海底调查论文

1、国内外海洋天然气水合物勘探与观测技术方法研究摘 要自20世纪末海洋天然气水合物发现以来，已经吸引了大量的科学观察研究，在资源日益紧张的今天，海洋资源无疑成为首要探究对象。本文综述了前人们对海洋天然气水合物的形成原因和基本原理的分析，总结了国内的研究现状及对海洋天然气水合物研究前景预测。重点探讨海洋天然气水合物的勘探方法，分别举例介绍了地球物理方法外地球化学方法。地球物理方法如蕴藏量估算技术和深水区高分辨率地震技术，地球化学方法如气体异常检测法和流体地球化学方法。 关键词：海洋天然气水合物，地球物理方法，地球化学方法 1 引言 1.1 海洋天然气水合物的形成机理 天然气水合物，又称甲烷气水包合物

2、、甲烷水合物、甲烷冰，是由天然气中小分子气体(如甲烷、乙烷等)在一定的温度、压力条件下和水作用生成的笼形结构的冰状晶体。水合物为非化学计量型固态化合物，其分子式可表示为 M· nH2O(其中M是以甲烷气体为主的气体分子，n为水分子数)。到目前为止，已经发现的气体水合物结构有4种：I型、型、H 型和一种新型的水合物(由生物分子和水分子生成)。I型结构的天然气水合物，其笼形构架中只能容纳一些分子较小的碳氢化合物(如甲烷和乙烷)以及一些非烃气体(如N2、CO2、和H2S气体)。型结构的天然气水合物的笼状格架较大，不但可以容纳甲烷与乙烷，而且可以容纳较大的丙烷和异丁烷分子。H 型结构的天然气

3、水合物具有最大的笼形格架，可以容纳分子直径大于异丁烷的有机气体分子。型和H型结构的天然气水合物比I型的要稳定得多。但自然界的天然气水合物以I型为主。天然气水合物广泛分布于自然界中，海底以下01 500m深的大陆架或北极等地的多年冻土带都有可能存在。 自然界的天然气水合物只分布于两类地区：多年冻土带和海洋。而海洋沉积物中天然气水合物的资源量占全球总量的99 以上。 天然气水合物的形成需具备几个基本条件：1、充足的天然气和水，天然气的来源包括无机成因和有机成因的气体，如甲烷、乙烷、丙烷、CO2等；2、足够低的温度和较高的压力，与海底深度和地热梯度关系也较大；3、可使气和水充分聚集的有利的储集空间。

4、 在水合物形成的地质历史过程中，海平面的高度、海底温度以及全球性的气候变化都会对水合物的稳定性产生影响。温压条件不仅影响水合物生成，也是导致沉积物中水合物分解的主要因素。海洋沉积物中天然气水合物稳定带的厚度明显受地温梯度和稳定带水深的影响，随地温梯度的增高水合物稳定带相对变薄，而随水深增大而增厚。当沉积物不断堆积移动通过水合物带时，随着新的沉积物沉积于气体水合物的顶部，由于侧向挤压作用，气体水合物带的底部有可能会发生分解，释放出大量天然气。在可渗透的沉积物中，这些天然气会向上运移并逸散，而水合物带的存在犹如游离气上方的密封盖层，会将这些气体圈闭于水合物层下，或者由于其它因素，这些气体(以甲烷形

5、式为主)向下部运移，以游离态形式储存于地壳深部。这可以解释天然气水合物和游离态天然气往往共存这一现象。但在实际的自然状况下，除前述两种基本要素外，天然气水合物的形成还必须有充足的流体载体的供应以及流体载体的输导系统。该输导系统必须为流体载体提供一定的动力来源、运移通道空间等。可见地质环境是气体水合物形成的重要控制条件，也正是由于地质条件的不同，导致天然气水合物的形成模式和分布上的巨大差异。从天然气水合物形成特征的角度将海洋天然气水合物的形成模式分为强渗漏系统和弱渗透系统。 所谓强渗漏系统是指海洋底部由于地壳构造活动产生的挤压或拉伸等变形作用或者由于海洋沉积物的侧向挤压变形作用而出现断层，许多圈

