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现代暖期气候变暖对南海北部陆坡天然气水合物分解潜在影响

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地学前缘 2022年第4期29卷 191-201页

作者：贾永刚阮文凤胡乃利乔玥李正辉胡聪中国海洋大学山东省海洋环境地质工程重点实验室山东青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室山东青岛266037 中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室山东青岛266100

现代暖期(Current Warm Period,CWP,1850—至今)以来全球气温升高,南海北部陆坡底层海水温度升高、海平面上升影响海底天然气水合物稳定性。为探究现代暖期气候变暖对南海北部陆坡水合物分解影响,本文模拟计算了东沙海域、神狐海域、西... 详细信息

现代暖期(Current Warm Period,CWP,1850—至今)以来全球气温升高,南海北部陆坡底层海水温度升高、海平面上升影响海底天然气水合物稳定性。为探究现代暖期气候变暖对南海北部陆坡水合物分解影响,本文模拟计算了东沙海域、神狐海域、西沙海域、琼东南海域水合物赋存水深最浅处水合物的饱和度在1000年内变化情况,评估了受现代暖期气候变暖影响水合物赋存水深范围,讨论了水合物分解量及其对环境影响。结果发现:(1)受现代暖期气候变暖影响,东沙海域、西沙海域、琼东南海域水合物分解,神狐海域水合物不分解;当东沙海域、西沙海域、琼东南海域水深分别超过665、770、725 m,水合物不分解;(2)现代暖期自始以来,南海北部陆坡水合物分解量为9.36×10^(7)~3.83×10^(8)m^(3),产生的甲烷量为1.54×10^(10)~6.28×10^(10)m^(3);(3)受现代暖期气候变暖影响,南海北部陆坡每年水合物分解量为5.5×10^(5)~2.25×10^(6)m^(3),产生的甲烷量为9.02×10^(7)~3.69×10^(8)m^(3),这些甲烷中3.61×10^(5)~1.48×10^(6) m^(3)能够进入大气,对温室效应贡献度为每年我国人类生活的0.01%~0.06%;与此同时,1.77×10^(7)~7.23×10_(7) m^(3)甲烷可能会在海水中被氧化形成弱酸,加重南海北部陆坡海水酸化。

关键词：现代暖期天然气水合物分解底层水温度海平面南海北部陆坡

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天然气水合物分解及其生态环境效应研究进展

地球科学进展 2004年第6期19卷 947-954页

作者：于晓果李家彪国家海洋局海底科学重点实验室国家海洋局第二海洋研究所浙江杭州310012

了解大陆/大洋边缘地区天然气水合物形成与分解及其在海底沉积物、水体及海底化学自氧生物群落中的一系列物理、化学及生物作用有助于我们在全球和区域尺度上探讨天然气水合物分解对气候变化的影响;天然气水合物在碳循环中的作用和大陆... 详细信息

了解大陆/大洋边缘地区天然气水合物形成与分解及其在海底沉积物、水体及海底化学自氧生物群落中的一系列物理、化学及生物作用有助于我们在全球和区域尺度上探讨天然气水合物分解对气候变化的影响;天然气水合物在碳循环中的作用和大陆边缘流体活动与物质交换机制等问题。从水合物分解与全球变暖、贫/缺氧甲烷氧化作用、自生矿物沉淀、化学自养生物群落等方面综述了水合物的环境生态效应研究进展。天然气水合物的形成/分解及其对海洋乃至全球环境生态变化的影响,深刻地反映了地球上岩石圈、水圈、大气圈和生物圈之间相互联系与相互作用,生物,特别是微生物对全球CH4的平衡和自生矿物沉淀至关重要。

关键词：天然气水合物分解贫/缺氧甲烷氧化作用自生碳酸盐岩矿物化学自养生物 LPTM

天然气水合物分解对地层和管道稳定性影响的数值模拟

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中国海上油气 2008年第2期20卷 127-131,138页

