现代地质

姚伯初，杨木壮，吴时国，王宏斌

2008, 22(3): 333-341.

摘要 ( 9266 )

PDF (5511KB) ( 2650 )

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天然气水合物是甲烷等天然气在高压、低温条件下形成的冰状固体物质。据估算，全球天然气水合物中碳的含量等于石油、煤等化石能源中碳含量的2倍。在人类面临化石能源即将枯竭的时候，各国科学家和政府都把目光投向这一未来能替代化石能源的新能源。新生代构造演化历史、沉积条件、沉积环境等显示,南海具有生成和蕴藏巨大天然气水合物资源的条件;南海海域的地震反射剖面多处显示存在BSR反射波;2007年已钻探见到水合物样品。东海冲绳海槽在第四纪的沉积速率高(10~40 cm/ka)，槽坡存在泥底辟构造和断裂活动，从上新世以来发生过两次构造运动，这些对天然气水合物的形成是十分有利的；因此，中国海域的天然水合物资源是十分丰富的，在不远的将来它可能成为新的替代能源。

东海陆坡及邻近槽底天然气水合物成藏条件分析与背景

栾锡武,鲁银涛,赵克斌,孙冬胜,李军

2008, 22(3): 342-355.

摘要 ( 2048 )

PDF (1781KB) ( 421 )

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在西太平洋边缘海中，东海是唯一没有获得天然气水合物样品的边缘海。利用已有的地震资料、海底温度资料等，从沉积物来源、沉积地层厚度、烃源岩条件、沉积速率、海底温度—压力条件等方面对东海水合物成藏条件进行了分析。认为冲绳海槽沉积物源丰富，沉积厚度大，且发育烃源岩地层。冲绳海槽较高的沉积速率主要分布于冲绳海槽槽底沉积中心，以及西部陆坡连接海底峡谷底部的三角洲区域。根据冲绳海槽实测的海底温度数据，整个冲绳海槽地区600 m以深的范围都能够满足水合物发育的温度、压力条件。以温度梯度为30 ℃/km计算，冲绳海槽中水合物稳定域的最大厚度为650 m。冲绳海槽盆地中普遍发育的底辟构造、背斜构造等局部构造，以及网格状断裂系统，为烃类气流体的向上及侧向运移创造了有利条件，成为天然气水合物发育的有利区带。根据已经发现的BSR特征来看，东海地区天然气水合物前景广阔。

海洋天然气水合物成藏系统研究进展

吴能友,梁金强,王宏斌,苏新,宋海斌等

2008, 22(3): 356-362.

摘要 ( 2445 )

PDF (782KB) ( 1502 )

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在系统总结海洋天然气水合物形成的物质来源及成因机理、物理化学响应、形成环境及成藏模式、分布规律和资源评价进展的基础上，提出了我国开展天然气水合物成藏机理研究的方向和科学问题。2007年4—6月通过钻探获得了测井、原位测量、沉积物岩心及其顶空气、孔隙水、微生物、水合物等样品和资料。南海北部陆坡神狐海域是研究天然气水合物成藏机理和分布规律的理想区域。采用重点分析天然气水合物成藏的物质基础、形成环境、成藏过程、响应机理和成藏系统等研究思路，针对天然气水合物成藏系统中气—水—沉积物—水合物体系的相互作用机理、天然气水合物成藏过程中的物理化学响应机理、天然气水合物成藏要素的耦合控矿机理等3个关键科学问题，开展天然气水合物成藏物源、地质与温压场等成藏条件、成藏演化热动力学机理、成藏响应机理和天然气水合物成藏系统等5个方面研究。

试论天然气水合物成藏系统

卢振权,吴能友,陈建文,龚建明,吴必豪

2008, 22(3): 363-375.