6、闭的烃类气体由此向上渗流并大量漏出，形成较稳定的水合物形成所需的气源。 以甲烷为主的烃类气体(可以是生物成因，也可以是非生物成因)，与流体载体一起形成孔隙流体团，无论其是否达到饱和状态(相对于游离气体)，在纵向和侧向上的压力梯度、温度梯度的驱动下，将会沿着断层的孔、缝等多种通道系统运移，最后聚集在主通道内继续向上运移，基本上达到过饱和状态。同时，在原地微生物烃类气体的参与下，大量的烃类气体难以继续溶解在流体之中，于是它们在合适的温度、压力下，即在天然气水合物稳定带内，与水分子相结合，成为固态结晶体的天然气水合物。产状上可认为在BSR之上积聚形成富水合物区，大多数水合物聚集在BSR之上一个相对狭

7、窄空间带。水合物稳定带的底界呈不连续状，表现出稳定带形成之前具有突变过程。其上界则是扩散和渐变的，反映出水合物在横向和纵向上不断生长、并向外延伸和扩张的状态。强渗漏系统极具成藏的可能性。一是因为地壳构造活动的变形作用可形成许多流体运移的通道，同时也可产生大量的向上运移的孔隙流体。二是这种活动可带来有利的储集空间，特别是快速巨厚沉积的裂陷区或扩张区，是强渗漏系统易形成水合物的地方。强渗漏系统的水合物形成模式也适于海底之下陆坡和陆基地带，所形成的天然气水合物分布集中，储量密度大，成藏物化条件优越，具有实际开采价值，其资源意义十分重要。根据Kvenvolden等对世界各地的天然气水合物样品的调查资料

8、以及有关的地质资料分析，认为墨西哥湾、中国南海、挪威外海有此类水合物藏存在的条件。相对于强渗漏系统，弱渗透系统中天然气水合物的形成过程则细微与缓慢，但其作用的范围也更加广泛。1.2 国内研究现状与中国寻找海洋天然气水合物前景预测 尽管我国对天然气资源的需求日益加大，但与国外相比，国内对天然气水合物的研究仍比较薄弱，积累的有用的分析资料也很少。国内真正进行天然气水合物的研究是从1990年开始的，当时中科院冰川冻土研究所的研究人员率先在国内利用实验设备人工合成了天然气水合物。早期国内对天然气水合物成因机理的研究主要是借鉴国外的经验与数据，进行资料收集和调查试点，以及对世界各地的天然气水合物成因机理

9、的初步介绍。20世纪9O年代后期，杨廷槐等 对天然气水合物在各大洋中的分布状况、形成机理及找矿方法进行了初步的评价。9O年代后期以来，地质调查人员在中国的南海、东海陆坡、西沙海槽、台西南盆地东缘等发现了大面积的天然气水合物存在的BSR证据。国内多位学者初步探讨和研究了天然气水合物的成因机理，分析了南海海域地质条件下的天然气水合物成因，取得了初步成果。 我国对天然气水合物的研究基本处于调研起步阶段.“九五”期间,中国大洋学会组织了“西太平洋气体水合物找矿前景与方法的调研”、国土资源部组织了“中国海域气体水合物找矿前景研究”,863 计划820 主题也支持了“海底气体水合物资源勘查的关键技术”前沿

10、性课题,1999 年国家自然科学基金委批准了3 项涉及天然气水合物研究的基金. 1990 年,中国科学院兰州冰川冻土研究所冻土工程国家重点实验室科研人员曾与莫斯科大学冻土专业学者成功地进行了天然天然气水合物人工合成试验,1991 年,该实验室又进一步研究了合成的条件. 近年来,根据初步的BSR 识别,我国科研工作者认为南海的西沙海槽北部陆坡、东沙岛附近、笔架南盆地、南沙海槽、南海南部的沙巴岸外、冲绳海槽、台湾东北及东南等海域是天然气水合物的可能分布区. 1999 年ODP184 航次的北部2 个钻孔中发现了较高的甲烷含量和较低氯离子浓度的孔隙水等天然气水合物异常. 初步认为中国边缘海可能有可观

