天然气水合物存在方式

Question

如题所述

Answer 1

天然气水合物的结构
天然气水合物是由氢键笼立体叠置形成的晶体化合物。这种笼状结构为水分子提供了可容纳客体气体分子的空间。为了保持笼形晶体的稳定性，必须捕获气体分子。这种紧凑的结构使得天然气分子能够高效地叠加。在标准温压条件下（1kPa，20℃），1体积的天然气水合物可以膨胀至150～180倍。天然气分子可存于0.48～0.90nm大小的空间中。水合物存在三种不同的结构类型，主要取决于最大客体分子的大小。例如，甲烷和乙烷可形成sI水合物，而丙烷和异丁烷可形成sⅡ水合物。正丁烷和新戊烷在甲烷存在的情况下也可形成sⅡ水合物，或与较大烃分子（C5-C9）形成结构H（sH）水合物。
物理性质和特征
天然气水合物通常呈白色，外形类似冰雪。其结晶体具有紧凑的格子构架，与冰的结构相似。在这些冰状结晶中，碳氢气体充填在水分子结晶格架的空穴中，通过范德华作用力在低温和一定压力下稳定地相互结合。天然气水合物并不总是白色，它们可以有多种颜色。例如，从墨西哥湾海底获得的天然气水合物呈黄色、橙色、红色等，而从大西洋海底布莱克-巴哈马高原取得的天然气水合物也有不同颜色。这些颜色的产生机制尚无共识，但可能与水合物中的其他物质，如油类-细菌和矿物有关。天然气水合物具有多孔性，硬度和剪切模量小于冰，密度与冰相近，传导率和电阻率远小于冰。其物理性质详见表8.1和表8.2。天然气水合物是一种沉积矿产，主要发育于新生代，尤其是以上新世为主。沉积层构造可分为层状、透镜状、斑状和角砾状。
天然气水合物的形成
天然气水合物形成时，液态流体渗透到沉积物颗粒间隙和裂隙中，可形成块状和脉状构造。当含有气体的水溶液沿沉积层层面迁移时，其前锋产生挥发作用，形成透镜状—层状构造。在某些情况下，天然气水合物以薄层或透镜体的形式出现于沉积物或沉积岩基质中，呈近圆形或等轴型的浸染体，称为斑状构造。具有角砾状构造的天然气水合物与构造破碎带密切相关，表明它们曾遭受过构造破坏。