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天然气水合物调查和研究现状

时间:2007-1-27栏目:化学化工论文

  摘 要:天然气水合物是21世纪潜在的新能源,它正受到各国科学家和各国政府的重视,本文简介了天然气水合物和各国对其合物资源调查和研究现状。

1 什么是天然气水合物

天然气水合物又称固态甲烷,它是由天然气与水所组成,呈固体状态,其外貌极象冰雪或固体酒精,点火即可燃烧,因此有人称其为"可燃冰"、"气冰"、"固体瓦斯"。天然气水合物的结晶格架主要由水分子构成,在不同的低温高压条件下,水分子结晶形成不同类型多面体的笼形结构。其分子式为MnH2O加表示甲烷等气体,n为水分子数)。天然气水会物的结构类型有:I、11和H型。I型为立方晶体结构、Ⅱ型为菱型晶体结构、H型为六方晶体结构。Ⅰ型天然气水合物在自然界颁最广,而Ⅱ及H型水合物更为稳定。它是在低温高压条件下,由水与天然气(主要是甲烷气,每平方米的天然气水会物可释放出164立方米甲烷和0.8立方米的水)结合形成一种外观似水的白色结晶固体,主要存在于陆地上的永久冻土带和海洋沉积物中。

2 国际上天然气水合物资源调查、研究现状

随着世界上石油、天然气资源的日渐耗尽,各国的科学家正在致力于寻找新的接替能源。天然气水合物被称为ZI世纪具有商业开发前景的战略资源,正受到各国科学家和各国政府的重视。

自60年代开始,俄、美、巴德、英、加等许多发达国家,甚至一些发展中国家对其也极为重视,开展了大量的工作。

俄罗斯自60年代开始,先后在白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、黑海、里海等开展了天然气水合物调查,并发现有工业意义的矿体。即使近期经济比较困难,仍坚持在巴伦支海和鄂霍茨克海等海域进行调查或研究工作。位于西西伯利亚东北部的Messoyakha天然气水合物矿田已成功生产了17年。

美国科学家早在1934年首次在输气管道中发现了天然气水合物,它堵塞了管道,影响了气体的输送而开始了对水合物结构及形成条件的研究。随后美、加在加拉斯加北坡、马更些三角洲冻土带相继发现了大规模的水合物矿藏。70年代初英国地调所科学家在美国东海岸大陆边缘所进行的地震探测中发现了"似海底反射层"(Bottom Similating,Reflector,英文称 BSR)。紧接着于1974年又在深海钻探岩芯中获取天然气水合物样品,并释放出大量甲烷,证实了"似海底反射"与天然气水含物有关。1979年美国借助深海钻探计划(DSDP)和大洋钻探计划(ODP),长期主持和组织了此项工作,最早指出天然气水合物为未来的新型能源,并绘制了全美天然气水含物矿床位置图。积极参加这项工作的还有英国、加拿大、挪威、日本和法国等。1991年美国能源部组织召开"美国国家天然气水合物学术讨论会"。最为重要的是1995年冬ODP64航次在大西洋西部布莱克海台组织了专门的天然气水合物调查,打了一系列深海钻孔,首次证明天然气水会物广泛分布,肯定其具有商业开发的价值。同时指出天然气水会物矿层之下的游离气也具有经济意义。以甲烷碳量计算,初步估计该地区天然气水合物资源量多达100亿吨,可满足美国105年的天然气消耗。在天然气水合物取得一系列研究成果的基础上,美国地质学会主席莫尔斯于1996年把天然气水合物的发现作为当今六大成就之一。因此,美国参议院于1998年通过决议,把天然气水合物作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划,要求能源部和美国地质调查局等有磁部门组织实施,其内容包括资源详查、生产技术、全球气候变化、安全及海底稳定性等五方面的问题,拟每年投人资金2000万美元,要求2010年达到计划目标,20年将投入商业性开发。

亚洲东北亚海域是天然气水合物又一重要富集区。80年代末ODP127、131航次在日本周缘海域进行钻探,获得了天然气水会物及BSR异常广布的重要发现。美国能源部的Krason在1992年日本东京召开的第29届国际地质大会上表明在日本周缘海域共发现9处的BSR分布区。天然气水合物矿层位于海底以下150-300M处,矿层厚度分别为3m、5m、7m,总厚为15m。估计在日本南海海槽的BSR颁面积约35000Km2。由于美国能源部发表了上述评估数据,加之日本油气能源短缺,它引起了日本通产省、科技界及企业界的高度重视。1995年日本通产省资源能源厅石油公司(JNOC)联合10家石油天然气私营企业制定了1995-l999年宏伟的"甲烷天然气水合物研究及开发推进初步计划",投资6400万美元。通过对日本周边海域,特别是南海海槽、日本海东北部的鄂霍茨克海的靶区调查,发现南海海槽水合物位于水深850—1150m离岸较近,易于开发。水会物赋存一砂岩和火山沉积物中,其也隙度为35%,水合物充填率达85%,初步评价,日本南海海槽的天然气水合物甲烷资源量为7.4×l012m3,可满足日本100年的能源消耗。

德国从80年代后期还曾利用"太阳号"调查船与其他国家合作,先后对东太平洋俄勒冈海域的卡斯凯迪亚增生楔,以及西南太平洋和白令海域进行了水合物的调整。在南沙海槽、苏拉威西海、白令海等地都发现了与水合物有关的地震标志,并获取了水合物样品。

印度在1995年全国地质地球物理年会上统一了认识,认为天然气水含物已成为现今地质工作的主题。在印度科学和工业委员会的领导下制定了"全国天然气水合物研究计划",投资5600万美元。迄今为止,印度已在其东西地区发现了多处地球物理异常,显示出良好的找矿前景。

韩国资源研究所和海洋开发研究所于1997年开始在其东南部近海郁龙盆地进行水含物调查,相继发现了略受变形的BSR、振幅空白带、浅气层、麻炕、海底滑坡、菱锰结核

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