11、的天然气水合物潜力. 由于尚无开展系统研究,也没有建立高新的地球物理、地球化学探测技术体系,对BSR 识别的合理性、天然气水合物在中国边缘海的分布及蕴藏量缺乏深入认识. 跟国外的天然气水合物研究相比远远落后,与我国作为一个拥有300 万km2 海域面积的能源消耗大国的地位极不相称. 1.3 海洋天然气水合物发展战略 为建立海洋天然气水合物产业,首先需宏观了解我国海域天然气水合物的分布及其资源量情况,进而要圈定有利分布区开展深入的调查研究,并建立天然气水合物勘探、开发的高新技术体系. 应该指出,在天然气水合物的勘探、开发过程中,地球物理将起重要的先导作用,无论是分布状态的掌握还是资源量的估算,天

12、然气水合物储层的精细描述及勘探井位的设计等等,均需要发展相应的地球物理探测技术. 三十多年来,地矿、石油系统在东海、南海、渤海和黄海开展了大量的地质、地球物理综合调查工作,建立了海洋油气工业,积累了丰富的地质、地球物理、地球化学和钻探资料. 利用这些资料,研究针对天然气水合物沉积的地球物理处理、解释技术,并进行二次开发,可以对中国海域特别是南海、东海的冲绳海槽的天然气水合物资源远景进行评价研究,初步确定有利分布区. 进而选择最有希望的海域进行高新技术航次调查,估算天然气水合物的蕴藏量,并对目标区开展天然气水合物储层的精细描述,提供勘探井位. 然后,利用勘探井的数据,探明目标区天然气水合物的地质

13、储量及产层的分布,进行试开发. 形成一套实用的勘探技术和调查方法. 2 地球物理探测高新技术 2.1 蕴藏量估算技术 与大陆边缘通常的沉积物相比,天然气水合物沉积具有较高的纵波速度,因此地震得到的速度及其他弹性参数对研究天然气水合物的分布非常有用. 此外,天然气水合物稳定带下方可能存在的含游离气体沉积物则具有较低的纵波速度与泊松比. 因此,可以利用得到的速度与弹性参数结构,通过岩石物理模型方法对比现有资料半定量地估计天然气水合物的饱和度. 再根据厚度、面积等参数计算天然气水合物蕴藏量. 为了正确识别BSR ,准确地了解BSR 上方孔隙中水合物的数量、BSR 下面游离气体的分布,海洋天然气水合物

14、的地震速度、弹性参数结构研究已成为必须要解决的关键问题,90 年代以来,开展了叠加速度分析、旅行时反演、叠后波阻抗反演,AVO 分析,一维叠前广角反射波形单参数反演研究. 为此,要发展高精度速度分析技术、AVO 技术、地震波形反演技术,建立适用于天然气水合物的采集、处理与解释技术和软件系统,进而建立海洋天然气水合物的蕴藏量估算技术. 2.2 深水区高分辨率地震技术 为研究海洋天然气水合物,日本已于1996 年在南海海槽、日本与加拿大合作1999 年在Mackenzie 三角州进行了高分辨率的地震调查. 应该指出的是,高分辨率的成像技术目前还未解决. 就深水区高分辨率地震技术而言,特别要加强处理

15、与解释系统研究. 利用深水区高分辨率的采集、处理与解释技术,可以揭示天然气水合物沉积的精细结构,进行天然气水合物的储层特征、储藏结构描述,寻找有利的钻探目标,并结合井中的资料,确定天然气水合物的地质储量,提出评价方案. 2.3 井中地球物理技术 美国东南大陆边缘布莱克海台、加拿大Mackenzie 三角州实施了纵波激发的零偏、非零偏的VSP、横波激发的零偏VSP 工作,得到了纵波速度、横波速度的垂向分布,标定了地震层位. 实际上,深水区VSP 技术、常规测井技术、成像测井技术(微电阻扫描成像测井、偶极子横波成像测井、核磁共振成像等井中地球物理技术,是判别地层是否存在天然气水合物及提供天然气水合