摘要 ( 2176 )

PDF (2500KB) ( 1064 )

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针对天然气水合物理论预测和实际产出的不一致性、各种标志或异常未与天然气水合物建立起严格的对应关系、世界范围内已知或由BSR等间接指标所指示的天然气水合物在垂直方向和水平方向上分布的不确定性，如何更好地从地质系统论角度研究天然气水合物成藏过程和分布规律，尝试提出天然气水合物成藏系统概念，分别从烃类生成体系、流体运移体系、成藏富集体系对天然气水合物成藏过程进行了初步探讨；同时运用此思路对世界上调查研究程度较高的分布区开展了天然气水合物成藏系统初步分析。

南海北部深海甲烷冷泉自生碳酸盐岩显微结构特征与流体活动关系初探

苏新,陈芳,陆红锋,黄永样

2008, 22(3): 376-381.

摘要 ( 3121 )

PDF (2163KB) ( 976 )

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对2002年“海洋四号”在南海北部深水冷泉活动区水深约3 000 m海底获得的1块自生碳酸盐岩展开了岩石学、地球化学和显微结构的分析研究。结果表明，该HD-83站位岩石样品为有多孔不规则块体，属于与扩散流有关的冷泉自生碳酸盐岩。其自生碳酸盐矿物成分为镁方解石或文石，含量达全岩的17%。全岩碳同位素值δ¹³C为-61.403‰，氧同位素值δ¹⁸ O为3.560 6‰，属于甲烷冷泉喷口成因自生碳酸盐岩，甲烷来源以微生物成因为主。该岩石显微结构有泡孔状、充填通道、不规则裂隙、虫孔边缘加厚4种主要类型。通过对比，推知这些显微结构可能与甲烷分解排气释放或流体逃逸通道有关。本研究注意到在岩石的裂隙或孔道中菌丝体普遍存在，可能属于菌席的组成份子，依靠通道内流体进行化能合成。

南海东沙西南海域冷泉碳酸盐岩特征及其意义

陈忠,杨华平,黄奇瑜,颜文,陆钧

2008, 22(3): 382-389.

摘要 ( 2525 )

PDF (1881KB) ( 1186 )

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海底冷泉流体或自生碳酸盐沉积可为碳氢化合物(主要指常规油气或天然气水合物)、冷泉生物群落的调查和研究提供有利线索。对东沙群岛海区、神狐海区和ODP184-1146钻孔碳酸盐沉积的特征进行了对比和研究，结果表明这些海区碳酸盐岩的岩性特征、碳氧同位素组成等存在明显差异。东沙群岛海区和神狐海区的碳酸盐岩的化学成分如TFe、Al₂O₃、TiO₂、K₂O、Na₂O、MnO、P₂O₅等不同，表明它们可能分别受到了粘土矿物和铁锰氧化物影响。在神狐海区至少发生了一次冷泉流体活动，形成了早晚两期冷泉碳酸盐岩，而在东沙群岛海区发生了至少3次冷泉流体活动，形成了多期冷泉碳酸盐岩，反映了这两个海区碳酸盐沉积的甲烷成因不同,且形成环境也受不同的因素控制。研究揭示，在东沙群岛南部海区可能发育热成因甲烷汇聚的天然气水合物，其海底可能存在冷泉生物群落，这为东沙西南海域天然气水合物和冷泉生物群落的进一步寻找和研究提供了新思路。

黑海西北部冷泉碳酸盐岩的沉积岩石学特征及氧化还原条件的稀土元素地球化学示踪

冯东, 陈多福

2008, 22(3): 390-396.

摘要 ( 11408 )

PDF (3074KB) ( 2509 )

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黑海西北部罗马尼亚大陆架（水深120 m）和乌克兰陆坡（水深190 m）发育冷泉碳酸盐岩结壳。XRD测试表明此结壳主要由高镁方解石和文石组成。结壳中与渗漏系统微生物活动有关的凝块和葡萄状文石等特殊的沉积组构非常发育。冷泉碳酸盐岩酸可溶部分（碳酸盐岩相矿物）的稀土元素含量很低（0.068×10^-6~2.817×10^-6），稀土元素页岩标准化配分模式显示罗马尼亚大陆架冷泉碳酸盐岩具有明显的Ce负异常，乌克兰陆坡冷泉碳酸盐岩具Ce的正异常，表明它们是分别在氧化和还原环境中沉积的。稀土元素和V、Cd和U等微量元素的含量在泥晶中最高，亮晶中最低，可能反映成岩过程对元素含量有控制作用。

综合大洋钻探计划311航次沉积物中自生碳酸盐岩碳、氧稳定同位素特征

王晓芹,王家生,魏清,陈祈,李清,胡高伟,高钰涯

2008, 22(3): 397-401.