作者：王淑云王丽鲁晓兵李清平中国科学院力学研究所中海石油研究中心

利用ABAQUS有限元程序,对海底管道及其附近地层的应力和位移场随着水合物分解范围逐渐扩大的变化情况进行了数值模拟计算。结果表明,水合物分解对管道、地层的变形和应力分布的影响显著,随着水合物分解范围的扩大,管道和地层的变形显著... 详细信息

利用ABAQUS有限元程序,对海底管道及其附近地层的应力和位移场随着水合物分解范围逐渐扩大的变化情况进行了数值模拟计算。结果表明,水合物分解对管道、地层的变形和应力分布的影响显著,随着水合物分解范围的扩大,管道和地层的变形显著扩大,管道由小变形逐渐变化为整体倾倒变形,即失稳。在工程设计中,为保证地层中管道的安全,应严格控制管道附近水合物的分解范围。

关键词：天然气水合物分解沉积物层上覆土层管道稳定性数值模拟

考虑天然气水合物分解的海底斜坡稳定性分析研究

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考虑天然气水合物分解的海底斜坡稳定性分析研究

作者：曹杰峰青岛理工大学

学位级别：硕士

海底滑坡是具有巨大危害的海洋地质灾害之一，天然气水合物的分解被认为是导致海底滑坡的重要因素。由于海洋环境的不可见性及不可预测性，多数对于海底斜坡土体不稳定性的研究大多数都是事后进行的。借助大型非线性有限元软件ABAQUS，... 详细信息

海底滑坡是具有巨大危害的海洋地质灾害之一，天然气水合物的分解被认为是导致海底滑坡的重要因素。由于海洋环境的不可见性及不可预测性，多数对于海底斜坡土体不稳定性的研究大多数都是事后进行的。借助大型非线性有限元软件ABAQUS，采用有限元强度折减法，对水合物分解引起的海底斜坡稳定性进行模拟预测，给出了斜坡失稳后的滑动面位置及滑动后的位移、应力等信息，且对真实的海底斜坡进行了模拟。为进一步预防水合物分解引起的海底斜坡失稳提供了依据，对预防由此引起的海底斜坡有较大的意义。简要分析了水合物分解引起的海底滑坡的研究现状，在此基础上主要完成了以下工作：1、简要介绍了大型非线性有限元软件ABAQUS，有限元强度折减法的基本原理以及屈服准则的的选取，并验证了基于ABAQUS的有限元强度折减法在边坡工程中的可行性。2、利用有限元强度折减法，选取三种不同的海底斜坡模型进行分析模拟，计算出均质海底斜坡、折线形海底斜坡以及分层海底斜坡模型的稳定安全系数，并给出失稳后可能出现的塑性区、位移等因素，并在此基础上对比分析得出了影响海底斜坡模型稳定性的主要因素。3、分析天然气水合物分解引起海底滑坡的失稳机理，并利用有限元强度折减法，在尽量接近实际的基础上建立理想的海底斜坡计算模型。计算出水合物不同分解程度对应的海底斜坡稳定性安全系数，并给出失稳可能出现的塑性区、位移等信息，研究了天然气水合物分解对海底斜坡稳定性的影响。初步证明了有限元强度折减法应用于海洋能源土斜坡稳定性分析的可行性。4、针对真实剖面模型进行简化分析，用两种方案分别模拟人为因素和自然因素造成的水合物分解对海底斜坡稳定性的影响，为预防水合物分解引起的海底滑坡提供参考。

关键词：强度折减法天然气水合物分解安全系数塑性区

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海洋天然气水合物地层钻井液优化实验研究

天然气工业 2019年第12期39卷 104-109页

作者：邱正松张玉彬赵欣何青水陈曾伟赵超非常规油气开发教育部重点实验室·中国石油大学山东省青岛市黄岛区266580 中国石油大学(华东)石油工程学院中国石化石油工程技术研究院新奥能源服务(上海)有限公司

海洋天然气水合物(以下简称水合物)地层钻井过程中,钻井液侵入地层有可能造成水合物分解,进而引发井壁失稳等问题。为了破解上述难题,实验研究了甲烷水合物在不同分解方式下的分解规律,引入Peng-Robinson方程计算实验过程中甲烷气体摩... 详细信息

