內容簡介
《天然氣水閤物叢書:天然氣水閤物地質概論》總結瞭天然氣水閤物國內外研究的新進展,係統地介紹瞭天然氣水閤物形成的地質理論。針對我國南海海域,建立瞭一套估算無井和有井地區天然氣水閤物飽和度的方法,闡述瞭天然氣水閤物富集機理,並對南海天然氣水閤物進行瞭遠景資源評價。
《天然氣水閤物叢書:天然氣水閤物地質概論》是天然氣水閤物研究的係統總結,無論是基礎理論的創新,還是對勘探實例的分析都有獨到的見解,可為天然氣水閤物的研究工作者和地質專業學生,以及對新能源有興趣的讀者提供有價值的參考。
內頁插圖
目錄
第1章 天然氣水閤物概況
1.1 天然氣水閤物概念及其研究意義
1.2 天然氣水閤物的晶體結構特徵
1.3 天然氣水閤物的研究進展
1.3.1 國際研究進展
1.3.2 國內研究進展
1.4 天然氣水閤物在海洋沉積物中的分布
1.4.1 被動大陸邊緣
1.4.2 活動大陸邊緣
1.4.3 邊緣海盆地
參考文獻
第2章 天然氣水閤物的識彆標誌
2.1 天然氣水閤物地球物理識彆標誌
2.1.1 似海底反射層
2.1.2 地球物理屬性識彆技術
2.1.3 測井地球物理特徵
2.1.4 海洋電磁法
2.2 天然氣水閤物的地球化學識彆標誌
2.2.1 海底甲烷異常
2.2.2 孔隙水氯離子異常
2.2.3 孔隙水SO42-異常
2.2.4 孔隙水6б18O異常
2.2.5 沉積物地球化學異常
2.3 天然氣水閤物的海底地質識彆標誌
2.3.1 麻坑
2.3.2 冷泉碳酸鹽岩
2.3.3 化能自養生物群
參考文獻
第3章 天然氣水閤物地質構造分析
3.1 天然氣水閤物形成和富集的構造因素
3.1.1 構造應力
3.1.2 孔隙超壓流體
3.2 活動斷裂構造
3.2.1 斷層封堵對流體運移的影響
3.2.2 斷層帶流體運移
3.2.3 與斷層有關的天然氣水閤物的成藏模式
3.3 多邊形斷層
3.3.1 概念及其特徵
3.3.2 南海北部多邊形斷層
3.3.3 多邊形斷層對水閤物成藏的影響
3.4 泥底闢構造
3.4.1 泥底闢類型及識彆特徵
3.4.2 與泥底闢構造有關的天然氣水閤物
3.4.3 東海泥底闢構造水閤物
3.4.4 瓊東南盆地底闢構造水閤物
3.5 氣煙囪構造
3.5.1 氣煙囪類型
3.5.2 氣煙囪形成機理
3.5.3 南海北部深水盆地氣煙囪構造
3.5.4 氣煙囪對水閤物成藏的影響
3.6 大型海底滑坡
3.6.1 大型海底滑坡單元
3.6.2 白雲海底滑坡
3.6.3 白雲海底滑坡與天然氣水閤物
參考文獻
第4章 天然氣水閤物係統
4.1 天然氣水閤物形成的溫壓條件
4.2 天然氣水閤物的氣源條件
4.2.1 鬱陵盆地氣源
4.2.2 日本南海海槽氣源
4.2.3 墨西哥灣氣源
4.2.4 水閤物脊氣源
4.3 天然氣水閤物的儲層
4.3.1 砂岩儲層
4.3.2 細粒沉積物
4.4 流體運移
4.5 天然氣水閤物成藏時間
4.6 天然氣水閤物成藏模式
參考文獻
第5章 砂岩型儲層水閤物
5.1 砂岩型水閤物概念
5.2 深水砂體的沉積體係
5.2.1 深水水道沉積體係
5.2.2 深水底流沉積體係
5.3 砂岩型天然氣水閤物形成模式
5.3.1 墨西哥灣(被動陸緣)砂岩型水閤物成藏模式
5.3.2 日本南海海槽(弧前盆地)砂岩型水閤物成藏模式
5.3.3 韓國鬱陵盆地砂岩型水閤物成藏模式
5.3.4 南海北部陸坡砂岩型水閤物成藏模式
參考文獻
第6章 細粒沉積物天然氣水閤物係統
6.1 細粒沉積物水閤物係統
6.2 細粒沉積物天然氣水閤物係統的識彆特徵
6.3 我國南海北部陸坡細粒沉積物天然氣水閤物係統
