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1、矿物岩石地球化学通报·综述·BulletinofMineralogy,PetrologyandGeochemistryVol.23No.2,2004Apr.天然气水合物的环境效应121王淑红,宋海斌,颜文1.中国科学院南海海洋研究所和广州地球化学研究所边缘海地质重点实验室,广州510301;2.中国科学院地质与地球物理研究所,北京100101摘要:天然气水合物是近些年来发现的一种新型超级洁净能源,因其在能源勘探、海底灾害环境和全球气候变化研究中的重要性而日益引起世界各国的高度重视。本文综述了天然气水合物在形成、分解过程中的加剧全球气候变暖、海底灾害和影响海洋
2、生物等环境效应;指出将地质历史时期的重大事件与天然气水合物产生的这些环境效应结合将成为今后的主要研究方向。关键词:天然气水合物;环境效应;全球气候变化;海底地质灾害中图分类号:P618113文献标识码:A文章编号:100722802(2004)0220160206随着社会经济的快速发展,全球资源日益减少,物存在于地壳浅层(小于2000m),储量巨大,当遇能源供需矛盾日趋紧张,环境和资源问题已成为21到环境变化时,温度的升降、压力的变化、海平面变世纪的主要议题。近年来,天然气水合物成为开发化、沉积盆地的升降、上覆沉积物的增厚、构造活动、新能源的焦点,各国都在争
3、先研究和开发。流体活动等都会影响天然气水合物层的稳定性,甚天然气水合物(NaturalGasHydrate,简称Gas至导致天然气水合物层的破坏,释放出天然气,并最[10]Hydrate),又称笼形化合物(Clathrate)。它是在一终进入大气圈。[15]定条件(合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、天然气水合物的主要成分是温室气体CH4、pH值等)下由水和天然气组成的类冰、非化学计量、CO2等,而目前进入平流层的温室气体中人为源笼形结晶化合物。天然气水合物的主要成分为甲1212(360×10g/a)与自然源(150×10g/a)相比占有烷;甲烷含量大于
4、99%的天然气水合物通常称为甲[16,17]更大的通量。20世纪60年代到1983年的测[1～9]烷水合物。天然气水合物主要分布于极地永定表明,大气中的甲烷正以每年1%的速度增久冻土带、海洋大陆坡、水下高地、边缘海和内陆海,[18～22]长。冰芯中的气体分析表明,在最后一次冰尤其是与泥火山、底辟构造以及大型构造断裂有关期、间冰期的转换过程中,空气中的甲烷浓度变化接的地质环境[10]。-9-9(体积浓近两倍,即从350×10增加到650×10天然气水合物的开发利用涉及两个方面的问[23～26]度)。存在于地壳浅层的天然气水合物含有题:从资源方面考虑,这一资源储
5、量巨大,能够满足15173[27]巨大数量的甲烷(10～10matSTP),至少是人类未来清洁能源的需求;从环境方面考虑,作为温大气中甲烷总量的3000倍。据报道,1mol甲烷对室气体甲烷的最大载体,它的开发利用又可能是引全球气候变暖产生的影响是相同量二氧化碳的3.7发全球气候变化和海底地质灾害的重要因素。因[28]倍,如以重量计则为10倍,且甲烷氧化产物CO2此,必须有超前的防范措施,以防止其对环境造成的也是一种重要的温室气体,对全球环境有重大影响。[4]不良影响。天然气水合物的环境效应已日益引甲烷水合物的分解可能产生气态甲烷并增加海水中[11～14]起世
6、界各国的高度重视。溶解态甲烷的浓度,甲烷将从过饱和的海水进入大下面我们从全球气候变化、海底地质灾害和海气。使大气中的甲烷浓度随甲烷水合物的分解而增洋生态三个方面分析天然气水合物的环境效应。加。因此,存在于地壳浅表层的天然气水合物稳定(1)天然气水合物与全球气候变化:天然气水合与否,对全球大气组分变化造成巨大的冲击,影响到收稿日期:2003211206收到,2004201206改回基金项目:中国科学院南海海洋所创新领域前沿项目(lyqy200312)资助,中央级科研院所社会公益研究专项资金项目(2001D1A50041)资助第一作者简介:王淑红(1977—),
7、女,在读博士生,海洋环境地球化学专业1E2mail:wshhsbq@scsio1ac1cn1矿物岩石地球化学通报161全球气候变化的走势。美国、俄罗斯、加拿大等国学者已经报导了钻探过程从地史看,全球气候变化与天然气水合物释放中产生的不可控制的气体释放、管道堵塞、油井喷甲烷有关[29,30]。人们十分关心在全球气候变暖后,发、火灾、灾难性的井位下陷、气体渗漏到海洋表层[52～56]等灾害事件。从天然气水合物中释放的额外的甲烷进入大气后产[31,34]天然气水合物的环境效应在海洋地质灾害中主生的后果。基于天然气水合物储集层的尺度要表现于两个方面:自然分解引起的地
8、质灾害与钻和甲烷中同位素的组成,推断大陆边缘浅地质储