海洋天然气水合物(以下简称水合物)地层钻井过程中,钻井液侵入地层有可能造成水合物分解,进而引发井壁失稳等问题。为了破解上述难题,实验研究了甲烷水合物在不同分解方式下的分解规律,引入Peng-Robinson方程计算实验过程中甲烷气体摩尔数的变化,优化了钻井液抑制水合物分解评价实验方法,并利用该方法实验分析了动力学抑制剂DY-1和改性卵磷脂对水合物分解特性的影响规律,进一步优化出适用于水合物地层使用的水基钻井液。研究结果表明:①注冷溶液不卸压的方式是钻井液抑制水合物分解最佳的评价实验方法;②水合物动力学抑制剂DY-1和改性卵磷脂均可通过吸附在水合物表面阻缓传热传质来延缓水合物分解,可作为钻井液水合物分解抑制剂;③优化出的钻井液体系具有良好的低温流变性和抑制水合物生成及分解性能,同时具有良好的页岩抑制性和润滑性等,可以满足海洋水合物地层钻井液技术的基本要求。结论认为,该研究成果可以为我国水合物开发提供钻井液技术支撑。

关键词：海洋天然气水合物地层天然气水合物分解井壁稳定钻井液抑制剂气体摩尔数表面吸附钻井液

南海东沙海域深水区末次冰期以来天然气水合物稳定带演化

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海洋地质与第四纪地质 2021年第2期41卷 146-155页

作者：刘杰刘丽华吴能友邬黛黛金光荣杨睿中国科学院广州能源研究所广州510640 自然资源部海底矿产资源重点实验室广州510075 青岛海洋地质研究所青岛266071

利用基于热力学理论的CSMHYD程序,模拟预测了末次冰期以来南海东沙海域深水区天然气水合物稳定带(GHSZ)的演化特征,同时讨论了海平面、底水温度对该区天然气水合物稳定带变化的影响,以及水合物分解对环境的影响。结果表明:①水深超过59... 详细信息

利用基于热力学理论的CSMHYD程序,模拟预测了末次冰期以来南海东沙海域深水区天然气水合物稳定带(GHSZ)的演化特征,同时讨论了海平面、底水温度对该区天然气水合物稳定带变化的影响,以及水合物分解对环境的影响。结果表明:①水深超过595 m的海域具备形成天然气水合物的环境条件;GHSZ平均厚度可达245 m,其中最厚区位于研究区东部,超过380 m,其次为东沙陆坡段与台湾浅滩陆坡段的结合部。②末次冰期(LGM)以来东沙海域GHSZ厚度呈现不对称旋回变化,按照时间由老到新可以分为TC1、TC2、TC3、TC4和TC5共5个完整的旋回。稳定带变化的减薄半旋回持续时间要长于增厚半旋回。TC1—TC4旋回内GHSZ厚度变化受海平面升降的控制,TC5旋回内稳定带厚度变化受到海底温度的控制。③在由陆缘向中央海盆方向逐渐增大的高地温梯度背景下,LGM以来海底温度和海平面变化对GHSZ的影响在中层水范围内大于深层水;同时水柱引起的压力效应在中层水深度范围内相对较大,深层水范围内海平面变化对GHSZ的影响十分有限。东沙海域CaCO3含量异常降低可能受水合物分解释放的甲烷气进入水体后引起海水酸化的影响。

关键词：天然气水合物稳定带厚度天然气水合物分解末次冰期东沙海域

钻井液侵入含天然气水合物地层的机理与特征分析

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地质科技情报 2010年第3期29卷 110-113页

作者：涂运中宁伏龙蒋国盛吴能友张凌中国地质大学岩土钻掘与防护教育部工程研究中心武汉430074 中国科学院广州能源研究所广州510640

海洋含天然气水合物地层是具有渗透性的多孔介质体,钻进过程中钻井液不可避免地会与它发生能量和物质交换,从而影响测井响应、井壁稳定和储层评价。在过压钻井条件下,水基钻井液驱替侵入含天然水合物地层和温差下热传导导致的天然气水... 详细信息