摘要 ( 9394 )

PDF (979KB) ( 1114 )

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为了探索水合物背景下沉积物中自生矿物响应，对采自综合大洋钻探计划（IODP）311航次沉积物中自生碳酸盐岩颗粒进行了矿物组成、形貌特征和碳、氧稳定同位素特征等研究。X光粉晶衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）结果显示碳酸盐岩颗粒的主要矿物成分是铁白云石和方解石，呈多孔状结核和不规则状集合体产出。碳酸盐岩颗粒的碳稳定同位素δ¹³C_PDB低至-41.50‰，证实其碳源源自甲烷，其成因与甲烷厌氧氧化过程有关，印证了研究区存在海底甲烷渗漏现象，是甲烷水合物赋存区重要的识别标志之一。碳酸盐岩颗粒的氧稳定同位素δ¹⁸O_PDB总体上随着沉积物深度增加而减小，可能指示沉积物的背景温度由下而上（从早到晚）逐渐降低。研究结果提供了现代海洋天然气水合物背景下沉积物中自生碳酸盐岩的碳、氧稳定同位素记录，对于寻找我国海域天然气水合物资源，探索地史时期古海洋沉积物中类似的甲烷事件记录具有重要的理论和实践指导意义。

综合大洋钻探计划311航次沉积物中自生黄铁矿及其硫稳定同位素研究

陈祈，王家生，魏清，王晓芹，李清，胡高伟，高钰涯

2008, 22(3): 402-406.

摘要 ( 1797 )

PDF (1911KB) ( 875 )

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对综合大洋钻探计划（IODP）311航次652个岩心沉积物样品进行了自生黄铁矿颗粒筛选、显微形貌特征及其硫稳定同位素组成等初步研究。扫描电镜（SEM）照片显示黄铁矿以微球粒状和立方体状形貌产出，其成因与微生物作用和无机作用有关。黄铁矿的δ³⁴S_CDT值变化范围较大，从-35.4‰ 到+53.6‰，其成因与甲烷厌氧氧化作用（AOM）的关系密切。海水源为主的硫酸盐参与了沉积物上部的AOM过程，黄铁矿硫稳定同位素正偏的原因可能与较强的AOM作用和较多的残余硫酸盐参与有关。冷泉背景站位中黄铁矿的δ³⁴S_CDT值随着深度增加而增加，从浅表层的-35.83‰增加到深处的32.49‰，反映深处沉积物内黄铁矿形成过程中曾有过较多的残余硫酸盐参与还原，暗示其背景曾经是更高的甲烷通量和更强的AOM作用。研究结果提供了现代海洋天然气水合物背景下沉积物中自生黄铁矿及其硫稳定同位素特征记录，对于寻找我国海域天然气水合物资源，探索地史时期古海洋沉积物中甲烷事件记录具有重要的意义。

南海沉积物中烃类气体(酸解烃)特征及其成因与来源

祝有海,吴必豪,罗续荣,张光学

2008, 22(3): 407-414.

摘要 ( 9638 )

PDF (1883KB) ( 1017 )

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烃类气体是形成天然气和天然气水合物的物质基础，可通过顶空气、吸附烃和酸解烃等方法来探测。南海473个站位767件沉积物样品的酸解烃分析结果表明，甲烷含量为0.8~22 153.6 μl/kg，平均为335.8 μl/kg，并可分成台西南—东沙、笔架南、琼东南—西沙海槽、中建南—中业北、万安—南薇西和南沙海槽等6大异常区，其中南沙海槽是异常最强烈的地区，台西南盆地次之。154件甲烷样品的碳同位素分析结果表明，其δ¹³C₁值为-101.7‰~-24.4‰（PDB标准，下同）〗，平均为-44.5‰，其中南沙海槽的δ¹³C₁值明显偏低，为-101.7‰~-71.4‰，应是微生物气或是以微生物气为主的混合气，而南海其他地区的δ¹³C₁值相对较高，为-51.0‰~-24.4‰，明显属于热解气。

天然气水合物发现区和潜在区气源成因

龚建明,张敏,陈建文,李谨,陈立英,成海燕

2008, 22(3): 415-419.

