朱超祁,張民生,2,劉曉磊,2,王振豪,申志聰,張博文,張夏滔,賈永剛,2
(1.中國(guó)海洋大學(xué) 山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266100;2.海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266061)
海底天然氣水合物開采導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害及其監(jiān)測(cè)技術(shù)*
朱超祁1,張民生1,2,劉曉磊1,2,王振豪1,申志聰1,張博文1,張夏滔1,賈永剛1,2
(1.中國(guó)海洋大學(xué) 山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266100;2.海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266061)
海底天然氣水合物作為一種可替代能源,逐步受到學(xué)界與業(yè)界的高度關(guān)注;但因其開采可能導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害等一系列環(huán)境效應(yīng),世界各國(guó)對(duì)其開采利用多持謹(jǐn)慎態(tài)度。該文介紹了天然氣水合物已有的試采工作:加拿大Malik Field試采、美國(guó)Ignik Sikumi試采、日本Nankai Trough試采,總結(jié)了水合物分解可能導(dǎo)致的海洋地質(zhì)災(zāi)害:自然類地質(zhì)災(zāi)害與工業(yè)類地質(zhì)災(zāi)害。重點(diǎn)梳理了日本與美國(guó)海底天然氣水合物開采對(duì)海洋地質(zhì)災(zāi)害的原位監(jiān)測(cè)技術(shù),展望了未來海底水合物開采海洋地質(zhì)災(zāi)害原位監(jiān)測(cè)技術(shù)的趨勢(shì)與挑戰(zhàn):壓力傳感器與加速度傳感器在海床變形滑動(dòng)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用;監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸;海底原位長(zhǎng)期觀測(cè)的電能供應(yīng)。關(guān)鍵詞:天然氣水合物;海洋;地質(zhì)災(zāi)害;監(jiān)測(cè)技術(shù);試采
天然氣水合物資源潛力巨大。據(jù)測(cè)算,全球天然氣水合物所含天然氣約為3×1016m3~3×1017m3[1],其熱當(dāng)量相當(dāng)于目前已探明的所有化石燃料(包括煤、石油和天然氣)總和的2倍,可供人類使用約1 000年。與常規(guī)油氣資源相比,天然氣水合物燃燒產(chǎn)生污染較少,是21世紀(jì)理想的可替代能源之一。目前在阿拉斯加、墨西哥灣、加拿大、日本南海海槽等地均已鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品。2007年,我國(guó)也在南海北部陸坡首次發(fā)現(xiàn)天然氣水合物實(shí)物樣品;并于2008年,在祁連山凍土帶發(fā)現(xiàn)陸域天然氣水合物。據(jù)估算,全球僅有約3%的天然氣水合物分布在陸地永久凍土帶,其余均分布在海洋。由于海底天然氣水合物儲(chǔ)層大多沒有完整的圈閉構(gòu)造和致密蓋層,其開發(fā)可能導(dǎo)致的海底滑坡[2]等地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較大。且天然氣水合物開采還可能加劇全球溫室效應(yīng)、惡化海洋生態(tài)環(huán)境,造成一系列環(huán)境效應(yīng)[3],世界各國(guó)對(duì)天然氣水合物開采多持謹(jǐn)慎態(tài)度。韓國(guó)原計(jì)劃2015年在Ulleung Basin進(jìn)行水合物試采,后因故推遲;只有日本在其南海海槽進(jìn)行了短期試采。目前,天然氣水合物尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化開采。本文在把握天然氣水合物歷史研究脈絡(luò)的基礎(chǔ)之上,簡(jiǎn)要梳理了天然氣水合物開采現(xiàn)狀及其可能導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害,并重點(diǎn)介紹了世界各國(guó)的海底天然氣水合物開采監(jiān)測(cè)技術(shù),以期對(duì)國(guó)內(nèi)外海底水合物開發(fā)提供參考。
