海底天然气水合物藏形成机理.doc

海底天然气水合物藏形成机理
[摘要] 天然气水合物是近年来在海洋和冻土带发现的新型洁净优质能源,分布广,资源量大,目前已经受到世界各国的关注,总结了海底水合物合成的条件和过程。
[关键字] 天然气水合物宏观模型成矿机理
[中图分类号] TE13[文献码] B [文章编号] 1000-405X(2013)-1-171-1
0引言
随着油气资源的日益紧张,寻找并开发各种新型可接替能源的任务已迫在眉睫。天然气水合物是近年来在海洋和冻土带发现的新型洁净优质能源,据估算全球天然气水合物中碳的含量等于石油、煤等化石能源中碳含量的两倍,因而成为21世纪人类最重要的能源。
地球上天然气水合物含量丰富,27%陆地和90%海域中都存在,陆地上水合物主要存在冻土中200-2000米深度处,而海洋中主要存在于海底以下500-800米深度处。2007年,国土资源部地质调查局在中国南海北部神狐海域成功钻获天然气水合物实物样品。使我国成为距美国、日本、印度之后第四个钻探到水合物的国家,且初步预测,中国南海北部陆坡天然气远景资源量可达上百亿吨油当量。因此对天然气水合物的研究已经成为各国的热点,天然气水合物作为重要的替代能源,具有广阔的前景和发展空间。而对天然气水合物成藏的研究是对水合物进行勘探开发的基础,所以本文从各个方面对天然气水合物的成藏进行总结分析。
1 水合物合成机理
宏观模型
迄今为止,天然气水合物的合成过程在微观层面仍然不是很清晰,但在宏观层面上可以用一些热力学的模型进行解释。在Sloan提出的簇团理论体系中,气体分子首先溶解在水中,然后合成不稳定的簇,之后在水的表面聚集起来。当簇团达到一定尺寸后就合成了宏观的核。另外一种理论是Rodger提出的表面驱动层理论,他认为气体分子首先在水的表面吸附,之后被束缚在局部的晶体的空穴中,Kvamme运用动力学模型扩展了这个理论,预测了在水和二氧化碳表面首先成核,由于水表面的波动,水和气体分子才可以混合,从而形成水合物。簇团理论和表面驱动层理论都认为在水的表面首先出现水合物初级结构,所以这两个理论是类似的。另外一种模型是水和液态二氧化碳界面的分子动力学模型,叫作局部结构假说,认为水和气体分子可以随机移动并合成一个水合物相,这些随机合成的网状物达到一定尺寸后开始变的稳定,逐渐形成水合物晶体,局部结构假说认为水合物时没有任何中间体的自发形成。局部结构假说和簇团理论的流程图,可以看出簇团理论(a-b-c-e)和局部结构假说(a-d-e)之间的对比。(a)没有溶解气体分子的水(原始条件)。(b)气体分子溶解在水中后立刻形成的簇团。(c)簇团通过面接触形成聚集体。这些聚集体是不稳定的。(d)溶解在水中的气体分子没有形成簇团。(e)水合物成核。
水合物藏成矿模式
根据天然气的运移情况以及成藏的地质条件,把天然气水合物藏分成扩散性体系和渗漏型体系。扩散体系的天然水合物藏的形成比较缓慢,参与生成的烃类气体是由微生物或者热作用生成的,这些气体散布在海底以下较为松散的多孔沉积物中,在一定的温度压力条件下形成水合物藏。扩散系统水合物的甲烷主要有二种来源, 首先是水合物稳定带内有机碳原地转化形成的生物成因甲烷,其次是水合物稳定带之下游离气带或深部热解气向上扩散运移的天然气。此类的水合物藏产出带的