摘 要:天然氣水合物是21世紀潛在的新能源,它正受到各國科學家和各國政府的重視,本文簡介了天然氣水合物和各國對其合物資源調(diào)查和研究現(xiàn)狀。
1 什么是天然氣水合物
天然氣水合物又稱固態(tài)甲烷,它是由天然氣與水所組成,呈固體狀態(tài),其外貌極象冰雪或固體酒精,點火即可燃燒,因此有人稱其為"可燃冰"、"氣冰"、"固體瓦斯"。天然氣水合物的結(jié)晶格架主要由水分子構(gòu)成,在不同的低溫高壓條件下,水分子結(jié)晶形成不同類型多面體的籠形結(jié)構(gòu)。其分子式為MnH2O加表示甲烷等氣體,n為水分子數(shù))。天然氣水會物的結(jié)構(gòu)類型有:I、11和H型。I型為立方晶體結(jié)構(gòu)、Ⅱ型為菱型晶體結(jié)構(gòu)、H型為六方晶體結(jié)構(gòu)。Ⅰ型天然氣水合物在自然界頒最廣,而Ⅱ及H型水合物更為穩(wěn)定。它是在低溫高壓條件下,由水與天然氣(主要是甲烷氣,每平方米的天然氣水會物可釋放出164立方米甲烷和0.8立方米的水)結(jié)合形成一種外觀似水的白色結(jié)晶固體,主要存在于陸地上的永久凍土帶和海洋沉積物中。
2 國際上天然氣水合物資源調(diào)查、研究現(xiàn)狀
俄羅斯自60年代開始,先后在白令海、鄂霍茨克海、千島海溝、黑海、里海等開展了天然氣水合物調(diào)查,并發(fā)現(xiàn)有工業(yè)意義的礦體。即使近期經(jīng)濟比較困難,仍堅持在巴倫支海和鄂霍茨克海等海域進行調(diào)查或研究工作。位于西西伯利亞東北部的Messoyakha天然氣水合物礦田已成功生產(chǎn)了17年。
德國從80年代后期還曾利用"太陽號"調(diào)查船與其他國家合作,先后對東太平洋俄勒岡海域的卡斯凱迪亞增生楔,以及西南太平洋和白令海域進行了水合物的調(diào)整。在南沙海槽、蘇拉威西海、白令海等地都發(fā)現(xiàn)了與水合物有關(guān)的地震標志,并獲取了水合物樣品。
印度在1995年全國地質(zhì)地球物理年會上統(tǒng)一了認識,認為天然氣水含物已成為現(xiàn)今地質(zhì)工作的主題。在印度科學和工業(yè)委員會的領(lǐng)導下制定了"全國天然氣水合物研究計劃",投資5600萬美元。迄今為止,印度已在其東西地區(qū)發(fā)現(xiàn)了多處地球物理異常,顯示出良好的找礦前景。
韓國資源研究所和海洋開發(fā)研究所于1997年開始在其東南部近海郁龍盆地進行水含物調(diào)查,相繼發(fā)現(xiàn)了略受變形的BSR、振幅空白帶、淺氣層、麻炕、海底滑坡、菱錳結(jié)核等一系列與水會物相關(guān)的標志。
新西蘭在北島東岸近海水深1-3Km,發(fā)現(xiàn)面積大于4×104km2的BSR分布區(qū)。
澳大利亞近年在其東部豪勛爵海底高原發(fā)現(xiàn)BSR分布面積達8×104km2。
巴基斯坦在阿曼灣開展了水會物調(diào)查,也取得了進展。
加拿大西側(cè)胡安一德賽卡洋中脊斜坡區(qū)發(fā)現(xiàn)約1800億油當量的天然氣水合物資源量。
3 我國有關(guān)天然氣水合物的研究、調(diào)查現(xiàn)狀
近年來,國家領(lǐng)導和國土資源部、科技部、財政部、國家計委等部委領(lǐng)導非常重視天然氣水合物的調(diào)查與研究。首先是對我國管轄海域歷年來做過大量的地震勘查資料分析,在沖繩海槽的邊坡、南海的北部陸坡、西沙海槽和西沙群島南坡等處發(fā)現(xiàn)了海底天然氣水合物存在的似海底地震反射層(BSR)標志。并在對海底天然氣水合物的成因、地球化學、地球物理特征、外北采集、資料處理解釋、鉆孔取樣、測井分析、資源評價、海底地質(zhì)災(zāi)害等方面進行了系統(tǒng)的研究,并取得了豐富的資料和大量的數(shù)據(jù)。