16、物储量参数的重要手段. 同时,测井资料也是研究井点附近天然气水合物的主地层的沉积环境及演化的有效手段. 2.4 海洋电磁法探测技术 天然气水合物的底边界在地震剖面上有明显的反映,但是,它的上边界则不易确定,由于天然气水合物像冰一样,在电性上是一个绝缘体,所以,可以利用电法资料辅助评价和计算资源量. 利用电磁法正、反演计算,研究游离气带模型、水合物楔模型、不同饱和度的天然气水合物沉积在电磁场上的特征,可以确定合理的电磁法探测技术. Edwards曾用海底人工源瞬变电偶极系统采集有关电法数据,辅助地震对天然气水合物作出资源评价. 因此,发展海洋电磁法技术,进而开展电磁成像、电磁地震联合反演及综合解

17、释技术研究,有助于天然气水合物的评价. 海洋天然气水合物是21 世纪的新型能源. 在天然气水合物的勘探、开发过程中,地球物理将起重要的先导作用,无论是分布状态的掌握还是资源量的估算,天然气水合物储层的精细描述及勘探井位的设计等等,均需要发展相应的地球物理探测技术. 发展海洋天然气水合物的地球物理探测高新技术,包括数据采集、高分辨率成像为主的处理系统与地质、地球物理和地球化学综合解释技术及其工作站系统,是准确了解天然气水合物的分布与蕴藏量的关键. 它对探讨海洋天然气水合物的形成机制及对海洋环境与全球气候的影响,建立海洋天然气水合物产业具有重要作用. 2.5 似海底反射层(BSR)海洋沉积物中存在

18、天然气水合物的最直接证据是具有异常地震反射层,其位于海底之下几百米处与海底地形近于平行,人们通常称这种异常地震反射层为似海底反射层(BSR)。在布莱克海岭实施钻探计划(DSDP)时,发现海底的BSR清晰可辨,且沉积物中含有丰富的甲烷。人们起初认为BRS现象与水合物层和下部游离气层间的界面有关,但后来研究发现BRS不是由简单的某一界面引起,而是由整个游离气体层造成。BRS的幅度与水合物层下的游离气体的厚度相关,随气体厚度的增大而增强。随着多道反射地震技术的普遍采用,BSR现象在地震剖面上更为明显。在地震剖面中,BRS一般呈现出高振幅、负极性、平行于海底和与活动沉积构造相交的特征,极易识别。BRS

19、随水深的增加而增加,随地热梯度的变化而变化。人们在应用BSR技术方面己积累了丰富的知识和经验,可利用地震反射资料确定海底BSR层,进而利用这种地震反射标志,识别天然气水合物形成、分布的地质条件,区分矿层顶底面埋深,确定矿层产状和厚度,查明水合物饱和度,识别矿层下面的游离气等。但是BRS并不能完全指示天然气水合物的存在,只有在含量达20%的水合物地层下存在含量不小于10%的游离气地层时才会出现BSR。还有其它一些因素可以形成假的BRS,例如岩性变化等。2.6 热流测量技术温度、压力是天然气水合物形成、稳定与分解的重要因素，因此热流测量技术也是研究天然气水合物的重要手段。利用 BSR 资料估算地温

20、梯度，进而求得热流值；或是利用探针或钻探获得海底热流值（复杂昂贵）。根据所得热流和海底温度等资料，既可以估算出天然气水合物稳定带的底界，又可以从宏观上确定大陆边缘天然气水合物大概的分布范围。3 地球化学探测方法 除地球物理方法外地球化学方法在天然气水合物的勘探和开发中也发挥着越来越重要的作用。综合国内外研究成果指出识别天然气水合物的地球化学方法主要有气体浓度异常检测法、流体地球化学方法、稳定同位素化学法和酸解烃方法等。 3.1 气体异常检测法 在海底已发现的天然气水合物中, 气体分子以甲烷为主(约占其总量的99% ) , 此外还有少量的乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、氮、二氧化碳和硫化氢等,因此在

