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国际天然气水合物勘查研究现状

来源:转载自yuanzi16的博客 日期:2010-09-16 浏览量:
 随着地球上石油、天然气、煤等常规能源资源的日渐耗尽,各国的科学家正在致力于寻找新的接替能源。天然气水合物被称为21世纪具有商业开发前景的战略资源,已经引起各国科学家和各国政府的高度重视。
 
从20世纪 60 年代开始,美、俄、德、英、加、日等许多发达国家,甚至一些发展中国家对天然气水合物也极为重视,开展了大量的勘查研究工作。
1974年,在海洋石油钻探时,人们首次提取到可燃冰“冰芯”,并且意外地点燃了它。此后,在钻探中常有可燃冰分解引起的气爆和火灾事故发生。通过调查,人们在大陆边缘、深海区以及冻土带都不断发现了“可燃冰”。它已在能源开发与环境灾害等研究领域日益显示出非常突出的地位。
前苏联
前苏联是研究天然气水合物最早的国家。早在20世纪30年代,前苏联科学家为了预防和疏通西伯利亚油气管道的堵塞,保障油气管道的畅通,就开始对天然气水合物的结构和形成条件进行了研究。
从20世纪70年代开始,前苏联紧跟美国步伐,也在其周围海域和内陆海开展了天然气水合物勘查研究。20世纪80年代以来,前苏联通过海底表层取样和地震勘查等手段,相继在黑海、里海、贝加尔湖、鄂霍茨克海、白令海、千岛海沟等海域,发现了天然气水合物矿藏和矿点,并进行了区域评价。
俄罗斯
俄罗斯先后在白令海、鄂霍茨克海、千岛海沟、黑海、里海等海域,开展了天然气水合物勘查,并发现了有工业意义的矿层。即使近期经济比较困难,仍坚持在巴伦支海和鄂霍茨克海等海域进行勘查研究。位于西西伯利亚东北部的Messoyakha天然气水合物矿田,已成功生产了17年。
美国
美国是开展海洋天然气水合物勘查最早的国家,至今已耗资近3亿美元。
美国科学家早在1934年,首次在输气管道中发现了天然气水合物。它堵塞了管道,影响了气体的输送,从而开始了对天然气水合物结构及形成条件的研究。随后美国、加拿大在加拉斯加北坡、马更些三角洲冻土带,相继发现了大规模的天然气水合物矿藏。
20世纪60年代,美国在墨西哥湾及东部布莱克海台实施油气地震勘探,首次发现了令人难以理解的似海底反射层(BSR)。
研究深海不能只靠几十米的浅层样品,如果真要了解大洋的古往今来,就要把大洋地壳钻穿。自1968年以来,人类进行了三个宏伟的大洋钻探计划。其中,1968~1983年,由“格罗玛·挑战者”号完成了“深海钻探计划”(简称DSDP);1985~2003年,由“乔迪斯·决心”号进行了“大洋钻探计划”(简称ODP)。1998年,中国加入了ODP计划,并于1999年在中国科学家主持下实施了中国南海首次大洋钻探。在这35年来,DSDP和ODP在各大洋的钻井近3千口,取岩芯30万米,把地质学从陆地扩展到全球,导致了一场地球科学的革命。
20世纪70 年代初,英国地调所科学家在美国东海岸大陆边缘所进行的地震探测中,发现了“似海底反射层”(Bottom Similating Reflector,英文简称BSR) 。之后,BSR被作为识别海洋天然气水合物是否存在的地震标志,被广泛地用于世界各海域的天然气水合物勘查。
1970年,美国在布莱克海台实施了深海钻探计划(DSDP),证实BSR之上存在天然气水合物。
1974年,在深海钻探岩芯中获取了天然气水合物样品,并释放出大量甲烷,证实了“似海底反射层”与天然气水含物的存在有关。
1979年,美国借助深海钻探计划(DSDP)和大洋钻探计划(ODP),长期主持和组织了此项工作。最早指出,天然气水合物为未来的新型能源,并绘制了全美天然气水合物矿床位置图。积极参加这项工作的还有英国、加拿大、挪威、日本和法国等。
1979年和1981年,美国通过深海钻探计划DSDP,在墨西哥湾及布莱克海台,再次实施深海钻探,并取得了天然气水合物岩芯。1981年,美国制订了甲烷水合物十年研究计划(1982~1992),投入800万美元开展了天然气水合物基础知识的调查研究。
80年代中期,美国能源部和Morgentown能源及技术中心,授权国际地质勘探者协会,对全球24个地区的海洋天然气水合物赋存控制因素和可采储量进行研究。1989年以来,美国还进行了气体(甲烷、CO2、甲烷-乙烷-丙烷)水合物的高压低温实验和模拟研究。
1991年,美国能源部组织召开“美国国家天然气水合物学术讨论会”。通过这次会议,人们对天然气水合物及其沉积物了解越来越多,并掀起了天然气水合物研究热潮。
1994年,美国能源部制订了“甲烷水合物研究项目”。
1995年,美国借助大洋钻探计划ODP,在其东部海域布莱克海台实施了一系列深海钻探,探明天然气水合物资源量为180亿吨油当量。