6.3.1 溫壓條件
6.3.2 南海氣源條件
6.3.3 氣體運移
6.3.4 儲層特徵
6.3.5 孔隙水特徵
6.3.6 流體疏導係統與水閤物形成時間
6.4 細粒沉積物天然氣水閤物係統的成因模式
參考文獻
第7章 海洋天然氣水閤物的資源評價
7.1 孔隙充填型水閤物飽和度估算
7.1.1 電阻率法
7.1.2 聲波速度法
7.1.3 含水閤物層的飽和度估算
7.2 裂隙充填型水閤物飽和度
7.2.1 層狀介質的速度模型
7.2.2 裂隙充填型天然氣水閤物飽和度估算
7.3 孔隙水氯離子濃度計算水閤物飽和度
7.4 天然氣水閤物資源前景
7.4.1 天然氣水閤物資源評價
7.4.2 天然氣水閤物資源前景
7.4.3 天然氣水閤物資源分級
7.5 南海天然氣水閤物遠景資源評價
參考文獻
前言/序言
自1998年我到日本海洋研究開發機構(JAMSTEC)開展日本南海海槽俯衝帶地質研究工作初識天然氣水閤物的概念(以下簡稱“水閤物”),至今已有十餘載。十幾年來,我對水閤物研究的熱情一直不減。2001年,我滿懷激情地參加瞭由金翔龍、汪集嚦、秦蘊珊、汪品先等院士組織的香山科學技術會議:2003年積極申請並承擔瞭中國科學院資源環境與技術*一個重要方嚮性項目和國傢水閤物專項綜閤研究;2008年成功申請瞭有關水閤物的國傢自然科學基金重點項目,經過多年的努力,對水閤物的認識不斷深入。然而,在水閤物的研究道路上,也經曆瞭973項目申請的失敗,關於水閤物的認知依然不足。幸運的是,雖在研究道路上曆經麯摺,但結識瞭不少良師益友,伴我走到瞭今天。
國際上對水閤物的研究忽冷忽熱,跌宕起伏,尤其是水閤物作為資源潛力到底有多大,備受爭議。大多數政府、石油公司認為距離對水閤物進行商業開發仍十分遙遠,因此對水閤物研究的投入不斷減少,國內項目申請難度也不斷增加。但學科組王秀娟、陳端新、孫啓良等同誌不放棄、不氣餒,從資源評價、水閤物海底滑坡,到水閤物引起的全球變化,不斷拓展水閤物的研究範圍。本書也是對我們的工作總結。
我們的研究水平仍十分有限。從今年7月在北京召開瞭第八屆國際天然氣水閤物大會上,瞭解到同行的重大研究進展,我們備受鼓舞。科學是無止境的,因此,我們也想通過本書的齣版,一方麵加強與同行的交流,另一方麵也激勵自身努力趕上世界先進水平,勇攀水閤物研究高峰,希望學科組齣現更好的成果。本書係統介紹天然氣水閤物成藏的地質條件,結閤南海的具體實踐,也給齣瞭很多研究實例,希望能夠對我們的水閤物科學工作者、大學生和水閤物愛好者有所裨益。
冰的牢籠,能源的未來:深入探索地殼下的“可燃冰” 一部全麵、前沿、引人入勝的地球科學巨著,揭示天然氣水閤物(Gas Hydrates)的深邃奧秘及其對全球能源格局的顛覆性潛力。 本書並非聚焦於特定係列叢書中的“地質概論”,而是以更宏大、更具普適性的視角,帶領讀者進入地球科學研究的前沿領域——天然氣水閤物(通常被稱為可燃冰)。我們深入剖析這種獨特的晶體結構如何在地殼深處形成、穩定和儲存海量甲烷資源,以及其在全球氣候變化、海洋生態穩定乃至人類能源戰略中所扮演的關鍵角色。 第一部分:水閤物的晶體宇宙——基礎科學的構建 本書首先為讀者構建起理解天然氣水閤物所需的堅實科學基礎。我們詳盡闡述瞭天然氣水閤物的晶體結構與熱力學原理。這不僅僅是對化學分子式(如CH₄·xH₂O)的簡單羅列,而是對水分子如何以籠狀結構(Clathrate Structure)精確捕獲氣體分子進行深入的微觀剖析。我們將探討“宿主-客體”體係的形成條件,包括壓力和溫度的精確界限(即“水閤物穩定性域”),並輔以最新的實驗數據和分子動力學模擬結果,解釋甲烷、乙烷等烴類氣體與水分子之間的範德華力和氫鍵作用機製。 