自1984年始,我國地質(zhì)界對國外有關(guān)水會物調(diào)查狀況及其巨大的資源潛力進行了系統(tǒng)的資料匯集。廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局的科技人員對80年代早、中期在南海北部陸坡區(qū)完成的2萬多公里地震資料進行復查,在南海北部陸坡區(qū)發(fā)現(xiàn)有似海底反射(BSR)顯示。根據(jù)國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局的安排,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局于1999年10十月首次在我國海域南海北部西沙海槽區(qū)開展海洋天然氣水合物前期試驗性調(diào)查。完成三條高分辯率地震測線共543.3km。2000年9-11月,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局"探寶號"和"海洋四號"調(diào)查船在西沙海槽繼續(xù)開展天然氣水含物的調(diào)查。共完成高分辯率多道地震1593.39km、多波束海底地形測量703.5km、地球化學采樣20個、孔隙水樣品18個、氣態(tài)烴傳感器現(xiàn)場快速測定樣品33個。獲得突破性進展。資料表明:地震剖面上具明顯似海底反射界面(BSR)和振幅空白帶。"BSR"界面一般位于海底以下300-700m,最淺處約180m。振幅空白帶或弱振幅帶厚度約80-600m,"BSR"分布面積約2400km'。以地震為主的多學科綜合調(diào)查表明:海域天然氣水合物主要賦存于活動大陸邊緣和非活動大陸邊緣的深水陸坡區(qū),尤以活動陸緣俯沖帶增生楔區(qū)、非活動陸緣和陸隆臺地斷褶區(qū)水含物十分發(fā)育。根據(jù)ODP184航次1144鉆井資料揭示,在南海海域東沙群島東南地區(qū),l百萬年以來沉積速率在每百萬年400-1200m之間,鶯歌海盆地中中新世以來沉積速度很大。資料表明:南海北部和西部陸坡的沉積速率和已發(fā)現(xiàn)有豐富天然氣水合物資源的美國東海岸外布萊克海臺地區(qū)類似。南海海域水含物可能賦存的有利部位是:北部陸坡區(qū)、西部走滑剪切帶、東部板塊聚合邊緣及南部臺槽區(qū)。本區(qū)具有增生楔型雙BSR、槽緣斜坡型BSR、臺地型BSR及盆緣斜坡型BSR等四種類型的水合物地震標志BSR構(gòu)型。從地球化學研究發(fā)現(xiàn)南海北部陸坡區(qū)和南沙海域,經(jīng)常存在臨震前的衛(wèi)星熱紅外增溫異常,其溫度較周圍海域升高5-6℃,特別是南海北部陸坡區(qū),從瓊東南開始,經(jīng)東沙群島,直到臺灣西南一帶,多次重復出現(xiàn)增溫異常,它可能與海底的天然氣水會物及油氣有關(guān)。
綜合資料表明:南海陸坡和陸隆區(qū)應(yīng)有豐富的天然氣水合物礦藏,估算其總資源量達643.5-772.2億噸油當量,大約相當于我國陸上和近海石油天然氣總資源量的1/2。
西沙海槽位于南海北部陸坡區(qū)的新生代被動大陸邊緣型沉積盆地。新生代最大沉積厚度超過7000m,具斷裂活躍。水深大于400m。基于應(yīng)用國家863研究項目"深水多道高分辨率地震技術(shù)"而獲得了可靠的天然氣水合物存在地震標志:1)在西沙海槽盆北部斜坡和南部臺地深度200-700m發(fā)現(xiàn)強BSR顯示,在部分測線可見到明顯的BSR與地層斜交現(xiàn)象。2)振幅異常,BSR上方出現(xiàn)弱振幅或振幅空白帶,以層狀和塊狀分布,厚度80-450m。3)BSR波形與海底反射波相比,出現(xiàn)明顯的反極性。4)BSR之上的振幅空白帶具有明顯的速度增大的變化趨勢。資料表明:南海北部西沙海槽天然氣水合物存在面積大,是一個有利的天然氣水合物遠景區(qū)。
4 意見與建議
(1)鑒于天然氣水合物是21世紀潛在的新能源,它正受到各國科學家和各國政府的重視,其調(diào)查研究成果日新月異,故及時了解、收集、交流這方面的情況、勘探方法及成果尤為重要,為趕超國際天然氣水合物調(diào)查、研究水平,促進我國天然氣水會物的調(diào)查、勘探與開發(fā)事業(yè),為我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展做出新貢獻,建議每兩年召開一次全國性的"天然氣水合物調(diào)查動態(tài)、勘探方法和成果研討會"。
(2)我國南海廣闊的陸坡及東海部分陸坡具有形成天然氣水含物的地質(zhì)條件,建議盡快開展這兩個海區(qū)的天然氣水含物的調(diào)查研究工作,為我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供新能源。