海洋含天然气水合物地层是具有渗透性的多孔介质体,钻进过程中钻井液不可避免地会与它发生能量和物质交换,从而影响测井响应、井壁稳定和储层评价。在过压钻井条件下,水基钻井液驱替侵入含天然水合物地层和温差下热传导导致的天然气水合物分解是耦合在一起的,其侵入可描述为一个包含相变的非等温非稳态渗流扩散过程。分析了天然气水合物在多孔介质中的分解特性,指出了多孔介质中天然气水合物分解的影响因素,通过钻井液侵入含天然气水合物地层与侵入常规油气地层的比较,提出了借鉴天然气水合物开采渗流模型建立钻井液侵入数值模型的思路。

关键词：含天然气水合物地层钻井液天然气水合物分解侵入特性模型

南海北部陆坡水合物分解引起海底不稳定性的定量分析

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地球物理学报 2010年第4期53卷 946-953页

作者：刘锋吴时国孙运宝中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室青岛266071 中国科学院研究生院北京100049 中国石油大学(华东)地球资源与信息学院青岛266555

分析了天然气水合物分解引起海底斜坡不稳定性的原因,探讨了水合物分解引起沉积物层孔隙压力变化规律.以南海北部神狐海域水合物样品钻获区为研究对象,应用极限平衡法探讨了海底无限斜坡的稳定性问题,计算了设定的不同滑动面的安全系数... 详细信息

分析了天然气水合物分解引起海底斜坡不稳定性的原因,探讨了水合物分解引起沉积物层孔隙压力变化规律.以南海北部神狐海域水合物样品钻获区为研究对象,应用极限平衡法探讨了海底无限斜坡的稳定性问题,计算了设定的不同滑动面的安全系数,建立了目标不稳定区相关参数条件下的水合物分解与海底斜坡不稳定的模式图,模拟计算了不同程度的水合物分解对海底斜坡失稳的影响作用.结果表明:在假设条件下,南海神狐海域当水深为1200m,沉积物层厚度为200 m,对于20°的较大坡角,沉积物层中5%水合物分解将引起海底斜坡失稳;斜坡坡角为5°时,沉积物层中15%水合物分解后,将会引起海底斜坡失稳;当斜坡坡角为3°或更小时,沉积物层中25%水合物分解后,将会引起海底斜坡失稳.

关键词：天然气水合物分解海底滑坡海底不稳定性南海

南海南沙海槽大型海底滑坡的发育特征及成因机制

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地球科学 2021年第3期46卷 1058-1071页

作者：任金锋孙鸣韩冰中国地质调查局天然气水合物工程技术中心广东广州510075 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广东广州511458 广州海洋地质调查局广东广州510075

大型海底滑坡的研究对认识海底斜坡的稳定性具有重要意义.利用最新的高精度多波束数据和重处理的二维地震资料,识别了南海南沙海槽一处大型海底滑坡,描述了其发育特征,探讨了其可能的形成原因.该滑坡体覆盖面积达6 300 km2,横向最宽50 ... 详细信息

大型海底滑坡的研究对认识海底斜坡的稳定性具有重要意义.利用最新的高精度多波束数据和重处理的二维地震资料,识别了南海南沙海槽一处大型海底滑坡,描述了其发育特征,探讨了其可能的形成原因.该滑坡体覆盖面积达6 300 km2,横向最宽50 km,延伸最远140 km.上部源头区外形呈半环形,滑坡后壁的高度落差200~350 m,平均坡度0.7°,发育基底剪切面和掀斜断块.中部滑移区呈拱形,分布于1 600~2 400 m水深段,平均坡度1°~3°,发育基底侵蚀面和大量残余块体.下部堆积区呈扇形,分布于2 400~2 800 m水深段,平均坡度0.1°~1.0°,发育大型碎屑流朵体和逃逸块体.研究表明不断隆升的背斜脊对高供给率沉积物的阻挡是海底斜坡失稳的内在条件,而高通量流体的聚集以及天然气水合物的分解使其变得更加不稳定.

关键词：海底滑坡背斜脊天然气水合物分解南沙海槽海洋地质