加拿大Mackenzie Deltabeaufort海地区

最后一次更新在星期二,2023年5月02|永冻层

Mackenzie Delta-Beaufort海地区,被宝洁et al .(1984),是由现代三角洲沉积物及以上的部分河流沉积物理查兹岛Tuktoyaktuk半岛和近海地区在大陆架延伸到水深约200米。邮局古生代沉积岩的波弗特海大陆架划分为两个主要部分:启动白垩纪和上白垩统第四纪地层。一个主要的区域不整合标志上白垩纪及以上地层之间的边界。上面这个区域不整合,沉降主要是三角洲过程,导致一系列的厚,通常向北推进式三角洲复合体(审核通过迪克逊和迪特里希,1990)。

: 图3。地图的厚度(单位:米)在阿拉斯加北部甲烷水合物稳定带(从Collett修改,1993)。

: 图4。地图的深度(米)的甲烷水合物稳定带Mackenzie Delta-Beaufort海的加拿大北部地区(从法官和Majorowicz修改,1992)。

3.1。天然气水合物稳定性条件

麦肯齐三角洲地区,地下温度数据来自行业获得生产钻杆测试,井底测井调查,和长期精确温度研究进行了大约50检测井探讨(法官et al ., 1981;泰勒et al ., 1982)。含有冰的永冻层的厚度及相关已知冻土温度相差很大在短距离内麦肯齐三角洲(泰勒et al ., 1996)。在永冻层间隔Mackenzie Delta-Beaufort海地区的地热梯度相对统一,从约3.0°C / 100到4.0°C / 100 (Majorowicz et al ., 1990;Majorowicz et al ., 1995)。

孔隙压力信息从麦肯齐三角洲地区的冻土下面显示一个变量压力机制。数据从四个井钻近海大陆架上表明pore-pressures异常高立即含有冰的永冻层的基础下,可能由于天然气水合物分离(韦弗和斯图尔特,1982)。有限的孔隙压力静压pore-pressures附近在岸井的数据显示(9.795 kPa / m;0.433 psi /英尺)立即下冻土的基础(霍金斯和Hatelid, 1975)。

分析气体样品和泥浆测井行业井的气相色谱数据显示,形成气体上2000米内的沉积物在波弗特海地区几乎完全由甲烷(99.5%)(韦弗和斯图尔特,1982)。四钻柱疑似天然气水合物生产测试出现在两井钻麦肯齐三角洲的理查兹岛上产生气体主要是由甲烷组成(99.19 - 99.53%)(由和迪克,1974)。这些数据确认结构应该将作为主要的天然气水合物甲烷水合物形成Mackenzie Delta-Beaufort海地区。

形成的孔隙水盐度水域Mackenzie Delta-Beaufort海地区深度间隔内从200年到2000低从值附近5到35 ppt(韦弗和斯图尔特,1982;Hitchon et al ., 1990;Dallimore和马修斯,1997),这将对天然气水合物稳定影响甚微。

地热条件的审查控制天然气水合物稳定、法官和Majorowicz(1992)深度映射到基地的methanehydrate Mackenzie Delta-Beaufort海地区的稳定区域。如图4所示,欧元区中甲烷水合物可能发生扩展深度大于1200米理查兹岛和广泛的在大部分的大陆架区域Mackenzie Delta-Beaufort海地区。

3.2。天然气水合物发生

评估Mackenzie Delta-Beaufort海域天然气水合物出现了主要的基础上进行油气勘探过程中获得的数据在过去的三十年里(审查法官et al ., 1994)。此外,两个专门的科学钻探项目(Dallimore Collett, 1995;Dallimore et al ., 1999)包括gas-hydrate-bearing核心样本的收集。史密斯和法官提出的一个数据库(1993)总结了一系列的未发表的顾问研究调查146年开采井测井数据在麦肯齐三角洲地区。总共25井(17%)被认定为包含可能或可能的天然气水合物(图4)。天然气水合物的频率发生在近海油井大,可能或可能的天然气水合物识别36个55井(65%)。

最近完成的天然气水合物研究钻井程序之前,最广泛研究天然气水合物Mackenzie Delta-Beaufort海地区出现那些钻在陆上Mallik L-38和Ivik J-26井(通过和迪克,1974)和那些在海外Nerlerk m - 98, Koakoak 0-22, Ukalerk 50,和Kopanoar M-13井(韦弗和斯图尔特,1982)。裸眼井测井评价的基础上,据估计,Mallik L-38遇到gas-hydrate-bearing砂岩的约100米,和Ivik J-26穿透了约25米的天然气水合物。测井推断gas-hydrate-bearing砂岩单位Mallik L-38好发生在深度区间从820到1103,而在Ivik J-26,天然气水合物占据了一系列有细密纹理的砂岩和砾岩状岩石单位深度间隔内从980到1020米。分析(韦弗和斯图尔特,1982)裸眼井测井和泥浆的日志,表明离岸Nerlerk m - 98井渗透gas-hydrate-bearing沉积物的约170,而Koakoak 0-22, Ukalerk 50,和Kopanoar M-13井钻约40米,100米和250米的天然气水合物。在所有四个情况下,中文摘要推断出天然气水合物发生在细粒度砂岩岩石单位。