目前,21世紀(jì)已有三次重要的天然氣水合物生產(chǎn)測(cè)試項(xiàng)目,分別為加拿大Malik Field試采、美國(guó)Ignik Sikumi試采與日本Nankai Trough試采;其中日本Nankai Trough天然氣水合物試采是世界上首次海底天然氣水合物生產(chǎn)試采試驗(yàn)[4]。
1.1 加拿大Malik Field試采
加拿大Malik試采場(chǎng)地位于北美波弗特海Beaufort Sea的麥肯齊三角洲Mackenzie Delta。該地于1972年首次鉆獲天然氣水合物。
2002年,加拿大地質(zhì)調(diào)查局(GSC)、日本國(guó)家石油公司(JNOC)聯(lián)合來自美國(guó)、德國(guó)、印度的多家機(jī)構(gòu)以及國(guó)際大陸科學(xué)鉆探計(jì)劃(ICDP)在Malik采用注熱與降壓方式開展首次試采。試采期間,共鉆探生產(chǎn)井一口,深1 166 m;監(jiān)測(cè)井兩口,深1 188 m。該深度范圍內(nèi),水合物飽和度為70%~85%[5];試產(chǎn)期為期5 d,產(chǎn)氣516 m3。試采期間,采用光纖分布式溫度傳感器(DTS)以監(jiān)測(cè)儲(chǔ)層溫度變化。
2007-2008年,加拿大自然資源部(NRC)與日本石油天然氣與金屬礦產(chǎn)資源機(jī)構(gòu)(JOGMEC)組織了第二次試采,試采共分兩期。因出砂嚴(yán)重,第一期于試采60 h后被迫終止;實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間12.5 h,共產(chǎn)氣830 m3[6]。第二期試采為期6 d,日均產(chǎn)氣量2 000~4 000 m3[7]。
1.2 美國(guó)Ignik Sikumi試采
美國(guó)Ignik Sikumi天然氣水合物試采場(chǎng)地位于阿拉斯加北坡,儲(chǔ)層孔隙度40%,水合物飽和度45%~75%[8]。
2012年,由美國(guó)能源部(DOE)、美國(guó)康菲石油公司、日本石油天然氣與金屬礦產(chǎn)資源機(jī)構(gòu)(JOGMEC)共同組織了此次天然氣水合物生產(chǎn)測(cè)試。此次天然氣水合物試采首次采用氣體置換法,共向地層注入約6 000 m3氣體(CO2占23%,N2占77%)。試采期間因設(shè)備問題被迫終止,整個(gè)試采期實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間一個(gè)月,產(chǎn)氣約28 300 m3。
1.3 日本Nankai Trough試采
日本南海海槽屬于匯聚型大陸邊緣。1999年,日本在其南海海槽東部海域鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品。該海域水深約1 000 m,水合物儲(chǔ)層埋深177~345 m[9]。
2013年,日本石油天然氣與金屬礦產(chǎn)資源機(jī)構(gòu)(JOGMEC)采用降壓法,實(shí)施了世界上首次海底天然氣水合物生產(chǎn)測(cè)試。3月12日試采開始,3月18日因出砂嚴(yán)重與抽水泵故障而被迫封井。日本南海海槽水合物生產(chǎn)測(cè)試被迫終止。試采期間,持續(xù)產(chǎn)氣近6 d,日均產(chǎn)氣量約20 000 m3。此次天然氣水合物試采是目前世界上唯一一次海上水合物生產(chǎn)測(cè)試。
海底天然氣水合物分解可能導(dǎo)致各類海洋地質(zhì)災(zāi)害。一部分地質(zhì)災(zāi)害與自然變化有關(guān),另一部分可能直接由人類工業(yè)活動(dòng)相關(guān)[10]。
2.1 自然類地質(zhì)災(zāi)害
天然氣水合物分解除了可以影響海洋生態(tài)、加劇全球變暖,還可以形成麻坑、氣煙囪、泥火山等災(zāi)害性地質(zhì)構(gòu)造,并可能造成海床塌陷、海底滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。天然氣水合物分解導(dǎo)致的大規(guī)模海洋地質(zhì)災(zāi)害通常與全球變化有關(guān),如全球變暖導(dǎo)致的海水溫度上升、晚更新世時(shí)期海平面的下降。挪威Storrega海底滑坡[11]、美國(guó)Cape Fear海底滑坡[12]等均與水合物分解有關(guān);近年來的氣候變化使天然氣水合物穩(wěn)定性降低,誘發(fā)海底滑坡、甲烷釋放的可能性增大[13]。圖1總結(jié)了海水溫度升高條件下,水合物分解與超壓層形成、氣體泄漏、海底丘狀構(gòu)造、海床塌陷之間的關(guān)系。圖1a為海底丘狀構(gòu)造地震剖面圖,圖1b、圖1c為地質(zhì)災(zāi)害形成過程。圖2總結(jié)了海平面下降期間,水合物分解導(dǎo)致氣體泄漏、海底滑坡、濁流等地質(zhì)災(zāi)害的簡(jiǎn)要機(jī)制。
