海洋天然气水合物体系天然气组分的分异及水合物生成过程数值模拟研究

The cavity stability differences among guest moleculars in nature gas due to their various radius cause some components preferentially incorpating into hydrate cavities. As a result, gas composition differentiation occurs during gas transport upward through gas hydrate stability zone, which also records the occurance of gas hydrate. Therefore, this project plans to carry out the thermodynamic mechanism of gas composition differentiation and establish a numerical model of gas composition differentiation during gas hydrate accumulation. Based on the simulation of the geochemical process of gas composition differentiation and the occurance of gas hydrate, we figure out the relationship between the gas composition and hydrate distribution, which can be used to guide the assesment of gas hydrate resource.

不同天然气组分（如甲烷和乙烷）的分子半径不同，在水合物笼子结构中的稳定性也不同，导致部分天然气组分优先进入水合物笼子，从而使水合物体系中天然气各种组分在水合物、水、游离气等相态间发生分异。天然气各组分的分异过程同时也记录水合物的生成过程，为揭示水合物发育特征和演化过程提供了机会。本项目首先依热力学理论，研究水合物生成过程中天然气各组分在水合物、水、游离气等相态间的分配机制，计算分配系数，建立水合物成藏过程中不同气体组分分异的数值模型。其次结合典型水合物钻探区实测的天然气各组分含量在剖面上的产出特征，模拟水合物成藏过程中天然气各组分的分异过程，确定天然气各组分相对富集或亏损的分布模式。最后依这种分异特征确定水合物钻探区的天然气供给通量、水合物饱和度、顶底界等水合物发育特征及水合物成藏的演化过程，为钻探区天然气水合物资源的准确评价提供理论方法和科学依据。

生物成因气是天然气水合物的重要气源，常常以I型天然气水合物产出。天然气各种组分中只有甲烷和乙烷分子半径可以满足进入I型水合物笼子结构。但是甲烷和乙烷分子半径不同，在水合物笼子结构中的稳定性也不同，导致甲烷和乙烷进入水合物笼子优先顺序不同，从而使水合物体系中甲烷和乙烷发生分异。天然气各组分的分异过程同时也记录水合物的生成过程，记录了水合物发育特征和演化过程。本项目首先依热力学理论，研究乙烷在水合物-水二相间分配机制，建立水合物成藏过程中乙烷分异的数值模型。其次结合典型水合物发育区钻探数据，反演了乙烷在水合物-水二相间分配系数，模拟水合物成藏过程中天然气各组分的分异过程，确定天然气各组分相对富集或亏损的分布模式及对水合物发育特征的指示。最后计算了典型水合物钻探区的天然气供给方式对水合物生成的贡献及水合物饱和度动态演化过程。本项目研究将为钻探区天然气水合物资源的准确评价提供理论方法和科学依据。