南海北部陸坡天然氣水合物分解引起的海底滑坡與環(huán)境風險評價

【摘要】： 天然氣水合物是在低溫高壓條件下,由天然氣和水形成類似冰狀的固體物質,其主要賦存于深水區(qū)的海底沉積物和陸地永久凍土地帶中。一方面,天然氣水合物以其巨大的儲量,有望成為未來重要的替代能源;另一方面,它在海底災害預測和全球氣候變化研究中具有不可忽視的作用。 天然氣水合物的形成和分解主要受溫度、壓力以及地質構造條件的影響,當上述條件發(fā)生變化時,其賦存狀態(tài)也將發(fā)生變化。因而,構造作用、海平面升降和海底工程等因素都可能破壞天然氣水合物的穩(wěn)定性,從而導致天然氣水合物的分解。由于天然氣水合物分解會產生大量的氣體和水,增大了含水合物地層的孔隙壓力,同時也降低了水合物與沉積物顆粒間的膠結強度,使得含氣地層的抗剪切強度和承載能力大為降低,水合物分解所形成的潤濕帶將形成一個向下的滑動面,此時一旦受地震或者沉積載荷增大等因素觸發(fā),僅依靠沉積物的自重,便可引起海底滑坡。 作為災害地質因素,天然氣水合物對海洋油氣勘探的危害性還表現(xiàn)在其分解將導致地層承載力的不均勻。無論是淺層生物氣還是深部熱成因氣,這種含氣區(qū)內部承載力的不均勻都將威脅到海洋工程的安全,如造成鉆井平臺樁腿的不均勻沉降,使平臺傾斜甚至翻倒等;另外,氣體的突然釋放會對管道產生破壞作用,特別是高壓淺層氣釋放時輕則侵蝕套管,重則造成井噴,甚至可能引起鉆井平臺的燃燒或爆炸,造成生命及財產的損失。因此,研究天然氣水合物分解引起的海底地層不穩(wěn)定性研究,評價其對未來天然氣水合物開發(fā)的安全性和環(huán)境風險具有重要的科學意義及實用價值。 【關鍵詞】：南海北部陸坡 天然氣水合物 海底滑坡
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（海洋研究所）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：P744.4;X820.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 引言10-17
• 1.1 選題意義10-14
• 1.1.1 天然氣水合物的研究意義10-12
• 1.1.2 天然氣水合物與海底滑坡的關系12-13
• 1.1.3 南海北部陸坡選區(qū)的科學意義13-14
• 1.2 研究內容、技術路線與創(chuàng)新點14-17
• 1.2.1 研究內容14
• 1.2.2 主要技術路線14-15
• 1.2.3 主要創(chuàng)新點15-17
• 第二章 國內外相關研究與進展17-45
• 2.1 海底滑坡研究綜述17-26
• 2.1.1 國內外海底滑坡研究進展17-20
• 2.1.2 海底滑坡的分類和誘因20-24
• 2.1.3 海底滑坡的觸發(fā)機制24-26
• 2.2 水合物誘因的海底滑坡研究綜述26-45
• 2.2.1 天然氣水合物誘因產生的海底滑坡26-31
• 2.2.2 含水合物的沉積物結構強度研究進展31-35
• 2.2.3 水合物與沉積物的膠結理論模型35-38
• 2.2.4 水合物分解對地層穩(wěn)定性的影響38-41
• 2.2.5 水合物分解對沉積層穩(wěn)定性分析方法41-43
• 2.2.6 目前存在的問題43-45
• 第三章 研究區(qū)域地質概況45-63
• 3.1 白云凹陷地質構造背景45-56
• 3.1.1 研究區(qū)域概況45-47
• 3.1.2 白云海底滑坡的幾何形態(tài)47-48
• 3.1.3 白云海底滑坡根部48-52
• 3.1.4 白云海底滑坡體52-54
• 3.1.5 白云海底滑坡前緣54-56
• 3.2 白云海底滑坡的識別56-63
• 3.2.1 白云大型海底滑坡的變形機制56-57
• 3.2.2 白云大型海底滑坡分布范圍57-58
• 3.2.3 白云海底滑坡形成時間討論58
• 3.2.4 白云大型海底滑坡區(qū)水合物的分布58-63
• 第四章 水合物分解引起的海底滑坡數(shù)值計算63-75
• 4.1 理論模型63-66
• 4.2 應用計算66-75
• 第五章 水合物分解引起的海底滑坡數(shù)值模擬75-117
• 5.1 沉積物中水合物的生成與分解實驗75-85
• 5.1.1 南海北部陸坡沉積物中水合物生成實驗75-77
• 5.1.2 生成過程理論模型77-78
• 5.1.3 生成過程與相平衡78-81
• 5.1.4 沉積物中甲烷水合物的含氣率81-83
• 5.1.5 沉積物中水合物的分解83-85
• 5.2 含水合物的沉積物結構強度測試85-95
• 5.2.1 南海北部陸坡沉積物樣品物性測試85-88
• 5.2.2 含水合物的沉積物結構強度測試88-95
• 5.3 水合物分解引起海底滑坡數(shù)值模擬95-117
• 5.3.1 FLAC 介紹95-97
• 5.3.2 水合物誘因的海底滑坡實現(xiàn)過程97-99
• 5.3.3 水合物分解引起的海底滑坡數(shù)值模擬99-106
• 5.3.4 利用FLAC3d 進行數(shù)值模擬106-117
• 第六章 結論與下一步工作建議117-120
• 6.1 結論117-118
• 6.2 下一步工作建議118-120
• 參考文獻120-130
• 發(fā)表文章目錄130-131
• 致謝131-132

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