海洋天然气水合物若干问题的模拟实验研究
海洋天然气水合物作为一种能量资源已受到各国政府的高度重视，如何准确地探测和估算海底水合物的资源量，是海洋天然气水合物研究的重要问题。本文针对这些问题，利用本实验室开发的低温高压实验技术，探讨了天然气水合物模拟实验的几种探测方法，包括声学法、电阻法和时域反射(TDR)法。本文研制了一套简易的天然气水合物制备装置，重点研究了各种条件下生成的甲烷水合物的含气量，以及海洋天然气水合物生成过程中引起的周围环境元素地球化学异常。主要研究内容如下：
1.简述了海洋天然气水合物的组成、结构、性质、形成的基本条件、分布特点、资源量以及海底水合物的各种探测技术，探讨了目前关于海洋天然气水合物模拟实验研究的现状及其发展趋势，据此提出了本文研究目的，确定了研究内容。
2.在球形高压釜内进行了甲烷水合物的相平衡条件实验。使用光通过率来确定天然气水合物的合成与分解，提高了探测灵敏度。实验测得的水合物相平衡曲线与国内外经典的相图十分吻合，实验结果令人满意。使用温压法探测了沉积物中甲烷水合物的生成和分解过程，得出粒径为0.28-0.9mm的天然砂中纯水-甲烷体系的相平衡条件与不含沉积物的纯水-甲烷体系的相平衡条件基本一致，说明粗颗粒的沉积物对相平衡条件影响不大。
3.水合物超声探测实验表明，在纯水中，声速对体系中天然气水合物的生成/分解过程不敏感；在松散沉积物中，声速的变化灵敏地反映了体系内水合物的生成和分解的变化，但声波幅度的变化不明显。在沉积物岩芯中，纵波和横波速度随着孔隙度的减小而增大，声速灵敏地反应了沉积物岩芯中天然气水合物饱和度的变化。
4.水合物模拟实验的初步结果表明，TDR探测技术和电阻法探测技术可灵敏地探测到反应体系内水合物的生成/分解过程。TDR技术可以灵敏地测出岩芯中的含水量，即可以灵敏地探测岩芯中水合物的饱和度。而电阻法探测技术对反应体系内CO2水合物的成核-微晶过程十分灵敏，在水合物成核机理的研究中将有十分重要的作用。
5.研制了一套简易的、容易开启的天然气水合物实验装置，采用了高频振动技术，已获得了国家专利。该装置的高压釜内设有内筒，合成的水合物很容易取出，可以直接测定其储气量；也可以将反应后的水合物与水分离，测定其离子浓度的变化。该装置是进行海洋天然气水合物含气量及其地球化学异常研究的实验基础。
6.在上述实验装置上，进行了甲烷水合物含气量的实验研究。建立了一套容积法测量天然气水合物储气量的实验装置和实验方法。实验结果表明，容积倍率系数E值在不同状况下(反应压力、温度、时间及水中气量的饱和度)是不相同的，这说明在不同状况下生成的水合物，含气量大不一样。与传统的重量法相比，容积法测定天然气水合物的储气量的可操作性强，受环境因素和人为因素的影响小，精密度与准确度高，在天然气水合物资源量评价及天然气运输技术方面，都有广阔的应用前景。
7.在上述实验装置上，模拟了海洋天然气水合物的生成过程，对海水离子浓度变化和同位素变化进行了初步研究。结果表明，天然气水合物生成过程中，其周围环境的离子浓度发生变化，其变化程度受反应条件的制约。耗气量越大，生成水合物的纯度高，排盐效应强，海水溶液中离子的浓度越高，而水合物中离子含量呈降低趋势。对反应前后溶液中δ18O、δD值进行了测定，得出甲烷水合物在天然海水体系中的氢、氧同位素分馏系数分别为1.0034～1.0063和1.018～1.036。十二烷基硫酸钠(SDS)作为一种有效的表面活性剂可以加速水合物的形成，同时对氢、氧同位素的分馏可能也起一定的影响作用。
海洋天然气水合物;相平衡;探测技术;甲烷储气量;元素地球化学异常;能量资源;海底水合物资源量
中国海洋大学
博士
海洋地质
业渝光
2005
中文
O742.6;TE51
99
2006-07-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）