JAPEX / JNOC / GSC Mallik 2 L-38天然气水合物研究好,钻在1998年附近Mallik L-38,包括广泛的科学研究旨在调查现场天然气水合物的赋存Mallik场地区(Dallimore et al ., 1999)。约37米的核心是恢复天然气水合物间隔(878 - 944)在Mallik 2 l-38。孔隙空间天然气水合物和一些形式的可见天然气水合物观察各种砂浆与non-hydrate沙砾疏松的层间的关系。空心和井下天然气水合物记录出现在Mallik 2 l-38展览高电气电阻率和声波速度迅速。总的来说,气体hydrate-bearing地层厚约150米深度间隔内从889到1101米。

permafrost-coring项目期间Taglu区域外麦肯齐三角洲的理查兹岛上,含有冰核包含可见天然气水合物和可能的孔隙空间天然气水合物是恢复(Dallimore Collett,

1995)。可见天然气水合物发生在深度约330到335米,像冰一样薄层释放甲烷在复苏。天然气产量计算表明,其他含有冰核从corehole Niglintgak场地区的理查兹岛上也包含后孔隙空间天然气水合物。

估计量的天然气水合物的气体积累Mackenzie Delta-Beaufort海地区的不同从9.3到2.7 (xl012 xl013 m3(史密斯和法官,1995;Majorowicz Osadetz, 1999);然而,这些估计通常缺乏约束。在最近的一项研究中,Collett et al。(1999),行业获得反射地震数据和可用的裸眼井测井被用来识别和地图的分布四个不同的理查兹岛天然气水合物积累。天然气的总量被困在四水合物气体水合物积累理查兹岛上估计90 xl09 m3 (Collett et al ., 1999)。

4所示。斯维德鲁普盆地、加拿大

斯维德鲁普盆地的北部边缘附近的一个结构性萧条北美克拉通(无花果。2和5)。长约1300公里,宽400公里的盆地中北部的部分。斯维德鲁普盆地与西北部的斯维德鲁普Rim和富兰克林的南部和东部造山带;它包含13公里的下石炭系上三级海洋和非海相陆源碎屑岩,碳酸盐,蒸发,玄武岩流和辉长岩海堤和基石。斯维德鲁普盆地的石油地质已经大量的出版物中描述(史密斯和Wennekers, 1977;Balkwill, 1978;Nassichuk、1983、1987;宝洁et al ., 1984;和Haimila et al ., 1990)。

4.1。天然气水合物稳定性条件

调查取得了精确的温度从32石油井钻在斯维德鲁普盆地(泰勒,1988)。温度记录从好望角Allison钻在244 c—47运输机水南部海岸Ellef Ringnes岛表明厚冻土不发生在更深的部分内部岛通道。然而,在沿海地区,永久冻土,内陆和海洋以外的限制,永久冻土一直测量深度的700(泰勒et al ., 1982)。因此,天然气水合物可能存在于或接近subaeraly暴露岛屿斯维德鲁普盆地。

温度数据从五个在岸井钻在Ellef Ringnes岛表现出实质性的变化由于永久冻土动力学的影响,最近海洋回归,变量古气候记录。地热梯度计算的温度在离岸Allsion角由C - 47组成调查平均约1.3°C / 100 m的下白垩统Isachesen形成和大约2.5°C / 100中间上侏罗纪鹿湾形成(泰勒et al ., 1988)。地热梯度计算温度资料的五个在岸井钻在Ellef Ringnes岛范围从

4°C / 100 - 8°C / 100在冻土序列和从3°C / 100 6°C / 100 m以下冻土(泰勒et al ., 1988)。

审查所有已知的技术来源没有产生异常的证据在斯维德鲁普盆地地层孔隙压力条件。由于缺少数据,一般认为,斯维德鲁普盆地的近地表沉积剖面的特征是静水孔隙压力条件。

所有已知的常规天然气字段斯维德鲁普盆地包含干气几乎完全由甲烷组成(史密斯和Wennekers, 1977),表明只有结构的潜在发生甲烷水合物。

回顾可用的数据源发现在斯维德鲁普盆地孔隙水盐度的任何信息。再次,由于缺少数据,斯维德鲁普盆地的天然气水合物稳定计算了过去假设没有溶解孔隙水盐的影响。

描述的计算机程序Collett et al .(1993)已经被用于计算天然气水合物稳定带的限制在30在岸井斯维德鲁普盆地(图5)。天然气水合物稳定程序,所述Collett et al。(1993),需要输入如下:(1)年平均地表温度为-20°C的斯维德鲁普盆地(泰勒et al ., 1988),(2)含有冰的冻土深度基地(修改从泰勒,1988),(3)温度的底部含有冰的永久冻土也在这种情况下被认为是0°C,和(4)地温梯度之间的比例从上面到下面的底部含有冰的冻土本研究假定为1.0。当礼物,甲烷水合物稳定带的厚度在斯维德鲁普盆地(图5),从可用的永冻层数据外推,范围从36到1138米。由于天然气水合物稳定带高度可变的本质在井进行评估,没有尝试等高线图5中的稳定性数据。

4.2。天然气水合物发生

的研究从138年陆地油井井下日志斯维德鲁普盆地调查表明,大约71%的油井可能遇到了天然气水合物,而17 30近海油井可能渗透到天然气水合物(史密斯和法官,1993)。大多数研究处理发生的斯维德鲁普盆地天然气水合物与天然气水合物有关诱导钻井危害(富兰克林、1980、1981)。有限的信息获得报告的审查在斯维德鲁普盆地钻井推断出可能发生的天然气水合物或接近国王基督徒,Ellef Ringnes,和Mellville群岛。1971年,在国王的钻井基督教岛N-06好,气体泄漏到钻井平台在表层套管外的地下室,