21、存在天然气水合物的地区, 在海底沉积物、海水及海面大气中甲烷等烃类气体和H2S、CO 2 等非烃类气体的含量必然会出现异常。常用甲烷异常顶空法探查海底天然气水合物的分布。当渗漏的甲烷气体以游离态存在于沉积物颗粒之间时, 即可采用顶空所法测定游离态甲烷气体。在DSDP 和ODP 发现天然气水合物的航次中, 均存在顶空气甲烷的高值异常。在海水中, 甲烷浓度通常只有几ng/L 到几万ng/L , 然而天然气水合物分解产生的甲烷微渗漏可使这一浓度增加几千倍。在Hydrate Ridge 洋底喷溢的甲烷气体羽中甲烷的含量可高达74 000 nL /L (用甲烷密度可换算成ng) , 然而正常底层海水的甲

22、烷含量小于20 nL/L。同时, 在底层海水柱状剖面中, 甲烷的浓度普遍有向海底增高的趋势。通常用动态式抽取、真空脱气收集和甲烷传感器探头等现场测定方法来测量底层海水中甲烷的含量异常。前2种方法具有灵敏度高的优点,但操作过程复杂,结果易产生偏差。甲烷传感器探头因可以实时探测, 具有广阔的发展前景, 但是在现阶段还受到灵敏度低的限制。 3.2 流体地球化学方法 主要用于研究海底底层水和沉积物孔隙水中的分子及离子浓度异常, 因为天然气水合物的笼状结构不允许离子进入, 它的形成将使周围的海水盐度增高, 反之其分解将会使周围的孔隙水变淡, 氯度(盐度) 降低, 这2 种情况都可形成水化学异常, 因此可

23、以通过其异常值的变化来判定天然气水合物的存在与否。 孔隙水中Cl- 浓度异常: 通常在水合物分布地区孔隙水Cl- 离子浓度随深度急剧减小。天然气水合物在形成过程中产生排盐作用, 使得周围孔隙水中Cl- 浓度增高; 随着沉积物被压实, 固体和液体发生分离, 流体向上排升, 使得原来的高氯度流体运移到沉积物顶部, 从而造成浅层沉积物中孔隙水Cl-浓度增高, 水合物附近孔隙水Cl- 浓度反而降低。ODP164 航次在B lake 海脊就发现Cl- 浓度从表层到水合物稳定带随深度的增加而急剧减少的现象。在世界各地许多含水合物钻孔中测得的孔隙水氯度(0. 51 8. 2) 都远低于海水(约19. 8)。

24、因此, 孔隙水Cl- 浓度可以作为指示天然气水合物的一个重要指标。 33 稳定同位素化学方法 稳定同位素化学是研究天然气水合物成矿气体来源的最有效手段。通常是运用天然气水合物中甲烷气体的13C、D 值和硫化氢的34S 值来判定其成矿原因。Kastner 等又提出用天然气水合物样品孔隙水中溶解Sr的浓度和87Srö86Sr的比值确定成矿流体的来源, 以沉积物控制水中溶解非有机碳酸盐的C 值作为甲烷气体运移至海底硫酸盐还原带的证据。而且在天然气水合物形成时,H218O 和H216O发生分馏, 使18Oö16O 值增高至与冰相同, 形成水的同位素异常。目前随着研究的深入, 不断发

25、现天然气水合物新的地球化学标志, 如水中氘的富集, 天然气中He 的增高等, 这些都可能在天然气水合物的地球化学勘查应用中具有良好的前景。 在天然气水合物形成过程中, 天然气水合物的结晶会引起同位素的分馏。在2 相分馏过程中, 重同位素(D , 18O , 13C) 浓集于固相, 导致孔隙水中D18O 值、DD 值和D13C 值降低, 随着孔隙水的上渗, 孔隙水中的D18O 值、DD 值和D13C 值会随着深度的增大而增大。其中O 同位素分馏系数A 为1. 002 68。而天然气水合物的分解会释放出富18O、13C 和D 的流体。据王家生等在东北太平洋O regon 州海岸的研究 , 由于甲烷

