[发明专利]天然气水合物分解甲烷泄漏及冷泉生态模拟系统与方法

说明书

本发明提供的天然气水合物分解甲烷泄漏及冷泉生态模拟系统与方法，将实现天然气水合物分解与甲烷泄漏行为协同模拟的功能，将泄漏气体在上覆沉积层通过中的迁移转化与冷泉系统发育及冷泉生态系统形成演化进行了联合，可原位模拟重塑海洋天然气水合物藏、上覆沉积层及泄漏通道、海底界面和海水环境系统，从而实现对天然气水合物形成演化、天然气水合物分解泄漏涉及的气体迁移转化、储层沉降及冷泉系统发育、冷泉生态系统形成演化等科学问题的研究。

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，更具体的，涉及一种天然气水合物分解甲烷泄漏及冷泉生态模拟系统与方法。

背景技术

天然气水合物俗称可燃冰，广泛赋存于大陆边缘海底沉积物中，全球储量高达两千万亿立方米，其含碳量是全球已探明的所有化石燃料碳储量的2倍，每立方米的天然气水合物在标准状态下可释放160～180m3的天然气，燃烧时排放的二氧化碳量仅为化石燃料的24％。由于储量大、能量密度高、分布广、燃烧后无污染和残留等特点，天然气水合物被誉为是21世纪最具有前景的接替能源。

天然气水合物分解后产生的气态甲烷沿裂隙通道运移至海底溢出，在海底形成冷泉。泄漏的流体给一些依靠化能合成的微生物(细菌和古菌)提供丰富的养分，形成了以化能自养细菌为初级生产者的食物链，繁衍了群落结构非常独特的完整的海底冷泉生态系统。以甲烷为能量和碳源的冷泉生物群的发现，拓展了深海极端环境下生命的潜在界线，以崭新的面貌诠释着生命的含义，同时冷泉系统的生物密度高而生物多样性低，孕育出代谢产物多样性和丰富的基因资源，为发现新的微生物代谢途径和生存对策提供了前所未有的机遇，冷泉生态系统前沿科学研究对揭示未知的深海极端生命过程具有重要意义。

然而，目前天然气水合物分解甲烷泄漏与海底冷泉发育的相互作用关系尚没有明确定论，当前对天然气水合物的研究与冷泉及冷泉生态系统的研究处于割裂状态。现有的关于天然气水合物模拟技术的研究仅限于天然气水合物储藏内的天然气水合物及储层的基础物性参数、天然气水合物分解相变、传热、传质、储层形变的研究。天然气水合物分解储层甲烷泄漏机制尚不清楚，天然气水合物分解后泄漏的甲烷气体从天然气水合物储层上界面逸出在上覆沉积层泄漏通路中的迁移转化机制几乎处于空白状态。目前对深海冷泉的研究主要来源于海底原位的冷泉气泡、冷泉羽流等冷泉流体运移形态的观测研究，以及冷泉碳酸盐等冷泉在海底的表现形式的研究，对冷泉流体的来源大多猜想来源于海底下部天然气水合物分解，然而天然气水合物分解甲烷泄漏与冷泉发育动力机制的具体关联并不清楚，现有的关于冷泉发育并没有与天然气水合物形成分解实际联系起来。在天然气水合物储层与沉积层边界的甲烷泄漏通量、进入沉积层泄漏通路的甲烷通量、以及在海底逸出的冷泉的甲烷通量的相互关系尚不明晰。冷泉发育与冷泉生态系统形成演化的关系需要进行深入研究，以揭开深海极端生命发育的神秘面纱。原位的海底探测试验只能观测有限的海底单元的片段化数据，并且现有技术很难直观透明的研究海底沉积物以下天然气水合物与海底界面以上冷泉发育及冷泉生态系统形成演化的关系。随着深海模拟技术的发展，建立大尺度综合深海模拟实验装置，模拟海底以下天然气水合物分解甲烷泄漏及冷泉发育、冷泉生态系统形成演化的全过程是解决天然气水合物开发的环境生态基础科学问题以及冷泉系统前沿基础科学问题的必要手段。

发明内容

本发明为克服现有缺乏大尺度综合深海模拟实验装置以模拟海底以下天然气水合物分解甲烷泄漏及冷泉发育、冷泉生态系统形成演化的全过程，存在无法解决天然气水合物开发的环境生态基础科学问题以及冷泉系统前沿基础科学问题的技术缺陷，提供一种天然气水合物分解甲烷泄漏及冷泉生态模拟系统与方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

天然气水合物分解甲烷泄漏及冷泉生态模拟系统，包括天然气水合物形成分解系统、泄漏通路模拟系统和冷泉生态模拟系统；其中：

所述天然气水合物形成分解系统用于模拟海洋天然气水合物的形成与分解；

所述天然气水合物形成分解系统通过所述泄漏通路模拟系统与所述冷泉生态模拟系统连接；