另据报道,最为重要的是1995年冬,大洋钻探计划ODP64航次,在大西洋西部布莱克海台,组织了专门的天然气水合物勘查,打了一系列深海钻孔。首次证明天然气水合物分布广泛,肯定其具有商业开发价值。同时指出,天然气水合物矿层之下的游离天然气也具有经济意义。以甲烷碳量计算,初步估计该地区天然气水合物资源量多达100亿吨,可满足美国105年的天然气消耗。
在天然气水合物勘查研究取得一系列成果的基础上,美国地质学会主席莫尔斯于1996年,把天然气水合物的发现作为当今世界六大成就之一。受如此巨大资源量的鼓舞,美国参议院于1998年通过决议,把天然气水合物作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划“甲烷水合物研究与资源开发利用”,要求能源部和美国地质调查局等有关部门组织实施。其内容包括:资源特征详查、生产开发技术、全球气候变化(全球碳循环)、安全性及海底稳定性等五个方面的课题。拟每年投人资金2000万美元,要求2010年达到计划目标,2015年将投入商业性试采。
1999年7月,在美国盐湖城召开了主题为“气体水合物与未来的挑战”的第三届国际气体水合物会议,就资源特征、全球气候变化、油气管道堵塞物与海洋天然气水合物工程、生产等专题进行了交流和研讨。
到目前为止,美国已经在其东南大陆边缘、俄勒冈以外太平洋西北边缘、阿拉斯加北坡、墨西哥湾大陆边缘、密西西比峡谷等海域,进行了天然气水合物勘查,并绘制了全美海洋天然气水合物的矿藏分布图,评价了各矿区的资源量和开发潜力。
日本
日本的海洋天然气水合物研究开展较晚,但发展极为迅速,短短几年就处于国际领先水平。
亚洲东北亚海域是天然气水合物又一重要富集区。20世纪80年代末,美国大洋钻探计划ODP127、131航次,在日本周缘海域进行钻探,获得了天然气水合物及BSR异常广泛分布的重要发现。
在1992年日本东京召开的第29届国际地质大会上,美国能源部的Krason表示,在日本周缘海域共发现9处BSR分布区。天然气水合物矿层位于海底以下150~300m 处,矿层厚度分别为3m、5m、7m,总厚度为15m。估计,在日本南海海槽的BSR分布面积约35000km 2,认为该海域天然气水合物资源量十分丰富。
由于美国能源部发表了上述评估数据,受此鼓舞,加之日本油气能源短缺,它引起了日本通产省、科技界及企业界的高度重视。促成日本政府开始关注天然气水合物的勘查研究。各大专院校、科研院所也开始借此契机,推动日本政府支持立项研究。
1995年,日本通产省资源能源厅石油公司(JNOC)和日本地质调查局,联合10家石油天然气私营企业,制定了1995~l999年宏伟的“甲烷天然气水合物研究及开发推进初步计划”。该5年计划总投资6400万美元(150亿日元)。其目的是:通过地球物理勘探,研究天然气水合物物理性质,掌握天然气水合物产地、地质产状及其分布规律,最后通过实施钻探,评价日本岸外甲烷水合物开发潜力和作为非传统能源开发的可行性。具体计划如下:1996年进行地震探测,编制BSR分布图;1997年在南海海槽东部实施导向性钻探。
通过对日本周边海域,特别是南海海槽、日本海东北部的鄂霍茨克海的靶区勘查,发现南海海槽天然气水合物位于水深850~1150m,离岸较近,易于开发。天然气水合物赋存于砂岩和火山沉积物中,其孔隙度为35%,天然气水合物充填率达85%。初步评价,日本南海海槽的天然气水合物甲烷资源量为7.4×l 012m3,可满足日本100年的能源消耗。
1998年,与加拿大合作,在加拿大北部Mackenzie三角洲试验钻探。包括2口深井、1口试验井;钻穿冻土层,获取天然气水合物样品;评估工程技术(主要是取心技术和生产技术),检验新研制的技术装备。
1998年,日本通过高压装置,人工合成了甲烷水合物。
1999年,在日本南海海槽东部进行钻探,对海洋天然气水合物的潜在资源进行全面评价。该项目得到日本石油勘探有限公司(JAPEX)、美国地质调查局(部分经费由美国能源部资助)、加拿大地质调查局和一些大学的积极参与。
2000年1月下旬,日本通产省和石油财团宣布,他们在南海海槽水深950米处实施了钻探。在日本静冈县御前崎近海,发现了天然气水合物含量高达20%的砂岩层,证明那里存在丰富的天然气水合物资源。计算表明,该海域天然气水合物中蕴藏的天然气储量达7.4万亿立方米,相当于日本140年消耗的天然气总量。目前,日本已基本完成了对其周边海域天然气水合物的勘查和评价,并圈定了12块天然气水合物矿集区。在此基础上,日本计划在2010年进行试生产,开发其领海内的天然气水合物资源。
加拿大