圖1 海底丘狀構(gòu)造與水合物的關(guān)系(據(jù)文獻(xiàn)[14-15]修改)
圖2 水合物分解與海底滑坡的關(guān)系(引自文獻(xiàn)[16])
2.2 工業(yè)類地質(zhì)災(zāi)害
盡管關(guān)于水合物分解導(dǎo)致的海洋工程設(shè)施破壞的案例極少,但隨著海洋工程設(shè)施增加以及水合物開發(fā)與商業(yè)化生產(chǎn)提上日程,其引起的工業(yè)類地質(zhì)災(zāi)害逐步得到重視。Borowski等[17]指出鋪設(shè)海底管道會(huì)改變海床溫度條件,引起的表層水合物分解可能造成海床坍陷,繼而導(dǎo)致海底管道斷裂。Sahling等[18]認(rèn)為水合物分解可能造成海底鋼結(jié)構(gòu)易于腐蝕。Hovland等[19]研究表明提出吸力錨改變海床壓力條件,造成水合物分解,最終影響吸力錨及由其控制的海上平臺(tái)安全。圖3總結(jié)了天然氣水合物開采過程可能導(dǎo)致的套管破壞、井噴等各類潛在鉆井災(zāi)害。
圖3 水合物分解與鉆井地質(zhì)災(zāi)害(引自文獻(xiàn)[20])
目前,只有日本進(jìn)行過海底天然氣水合物短期生產(chǎn)測(cè)試,并于試采前后進(jìn)行了原位監(jiān)測(cè)。美國(guó)、韓國(guó)及歐洲各國(guó)雖未進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試,但對(duì)原位監(jiān)測(cè)也進(jìn)行了相關(guān)研究。
3.1 日本海底水合物試采監(jiān)測(cè)
日本在南海海槽天然氣水合物生產(chǎn)測(cè)試期間,對(duì)海床變形、儲(chǔ)層穩(wěn)定性以及甲烷泄漏等進(jìn)行了重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。日本將水合物試采前后的海床沉降監(jiān)測(cè)作為海床變形監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)海床沉降監(jiān)測(cè),其設(shè)計(jì)實(shí)施了兩條技術(shù)路線:①三分量加速度傳感器監(jiān)測(cè)。利用所測(cè)加速度值,進(jìn)行二次積分得到位移,進(jìn)而得到海床沉降量。其傳感器位于球狀耐壓容器之中,通過探桿與海床耦合。該裝置整體長(zhǎng)度約2.4 m,探頭直徑126 mm[21]。其原理如圖4;實(shí)物圖與構(gòu)造圖見圖5。②壓力傳感器監(jiān)測(cè)。壓力傳感器位于海床面,其所測(cè)壓力直接反映上覆水體深度;消除潮位等對(duì)所測(cè)壓力的影響后,所測(cè)壓力差則反映了海床隆起與沉降[22]。Wallace等[23]利用該方法對(duì)新西蘭希庫(kù)朗伊俯沖帶進(jìn)行監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)了海底緩慢滑動(dòng)現(xiàn)象,該研究成果于2016年發(fā)表于Science期刊。另外,針對(duì)海床橫向變形監(jiān)測(cè),國(guó)內(nèi)也在渤海進(jìn)行了淺海測(cè)試[24]。
圖4 三軸加速度傳感器監(jiān)測(cè)海床位移原理(引自文獻(xiàn)[21])
圖5 三軸加速度傳感器裝置(引自文獻(xiàn)[21])
南海海槽水合物試采期間,實(shí)際采用了第二種方案進(jìn)行海床變形監(jiān)測(cè)。石英晶體諧振器被用作壓力計(jì),最大工作水深1 400 m,測(cè)量分辨率0.014 mm,精度1 cm。根據(jù)模擬分析,試采期間水合物生產(chǎn)井周邊海床沉降量約為10~30 cm。傳感器采用電池供電,測(cè)量數(shù)據(jù)自容存儲(chǔ)。該測(cè)量裝置(圖6)及其附屬設(shè)施在空氣中總重185 kg,在水下時(shí)重25 kg。此外,該系統(tǒng)集成了海床傾斜計(jì),該傾斜計(jì)由液態(tài)電解質(zhì)制成,其導(dǎo)電性反映海床傾角變化;測(cè)量范圍為±30°,分辨率0.001°,精度0.02°[25]。
圖6 日本水合物試采海床變形監(jiān)測(cè)裝置(引自文獻(xiàn)[22])
