天然氣水合物的成藏機(jī)理

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1、天然氣水合物的成藏機(jī)理00712016郭文cherry.gw@163.com天然氣水合物的成藏機(jī)理姓名：郭文學(xué)號(hào)：00712016院系：地球與空間科學(xué)學(xué)院電話(huà)：13811911416郵箱：cherry.gw@163.com6/6天然氣水合物的成藏機(jī)理00712016郭文cherry.gw@163.com天然氣水合物的成藏機(jī)理00712016郭文摘要：天然氣水合物是一種新能源，由甲烷與水分子結(jié)合生成。它的形成與儲(chǔ)藏需要充足的烴源供給以及適宜的溫壓條件，墨西哥灣等地區(qū)均有大量天然氣水合物儲(chǔ)藏。在我國(guó)的南海、東海等海域發(fā)現(xiàn)有天然氣水合物礦藏，加強(qiáng)對(duì)天然氣水合

2、物的研究與開(kāi)發(fā)是解決我國(guó)能源短缺問(wèn)題的一條重要途徑，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與戰(zhàn)略意義。關(guān)鍵詞：天然氣水合物性質(zhì)賦存形成機(jī)制墨西哥灣引言：天然氣水合物是20世紀(jì)科學(xué)考察中發(fā)現(xiàn)的一種新的礦產(chǎn)資源。它是天然氣（含甲烷等氣體96.5%）與水（水分子3.5%）形成的類(lèi)冰固態(tài)簡(jiǎn)單化合物（趙鵬大，2003）。外貌極像冰雪或固體酒精，點(diǎn)火即可燃燒，有“可燃水”、“氣冰”、“固體瓦斯”之稱(chēng)。天然氣水合物是一種新型高效能源，其成分與人們平時(shí)所使用的天然氣成分相近，但更為純凈，開(kāi)采時(shí)只需將固體的天然氣水合物升溫減壓就可釋放出大量的甲烷氣體。被譽(yù)為21世紀(jì)具有商業(yè)開(kāi)發(fā)前景的戰(zhàn)略資

3、源。正文：一、天然氣水合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)天然氣水合物的晶體以緊湊的格子架構(gòu)排列，水分子構(gòu)成籠型多面體格架，以甲烷為主的氣體分子包裹于其中，與冰的結(jié)構(gòu)很相似。天然氣水合物的結(jié)構(gòu)類(lèi)型主要有三種，即I型、II型和H型。I型結(jié)構(gòu)的水合物為立方晶體結(jié)構(gòu)，僅能容納甲烷、乙烷小分子及N2、O2、H2S等非烴分子；II型結(jié)構(gòu)的水合物為菱形晶體結(jié)構(gòu)，除了能容納甲烷、乙烷外還能容納丙烷和異丁烷；H型水合物的結(jié)構(gòu)為六方晶體，除了能容納II型水合物所能容納的烴類(lèi)分子以外，還能容納異戌烷和其他一些較大的烴分子（趙鵬大，2003）。圖1天然氣水合物的結(jié)構(gòu)（姚永堅(jiān)等，2007）天然氣

4、水合物的物理力學(xué)性質(zhì)主要有：①密度為0.905-0.91g/cm3；②僅在低溫、高壓條件下穩(wěn)定，即在高溫、低壓下分解；③天然氣水合物的平衡條件依其氣體和水溶液的混合成分而發(fā)生變化；④天然氣水合物的分解為吸熱反應(yīng)；⑤天然氣水合物分解生成的水和氣容易再生成天然氣水合物；⑥天然氣水合物分解后釋放大量氣體，根據(jù)天然氣水合物填充率，其體積會(huì)膨脹120-170倍；⑦天然氣水合物在低溫下具有自保護(hù)效應(yīng)，此效應(yīng)是水合物在表面形成冰膜造成的（孫健等，2006）。6/6天然氣水合物的成藏機(jī)理00712016郭文cherry.gw@163.com二、天然氣水合物的賦存天然氣

5、水合物在自然界的賦存主要受控于溫度、壓力、孔隙水鹽度和氣源等基本因素相互作用。第一，溫度要低，以0-10℃為宜，最高溫度為20℃左右，再高天然氣水合物就被分解了；第二，壓力要大，但也不能太大，零度時(shí)，30MPa以上它就可能生成；第三，沉積物孔隙水鹽度對(duì)水合物的形成在一定程度上起抑制作用；第四有充足氣源。在陸地上只有西伯利亞的永凍土層才具備天然氣水合物形成和使之保持穩(wěn)定的固態(tài)的條件，而海洋深層300-500m的沉積物中也都具備這樣的低溫高壓條件。因此，其分布的陸海比例為1:100。較低的溫度、較高的壓力往往發(fā)育于大陸斜坡帶和深海（姚永堅(jiān)等，2007）。據(jù)

6、蘇聯(lián)、美國(guó)、日本等國(guó)的科學(xué)家的調(diào)查，天然氣水合物主要分布在活動(dòng)和非活動(dòng)大陸邊緣的加積楔頂端、陸坡盆地、弧前盆地、濱外海底海山，乃至內(nèi)陸?；蚝^(qū)，尤以活動(dòng)陸緣俯沖帶增生楔區(qū)，非活動(dòng)陸緣和陸隆臺(tái)地?cái)囫迏^(qū)的水合物最為發(fā)育，這可能與這些地區(qū)具有較好的水合物成礦環(huán)境有關(guān)（樊栓獅等，2007）。圖2天然氣水合物在全球的分布（樊栓獅等，2007）三、天然氣水合物的形成機(jī)制天然氣水合物的成藏需具備五個(gè)基本條件:①原始物質(zhì)基礎(chǔ)---天然氣和地層水的足夠富集；②足夠低的溫度；③較高的壓力；④一定的孔隙空間；⑤合適的圈閉條件（陳永嶠等，2003）。通常認(rèn)為，只要具備了天然氣

7、水合物穩(wěn)定的物理化學(xué)條件就可以形成天然氣水合物。因此，天然氣可形成于各種不同的體系和不同的環(huán)境下。一般來(lái)說(shuō)，天然氣水合物形成的地質(zhì)學(xué)模式總結(jié)為兩大系統(tǒng)：靜態(tài)系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。靜態(tài)系統(tǒng)中水合物生成的重要原因不是外來(lái)的物質(zhì)供給，而是系統(tǒng)內(nèi)部的變化；動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中向反應(yīng)區(qū)的物質(zhì)交換是水合物形成的直接原因。系統(tǒng)之下又存在多種模式：低溫冷凍模式、海侵模式、斷層模式、自生成巖模式、沉積模式以及各種滲濾模式（壓滲模式、地?zé)崮Ｊ健饬髂Ｊ剑┑?，其中以滲濾模式最為普遍也最為重要，它是海底天然氣水合物形成的主要地質(zhì)模式（趙鵬大，2003）。3.1靜態(tài)系統(tǒng)在靜態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，由于冷卻、

8、擠壓或形成物質(zhì)豐度的增加可以形成水合物。按影響水合物形成的主導(dǎo)因素不同，靜態(tài)系統(tǒng)可分為三種模式