第21卷第l期Vol 21 No, I2002年3月WORLD GEOLOGYAar.2002天然氣水合物的資源環(huán)境效應楊永強12,翟裕生',薛林福2,王立武3(1.中國地質(zhì)大學地球科學學院北京100932吉林大學地球科學學院吉林長春130026;3.吉林油田,占林松原38000)擴要:天然氣水合物是一種具有巨大潛能的縹色能源,全世界儲量接近0.84×10"m3。由于天然氣水合物吳有特珠亞穗定狀態(tài)的成礦系統(tǒng),增溫戌減壓會使捕獲的氣體釋放,導致海底滑塌和滑坡等地質(zhì)災害,以及作為“溫宣氣體”對人類生存環(huán)境的嚴峻挑戰(zhàn)因而其又具有環(huán)境效應。結合擲威的實例論述了天然氣水合物的資源和環(huán)境雙重效應關鍵詞:天然氣水合物;貢源效應;環(huán)境效應;油氣藏;成礦系統(tǒng)中圖分類號:P618.13文獻標識碼:A文章編號:1004-5589(2002]01-0030-03環(huán)境和資源問題已成為21世紀的主要議題,而天然氣水合物是近10多年來發(fā)現(xiàn)的種新型超級潔凈能源因其在能源勘探、海底災害環(huán)境和全球氣候變化研究中的重要性而日益引起世界各國的高度重視。I天然氣水合物的資源特征天然氣水合物是一種具有巨大潛能的新型非常規(guī)能源。隨著能源的日益緊張,非常規(guī)的天然氣中的天然氣水合物以其能量高、分布廣、規(guī)模大等特點正嶄露頭角,有望成為2世紀的重要能源。天然氣水合物是由天然氣(主要是甲烷)和水分子組成的固體結晶物質(zhì)。它存在于低溫高壓條件下,主要出現(xiàn)于大于300~500m水深,溫度接近0℃的海底沉積物中和寒冷的高緯度區(qū)域{根據(jù)前蘇聯(lián)科學家的估計,大陸上處于水合物狀態(tài)的天然氣資源量達到10m3,而在水域則有1.5×105m3。據(jù)美國天然氣遠景委員會的材料,北極永凍層的甲烷含量為7.510°t,沉積層中為4.1×105t。據(jù)第28屆國際地質(zhì)大會的資料,全球天然氣水合物的天然氣儲量為28×104m312.國際上比較認同的全球水合物儲量接近084×10m3,遠大于目前世界上已探明的普通天然氣0.14×1015m23的儲量2。20世紀70年代以來世界各大洋已查明的海底天然氣水合物賦存區(qū)超過60處,而且在活動和被動大陸邊緣、大陸坡、大陸架、內(nèi)陸海中深水沉積物中都可以出現(xiàn)。固態(tài)礦床和油氣藏都是在一定的成礦系統(tǒng)中產(chǎn)生的,這個系統(tǒng)包括控制礦床形成和保存的全部地質(zhì)要素和成礦過程。天然氣水合物形成的成礦系統(tǒng)不同于油氣田。挪威是海底和陸架賦存天然氣水合物的最有利地區(qū)之一。實際上在整個北冰洋水域,其洋底熱力學動態(tài)都符合天然氣水合物的生成條件。一般認為,北極地區(qū)大陸架和大陸坡收稿日期:2001-09-03作者簡介:楊永強(1965-),男內(nèi)蒙古前旗人,副研究員,博士,主要從事成礦系統(tǒng)和數(shù)學地質(zhì)研究第忄期楊水強等:天然氣水合物的資源環(huán)境效應的接合地段在這一方面最有遠景。據(jù)挪威特羅姆瑟大學天然氣水合物研究組的觀點除了天然氣水合物的般形成機制外,在北冰洋洋底可能還有一種機制在起作用。該機制是由擴張帶洋殼裂隙一孔隙層中水的熱對流造成的。熱對流是在強烈加熱條件下發(fā)生的,其溫度明顯高于穩(wěn)態(tài)天然氣水合物的溫度。為了實現(xiàn)對流,不僅需要高溫,還要有高的溫度梯度。在對流區(qū)上部,其溫度接近于洋底溫度,即相當于天然氣水合物形成帶內(nèi)的溫度。這種機制原則上即可在大洋中脊斜坡上形成天然氣水合物聚集。淡化冷水的存在可促進這成過程”。199年以來挪威政府批準在挪威海槽以北大陸斜坡上的7個深水區(qū)進行碳氡化合物勘查。這一研究課題在天然氣水合物斜坡穩(wěn)定性和地質(zhì)災害研究中都有重要意義天然氣水合物不僅是一種能源,而且也是一種油氣遮擋構造。具有垂向遮擋和側(cè)向遮擋、披覆遮擋和接觸遮擋以及同生遮擋和后生遮擋等功能。尤其是古天然氣水合物一旦存在就勢必對油氣產(chǎn)生封蓋作用,有利于現(xiàn)存油氣資源的保存。天然氣水合物的存在可估計熱歷史及現(xiàn)今熱流,為常規(guī)油氣藏的勘探提供有用信息。2天然氣水合物的環(huán)境效應天然氣水合物是亞穩(wěn)定的增溫或減壓會使結構不穩(wěn)定,導致捕獲來的氣體釋放?，F(xiàn)在大氣甲烷的主要天然來源是濕地環(huán)境中的細菌分解,而甲烷水合物是次要來源。但是在新生代(大約65Ma)氣候急劇變化期間成為比較重要的來源。甲烷和氣候變化的對比曲線更能證明與過去氣候變化有聯(lián)系的甲烷釋放的證據(jù)。從地史上看全球氣候變化與天然氣水合物釋放甲烷的有關證據(jù)還有海平面的變化。在冰期,由于海水靜壓力減小,引起外大陸邊緣沉積物中天然氣水合物釋放出甲烷,并逐漸引發(fā)冰川消退作用。隨著氣溫上升,全球轉(zhuǎn)暖冰川和兩極冰蓋融化大洋也受熱膨脹,這些綜合因素導致海平面上升。由于消融的冰蓋壓力降低和溫度的增高,引起永凍帶的天然氣水合物分解釋放甲烷,有助于結束冰期依據(jù)研究最詳細的挪威外陸架 Storegga海底滑坡的情形,其中 Storegga的首次崩塌可能就已釋放了5×102kg甲烷。因此冰期一次巨型海底滑坡可能觸發(fā)氣候突然增暖大陸斜坡的天然氣水合物層起破壞和建造的雙重作用,可以固定濁流沉積物分解時釋放氣和水,增大了孔隙氣壓力而使沉積物滑動。在海平面降低、構造運動或溫度升高等環(huán)境改變時都會發(fā)生這種情況。