日本水合物試采工程還對(duì)天然氣水合物儲(chǔ)層穩(wěn)定性進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。水合物儲(chǔ)層穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)主要通過監(jiān)測(cè)試采期間及之后一段時(shí)間內(nèi)的井內(nèi)溫度變化實(shí)現(xiàn)。其不僅對(duì)生產(chǎn)井進(jìn)行了監(jiān)測(cè),同時(shí)設(shè)置了兩口監(jiān)測(cè)井(距離生產(chǎn)井25m,圖7)。每口井同時(shí)安設(shè)了分布式溫度傳感器(DTS)與線陣式電阻測(cè)溫傳感器(RTD)。其中,分布式溫度傳感器布設(shè)于全鉆井深度,為自容式存儲(chǔ),測(cè)量精度0.5°C,持續(xù)工作時(shí)間18個(gè)月;線陣式電阻測(cè)溫傳感器僅布設(shè)于水合物儲(chǔ)層深度范圍內(nèi),數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸,測(cè)量精度0.1°C,僅水合物試采期工作[26]。
圖7 日本南海海槽水合物試采生產(chǎn)井與監(jiān)測(cè)井示意圖(引自文獻(xiàn)[25])
此外,日本水合物試采期間,還對(duì)甲烷泄漏進(jìn)行了監(jiān)測(cè);同時(shí),甲烷泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成了溫度、鹽度、壓力、溶解氧、流速等監(jiān)測(cè)內(nèi)容[27]。
3.2 美國(guó)海底水合物試采監(jiān)測(cè)
美國(guó)海底天然氣水合物至今雖未正式開采,但其相應(yīng)的監(jiān)測(cè)研究工作在2002年已經(jīng)開展,完成了監(jiān)測(cè)模型構(gòu)建與并在墨西哥灣水合物賦存區(qū)Mississippi Canyon Block 118(MC118)進(jìn)行過多次測(cè)試。其海床監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Sea-Floor Observatory,SFO)主要由水平監(jiān)測(cè)線陣(Horizontal Line Array,HLA)、垂直監(jiān)測(cè)線陣(Vertical Line Array,VLA)、海底邊界層監(jiān)測(cè)線陣(Benthic Boundary Line Array,BBLA)、海床探針(Sea Floor Probe,SFP)、氣煙囪監(jiān)測(cè)陣列(Chimney Sampler Array,CSA)等組成[28]。美國(guó)墨西哥灣MC118區(qū)水合物海床監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖8所示。
圖8 美國(guó)墨西哥灣MC118區(qū)水合物海床監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖(引自文獻(xiàn)[28])
水平監(jiān)測(cè)線陣由4根觀測(cè)纜組成,通過HLA-POD相連,呈十字型交叉:每根觀測(cè)纜長(zhǎng)500 m,非等距布設(shè)16個(gè)水聽器,記錄水聲波速與能量;同時(shí)安裝有三分量加速度傳感器。水平監(jiān)測(cè)線陣通過專門為此研制的Station Service Device(SSD,圖9A)輔助安裝,SSD集成了掃描聲納、前后攝像機(jī)、照明、聲學(xué)定位與導(dǎo)航系統(tǒng)、光纖通訊系統(tǒng)、智能通信控制器、推進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)械臂等,類似于水下機(jī)器人。垂直監(jiān)測(cè)線陣與水平觀測(cè)線陣相連,由1根觀測(cè)纜組成:觀測(cè)纜長(zhǎng)200 m,等距布設(shè)16個(gè)水聽器,同時(shí)安裝熱敏電阻(記錄海水溫度)、傾角計(jì)(記錄海流作用下的偏移量大小)與羅盤(記錄偏離方向)[29]。海底邊界層監(jiān)測(cè)線陣與垂直監(jiān)測(cè)線陣類似,但其不與水平監(jiān)測(cè)線陣相連,長(zhǎng)度為100 m
圖9 美國(guó)水合物海床監(jiān)測(cè)裝置圖(據(jù)文獻(xiàn)[28,30-31]修改)