摘要 ( 3236 )

PDF (1013KB) ( 1262 )

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为探讨天然气水合物发现区的气源成因，对ODP 204航次4个站位58个沉积物样品进行5个温度点的生气量模拟实验，对各温度点产生的气体进行同位素测定。测试结果显示，在低温阶段（25 ℃、35 ℃、45 ℃），甲烷的δ¹³C明显偏大，一般大于-40‰，显示出热解成因气的特征；而高温阶段（55 ℃）甲烷的δ¹³C为-75.5‰，显示出明显的生物成因气的特征。结合东沙海域天然气水合物潜在区气源成因的讨论，可以得出如下结论：天然气水合物的气源成因受控因素多，需要综合多种指标进行判别。

浅表层天然气水合物区的海底地形特征——以鄂霍次克海为例

栾锡武,岳保静

2008, 22(3): 420-429.

摘要 ( 1213 )

PDF (4384KB) ( 1456 )

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使用重力取样器、渔网、深潜器等手段已经在海底及以下浅表层区域采获天然气水合物样品。但关于浅表层水合物的发育机制、分布规律及与海底地形的关系等问题还缺乏基本认识。根据2006年鄂霍次克海天然气水合物调查航次的调查数据，介绍了浅表层天然气水合物区的海底地形特征。萨哈林东北陆坡区，特别是中、下陆坡区发育大量海底凸起,这些凸起一般呈不对称的丘形，宽几百米，高几十米。不同于海底沙波、沙脊，海底凸起为孤立海底地形，在南北方向上并不连续。海底凸起和浅表层天然气水合物的发育密切相关。在海底剖面仪测量结果剖面上清楚地显示古陆坡凸起的发育。普遍地，现今海底陆坡凸起的幅度要小于古陆坡凸起的幅度，个别地方古、今陆坡凸起的形态有所变化，但大部分古、今陆坡凸起是一一对应的，基本形态没有根本变化。在萨哈林陆坡地区存在两个方向的挤压应力场，分别是由德鲁根盆地向萨哈林陆坡方向的挤压应力场、萨哈林陆坡沿萨哈林走滑断裂向南的挤压应力场。海底陆坡凸起是这两大应力场复合作用的结果。浊反射区中的游离气是底辟构造中的超高压多相物质向上迁移形成的。浊反射区上方对应的海底凸起应该是宏观构造挤压和局部底辟发育叠合的结果。浊反射区上方的海底凸起，在形态等方面应该和其他仅由挤压构造原因形成的凸起有所区别，比如顶部发育裂口等。在底辟构造中，由于游离气体的向上迁移，在整个水合物稳定域中从下到上，直至海底都可能形成水合物，从而使我们有机会使用重力采样器这样的设备也能采获天然气水合物样品。

大陆边缘深水区海底滑坡及其不稳定性风险评估

吴时国,陈珊珊,王志君,李清平

2008, 22(3): 430-437.

摘要 ( 5416 )

PDF (3936KB) ( 1464 )

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海底滑坡是大陆坡一种常见的沉积作用过程。这种沉积作用包括滑塌和碎屑流等重力流作用过程，它能将沉积物运移数百公里，严重危害深水油气开发平台、油气管线、海底电缆等设施;同时，还可能导致巨大破坏性的海啸。虽然导致海底滑坡的因素很多，但近年来发现海底滑坡的触发机制可能与地震作用和海底天然气水合物的分解关系密切。随着深水油田的开发和深海工程的日益增多，这种地质作用越来越引起学术界和工业界的重视。在介绍大陆边缘深水区海底滑坡的构成、识别和触发机制的基础上，提出海底滑坡的地质风险评估方法。

天然气水合物成矿带的识别技术研究

沙志彬,王宏斌,杨木壮,梁金强,张光学等

2008, 22(3): 438-446.