海平面下降使海洋沉積物的靜壓力降低,從而使其下沉積物中天然氣水合物層失穩(wěn)在地震海嘯作用的激發(fā)下大陸坡上含天然氣水合物沉積層大面積的崩塌形成滑坡或濁流3我國天然氣水合物研究現(xiàn)狀和展望20世紀70年代,在海洋中發(fā)現(xiàn)了一種天然氣與水的類冰固態(tài)合物——天然氣水合物,從海底至1000m深處皆有分布。而在極地和永凍層的發(fā)現(xiàn)擴大了其尋找視野。我國對天然氣水合物研究剛起步,但進展較快,而且投入了大量工作包括“西太平洋氣體水合物找礦前景與方法調(diào)研”、“中國海域氣體水合物找礦前景研究”、“海底氣體水合物資源勘察的關鍵技術”等研究。廣州海洋地質(zhì)局和青島海洋地質(zhì)局在南海和東海開展了天然氣水合物的調(diào)查。廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局根據(jù)天然氣水合物存在的溫度一壓力條件,研究了南海北部的地球物理資料,發(fā)現(xiàn)有些地方在地震剖面上出現(xiàn)似海底反射BSR而在另一些地方海底第一層沉積的層速度偏高(19.5~2.45km/s),比一般海洋沉積高(0.2~世界地質(zhì)2001年0.64km/s)將這些地方海底第一層沉積界面處的溫度一壓力參數(shù)投于甲烷形成天然氣水合物的溫度一壓力圖上,發(fā)現(xiàn)它們均出現(xiàn)于水合物存在之區(qū)域中。由此可見南海北部陸坡(水深大于400m)和深海平原的表層沉積物中可能存在天然氣水合物。另外在ODPl84航次的北部鉆孔中發(fā)現(xiàn)了異常,初步認為中國邊緣海有可觀的天然氣水合物潛力9有些學者指出在青藏高原多年凍土區(qū)進行天然氣水合物的研究也有一定前景由上可見,天然氣水合物是一種巨大潛力的新能源故具有資源效應。但其獨特的保存與釋放的成礦系統(tǒng),以及對常規(guī)油氣的遮擋作用都反映出其環(huán)境效應。這種雙重效應決定了其巨大應用價值和重要研究意義。參考文獻[1 KETTH A K Gas hydrates-Geological prspective and global change[ J]. Review of Geophysics1993,31(2):81-2] SUBRHMANYAM C. Gas hydrate targets of ocean drilling program leg[J]. Oil and Gas JournalL995,93(4):116-119.[3]翟裕生成礦系統(tǒng)及其演化—初步實踐到理論思考門地球科學—一中國地質(zhì)大學學報200,25[4] MITLYJVSK A H. The mechanism of hydrates formation at ocean ridgel]. Geotime, 1997,42(8): 7[5]朱岳年史卜慶天然氣水合物對油氣藏聚集與控制作用J天然氣工業(yè),20003:38-40[6]何擁軍海洋天然氣水合物的研究現(xiàn)狀及意義「冂海洋地質(zhì)動態(tài),1998,(1):4-7.[7] ROFER S. Bacterial methane oxidation in sea-floor gas hydrate[J]. Geology, 1998, 26(91): 851[8 EUAN G. Giant submarine landslides[J]. Nature, 1998, 392(26): 329-330.[9]姚伯初南海北部陸緣天然氣水合物初探[]海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì)19818(4):11-1810]徐學祖青藏高原多年凍士區(qū)天然氣水合物的研究前景和建議[地球科學進展19914(2:201The Effects of Resource and Environment for Gas HydratesYANG Yong-qiang", ZHAI Yu-sheng, XUE Lin-fu, WANG Li-wu(1. China Univrsity of Geoscience, Beijing 100083, China; 2. Jilin Uniersity, Changchun 130026, China; 3. Jilin Cfield, Songyuan 138000, China)Abstact Gas hydrates are huge potential green energy resource. The total amount ofgas hydrate reaches 0. 84X10 m in global. Due to the metastable metallogenic systemhanges of reducing pressure and increasing temperature affect their stability, so that thetrapped methane is released, submarine geohazard and greenhouse effect are occurredwhich damage the people surrounding climate. At last, some examples of Norway are given to infirm the double effects of resource and environmentKey words: natural gas hydrate; resource effect; environment effect; oil reservoir; metallogenic system