: 图5。斯维德鲁普盆地的地图(加拿大)显示30陆上石油井的位置。也显示甲烷水合物稳定带的厚度(单位:米)在每一个。

这是设定在160米。井钻在Ellef Ringnes岛也经历了重大的气流从后面套管(405),钻井,海拔2560米。气体泄漏已报告在整个盆地相似,这可能是热扰动加分路的天然气水合物钻探活动的结果发生。钻井Mellville岛上也揭示了可能发生的天然气水合物。例如,尽管钻井赫恩时候遇到几个重要的气体流动,一个深度356米,第二,海拔895米。油气生产测试的区域产生了古典天然气水合物测试结果,较低的气体流速和关井期间慢慢增加超出了静水压力测试。随钻杰克逊G-16西南海岸的Ellef Ringnes岛(约60米水深)气体检测的深度453米,海拔567米,说明可能的天然气水合物发生。基于钻井报告,天然气水合物可能存在于斯维德鲁普盆地;然而,没有天然气水合物的直接证据。

5。俄罗斯西西伯利亚盆地

西西伯利亚盆地的石油地质和地球化学是相当详细地描述许多英语出版物(看过的恩典和哈特(1986)。天然气生产在西西伯利亚盆地北部主要的尼奥科姆统的水库Vartov和Megion“套房”(平均深度2800米)和Pokur森诺曼阶水库的“套房”(平均深度1100米)。Pokur“套房”回页岩的序列的“库兹涅佐夫”“套房”,形成一个区域密封的大部分潜在的砂岩储层。

5.1。天然气水合物稳定性条件

西西伯利亚盆地、永冻层厚度逐渐增加不连续多年冻土地区的南580米厚的北部盆地。地热梯度测量范围从4.0°C / 100 m 5.0°C / 100的中部和西南部分盆地和地热梯度低见2.0°C / 100到3.0°C / 100报告的北部盆地(Cherskiy et al ., 1985)。

可用数据的审核没有发现明显的孔隙压力异常的证据在近地表(0 - 1500)西西伯利亚盆地的沉积部分。因此,静水孔隙压力梯度(9.795 kPa / m;0.433 psi /英尺)可以认为当考虑西西伯利亚盆地天然气水合物稳定计算。

扑克的森诺曼阶水库西西伯利亚北部的“套房”主要包含甲烷(92.5 - 99.0%)(看过的优雅与哈特,1986)。因为甲烷似乎是占主导地位的烃气森诺曼阶水库内的盆地纯甲烷气体化学可以认为西西伯利亚盆地天然气水合物稳定计算。

分析水样收集石油形成测试期间森诺曼阶水库的永久冻土层以下序列表明(散装)孔隙水盐度很低(5到14 ppt)并将对天然气水合物稳定影响甚微。

Cherskiy et al。(1985)计算深度甲烷水合物稳定带的顶部和基地在西西伯利亚盆地230个地点。他们确定深度的甲烷水合物稳定带的底部西西伯利亚盆地范围从0 Oba河沿岸向南和达到最大深度约1000米的东北边缘盆地(图6)。

5.2。天然气水合物发生

生产数据和其他相关的地质信息被用于文档的存在天然气水合物在Messoyakha领域,位于西西伯利亚盆地的东北角落(Makogon et al ., 1972;Makogon、1981、1988;Cherskiy et al ., 1985;Krason Ciesnik, 1985)。Messoyakha气体积累仅限于Pokur Dolgan形成的“套房”,和生产建立了从深度间隔720和820米。(约40米)的上部Messoyakha字段在预测甲烷水合物稳定带;因此,分离Messoyakha字段上天然气水合物

: 图6。地图的深度(米)的甲烷水合物稳定带的底部西西伯利亚盆地,俄罗斯(修改从Cherskiy et al ., 1985)。

积累和较低的游离气积累。在生产之前,计算总天然气储量在天然气水合物和游离气的部分Messoyakha积累估计约为80 x 109立方米,约有三分之一的外汇储备在天然气水合物(Krason Ciesnik, 1985)。

很多俄罗斯的研究人员认为,长期生产gashydrate Messoyakha领域的一部分,实现了一个简单的降压方案(审查通过Collett和金斯伯格,1998)。当生产开始从1969年Messoyakha字段时,储层压力递减曲线跟踪预测路径;然而,在1971年测量reservoir-pressures开始偏离预测值。这个偏差被归因于游离气从游离气体水合物的解放。整个生产的历史Messoyakha领域据估计,约36%(约5.17×109 m3)气体的退出字段来自天然气水合物(Makogon, 1988)。然而最近,几项研究表明,天然气水合物可能不是导致Messoyakha领域天然气生产,潜在的天然气水合物资源意义可能被高估(审查通过Collett和金斯伯格,1998)。

6。LENA-TUNGUSKA、俄罗斯

摘要Vilyuy和Anabar哈坦加盆地包括Lena-Tunguska省的东西伯利亚克拉通。的地质背景俄罗斯的石油和天然气省北部表明Vilyuy盆地是最有前途的地区天然气水合物的发生。Vilyuy盆地面积约250000平方公里,它是重叠的边缘早古生代西伯利亚的平台。打开Vilyuy盆地东部Pre-Verkhoiansk边际槽,这一起Vilyuy盆地形成Lena-Vilyuy盆地。

6.1。天然气水合物稳定性条件

大部分的底部Lena-Tunguska省连续多年冻土,厚度大于1400 m的中北部部分省(Cherskiy et al ., 1985)。一般来说,永冻层变薄的利润,沿着叶尼塞河西南缺席。本地Vilyuy盆地内冻土厚度约300到750米,下面的地温梯度永久冻土平均约2°C / 100 m。

