盐矿物沉淀[20]:Ca2++2HCO-3→CaCO3(s)+CO2+H2O。
如果在缺氧甲烷氧化带,存在不稳定的Fe3O4,其被硫酸盐细菌还原并与HS-反应形成黄铁矿[21]:Fe3O4+6H++2HS-→2Fe2++4H2O+ FeS2(s)。