摘要 ( 2260 )

PDF (2863KB) ( 1074 )

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在天然气水合物的地震资料解释过程中，常规地震剖面上难以识别水合物成矿带的准确位置。通过多年的实践对比研究，认为波形、速度反演、速度模型、流体因子、瞬时振幅、相对极性和能量半衰时等各种地震剖面，能够较好地揭示水合物成矿带的地球物理异常特征。收集整理了一部分国内外对水合物成矿带的识别技术，并提出了在无井的情况下，如何利用波形、速度和各种地震属性剖面所提供的信息来确定水合物成矿带的一些新想法，以期对水合物资源量的评估能提供比较有价值的参考依据。

南海神狐海域天然气水合物地球物理测井评价

陆敬安，杨胜雄，吴能友，张光学，张明，梁金强

2008, 22(3): 447-451.

摘要 ( 2424 )

PDF (2062KB) ( 1094 )

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我国南海北部神狐海域的天然气水合物钻探过程中采用电缆测井来识别水合物储层，使用了自然伽马、电阻率、密度、声波全波列、井温—井方位、井径及中子等7种测井仪器，测量的参数主要包括地层的自然放射性、深（浅）探测电阻率、密度、纵波速度、温度、井径、长（短）源距中子计数率及井眼方位，这些参数对于确定天然气水合物的赋存位置起到非常重要的作用。详细介绍了神狐海域天然气水合物测井的工作方法和基本步骤，参照国外相关分析，针对其中某站位钻孔ZK1的地层孔隙度及天然气水合物饱和度进行初步评价。结果表明密度测井和电阻率测井两种方法求出的地层孔隙度的一致性较好，而计算的天然气水合物饱和度值则高于孔隙水淡化分析得到的值，因此尚需结合研究区岩心分析数据来提高解释精度。研究结果对未来我国的天然气水合物测井评价具有指导意义。

羌塘盆地沉积物热释光特征及潜在意义

张志攀,祝有海,苏新

2008, 22(3): 452-456.

摘要 ( 4891 )

PDF (2327KB) ( 945 )

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热释光测量在探测陆地或海洋油气方面已显示出良好的应用效果，天然气水合物与常规油气在物源及运移机制上非常相似，可将热释光方法借鉴到天然气水合物的调查研究中。羌塘盆地147件沉积物样品的热释光测定结果表明，该区沉积物热释光具有近似对数正态分布的特征。结合前人研究结果及调查分析认为,该区热释光异常与深部油气或天然气水合物的对应模型为:矿藏上方出现热释光高值异常。研究区热释光高值异常出现2处集中分布区域，大致指示深部油气或天然气水合物藏的位置。研究结果对羌塘盆地油气或水合物的进一步调查研究有重要的参考价值。

模拟渗漏系统气体迁移与水合物形成实验

关进安,樊栓狮,梁德青,周锡堂,王武昌

2008, 22(3): 457-464.

摘要 ( 1993 )

PDF (2094KB) ( 929 )

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水合物生成是典型的界面传递输运现象，而气体迁移性质是这种传递过程的决定性因素。在鼓泡透明玻璃反应釜里模拟渗漏系统气体穿越多孔隙砂层形成水合物的过程实验，分析了气体迁移对气体水合物形成时气液界面的传质传热性质影响，表明实验中气体迁移形成水合物的过程是一种相平衡曲线动态移动的过程；在形成水合物的气—液界面存在具有一定厚度的过渡层，只要过渡层内气体达到饱和即可形成水合物；气体在迁移中不断形成水合物并在孔隙中形成过压，导致地层骨架的力学破裂和失稳；必须建立一个新的水合物相图以适应气体迁移形成水合物过程的这种新特性。

松散沉积物中天然气水合物生成、分解过程与声学特性的实验研究

胡高伟,业渝光,张剑,刁少波等

2008, 22(3): 465-474.