形成小组赛中已经观察到Lena-Tunguska省pore-pressures计算是1.5到3.0 MPa低于正常水压pore-pressures。异常低的起源形成pore-pressures是未知的。天然气水合物的稳定计算Lena-Tunguska省份必须考虑低孔隙压力条件下的明显影响。

已收集到的气体样本相对较少Lena-Tunguska省主要是因为缺乏钻井。mud-log数据的分析从井钻在砂岩单位上覆下侏罗纪Suntar页岩密封表明甲烷是主要的烃气的近地表(0 - 1000)的沉积岩Lena-Tunguska省。

地层孔隙水在中间总结Lena-Tunguska省的沉积部分溶解盐含量较低;从1到10 ppt。因此,天然气水合物稳定不太可能受到孔隙水盐Lena-Tunguska省份。

假设低孔隙压力梯度、甲烷气体化学和不溶解孔隙水盐;Cherskiy et al。(1985)认为,甲烷水合物稳定的基础是约2000米深处的中西部部分Lena-Tunguska省和Vilyuy盆地深约800到1000米(图7)。

: 图7。地图的深度(米)的甲烷水合物稳定带的底部Lena-Tunguska省、俄罗斯(修改从Cherskiy et al ., 1985)。

6.2。天然气水合物发生

首先数据从1000到1200米的Vilyuy盆地通常表明显著预测天然气水合物稳定带气体流动。例如,在钻井的深度约700 m Badaran领域(Badaran 7号)120000立方米每天遇到的气流。类似的气体流动(2000到3000立方米/天)和水是Bogoronts地区遇到的深度500米。近地表(0 - 1000)气体积累也报告了Mastakh区域。Vilyuy盆地内的近地表沉积层序几乎是贫瘠的常规储层密封;然而,冻土可能是一种有效的密封,可能导致现场天然气水合物的形成积累。根据近地表气体累积的出现,很可能Vilyuy盆地天然气水合物的存在,但是,没有取得天然气水合物的直接证据。

7所示。TIMAN-PECHORA盆地、俄罗斯

Timan-Pechora盆地占地面积约322000平方公里的西北部分俄罗斯(无花果。2 & 8)。盆地是有界的乌拉尔山脉由Pay-Khoy岭东,在东北、西北和Timan岭。北,Timan-Pechora盆地打开到巴伦支海。Timan-Pechora盆地上部元古代基底表面由厚(3到4公里)奥陶系的沉积序列通过降低泥盆纪岩石。下一个沉积旋回,泥盆纪晚期三叠纪,特点是深水沉积的有机丰富的页岩,石灰岩,及。长时间的休息后沉积、碎屑沉积Timan-Pechora盆地再次在中间侏罗纪时代并继续提前结束白垩纪的时间。盆地由年轻沉积物上新世晚期季海洋碎屑岩和冰川沉积物。

7.1。天然气水合物稳定性条件

大约40%的底部Timan-Pechora盆地永冻层,厚度大于600 m的东北边缘盆地。在大多数情况下,冻土不延长伯朝拉河河以南。近地表的地温梯度(0 - 1000)Timan-Pechora盆地的地层剖面范围从1.0°C / 100 m 3.0°C / 100 m。

形成小组赛已经观察到Timan-Pechora盆地(Sergiyenko Maydak, 1982)。流体动力学研究表明,计算pore-pressures多达1.8 MPa低于正常水压pore-pressures,这可能会严重影响天然气水合物稳定条件。

大部分的天然气在近地表Timan-Pechora盆地的地层剖面与煤有关,而产量主要是甲烷。因此,可以认为在考虑纯甲烷气体化学gashydrate Timan-Pechora盆地的稳定条件。

冻土似乎没有下河伯朝拉河,它允许低盐度水域的陨石充电Timan-Pechora盆地。因此,地层孔隙水盆地的近地表地层剖面内溶解盐含量较低,对天然气水合物的稳定性没有影响。

Chersky et al。(1985)计算深度甲烷水合物稳定带的顶部和基地在Timan-Pechora盆地114个地点。

: 图8。地图的深度(米)的甲烷水合物稳定带的底部Timan-Pechora盆地,俄罗斯(修改从Cherskiy et al ., 1985)。

: 图9。地图的位置沉积盆地东北部的西伯利亚和俄罗斯堪察加地区可能包含条件有利于天然气水合物的发生(修改从Cherskiy et al ., 1985)。

其稳定性计算假设低孔隙压力梯度,甲烷气体化学,并从孔隙水盐没有影响。地图在图8中,甲烷水合物稳定带的Timan-Pechora盆地,揭示两个领域可能发生甲烷水合物。伯朝拉河河以东地区甲烷水合物稳定带达到最大深度约800 m,而西北伯朝拉河河600计算的最大深度。

7.2。天然气水合物发生

没有碳氢化合物被发现在post-Permian Timan-Pechora盆地的地层剖面。发现了少量的气体与煤在白垩纪近地表部分,这可能表明天然气水合物的存在。然而,没有其他证据Timan-Pechora盆地的天然气水合物。

8。西伯利亚和堪察加半岛东北部,俄罗斯

这个地区的俄罗斯东北部(图9),扩展了莉娜和阿尔丹河河流在西太平洋东部。超过70家大型小型山间盆地在俄罗斯东部映射。大多数这些盆地似乎充满了厚(5到10公里)部分上中生代和新生代碎屑沉积物。一般来说,盆地的地质和油气潜力(图9)都不知道。

