天然气水合物成因探讨

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1、第18卷第1期地球科学进展Vol.18No.12003年2月ADVANCEINEARTHSCIENCESFeb.，2003!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号：1001-816（62003）01-0138-06天然气水合物成因探讨"狄永军1，郭正府2，李凯明1，于开宁1（1.中国地质大学，北京100083；2.中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029）摘要：天然气水合物是未来的能源资源。其分布于极地地区、深海地区及深水湖泊中。

2、在海洋里，天然气水合物主要分布于外大陆边缘和洋岛的周围，其分布与近代火山的分布范围具有一致性。同位素组成表明天然气水合物甲烷主要是由自养产甲烷菌还原CO2形成的。典型的大陆边缘沉积物有机碳含量低（<0.5%~1.0%），不足以产生天然气水合物带高含量的甲烷。赋存天然气水合物的沉积物时代主要为晚中新世—晚上新世，具有一定的时限性，并且天然气水合物与火山灰或火山砂共存，表明其形成与火山—热液体系有一定联系。火山与天然气水合物空间上的一致性表明，天然气水合物甲烷的底物可能主要是由洋底火山喷发带来的CO2。由前人研究结果推断HCO-在脱去

3、两个O原子的同时，可能发生了亲核重排，羟基H原子迁移到C原子上，形成了甲酰3基（HCO-），使甲烷的第一个H原子来源于水。探讨了甲烷及其水合物的形成机制，提出了天然气水合物成因模型。关键词：天然气水合物；火山—热液体系；自养产甲烷菌；CO2还原作用；甲酰基；碳同位素中图分类号：TE122.1+1文献标识码：A天然气水合物，也称为气体笼形化合物，是天然烷作用以CO2还原途径为主的现象，而且解释了火产出的包裹天然气分子的刚性固体物质，笼形结构山与天然气水合物空间分布的一致性。由氢键连接的水分子组成。当其中的天然气以甲烷［1］1天然气水

4、合物的时空分布为主（99.9%）时，这种物质被称为甲烷水合物。天然气水合物存在的最初证据是1967年在勘查钻深海钻探发现，天然气水合物以冰状或更多地孔中提取的饱和天然气水合物的岩芯，这些岩芯是以水合物胶结的火山灰和细砂产出，其时代为晚中在Yakuliya的Ust-Vilivisk、Srednevilivisk气田和西伯新世—晚上新世［35］。天然气水合物与火山灰或火利亚的Messoyakha气田获得的。在标准条件下，1山砂共存，暗示了其形成与火山喷发有某种联系。3的甲烷水合物可产生164m3甲烷气和0.8m3的天然气水合物形成于低

5、温高压条件下，分布限m水［2］。因此，天然气水合物一经发现，首先便被视为于极地地区，深海地区及深水湖泊中。在极地地区未来潜在的能源资源，其次天然气水合物分解释放天然气水合物通常与大陆和大陆架上的永冻沉积物出的大量甲烷氧化后产生CO2，会引起全球气候变有关；在海洋里，天然气水合物主要分布于外大陆边暖，所以研究天然气水合物不论对未来的能源，还是缘和洋岛的周围，水深超过大约300m。天然气水对全球气候变化都具有非常重要的意义。以往的研合物的稳定温度为1~21.1C，分布的最大下限深究认为产甲烷菌CO还原作用的底物来源于有机度不超过海底下

6、2000m［6］。深海钻探已经表明天2质，本文研究表明CO2可能主要来源于洋底的火山然气水合物既可以产于被动大陆边缘，也可产于活—热液喷溢系统，这就解释了为什么海洋环境产甲动大陆边缘，但大多数天然气水合物样品来自于活"收稿日期：2002-05-08；修回日期：2002-07-11.作者简介：狄永军（1965-），男，陕西白水人，博士研究生，主要从事岩石学研究.E-mail：diyongjun0416@sina.com第1期狄永军等：天然气水合物成因探讨139动边缘［6］。深海钻探及大洋钻探在9个地区取到了人费解的。天然气水合物（秘

7、鲁、哥斯达黎加、危地马拉、墨西哥（2）热解成因。热解成因甲烷的R值<100，其近海及Biake外海岭美国东南部海岸和美国西部近甲烷的!13C值>-55%［10］，其母质仍为有机质。只海海域，日本岛东西两边缘近海和墨西哥湾）。浅部有在墨西哥湾和里海的天然气水合物的甲烷主要是沉积物取芯在8个地区也采到了天然气水合物（黑热解成因的［1113］。海、里海、加拿大北部近海，墨西哥湾、鄂霍次克海两（3）混合成因。介于上述二者之间的甲烷为混个地点、巴伦支海域挪威近海、加利福尼亚尹尔合成因甲烷。墨西哥湾天然气水合物中除了主要为（Eei）河盆地近海

8、及东地中海）。将大洋地区天然气热解成因甲烷外，也具有微生物成因甲烷［6］，因此为水合物分布范围［3］与近代火山空间分布范围［7］对混合成因甲烷。比，可以看出，除了纽芬兰近海、美国东南部和加拿!"$非生物成因大北部近海，天然气水合物的分布范围与近代火