盐度对甲烷气水合物系统的影响.pdf

盐度对甲烷气水合物系统的影响 杨顶辉西XU Wenyue圆 of Instituteof (①清华大学数学科学系。北京100084；②School EarthAtmosphericSciences，Georgia Technology,Atlanta，GA30332，USA) 摘要 从描述天然气水合物系统的动力学模型出发，利用拟解析方法将纯甲烷气水合物系统 的稳志模型推广到包含盐度的情况．基于包含盐度的这种新稳态模型，通过数值方法来确定甲烷 气水合物稳定带(MHSz)和甲烷气水合物实际存在lg(MHZ)的顶界和底界、以及游离气存在区的 顶界．数值结果表明，甲烷气水合物实际存在区的厚度随盐度的增大而变薄；盐的存在降低了气 体水合物的稳定性，引起MHSZ的底界上移，进而导致水合物稳定带的厚度比纯水情况下的厚度 变薄．另一方面，由于降低溶解度会减少形成水奋物所需气体的数量，所以海水中盐的存在可能 会促进更多天然气水合物在稳定带的形成．数值模拟结果也表明，对于盐水情况，在天然气水合 物稳定区甲烷气的存在并不能充分保证气体水合物的生成，只有当溶解于盐溶液中的甲烷气浓 度大于盐水中的甲烷气溶解度，并且甲烷气通量大于相应的甲烷气扩散传输率的临界值耐，甲烷 气水合物才会生成．为了保持海洋沉积物中气水合物的存在或形成甲烷气水台物，甲烷气源源不 断的供给是必需的，只有这样，才能补偿因甲烷气扩散和对流所引起的损失，这些源源不断的甲 烷气可能是源于微生物或者地热过程． 关键词 甲烷气水台物溶解度水合物稳定性盐度相平衡 会导致海底滑坡等地质灾害“】，也会导致水合物中所 甲烷气水台物(MGH)是一种象冰一样的由水和 甲烷气分子所组成的晶状体混合物ll一，只有在低温、 含温室气体(主要是甲烷)的释放，从而引起全球气候 高压、并且溶解于溶液中的甲烷气浓度局部地大于溶 的变化”】．总之，温压的变化导致甲烷气水合物与甲 解度时才会形成口】．甲烷气水台物的形成会吸取孔隙 烷气的相互转化，从而表现为甲烷气水合物．甲烷气 中的水和甲烷，孔隙中被吸取的液体水和溶解甲烷 的动态演化过程． 在一定的条件下会转化为固态水合物．固态水台物 目前对海洋沉积物中天然气水合物的研究主要 的形成会增大沉积物的强度，并使孔隙度和渗透率 集中在这样一些问题，如：未来潜在的能源、对全球 降低”J．相反，当天然气水合物不稳定时，又会分解成 气候变化的影响、以及甲烷气水合物形成和溶化对海 水和天然气．甲烷气水合物在高压或相对高压和低 底斜坡的稳定性和其他地质灾害可能的影响Ⅲ，等等 温条件下是稳定的，比如它稳定地存在于大陆边缘 所有这些问题都是全球性的重要科学问题，因此有 海底和冻土带沉积物中附】．水台物的稳定性依赖于 关天然气水合物的理论和实验研究以及在自然环境 水深(压力)和温度．海平面降低引起的压力降低或海 条件下的许多研究方面都取得了重要进展””】．近年 水温度的升高均可导致水合物分解．水合物的分解 来．自然环境条件下有关气体水合物的观测数据量 收稿日期：2006-12-05；接受日期：2007—07-04 美国国家自然科学基金(编号OCE-0242163)和国家自然科学基金(批准号资助 ’E-mail：cFayalag@matlLtsinghua．cda,ca 万方数据 第10期 杨顶辉等：盐度对甲烷气水台物系统的影响 137l 也迅速增大”””．基于自然环境条件下的许多研究 屉近提出了一种计算海洋沉积物中甲烷水合物稳定 结果使得我们对原场孔隙度¨21、对流通量率111．19[、天带(MHSz)溶解度的实用方法．但是这种方法是基于 然气水