文学评论产量几乎没有信息的地质参数控制天然气水合物稳定在俄罗斯东部的未知的沉积盆地。Cherskiy et al。(1985)报告,有利于的温度和压力条件天然气水合物的形成只出现在西北部分研究区域(图9);在其他地方地下温度似乎很高。Cherskiy et al。(1985)表明,在盆地地下数据,预测天然气水合物稳定带的范围从约500到1000米的深度。然而在这些前沿盆地,没有数据可用来评估实际发生的天然气水合物。

9。挪威斯瓦尔巴特群岛

挪威斯瓦尔巴群岛位于北极寒冷的巴伦支海和相对温暖的大西洋(无花果。1 & 2)。地质的斯瓦尔巴群岛由斯匹次卑尔根盆地,一个非常明显的向斜功能,涵盖了大部分的斯瓦尔巴特群岛中部。一个5-km-thick晚古生代通过三级沉积部分一直保存在斯匹次卑尔根盆地(Nottvedt et al ., 1992)。

斯瓦尔巴特群岛的大约60%的土地面积被冰川覆盖。信息科学和工业勘探钻孔表明冻土可能覆盖整个土地面积斯瓦尔巴特群岛与已知的深度介于100和460 m (Landvik et al ., 1988)。从阿拉斯加和斯维德鲁普盆地的研究,众所周知,地区的冻土深度大于200 m,原位热条件可能有利于天然气水合物的发生。因此,压力和温度条件下有利于天然气水合物的形成在至少一部分的斯瓦尔巴特群岛确实存在。

天然气水合物在斯瓦尔巴特群岛的唯一直接证据也来自科学和工业钻井项目。政府和行业运营商报道重大浅层气流动而钻探永久冻土和子任务永冻层部分在斯瓦尔巴特群岛上。天然气显示在钻探过程中,往往是第一个也是唯一一个在许多前沿地区天然气水合物的证据。然而,没有数据,证实了天然气水合物的发生在斯瓦尔巴特群岛上。

10。丹麦格陵兰岛

一个巨大的冰盖覆盖格陵兰岛的大部分,大约三分之一的这个区域底部沉积盆地。数据从气候研究corraybet雷竞技最新eholes表明温度附近的格陵兰岛冰盖底部非常低,这些低原位温度可能延伸到底层沉积盆地天然气水合物可能存在的地方。地质的研究在更新世冰川的覆盖区域,如麦肯齐三角洲(Dallimore和马修斯,1997)表明,厚冰质量提升pore-pressures底层沉积盆地内。因此,很可能压力和温度条件下有利于天然气水合物的形成是普遍大多数格陵兰岛。然而,没有证据表明下天然气水合物格陵兰冰帽。

11。结论

本文的主要目标是记录的电位分布permafrost-associated天然气水合物在北半球的circumarctic并评估地质参数,控制现场天然气水合物的稳定积累。两个主要因素影响天然气水合物的分布稳定zone-geothermal梯度和气体成分。其他因素难以量化,经常有小影响,孔隙流体盐度和pore-pressures形成。地质研究和热建模表明,冻土和天然气水合物沉积盆地可能存在于所有的检查。然而,天然气水合物才最终确定Mackenzie Delta-Beaufort海地区和阿拉斯加北坡。

第六章

海洋天然气水合物

威廉·p·狄龙

美国地质调查局伍兹霍尔,妈,02543年,美国

Michael d .马克斯

船用海水淡化系统,461年L.L.C.套件,西北康涅狄格大道1120号的白宫。华盛顿,美国

1。介绍

许多天然气水合物在深海条件下是稳定的,但甲烷水合物是迄今为止的主要类型,占> 99%的海底水合物(第二章)。甲烷是几乎完全来自细菌甲烷生成,主要是通过减少二氧化碳的过程。在一些地区,如墨西哥湾,天然气水合物是由thermogenically-formed碳氢化合物气体,和其他clathrate-forming硫化氢和二氧化碳等气体。这种气体逃离沉积物深度、上升沿断层,并形成在或略低于海底天然气水合物,但在全球基础上的小体积的重要性相比,微生物和产热的甲烷。在海洋沉积物中甲烷水合物中存在多种形式。在粗粒沉积物通常形式传播谷物和孔隙填充物,而在细粉砂/粘土矿床通常表现为结节和静脉。天然气水合物也观察到表面外壳在海底。甲烷水合物样本已通过钻井(图1)。

2。天然气水合物稳定带海洋沉积物

天然气水合物形式在适当的物理条件存在-中度低温和适度高压和附近的材料存在气体饱和度和水。这些条件在深海一般深度大于约500(浅在北极,那里的水温度冷)。控制物理条件下甲烷水合物的存在通常是用图表表示出的温度/深度字段(图2)。相边界(粗线)分离冷,更高的压力条件下,甲烷水合物稳定从左边的曲线

条件合适的,它不是。虚线显示温度条件一般随深度在深海和底层沉积物。

图1:天然气水合物样品的照片钻在大西洋布莱克脊佐治亚州萨凡纳以东500公里(海洋钻井项目的腿164、997洞、水深2770米,核心深度327 - 337米海底以下)。照片由威廉的冬天,美国地质调查局。

