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南海北部陆坡天然气水合物分解引起的海底滑坡与环境风险评价

作　者: 刘锋
导　师: 吴时国
学　校: 中国科学院研究生院（海洋研究所）
专　业: 环境科学
关键词: 南海北部陆坡 天然气水合物 海底滑坡
分类号: X820.4
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 579次
引　用: 5次
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内容摘要


天然气水合物是在低温高压条件下,由天然气和水形成类似冰状的固体物质,其主要赋存于深水区的海底沉积物和陆地永久冻土地带中。一方面,天然气水合物以其巨大的储量,有望成为未来重要的替代能源;另一方面,它在海底灾害预测和全球气候变化研究中具有不可忽视的作用。天然气水合物的形成和分解主要受温度、压力以及地质构造条件的影响,当上述条件发生变化时,其赋存状态也将发生变化。因而,构造作用、海平面升降和海底工程等因素都可能破坏天然气水合物的稳定性,从而导致天然气水合物的分解。由于天然气水合物分解会产生大量的气体和水,增大了含水合物地层的孔隙压力,同时也降低了水合物与沉积物颗粒间的胶结强度,使得含气地层的抗剪切强度和承载能力大为降低,水合物分解所形成的润湿带将形成一个向下的滑动面,此时一旦受地震或者沉积载荷增大等因素触发,仅依靠沉积物的自重,便可引起海底滑坡。作为灾害地质因素,天然气水合物对海洋油气勘探的危害性还表现在其分解将导致地层承载力的不均匀。无论是浅层生物气还是深部热成因气,这种含气区内部承载力的不均匀都将威胁到海洋工程的安全,如造成钻井平台桩腿的不均匀沉降,使平台倾斜甚至翻倒等;另外,气体的突然释放会对管道产生破坏作用,特别是高压浅层气释放时轻则侵蚀套管,重则造成井喷,甚至可能引起钻井平台的燃烧或爆炸,造成生命及财产的损失。因此,研究天然气水合物分解引起的海底地层不稳定性研究,评价其对未来天然气水合物开发的安全性和环境风险具有重要的科学意义及实用价值。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 引言  10-17
  1.1 选题意义  10-14
    1.1.1 天然气水合物的研究意义  10-12
    1.1.2 天然气水合物与海底滑坡的关系  12-13
    1.1.3 南海北部陆坡选区的科学意义  13-14
  1.2 研究内容、技术路线与创新点  14-17
    1.2.1 研究内容  14
    1.2.2 主要技术路线  14-15
    1.2.3 主要创新点  15-17
第二章 国内外相关研究与进展  17-45
  2.1 海底滑坡研究综述  17-26
    2.1.1 国内外海底滑坡研究进展  17-20
    2.1.2 海底滑坡的分类和诱因  20-24
    2.1.3 海底滑坡的触发机制  24-26
  2.2 水合物诱因的海底滑坡研究综述  26-45
    2.2.1 天然气水合物诱因产生的海底滑坡  26-31
    2.2.2 含水合物的沉积物结构强度研究进展  31-35
    2.2.3 水合物与沉积物的胶结理论模型  35-38
    2.2.4 水合物分解对地层稳定性的影响  38-41
    2.2.5 水合物分解对沉积层稳定性分析方法  41-43
    2.2.6 目前存在的问题  43-45
第三章 研究区域地质概况  45-63
  3.1 白云凹陷地质构造背景  45-56
    3.1.1 研究区域概况  45-47
    3.1.2 白云海底滑坡的几何形态  47-48
    3.1.3 白云海底滑坡根部  48-52
    3.1.4 白云海底滑坡体  52-54
    3.1.5 白云海底滑坡前缘  54-56
  3.2 白云海底滑坡的识别  56-63
    3.2.1 白云大型海底滑坡的变形机制  56-57
    3.2.2 白云大型海底滑坡分布范围  57-58
    3.2.3 白云海底滑坡形成时间讨论  58
    3.2.4 白云大型海底滑坡区水合物的分布  58-63
第四章 水合物分解引起的海底滑坡数值计算  63-75
  4.1 理论模型  63-66
  4.2 应用计算  66-75
第五章 水合物分解引起的海底滑坡数值模拟  75-117
  5.1 沉积物中水合物的生成与分解实验  75-85
    5.1.1 南海北部陆坡沉积物中水合物生成实验  75-77
    5.1.2 生成过程理论模型  77-78
    5.1.3 生成过程与相平衡  78-81
    5.1.4 沉积物中甲烷水合物的含气率  81-83
    5.1.5 沉积物中水合物的分解  83-85
  5.2 含水合物的沉积物结构强度测试  85-95
    5.2.1 南海北部陆坡沉积物样品物性测试  85-88
    5.2.2 含水合物的沉积物结构强度测试  88-95
  5.3 水合物分解引起海底滑坡数值模拟  95-117
    5.3.1 FLAC 介绍  95-97
    5.3.2 水合物诱因的海底滑坡实现过程  97-99
    5.3.3 水合物分解引起的海底滑坡数值模拟  99-106
    5.3.4 利用FLAC3d 进行数值模拟  106-117
第六章 结论与下一步工作建议  117-120
  6.1 结论  117-118
  6.2 下一步工作建议  118-120
参考文献  120-130
发表文章目录  130-131
致谢  131-132

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 环境质量评价与环境监测 > 环境质量分析与评价 > 一般性问题 > 风险评价
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