此外,本書將詳細論述天然氣水閤物的地球化學性質。不同於傳統的油氣藏,水閤物的形成與分解過程受到孔隙水中的鹽度、雜質氣體(如二氧化碳、硫化氫)的存在以及成岩作用的深刻影響。我們將係統對比I型、II型和H型水閤物的結構差異,並解析它們在不同地質環境(如深海沉積物、陸地永久凍土帶)中形成的獨特地化指紋。 第二部分:地質尋蹤與分布——地球深處的能源地圖 在掌握瞭基礎理論後,本書將帶領讀者進行一場全球範圍的“地質探秘之旅”。我們重點探討天然氣水閤物的賦存環境與分布規律。這包括: 海洋沉積物中的水閤物係統: 深入解析洋底沉積物中“氣水閤物穩定帶”(Hydrate Stability Zone, HSZ)的形成機製,討論沉積物粒度、地熱梯度和沉積速率對水閤物儲層厚度和儲量潛力的控製作用。我們將展示全球主要海域(如北美大陸邊緣、東亞海域、墨西哥灣)的水閤物潛力分布圖,並分析其與構造活動、古環境變遷的關聯性。 陸地凍土帶的“冰凍陷阱”: 針對西伯利亞、阿拉斯加等北極地區的凍土水閤物,我們將重點分析季節性凍融循環、冰緣過程對水閤物穩定性的影響,以及這些水閤物與上湧的深源天然氣之間的相互作用。 非常規水閤物賦存形式: 探索如海底濁積物內、火山岩裂隙中、甚至可能存在於高壓變質岩中的非常規水閤物類型,拓寬讀者對水閤物地質學意義的認知邊界。 第三部分:氣候驅動力與地球安全——水閤物的“雙刃劍”效應 天然氣水閤物並不僅僅是潛在的能源,它們還是地球氣候係統中的一個巨大、不穩定的碳庫。本書用大量篇幅聚焦於水閤物的地球係統意義: 氣候變化與水閤物解離的反饋機製: 我們詳細論述瞭全球變暖背景下,海洋溫度和沉積物溫度上升如何觸發水閤物分解的臨界點。通過建立復雜的耦閤模型,分析水閤物釋氣對海洋酸化、大氣甲烷濃度的潛在貢獻,探討其是否會成為一個不可逆轉的“氣候引爆點”(Tipping Point)。 地質災害的潛在誘因: 深入剖析水閤物解離如何導緻海底斜坡失穩,引發大規模的“海底滑坡”(Massive Submarine Landslides)和隨之而來的海嘯風險。本書將迴顧曆史上的相關地質事件案例,並評估現代海洋工程活動對水閤物穩定性的潛在乾擾。 第四部分:資源開發的技術前沿與挑戰 作為一種極具前景的未來能源,本書對天然氣水閤物的資源開采技術進行瞭詳盡的綜述和前瞻性分析: 主要開采方法解析: 詳細對比“降壓法”(Depressurization)、“熱力驅替法”(Thermal Stimulation,如注熱水或微波加熱)、“抑製劑注入法”(Inhibitor Injection,如甲醇、乙二醇)的原理、優缺點以及在不同地質條件下的適用性。本書將著重分析近年來國際上大型試驗項目(如日本的Methane Hydrate in Deep Sea Exploration, MH21項目;美國的Nankai Trough試驗)的最新成果和工程挑戰。 環境風險管控與可持續開采: 資源開發必須以環境安全為前提。我們將探討如何設計有效的監測係統,以實時追蹤水閤物分解前緣、防止甲烷泄漏至水體上層或大氣中。內容涵蓋封井技術、甲烷捕集與再注入的潛在方案。 結語:麵嚮未來的能源博弈 本書超越瞭單純的地球科學描述,將天然氣水閤物置於全球能源轉型和地緣政治的宏大背景下進行審視。它不僅是科研人員和工程技術人員的專業參考書,更是所有關注能源安全、氣候科學及深海資源開發的讀者,理解這一“冰封能源”復雜性和潛力的權威指南。通過本書,讀者將全麵掌握水閤物的形成機製、全球儲量分布、氣候響應以及前沿的開采技術,為迎接這個能源新紀元的挑戰做好準備。