海床探針主要包括貫入儀(Penetrometer)、熱敏電阻線陣(Thermister Array,TA)與孔隙流體監(jiān)測(cè)陣列(Pore Fluid Array,PFA,圖9B)等[30]。貫入儀設(shè)計(jì)配重約2 t,探桿長(zhǎng)度10~30 m,其貫入深度為孔隙流體監(jiān)測(cè)陣列探桿長(zhǎng)度提供了設(shè)計(jì)指標(biāo)。熱敏電阻線陣探桿長(zhǎng)為10 m,用以監(jiān)測(cè)表層沉積物的溫度變化??紫读黧w監(jiān)測(cè)陣列主要監(jiān)測(cè)底層水體與表層沉積物的氯化物、硫酸鹽、甲烷濃度和甲烷同位素變化。此外,美國(guó)還設(shè)計(jì)了氣煙囪監(jiān)測(cè)線陣(Chimney Sampler Array,CSA,圖9C),監(jiān)測(cè)水深、流速、溶解氧、鹽度、溫度、甲烷等因素的變化情況;2010年9月-2011年6月,2011年10月-2012年4月分別在MC118進(jìn)行了兩次監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,大部分傳感器工作狀態(tài)良好,但至關(guān)重要的甲烷傳感器在兩次測(cè)試中均以失敗告終[31]。
海底天然氣水合物因其廣闊的能源前景而備受關(guān)注,但其在開采過程中,極易導(dǎo)致工程災(zāi)難(如鉆井安全)、地質(zhì)災(zāi)害(如海底滑坡)、環(huán)境效應(yīng)(如全球變暖)等,應(yīng)引起足夠重視。
加快海底天然氣水合物商業(yè)化生產(chǎn)步伐,亟需加強(qiáng)海底環(huán)境變化原位長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)工作,包括開采前的環(huán)境基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、開采過程中環(huán)境變化監(jiān)測(cè)、開采后環(huán)境恢復(fù)監(jiān)測(cè),并與室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬相結(jié)合進(jìn)行綜合研究。
美國(guó)、日本等國(guó)家利用壓力傳感器與加速度傳感器監(jiān)測(cè)海床變形滑動(dòng)的案例值得吸收借鑒。同時(shí),世界各國(guó)均未完全實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸,也并未完全解決海底原位長(zhǎng)期觀測(cè)的電能供應(yīng)問題,需要各國(guó)在海底水合物開采工作中逐步解決。
我國(guó)海底天然氣水合物開采需要充分借鑒陸域水合物開發(fā)經(jīng)驗(yàn)及國(guó)外海底水合物開發(fā)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),針對(duì)性地研發(fā)海底環(huán)境原位監(jiān)測(cè)系列技術(shù),建立災(zāi)害定量評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)體系與方法,保障水合物開采活動(dòng)海洋地質(zhì)環(huán)境安全。
備注:截至發(fā)稿,中國(guó)在南海海域首次試采天然氣水合物成功。至2017年5月18日,連續(xù)產(chǎn)生8天,平均日產(chǎn)超1.6萬立方米;至6月10日,連續(xù)產(chǎn)生31天,總產(chǎn)氣量21萬立方米,平均日產(chǎn)0.38萬立方米。
[1] Beaudoin Y C, Boswell R, Dallimore S R, et al. Frozen Heat - A Global Outlook on Methane Gas Hydrates [M]. Norway: Birkeland Trykkeri A/S, 2014:1-29.
[2] 朱超祁,賈永剛,劉曉磊,等. 海底滑坡分類及成因機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 2015, 35(6): 153-163.
[3] 魏合龍,孫治雷,王利波,等. 天然氣水合物系統(tǒng)的環(huán)境效應(yīng)[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 2016, 36(1): 1-13.
[4] 吳西順,張百忍,張煒,等. 天然氣水合物開采技術(shù)進(jìn)展[J]. 新能源進(jìn)展, 2015, 3(3): 218-225.
[5] Anderson B I, Collett T S, Lewis R E, et al. Using open hole and cased-hole resistivity logs to monitor gas hydrate dissociation during a thermal test in the Mallik 5L-38 research well, Mackenzie Delta, Canada [J]. Petrophysics, 2008, 49(3) : 1-10.
