祁连山冻土区天然气水合物微观结构特征及其动态聚散规律研究

It is highly significant for the exploration, evaluation and exploitation of gas hydrates in Qilian Mountain permafrost area to study on the gas hydrates microstructure and dynamic accumulation and dispersion. In this study, the natural gas hydrates from Qilian Mountain permafrost regions will be copied. Combined the theory research with simulation experiments, the microstructure characteristics (including structure types, guest molecules distributions, cage occupancy ratios and hydration numbers ) of the copied gas hydrates area will be determined by solid-state Nuclear Magnetic Resonance (SSNMR), and their dynamic accumulation and dispersion process in the cores will be also studied by in situ Magnetic Resonance Imaging (MRI). Simultaneously, the influences of the temperature and pressure conditions on the hydrates microstructure characteristics and formation and dispersion process will also be investigated. This study will be certain to provide effective supports for the research and exploitation of the Qilian Mountain natural gas hydrates.

研究祁连山冻土区天然气水合物的微观结构特征及其动态聚散规律，对于祁连山冻土区天然气水合物资源勘探、评价以及开发具有重要意义。本项目拟针对祁连山冻土区天然气水合物，采用理论研究与模拟实验相结合的方法，模拟合成祁连山冻土区天然气水合物样品，并借助固体核磁共振（Solid-state Nuclear Magnetic Resonance, SSNMR）和核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）可视化技术，对水合物样品的结构和形成与消亡过程进行测定和直接观测，研究祁连山冻土区天然气水合物的结构类型、客体分子笼型占有率和分布、水合指数等微观结构特征，探索祁连山冻土区岩心中天然气水合物形成与消亡动态过程的基本特征，考察温度压力条件对水合物微观结构特征及其动态聚集与消亡过程的影响规律，为祁连山冻土区天然气水合物的开发利用提供有力支持。

天然气水合物微观结构特征及其形成分解的动态聚散过程研究是水合物勘查和开发研究的基础研究内容，对水合物资源量评估、成藏机制研究及开发工程设计具有重要的实际意义。本项目以祁连山冻土区复杂天然气水合物为研究背景，联合固体核磁共振、X射线衍射、拉曼光谱及X-CT等多种先进技术手段，系统开展了多组分气体水合物微观结构及其动态演变过程研究工作，获取了系列多元气体水合物微观结构特征的谱学数据和动态演变的CT图像，通过模拟与实测对比、陆地与海洋对比，获取了祁连山冻土区复杂气体水合物的微观结构和赋存演变的新认识。相关研究成果，对于了解多组分气体水合物结构特征的影响机制和形成分解过程规律具有重要意义。.项目模拟祁连山复杂水合物，合成了11组多组分气体水合物。联合固体核磁共振、X射线衍射及拉曼光谱技术对合成样品的微观结构进行研究，获取了多组分气体水合物的多谱学特征。研究表明，实验合成样品均为II型结构水合物，甲烷仅填充在II型结构小笼中，尺寸较大的客体分子填充在II型结构大笼中；水合物晶体均属立方晶系，空间群为Fd3m，晶格参数在17.03 Å-17.25 Å之间；详细解析并获取了客体分子的特征拉曼位移，确定了客体分子的笼型分布特征。.模拟实验与祁连山水合物实测对比研究表明，模拟样品的拉曼光谱特征与实物样品拉曼光谱基本一致，首次发现硫化氢组分，这说明特定区域内可能存在硫化氢且参与形成了水合物。与南海海洋天然气水合物在产状、结构特征、笼占有率及水合指数、气体组成及来源等方面进行了对比研究，为进一步研究祁连山水合物结构特征、成藏与分布规律研究提供了新的启示。.项目成果研究我国海域和陆域天然气水合物的结构特征、气体及同位素组成、微观分布特征等方面发挥了重要的服务支撑作用，同时也产生了良好社会效益。