加拿大对其海洋天然气水合物和北极加拿大地区的大陆天然气水合物都非常重视。加拿大地质调查局,通过对加拿大西海岸胡安-德夫卡洋中脊陆坡区的勘查,估算其蕴藏的天然气水合物资源量约1800亿吨油当量,是美国布莱克海台的10倍。
1997~1999年,由加拿大地质调查局和温哥华大学的科学家联合组成研究小组,运用单道和多道地震、钻探(1997年实施了大洋钻探计划ODP889/890航次钻探计划)、地球化学、多波束测量、海底深潜器观测及计算机模拟等手段,对该海域天然气水合物的富聚机制、地质背景及温度、压力条件等进行了深入研究。利用多道地震、测井、垂直地震速度等,对天然气水合物富集率进行了评价。研究表明,天然气水合物矿层位于海底230米以下,气源主要是生物气。在大洋钻探计划ODP站位,天然气水合物富集率向下可以达到孔隙的20%;天然气水合物矿层之下的游离天然气富集率,估计不到百分之几。
1998年,加拿大与日本合作,在其西北Mackenzie三角洲,进行了天然气水合物钻探;并在三轴控制条件下进行了实验研究,测定了天然气水合物的P波速度和剪切强度。结果表明,含与不含天然气水合物的P波速度差别较大,前者要高得多;剪切强度至少是后者的5倍。这一成果为地震勘探提供了直接实验依据。
1999年,加拿大参与了日本南海海槽的天然气水合物钻探。
在北极加拿大地区,天然气水合物虽然是未来潜在的巨大能源,但是对该地区传统石油、天然气的开采可能构成灾害,也可能是一个巨大的温室气体来源。为此,加拿大近年来加强了北极天然气水合物的研究。
德国
德国没有自己的深海,但对天然气水合物的研究非常感兴趣,尤其重视天然气水合物的环境意义。
在20世纪80年代后期,曾利用“太阳号”调查船,与印尼等国家合作,对西南太平洋海域进行调查。先后对东太平洋俄勒冈海域的卡斯凯迪亚增生楔,以及西南太平洋和白令海域进行了天然气水合物勘查。在南沙海槽、苏拉威西海、白令海等地,都发现了与天然气水合物有关的地震标志BSR,并获取了天然气水合物样品。
1998年度,与俄罗斯合作,开展鄂霍茨克海天然气水合物勘查。
1998年至今,德国基尔大学 Geomar研究所,对美国俄勒冈州西部大陆边缘卡斯凯迪亚(Cascadia)消减带的天然气水合物海台,尤其感兴趣。通过德-美Tecflux合作项目,争取到资金2000万马克。不仅在该海域做了大量地震勘查工作和海底取样工作,而且还研究了天然气水合物的形成和失稳的动力学机制,测定了海底甲烷释放速率的趋势变化。在Cascadia天然气水合物海台,不但发现有天然气水合物矿藏,而且还发现了天然气水合物泄气窗。其泄气窗中,有大量甲烷释放。气体中Rn/CH2值很高,大约每公升50dpm。在该海台局部地区,有铵和硫化物分布;在其它局部地区,甲烷发生氧化作用。为了进一步评价该海域的天然气水合物资源量,大洋钻探计划ODP第199航次,计划在2001年10月9日至11月6日对Cascadia天然气水合物海台实施钻探。
印度
印度对其周边海域的天然气水合物资源十分重视。在1995年印度全国地质地球物理年会上统一了认识,认为天然气水合物已成为现今地质工作的主题。1995年,印度地质调查局对其海域进行了有关天然气水合物的地质、地球化学和地震资料的初查与复查。在此基础上,在印度科学和工业委员会的领导下,制定了“全国气体水合物研究计划”。计划在1996~2000年由国家投资5600万美元,对其周边海域的天然气水合物进行前期调查研究。迄今为止,印度海域已初步显示出良好的找矿前景。
英国及比利时
英国及比利时仅有少数人在做此项工作,但近年来也已引起政府的重视。1996年9月18~20日,在比利时的Gent大学,召开了主题为“世界大陆边缘稳定性、气候变化与气体水合物”的国际学术会议。1998年4月14~15日,在英国Keele大学,也成功地主办了“气体水合物:资源-灾害-成因”国际学术研讨会。
澳大利亚
澳大利亚对其领海的天然气水合物资源也十分重视。通过与法国合作,利用地震反射勘探技术,澳大利亚于1998年绘制了Tasman海BSR的分布范围。在该海域,天然气水合物分布在水深1500~3000米处,矿层厚度200米左右,位于海底以下400~600米。这证明该海域天然气水合物资源量巨大。
澳大利亚近年在其东部豪勋爵海底高原,发现BSR分布面积达8×104km2。
韩国
韩国资源研究所和海洋开发研究所,于1997年开始在其东南部近海郁龙盆地进行天然气水合物勘查。相继发现了略受变形的BSR、振幅空白带、浅气层、麻炕、海底滑坡、菱锰结核等一系列与天然气水合物相关的标志。
新西兰
新西兰在北岛东岸近海水深1~3km,发现面积大于4×104km2的BSR分布区。
巴基斯坦
巴基斯坦在阿曼湾开展了天然气水合物勘查,也取得了进展。