海底天然气水合物成藏动力学数值模拟

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海洋环境发育有渗漏型和扩散型两种天然气水合物,由于两者甲烷传输物态的不同,因而两者演化的过程具有显著不同。   渗漏型水合物发育区天然气以游离气方式传输。天然气水合物迅速沉淀,盐度和温度的变化非常剧烈。而扩散体系天然气以溶解态传输,传输的速率缓慢,因而水合物沉淀速率缓慢。通过数值模拟表明水合物脊的南部高地浅层约20 m的高饱和度水合物渗漏通道中,天然气以气泡形式渗漏持续活动~550yrs,孔隙水流量小于5 kg/m2-yr,模拟计算的盐度和温度与实际测量值最吻合。然而20 mbsf以下的扩散体系水合物沉淀速率显著慢于浅层渗漏体系,须经历约105-106yrs才可能达到现今实测水合物含量。并且随着渗漏体系水合物生成,体系温度升高,在20 mbsf增量最大,可达~0.9℃,并导致水合物的稳定带上升~5 m。单位面积成藏水合物的速率由550yrs前的1.5 kg CH4/m2-yr降低到现今的0.8 kgCH4/m2-yr。事实上,在天然气渗漏发育地区,同时存在孔隙水对流,一方面孔隙水的对流作用可使沉积层温度升高,抑制水合物的发育,但另一方面可以带走水合物生成所排出的盐,降低体系的盐度,从而促进水合物的生成,其中以升高温度抑制水合物形成起主导作用。孔隙水流量越高,天然气水合物稳定带底界上移越显著,水合物生成速率也越低,形成的水合物资源潜力越小。   扩散型水合物主要通过溶解态传输甲烷。其中甲烷的供给主要有孔隙水对流作用和扩散作用从BHSZ带入,以及原位自生的甲烷。水合物生成缓慢,温度和盐度基本保持不变。模拟表明,当孔隙水通量qw=0.2 kg/m2-yr,原位甲烷的生成速率Bg=4×10-6 mole/m3-yr,模拟的盐度和硫酸根浓度吻合IODP1327站位实际测量值。在IODP1327站位沉淀水合物所需要的甲烷主要是通过孔隙水对流作用和扩散作用从BHSZ以下带入水合物体系,原位自生的甲烷量相对较小。三者比率分别为77.7%20.2%2.1%。SMI界面越浅,往往代表孔隙水通量越大,或者原位自生甲烷生成速率越大,成藏的水合物资源量往往也越大。但是也可能SMI界面尽管相对更深,反而水合物饱和度更高,资源量更大。  
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