[6] Hancock S H, Dallimore S R, Collett T S, et al. Overview of pressure-drawdown production-test results for the JAPEX/JNOC/GSC Mallik 5L-38 gas hydrate production research well [J]. Bulletin-Geological Survey of Canada, 2005, 585: 134.
[7] The Expert Panel on Gas Hydrates. Energy from Gas Hydrates: Assessing the Opportunities & Challenges for Canada [M]. Ottawa, Canada: Council of Canadian Academies, 2008:1-206.
[8] Boswell R, Hunter R, Collett T S, et al. Investigation of gas hydrate-bearing sandstone reservoirs at the “Mount Elbert” stratigraphic test well, Milne Point, Alaska [C]//Proceedings of the 6th International Conference on Gas Hydrates. Vancouver, Canada: UBC Library, 2008: 1-9.
[9] Birchwood R, Dai J, Shelander D, et al. Developments in Gas Hydrates[J]. Oilfield Review, 2010, 22(2): 18-33.
[10]Boswel R, Collett T, Dallimore S, et al. Geohazards associated with naturally-occurring gas hydrate[J]. Fire in the Ice: Methane Hydrate Newsletter, 2012, 12(1): 11-15.
[11]Kvalstad T J, Andresen L, Forsberg C F, et al. The Storegga slide: evaluation of triggering sources and slide mechanics[J]. Marine and Petroleum Geology, 2005, 22(1): 245-256.
[12]Hornbach M J, Lavier L L, Ruppel C D. Triggering mechanism and tsunamogenic potential of the Cape Fear Slide complex, US Atlantic margin [J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2007, 8(12): 1-16.
[13]Phrampus B J, Hornbach M J. Recent changes to the Gulf Stream causing widespread gas hydrate destabilization[J]. Nature, 2012, 490(7421): 527-530.
[14]Paull C K, Ussler W, Dallimore S R, et al. Origin of pingo‐like features on the Beaufort Sea shelf and their possible relationship to decomposing methane gas hydrates[J]. Geophysical Research Letters, 2007, 34(1): 1-5.
[15]Jia Y, Zhu C, Liu L, et al. Marine geohazards: Review and future perspective[J]. Acta Geologica Sinica -English Edition, 2016, 90(4): 1455-1470.
[16]Kvenvolden K A. Potential effects of gas hydrate on human welfare [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,1999, 96(7): 3420-3426.
[17]Borowski W S, Paul C K. The gas hydrate detection problem: Recognition of shallow-subbottom gas hazards in deep-water areas[C]//Offshore Technology Conference. Houston, Texas: OTC, 1997: 1-6.
[18]Sahling H, Rickert D, Suess E. Faunal community structure along a sulphide gradient: Interrelationship between porewater chemistry and organisms associated with gas hydrates, Oregon subduction zone [J]. EOS-Transactions of the American Geophysical Union, 80(46): 5-10.
[19]Hovland M, Gudmestad O T.Potential Influence of Gas Hydrates on Seabed Installations[C]//Natural Gas Hydrates: Occurrence, Distribution, and Detection. Washington, D. C.: AGU, 2001: 307-315.
[20]Ruppel C, Boswell R, Jones E. Scientific results from Gulf of Mexico gas hydrates Joint Industry Project Leg 1 drilling: introduction and overview[J]. Marine and Petroleum Geology, 2008, 25(9): 819-829.
[21]Yokoyama T, Saito H. Development of Seafloor Displacement Monitoring System [J]. Journal of Geography. 2009, 118(5): 883-898.
[22]Yokoyama T, Shimoyama M, Matsuda S, et al. Monitoring System of Seafloor Subsidence for Methane Hydrate Production Test[C]//18th Formation Evaluation Symposium of Japan. Japan: Society of Petrophysicists and Well-Log Analysts, 2012: 1-6.
[23]Wallace L M, Webb S C, Ito Y, et al. Slow slip near the trench at the Hikurangi subduction zone, New Zealand[J]. Science, 2016, 352(6286): 701-704.
[24]Zhu C, Jia Y, Wang Z, et al. Dynamics of bottom boundary layers in the Yellow River subaqueous delta based on long-term in-Situ observations[J]. Acta Geologica Sinica(English Edition), 2017, 91(1) :376-377.
[25]Yokoyama T, Shimoyama M, Matsuda S, et al. Monitoring System for Seafloor Deformation during Methane Hydrate Production Test [C]// Proceedings of the Tenth (2013) ISOPE Ocean Mining and Gas Hydrates Symposium. Poland: International Society of Offshore and Polar Engineers, 2013:132-135.