我们选择典型的西方北大西洋海底热条件和想象在2千米水深(图2)。在海洋表面附近,温度太热,压力过低对甲烷水合物稳定。通过水柱向下运动,温度下降和温度曲线的拐点,称为主要温跃层,将温暖的表层海水中,电流是由风驱动的“地转”,从更深层次的寒冷水域,“温盐”电流是由密度变化引起的温度和盐度差异。在约500米,温度和相界面曲线交叉;从这里向下温度足够冷,压力足够高的海洋中甲烷水合物的稳定。

如果足够集中(近饱和)甲烷,天然气水合物形式。然而,像冰一样,水晶甲烷水合物的密度小于水的(约0.9),如果这样的水合物形成的水(如甲烷渗漏)它将上浮,分离时越过深度曲线相交的地方。然而,如果天然气水合物在沉积物形式,它将被绑定。最低温度发生在海底(图2)。

■海面

温度

相界面

海底

我我我我我我我我我4 O 10 20 30 40温度(°C)

□天然气水合物的沉积物

图2:甲烷水合物稳定地区的海水中所定义的温度(T)和压力(P,表示水深)。粗实线定义了限制在P / T天然气水合物的稳定域,称为“边界阶段”。我们显示的影响有2公里的海底水深在一个地区典型的温度分布。T和深度的变化是虚线所示。天然气水合物存在的P / T条件相界面的左边,因此天然气水合物不能存在于浅水,下面的沉积物和深度2.5公里。天然气水合物稳定带沉积物,在这个例子中,将从海底扩展到约0.5公里。

通过沉积物向下,沿着地温梯度的温度上升对炎热的地球中心。点曲线的条件下沉积物中(虚线)穿过相界面,我们到达底部的区域甲烷水合物是稳定的。

精确位置的天然气水合物稳定带的底部(GHSZ)已知的压力/温度条件下有所不同取决于几个因素,其中最重要的是气体化学。在纯甲烷气体不是的地方,例如墨西哥湾,在压力相当于2.5公里,GHSZ的基地将发生在大约21°C纯甲烷,但在23°C的一个典型的混合大约93%的甲烷4%的乙烷,丙烷和一些小数量的1%更高的碳氢化合物。在同一压力(2.5千米水深)但可能混合约62%的甲烷、乙烷9%,剩下的23%是丙烷,再加上一些更高的碳氢化合物,阶段限制将在28°C。这些差异将会造成重大的变化在深度GHSZ的底部可以看到从图2所示。下面的基础GHSZ(500在我们的例子在图2)将稳定和甲烷水合物甲烷和水将不会被发现。

热梯度往往非常统一在广泛地区沉积物不变化,所以,对于一个给定的水深、海底深度GHSZ将相当恒定的基础。然而,由于水深的变化引起的压力变化,我们预料的基础GHSZ将进一步延长海底以下随着水深的增加(图3)。

海平面500 1000克1500

UJ O

3000 3500 4000 4500

图3:推断GHSZ厚度(点模式)在大陆边缘沉积物假设一个典型的地温梯度(从Kvenvolden和巴纳德,1982)

幸运的是,底部的GHSZ往往容易被遥感探测到声音的方法。在21章将讨论进一步由彼得·英里,但简单地说,自由气泡一般积累下方GHSZ的基础,自由气体稳定和天然气水合物将不存在。存在泡沫粒间空间显著减少沉积物的声速。相反,在GHSZ速度略微增加了天然气水合物的存在,在纯态有典型的深海沉积速度的两倍。大速度对比时生成一个强回波声脉冲影响着它。因此我们可以创建一个图像的底部GHSZ通过测量回声的返回时间以及一个概要文件。这种方法利用地震反射资料表明,GHSZ通常作为预测的基础,它大致相似之处海底;因此反射地震剖面中被称为“底模拟反射(BSR)。BSR肯定表明气体存在被困在GHSZ的基地,并强烈暗示天然气水合物存在,由于游离气体,有上升的趋势,存在下面和接触区域气体转换为天然气水合物。

到目前为止的讨论暗示了区域天然气水合物形成或多或少存在均匀层海底以下,增厚向更深处。这通常是正确的,但例外存在,通常因为

Contlnental上升

图3:推断GHSZ厚度(点模式)在大陆边缘沉积物假设一个典型的地温梯度(从Kvenvolden和巴纳德,1982)

假定地热增温率= 27.3°C / 10001米

海底水合物区

假定地热增温率= 27.3°C / 10001米

水合物区海底沉积物的热结构已被打破,不是统一的。热结构可以在几个方面中断。海底滑坡将冷却器近地表沉积物,使地区气温高于正常材料在海底附近;导致地方GHSZ底部的浅。第二个热破坏的常见原因是盐底辟构造的存在,产生温暖的地方,因为盐热导率大于其他沉积物;这迫使GHSZ浅的底部。一个次要的影响与盐底辟构造是离子溶解的盐作为抑制剂(防冻剂)天然气水合物的形成,就像盐对冰。第三种方法,热结构可以通过循环中断是温暖的液体到浅底基区域,使用故障作为channelways。周边地区断层可以足够温暖,这样创建一个管道的温度是如此之高,天然气水合物不能形成。因此甲烷和其他气体与液体可以到达海底移动,经常在高浓度。 Of course, on reaching the ocean water the fluids are abruptly chilled, and gas hydrate is commonly formed directly on the ocean floor. Such seafloor deposits of gas hydrate often co-exist with the escape of free methane and form distinctive biological environments that are characterized by unique organisms

3所示。海洋天然气水合物发现在哪里?

