海洋天然气水合物富集区碳泄漏探测、监测与评价关键技术及应用

天然气水合物(以下简称"水合物")是未来全球能源发展的战略制高点,也是当前我国"双碳"战略的重要支撑.水合物成藏系统内富碳流体活跃,频繁发生跨圈层运移、泄漏和消耗,是全球碳循环的重要环节.由于99%以上的水合物赋存于海洋,估算总甲烷存量为大气圈甲烷存量的150~3000倍之多,潜在孕育巨大的环境风险.地史时期已多次发生大规模甲烷逃逸到大气引发气候和环境灾变的事件,当前正在进行的水合物勘查试采也面临着富碳流体泄漏的风险.

南海神狐海域天然气水合物微观赋存特征的超分辨率CT图像识别

南海神狐海域是我国天然气水合物资源勘探开发的主要目标区之一,2017和2020年先后两次现场试验性开采证实了水合物资源的利用前景。目前,对该地区含水合物储层的精细评价还有待进一步提升,水合物在沉积物孔隙空间中的微观赋存形态是其中的重要影响因素。针对水合物微观赋存形态CT图像表征存在的分辨率不足的问题,建立了一种基于自监督学习的数字图像超分辨率重建算法,实现了CT扫描图像空间分辨率的2倍和4倍提升。在此基础上,对南海神狐海域含水合物沉积物孔隙结构演化规律和水合物微观赋存特征进行了形态表征。由于南海沉积物中存在大量有孔虫壳体,水合物主要占据有孔虫壳体内部空间并堵塞了空隙间的连通喉道,显著降低了沉积物的气、水渗透能力;然而,水合物未能全部占据整个孔隙空间,仍然会有少量的气体和水残留,气体则主要分布于水合物颗粒内部,而水则主要分布在水合物颗粒表面,上述实验结果对地震、测井等现场勘探数据解释具有一定的指导意义。

海洋天然气水合物富集区甲烷排放调查评价技术体系

出于对全球气候变化的担忧和资源探测的需要,海洋天然气水合物富集区的甲烷排放已逐步引起了全社会重视。目前,关于水合物富集区的甲烷排放的调查研究仍处于初级阶段,一方面在于对海洋天然气水合物分解释放机理仍不甚清晰;另一方面,深海甲烷排放活动的监测技术仍有待于成熟完善,导致迄今对全球海洋甲烷循环甚至碳循环过程难以把握。自2013年起,面向国家重大需求和科学研究的需要,青岛海洋地质研究所依托一系列地质调查国家专项,创新建立了海底甲烷排放、运移、消耗及相关水合物资源成藏理论模式,自主研发了一系列海洋甲烷排放监测装备,逐步掌握了海底甲烷过程的精细探测能力,实现了水合物富集区关键界面甲烷排放活动的监测,连续实施了多个航次的系统调查,在新区发现大量海底甲烷排放系统,同时建立了海洋天然气水合物资源开发环境监测技术体系,支撑了我国天然气水合物产业化,获得了显著的技术进步和社会效益。