摘要 ( 2643 )

PDF (2761KB) ( 1027 )

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为了解松散沉积物中天然气水合物的生成和分解规律以及水合物对沉积物声学特性的影响，在粒径为0.18~0.28 mm天然沙中进行了甲烷水合物的生成和分解实验，并利用超声波探测技术和时域反射技术实时测量了反应体系的声学参数与含水量。结果表明：根据水合物的生成和分解速率，可将水合物的生成过程分为初始生长期、快速生长期和稳定期3个阶段，分解过程可分为初始分解期和样品表层水合物快速分解期以及样品内、外层水合物均快速分解期3个阶段；由温度和压力数据的分析，得出水合物先在沉积物表层生长，然后在沉积物内、外层迅速生成；由水合物分解过程3个阶段的平均分解率，得出水合物的分解是一个由慢到快的过程。对声学参数的研究表明：水合物在松散沉积物中先胶结骨架颗粒而生成，使纵波速度和声波衰减在饱和度0～1%之间陡然增大；随后水合物开始在沉积物孔隙中形成悬浮粒子，造成超声波信号在饱和度1%～90%间淬熄，声波速度无法获取。研究结果在揭示沉积物中水合物与颗粒间接触机制的同时，为海上地球物理勘探中地震信号的解释提供了新的思路。

甲烷水合物分解过程模拟实验研究

陈强,业渝光,孟庆国,刘昌岭

2008, 22(3): 475-479.

摘要 ( 6170 )

PDF (1055KB) ( 1232 )

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以甲烷为主要成分的天然气水合物被看作是一种新型的油气资源，研究水合物分解特征有助于水合物的开采利用。采用实验模拟的方法进行了甲烷水合物分解率研究，实验中采用了等容升温分解和不同粒径多孔介质体系常压分解等方法研究水合物的分解特征。从p=4.5 MPa下进行的等容分解实验结果发现，当釜内温度为5.18～8 ℃时水合物快速分解并一直持续到13 ℃分解结束，且等容分解过程中反应釜内压力与釜内温度呈良好的函数对应关系。常压分解研究使用了5种不同粒径沉积物作为反应介质，在T=1 ℃的条件下进行水合物分解实验，结果发现粒径在0.063～0.35 mm范围的沉积物对水合物的分解速率为1.11×10^-5~2.41×10^-5 mol/s，但分解速率并没有随粒径大小发生有规律的变化。

氮气、氧气和空气水合物的合成及其拉曼光谱特征

刘昌岭,业渝光,卢海龙,Ripmesster A John

2008, 22(3): 480-484.

摘要 ( 4903 )

PDF (633KB) ( 2194 )

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在-20 ℃和不同的压力下，在实验室内分别合成了氮气水合物（16 MPa）、氧气水合物（13 MPa）和空气水合物（15 MPa）并对其N—N和O—O键伸缩振动的拉曼光谱特征进行了研究。结果表明，人工合成的水合物中的N—N和O—O键的拉曼位移与天然的空气水合物中的数据十分接近。在氮气水合物和空气水合物中，N—N键的拉曼峰值均为2 322.4 cm^-1；O—O键的拉曼峰值在氧气水合物和空气水合物保持一致，均为1 547.8 cm^-1。空气水合物分解的拉曼谱图表明，它不是氮气水合物和氧气水合物组成的混合物，而是由氮分子和氧分子共同生成的单一水合物，氮分子和氧分子同时进入水合物的大笼和小笼中。与空气中的氮、氧比例相比，水合物中氧分子明显富集，氮分子和氧分子的比例为2.4∶1。
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SDS和THF对甲烷水合物合成影响的实验研究

涂运中,蒋国盛,张凌,宁伏龙,窦斌,吴翔

2008, 22(3): 485-488.

摘要 ( 6604 )

PDF (801KB) ( 1141 )

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甲烷水合物的人工合成是实验室内进行水合物模拟地层钻探研究的关键步骤。利用水合物合成及模拟微钻实验系统，分别进行了加入少量十二烷基硫酸钠（SDS）和四氢呋喃（THF）的甲烷水合物人工合成试验。通过对比实验，分析研究了SDS和THF对甲烷水合物生成速度及生成量的影响。实验表明，在纯水体系中加入微量的SDS和THF，不仅能够促进甲烷水合物快速成核，还可以增加甲烷水合物的合成量，从而节省了大量的实验时间, 这也便于对含水合物沉积地层钻探钻井液设计和水合物模拟地层微钻实验的深入研究。

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