的世界海洋天然气水合物沉积物中显然是巨大的,在第二章讨论。已经确定的几乎任何地方,有人研究集中在大陆的边缘。甲烷在大陆边缘沉积物积累可能有两个原因。1。海洋是边缘的有机碳通量的海底是最大的。这是因为海洋生物生产力最高和有机碎屑从大陆也收集在某种程度上。2。大陆边缘的沉积速率最快的地方。沉积物覆盖的快速积累和海豹的有机物质氧化之前,允许沉积物中细菌使用它作为食物和形式变得纳入天然气水合物的甲烷。

4所示。海洋天然气水合物主要集中在哪里?

大部分的报道海洋天然气水合物的沉积物,如由Kvenvolden映射(2章,图1)只在一些迹象表明,天然气水合物存在的地方。几乎所有的自然资源,我们人类使用的提取,包括石油、来自不同寻常的网站哪里有天然的高浓度。大量的天然气水合物可能分散材料,因此可能没有意义的提取甲烷水合物作为能源资源。然而,即使只有一小部分估计天然气水合物存在于可抽出的浓度,该资源可能是极其重要的。小映射浓度变化的世界上天然气水合物已经完成(见狄龙,第13章大西洋美国大陆边缘)。未来的重要目标使用甲烷水合物作为能源资源是能够预测浓度甲烷水合物存在。

研究仍然处于早期阶段,但现场研究在海洋环境中(地震剖面,速度研究,和钻井)表明水合物的最高浓度普遍存在GHSZ的底部附近。这表明,甲烷是由一些介绍下面的基础GHSZ过程,而气体可能是被困在进入GHSZ下方。当然困气的存在下的基础GHSZ由BSR常见的证明。一些甲烷可能来自细菌活动相当深度低于GHSZ的基础,但大部分可能是回收。许多大陆边缘设置有持续的淤积量。随着海底积聚,热梯度倾向于保持不变,所以等温表面必须用海底上升。天然气水合物的沉积物颗粒或一些浅层沉积物有效地看到GHSZ向上迁移过去的海底建立。最终它最终足够远低于海底GHSZ的基础下,天然气水合物稳定的范围之外。然后水合物分解(水解)和释放甲烷,将趋于上升通过沉积物的低密度气体,最终积累的底部GHSZ(图4)。

图4:图显示吸积的海底沉积的影响,导致天然气水合物的基础向上迁移随着时间的推移,为了保持一个常数GHSZ的厚度。这导致继续分离天然气水合物和释放的气体水合物的底部。气就可以回收到天然气水合物区。

天然气水合物分解的另一个原因的底部GHSZ存在于活动大陆边缘沉积物被推到的地方俯冲带。在这种情况下构造加积楔形是建立新的沉积物,是沿断层带进楔形推力在底部。这有折叠和解除之前累积的影响

的基础,

L-REGION水合物的分解

L迁移的气体

的基础,

L-REGION水合物的分解

L迁移的气体

N时间跟踪(小时!年代

2200 2000 1800 1600 1400

0公元前5

20公里

浊积岩盆地

板块运动

地壳增生楔

抽插造成隆起,静水压力减少

N时间跟踪(小时!年代

2200 2000 1800 1600 1400

0公元前5

图5:地震反射剖面(5)和解释(5 b)在海地北部边缘,在板块运动引起的沉积物俯冲导致折叠和隆起。的提升减少压力,导致天然气水合物的分解底部GHSZ和释放的气体。释放出来的气体上升,返回到GHSZ并形成天然气水合物(从狄龙et al ., 1992)。

沉积物。斜交沉积物向上运动传输到较浅的水,从而减少压力,导致天然气水合物分离GHSZ的底部,在限制的阶段。地震剖面(图5)显示这一机制的结果,显示了BSR横断面从地层反射镜。

释放的气体可以横向移动,当然可以。它时,气体会到达一个地方就会被困在一个高潮

(浅点)的基础上形成的密封面GHSZ。气体被困在一个地方会不断滋养上面的天然气水合物,并产生高浓度的气体水合物。气体陷阱的底部GHSZ可以采取许多形式。最简单的希尔在海底,形成的基础GHSZ相似之处海底,形成一个广泛拱或圆顶作为密封形成气体分离器(图6)。希尔是一个

: 图6:图的情况,可以作为气体陷阱的天然气水合物层作为密封。

沉积形成,如在布莱克脊南卡罗来纳,一个众所周知的天然气水合物的浓度,也可以是一个折叠的构造背景。

在某些情况下,一个高潮,陷阱气体的底部GHSZ可以形成独立形态的海底。这种情况发生在盐穹顶作为一个由两个参数控制的结果。首先,盐的导热系数高于沉积物,因此热斑会存在一个盐丘之上。其次,溶解的离子的盐作为天然气水合物抑制剂(防冻剂),就像盐降低冰点的水冰。这种双重效应的热结构的化学抑制和干扰引起的基础GHSZ扭曲向上高于盐丘,创建一个气体分离器(第二面板图6)。

美国地质调查局95-18-20 NW SE行

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: 图7:在地震剖面上的盐丘卡大陆边缘。

图7是一个网站的地震反射剖面从南卡罗来纳(美国东南部),天然气水合物层的强烈影响盐丘上升(底辟)。从某种意义上说,任何通过海底地震剖面代表一个截面,但请记住,图像是由反射声音的反射镜形成的密度和声速变化,固有层沉积和天然气水合物的现象。旅行时间的纵轴是成像的声音。图像经过计算机处理,基本上是拉伸,垂直距离比例大约十倍水平的(在一个真正的部分,功能会出现平)。水深约为2200米。似乎注意到深地层弯曲大幅上升,上升的盐。GHSZ的基础,指出BSR,还增加了圆顶和BSR穿过代表沉积一层的反射。实际上这并不代表一个物理弯曲GHSZ的基础,而是一个热/化学抑制防止天然气水合物形成一样深深如果盐丘不在。BSR的极强的反射下方左边的底辟表明,相当多的气体被困在GHSZ下。注意,上述反射这困气,GHSZ薄弱。 We infer that the weakening of reflections, known as "blanking", may be caused by the preferential accumulation of (fast) gas hydrate in the more porous (slower) strata, thus reducing velocity contrasts that are required to create strong reflections. The blanking suggests that gas hydrate is concentrated there.