26、的缺氧氧化程度随深度的增加增强, 造成沉积物的全岩D13C 随深度的增加而增加, 而逐渐靠近下伏甲烷水合物层引起氧同位素分馏作用增强, 造成全岩D18O 随深度增加而减少。对孔隙水中B 同位素的研究表明, 海水的B 含量为4. 2 m g/L , D11B 为41. 5×10- 3, pH 值为7. 82;而天然气水合物分解产生的水的B 含量为0. 38 m g/L , D11B 为30. 6×10- 3: B 同位素异常也反映了水合物的存在。以上各种同位素的异常都可作为用来识别天然气水合物的标志。 3.4 酸解烃方法 卢振权等选择西沙海槽天然气水合物潜在富集区作为已知区,

27、 利用陆上油气地球化学勘查方法(酸解烃、热释烃、蚀变碳酸盐方法) 开展了试验性研究, 通过对海底浅层沉积物各项测试指标的分析,发现酸解烃方法效果比较好。同时还对海底浅表层沉积物酸解烃重新进行了释义, 并认为酸解烃方法适合于海底水合物的勘查。 牛滨华等在ODP204 航次1250 站位钻井中, 利用44 个岩心样品经酸解烃方法脱气后, 用气相色谱仪测试酸解烃的体积含量, 样品的酸解烃组分和204 航次1250 站位的顶空气的组分完全一致,测量结果参见图5。测量曲线上所显示的指标含量为甲烷体积含量的实测结果和乙烷、乙烯、丙烷的体积含量的实测值扩大20 倍后的结果, 这是一个在11H21 和11H2

28、3 井段实际见到水合物、在海底和1H21 井(1. 2 m 处, 甲烷浓度= 12 019×10- 6) 见到稳定的顶空气甲烷高值分布的实测结果。酸解烃指标含量曲线的起始点3H21 (15 m ) 的曲线特征如下: 酸解烃甲烷体积含量的均值为577. 5 LL/kg, 乙烷体积含量的均值为6. 1 LL/k g, 丙烷体积含量的均值为2. 6LL/k g; 酸解烃甲烷体积含量的均值是乙烷的94. 7倍和丙烷的222. 1 倍; 酸解烃甲烷体积含量由深处至近地表都远远高于乙烷和丙烷之含量; 酸解烃甲烷体积含量的指标峰为1 019. 7 LL/k g (13H24) , 对应着甲烷浓度最

29、高区段, 其最小值为233. 4 LL /k g(6H24) ; 虽然酸解烃甲烷、乙烷、丙烷的体积含量相差极大, 但各自的衬度和变化趋势基本相同。 1250 站位酸解烃和顶空气甲烷的体积含量的特征说明: 水合物矿藏中高浓度的甲烷物质能够通过微渗漏在上覆地表沉积物中形成高浓度甲烷指标的地球化学异常, 从另一个角度讲就是地表沉积物的这种高浓度甲烷指标异常可以指示其下方存在水合物矿藏; 从水合物的稳定成藏聚集带的地下深处至近地表, 这种浓度异常呈阶梯状递减, 通过地球化学气态烃测量能够发现这种烃类异常。 对于地球化学勘探而言, 垂直钻井岩心和表层海底沉积物样品中气态烃的量级存在较大差异应属异常, 而

30、这种异常可以确切地认定是烃类微渗漏的反映, 故酸解烃方法是适合于海底水合物的勘查的一种有效手段。4 其他方法4.1 地质微生物技术近30年来,微生物学在基础理论和科技手段上的快速发展,为微生物技术探测水合物提供了良好的生物技术基础。传统的地质微生物油气探测技术(如MPOG,MOST),建立在烃类微渗漏理论基础上,利用检测土壤或沉积物中氧化烃类气体细菌(HCO)方法识别微渗漏区。通过60多年的发展,有了成熟的理论和方法,如MPOG法有区分油渗漏或天然气渗漏的不同定量替代指标。其实质是对沉积物中氧化甲烷和氧化二碳以上烃类微生物培养计数结果。有报道指出,这个方法即将用在我国水合物的勘探中。沉积物中微