[26]Chee S, Leokprasirtkul T, Kanno T, et al. A Deepwater Sandface Monitoring System for Offshore Gas Hydrate Production [C]// Offshore Technology Conference. Texas: OTC, 2014:1-8.
[27]Nagakubo S, Arata N, Yabe I, et al. Environmental impact assessment study on Japan’s Methane Hydrate R&D Program [J]. Fire in the Ice: Methane Hydrate Newsletter, 2011, 10(3): 4-11.
[28]Woolsey J R, Mcgee T M, Lutken C B. Support of Gulf of Mexico Hydrate Research Consortium Activities to Support Establishment of a Sea Floor Monitoring Station Project[R]. Final Report, DOE Award No.: DE-FC26-02NT00041628, 2009:1-165.
[29]Higley P. Gas Hydrate Sea Floor Observatory Vertical Line Array[R]. Final Report, DOE Award No.: DE-FC26-02NT41628, 2008:27-30.
[30]Woolsey J R. Construction of the Prototype Sea Floor Probe[R]. Final Report, DOE Award No.: DE-FC26-02NT41628, 2006:31-41.
[31]Lutken C. Hydrate Research Activities That Both Support and Derive from the Monitoring Station/Sea-Floor Observatory, Mississippi Canyon 118, Northern Gulf of Mexico[R]. Semiannual Progress Report, DOE Award No.: DE-FC26-06NT42877. 2013: 1-66.
Gas Hydrates: Production, Geohazards and Monitoring
ZHU Chaoqi1, ZHANG Minsheng1, 2, LIU Xiaolei1,2, WANG Zhenhao1,SHEN Zhicong1,2, ZHANG Bowen1,2, ZHANG Xiatao1and JIA Yonggang1,2
(1.ShandongProvincialKeyLaboratoryofMarineEnvironmentandGeologicalEngineering(OceanUniversityofChina),Qingdao266100,China; 2.LaboratoryforMarineGeology,QingdaoNationalLaboratoryforMarineScienceandTechnology,Qingdao266061,China)
Asanattractivealternativeenergysource,gashydratehasbeenattractingattentionfromtheacademicandindustry.Duetoaseriesofpotentialenvironmentaleffectsassociatedwithgashydrate,peopleremaincautiousaboutgashydrateproduction.Inthispaper,weintroducetheexistinggashydrateproductiontestsinMalikField,IgnikSikumiandNankaiTrough.Also,wesummarizethepotentialgeohazardsassociatedwithgashydrate,includingthenaturally-occurringgeohazardsandindustrially-occurringgeohazards.ThegashydrateseafloorobservationsinNankaiTroughproductiontestbyJapanandMississippiCanyonBlock118byUSAwereintroducedandhighlighted.Itisworthtouseforreferenceingashydrateproductionthatthepressuresensorandthree-componentaccelerometerareusedformonitoringseabeddeformation.Thegashydrateseafloorobservationsfacechallengesofreal-timedatatransmissionandlong-termpowersupply.
gashydrate;subsea;geologicalhazards;seafloormonitoringtechnology;productiontests
2016-10-28
2017-01-08
國(guó)家自然科學(xué)基金(41427803、41502265);山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016ZDJS09A03);青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室鰲山科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(2015ASKJ03)
朱超祁(1990-),男,山東濰坊人,博士生,主要從事水合物開采與地質(zhì)災(zāi)害研究. E-mail:1353603469@qq.com
賈永剛(1965-),男,山東青島人,教授,主要從事海洋工程地質(zhì)與原位觀測(cè)技術(shù)研究. E-mail:yonggang@ouc.edu.cn
10.3969/j.issn.1000-811X.2017.03.010.]
X43;X52;U46
A
1000-811X(2017)03-0051-06doi: 10.3969/j.issn.1000-811X.2017.03.010
朱超祁,張民生,劉曉磊,等. 海底天然氣水合物開采導(dǎo)致的地質(zhì)災(zāi)害及其監(jiān)測(cè)技術(shù)[J]. 災(zāi)害學(xué),2017,32(3):51-56. [ZHU Chaoqi, ZHANG Minsheng, LIU Xiaolei,et al. Gas hydrates: Production, Geohazards and Monitoring [J]. Journal of Catastrophology,2017,32(3):51-56.