审查,我们认为三dome-like陷阱的情况下会形成GHSZ的底部。前两(形成山在海底或褶皱)陷阱形成的基础因为GHSZ相似之处海底。第三例(盐底辟)的底部GHSZ并不遵循海底,而是陷阱气体的形状是由热化学控制天然气水合物相的稳定性。三个案例也证明这三个影响导致天然气水合物的分解和释放甲烷的陷阱。在第一种情况下,沉积物积累,控制因素是热,在第二种情况下,陷阱被提高到较浅的水深构造力量,控制因素的压力,第三,在盐丘,都是热的和化学的控制因素。

当然,有无数的方法,气体可以被困在气体hydrate-bearing区和地质学家在寻找这样的情况下需要想象力。一个简单的陷阱(图6)交替倾斜地层的渗透率可以在其上倾结束的气体密封hydrate-bearing层,形成陷阱在透水层。这样一个系统可能发展浊积扇,为例。

浓度的分析天然气水合物作为能源资源可能雇佣一个类比论矿藏,比如上面的密西西比河谷铅锌矿。天然气水合物矿床类似在很多重要的方面。

1。海洋水合物经常论不仅因为GHSZ平行海底,但一般的床上用品最近海洋沉积物。在老沉积物受到天然气水合物形成构造运动或受到干扰,seafloor-following基地GHSZ可能通过跨层。天然气水合物形成的区域,尽管它是重要特性是成岩或次生沉积物内发生。

2。海洋水合物通常可能是横向分布的,而不是沿着断层墙或断层网状脉垂直分布。小规模断层可能是重要的精细GHSZ中的天然气水合物分布,。

3所示。海洋水合物沉积似乎慢慢地从低温地下水液体携带少量的经济物质的GHSZ水合物形式。

在这个模型中,过程的第一部分从天然气中提取甲烷hydrrate可能利用技术的自适应模拟采矿方法,是为了保持我的完整性。

5。甲烷从天然气水合物储层转移到大气中;raybet雷竞技最新气候的影响

海洋沉积物中的天然气水合物储层对气候有着重要的影响,因为大量的甲烷位于强raybet雷竞技最新温室效应可能甲烷在大气中。甲烷吸收能量在波长,不同于其他温室气体,所以一个小的甲烷可以有重要的影响。气候问题raybet雷竞技最新会考虑更广泛的哈克(第11章),但是短暂的,如果大量的甲烷释放到大气中会有一个直接的温室影响将逐渐减少,空气中甲烷氧化为二氧化碳。全球变暖潜力(GWP)甲烷按重量计算56倍大于二氧化碳了20多年的时间。也就是说,单位质量的甲烷进入大气中会56次相同质量的二氧化碳的温室效应,在这段时间内。因为大气中的化学反应,随着时间这个因素减少;例如,GWP因素是21 100年时期(霍顿et al ., 1995年,p . 22)。相当保守的估计(Kvenvolden, 1988)表明有大约3000倍的甲烷气体水合物储层由于在目前的氛围。

甲烷到大气可以被分离气体释放天然气水合物和/或气体,天然气水合物下逃离陷阱密封,但即使是在后者的情况下,气体将逃脱密封时最容易被离解的水合物。变暖或减压可以实现分离。

很明显,气候变暖将发生如果海底水域热身。然而,天然气水合物只能在相界面分离。在图2中,例如,在海底天然气水合物的存在以及其区域内的稳定和一些程度的变暖将不会导致分离。在图2中相界面是在海底以下500米左右。如果底水突然变暖变暖前必须通过沉积物向下传播的深度天然气水合物在阶段限制,这可能要花费数百或数千年。改变会发生传导热流,向下流动的水可以转让(用平流输送)热量在海洋沉积物中极其有限。显然,底水的地方变暖会快速影响的基础就是GHSZ非常接近海底(参见图3)。目前发生大气变暖。全球表面空气温度可能上升了约0.8°C在上个世纪。这个变暖可能被转移到海洋的方式与化学示踪剂已被观察到,这意味着温暖地表水将向下循环深度浅的天然气水合物在几十年。在特定情况下在墨西哥湾的温暖底流有时席卷该地区,加州北部,活跃的海底天然气水合物的分解已经观察到(证据是没有以前观察到天然气水合物和释放的甲烷气泡)。其中一些活动相关的水温度变化和现在的大气变暖可能导致水合物分离,加强气候变暖的趋势。

另一个进程提出了天然气水合物变暖的北极地区,持续的海平面上升导致海水席卷沿海平原。在北极,地面温度足够冷,天然气水合物冻土中存在一定的联系,(见第5章)。海洋水温与北极地面温度相比,热转移从海洋将导致天然气水合物分离(图8)。试图验证这个过程在该领域还没有成功,但转让甲烷可能通过这一过程。

继续阅读:海平面上升

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