4 地热研究
温度、压力是天然气水合物形成、稳定与分解的重要因素,因此地热学方法也成为研究天然气水合物的重要手段。自Yamano等[11]的杰出工作以来,利用BSR资料估算地温梯度、进而求得热流值、并与实测热流值对比分析是天然气水合物地热研究的主要方向[12-15]。由于利用探针或钻探获得海底热流值的工作费事而昂贵,由天然气水合物BSR获得热流值就显得非常诱人。
利用BSR的深度值计算了热流值的步骤如下:
(1)利用速度-深度(旅行时)关系计算BSR的深度。
(2)根据BSR深度计算该深度处的静水压力;也有使用静岩压力,但对浅层沉积物,使用静水压力是更合理的,虽然计算的结果与实际测量的热流值有偏差。
静水压力Phydro(单位MPa)为
Phydro=Patm+ρswg(h+z)×10-6,
静岩压力Plith(单位MPa)为
Plith=Patm+g(ρswh+ρbulkz)×10-6
其中,Patm为大气压,0.101325MPa;h、z分别为水深与BSR距海底的深度,单位m;g为重力加速度,取9.81m/s2;ρsw为平均海水密度;ρbulk为沉积物平均体密度。(https://www.daowen.com)
(3)利用盐水甲烷水合物相平衡曲线,根据BSR处的静水压力P计算BSR处的温度T;Dickens等[16]甲烷-海水-水合物平衡的试验值的回归曲线为
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(4)计算BSR深度范围内沉积物的平均热导率k[17]
k=1.07+5.86×10-4×z-3.24×10-7×z2
这里热导率k的单位是W/m·℃。
(5)假定线性的地温梯度,利用简单的热传导关系,根据底水温度、BSR处的温度、BSR距海底的深度,用下式计算热流值H。

这里H的单位是W/m2;Tsea是海底的温度。
而利用热流、海底温度等资料估算天然气水合物稳定带的底界也可以宏观上确定大陆边缘天然气水合物可能的分布范围。一些研究表明,BSR导出的热流值与实测热流值、热流估算的天然气水合物稳定带底界与BSR深度是有差异的,引起两者差异的原因尚不清楚,正在进一步研究之中。就天然气水合物的地热研究而言,天然气水合物、含天然气水合物沉积物的热导率测定及其应用、天然气水合物形成与分解过程中的热状态也是重要的研究内容[18]。