31、生物细胞丰度与甲烷浓度变化的关系密切。微生物计数法简易快速,在稍有条件的船只上就可进行,可以作为区域勘探的一个有效手段。国内外利用微生物群落结构和标志类群识别沉积物中水合物的研究,虽然短短几年,已经显示良好的前景;其最显著的优点是可区分含水合物或不含水合物区,以及在岩心中区别含水合物或不含水合物层。但还有很多需要在实践中提高和加强的方面,包括研究和探讨依赖甲烷和依赖水合物的不同微生物类别的生态条件等,也包括尝试微生物检测指标的量化;要达到这一步,则需要未来有海底实时测试或实验室培养的突破,并要求结合其生物标志物的分析以及功能基因等新手段的加入和提高。概括起来,这方面的探测技术前景很好,但要积极

32、推进和加强研究。4.2 数字模拟数字模拟功能强大，方法灵活，与实地开采试验和实验室研究相比，成本也较低，因此，在评估水合物开采的潜力和制定开采设计方面起着重要的作用。这不仅能够提供矿区和实验室勘测工作的设计，还能提供无法观测的物理化学参数，回答诸多开采过程中各种参数的演变趋势等疑难问题。更为重要的是，可以帮助鉴定和选择水合物开采的靶区和“富矿带”。数字模拟已经在加拿大冻土带Mallik水合物的试验开采中证明了其有效和实用性。近年来科技界已经提出并制订了若干用于模拟水合物体系和水合物开采方面的数字模型。Moridis等最近推荐了下列几种模型21。模拟水合物体系的数字模型： TOUGH+HYDRA

33、TE code The MH21 code The STOMP-HYD code 21 CMG-STARS (Computer Modelling Grup)22 The Hydrsim simulator234.3 钻孔取芯资料钻孔取芯资料可以最直观和最直接地证明天然气水合物的存在。对钻孔取样,则还可以用测井方法识别和钻获岩心后使用多学科和多手段的测试分析并给予钻后识别评价33。在布莱克海岭和墨西哥湾等地，勘探人员已经取到了含气体水合物岩心的矿物质。34 随着钻探技术和海洋深水取样技术的提高,给人们提供了直接对自然界中天然形成的水合物进行研究的机会。通常采用钻杆岩芯或用活塞式取样器、恒压取样

34、器采集海底含天然气水合物的样品。在实验室内,一般取一定量的样品(100一20鲍)放入无污染的密封金属罐中,再在罐中注入足够的水,并保留一定的空间(IO0cm3)存放罐顶气。通过对罐顶气、样品经机械混和后释出的气及样品经酸抽提后释出气的甲烷至正丁烷的组分进行气相色谱分析,以及对罐顶气进行甲烷6飞和6D分析,不但可以推测天然气水合物的类型,还可以确定其气体成因。4.4 深海海底天然气水合物成藏环境监测系统深海海底天然气水合物成藏环境监测系统由甲板控制单元、监测数据处理单元水声通信单元和锚泊系统单元等四个主要部分组成。深海海底监测数据处理单元由低功耗CPU 主板、模拟数据采集子模块、数字扩展接口和相

35、关的软件控制程序等组成；水声通信单元是基于水声调制解调器的无线遥控技术，研制全自动无线数据采集控制子系统，实现水面遥控水下中央数据处理单元，并实现海底天然气水合物成藏环境监测数据的采集和自动上传；锚泊系统单元的可靠性和稳定性依赖声学释放器的性能，选用性能良好的声学释放器用以研制高可靠性的锚泊子系统，从而保证监测仪器和传感器的可靠回收。5 总结与展望 天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时，对人类生存环境也提出了严峻的挑战。天然气水合物中的甲烷，其温室效应为CO2的20倍，温室效应造成的异常气候和海面上升正威胁着人类的生存。全球海底天然气水合物中的甲烷总量约为地球大气中甲烷总量的3000倍，若有不慎，让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去