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甲烷水合物生成过程中海水常量离子浓度的变化规律

任宏波, 刘昌岭, 陈敏, 林学辉, 张媛媛, 邓兴波

任宏波, 刘昌岭, 陈敏, 林学辉, 张媛媛, 邓兴波. 甲烷水合物生成过程中海水常量离子浓度的变化规律[J]. 岩矿测试, 2013, 32(2): 278-283.
引用本文: 任宏波, 刘昌岭, 陈敏, 林学辉, 张媛媛, 邓兴波. 甲烷水合物生成过程中海水常量离子浓度的变化规律[J]. 岩矿测试, 2013, 32(2): 278-283.
Hong-bo REN, Chang-ling LIU, Min CHEN, Xue-hui LIN, Yuan-yuan ZHANG, Xing-bo DENG. The Concentration Changes of Major Ions in Seawater During the Methane Hydrate Formation Process[J]. Rock and Mineral Analysis, 2013, 32(2): 278-283.
Citation: Hong-bo REN, Chang-ling LIU, Min CHEN, Xue-hui LIN, Yuan-yuan ZHANG, Xing-bo DENG. The Concentration Changes of Major Ions in Seawater During the Methane Hydrate Formation Process[J]. Rock and Mineral Analysis, 2013, 32(2): 278-283.

甲烷水合物生成过程中海水常量离子浓度的变化规律

基金项目: 

山东省科技发展计划项目 2011GHY11527

国土资源部公益性行业科研专项(201111026);山东省科技发展计划项目(2011GHY11527)

国土资源部公益性行业科研专项 201111026

详细信息
    作者简介:

    任宏波,高级工程师,主要从事分析测试及水合物实验模拟方面的研究工作。E-mail: renhongbo1111@126.com

  • 中图分类号: TE122

The Concentration Changes of Major Ions in Seawater During the Methane Hydrate Formation Process

  • 摘要: 本文自行研制了一套甲烷水合物合成装置,模拟海洋环境甲烷水合物的生成过程,对该过程水合物生成位置、形态、反应时间、环境温压条件进行观测,同时连续测试体系海水中常量离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-的浓度及海水盐度,探讨水合物生成过程的温压变化及离子浓度变化之间的关系和离子浓度的变化规律。结果表明,海水中甲烷水合物生成具有很大的随机性,在相同的初始条件下可能有不同的水合物成核、聚集过程;甲烷水合物在生成过程中,耗气量不断增加,孔隙水的盐度和海水中常量阴阳离子的浓度也在不断增加,这种变化具有较高的线性相关性(相关系数为0.9848~0.9950),且不受甲烷水合物生成位置及状态的影响;在水合物生成过程的微环境下耗气量相同时,离子浓度存在细微的差异。这些特征为通过测定海底水合物周围孔隙水中常量离子的浓度初步推算水合物的甲烷耗气量提供了依据。

  • 图  1   甲烷水合物合成装置示意图

    Figure  1.   The sketch map of the apparatus for methane hydrate formation

    图  2   甲烷水合物生成后的位置及形态

    Figure  2.   Generation locations and morphology of methane hydrate in the experiment

    图  3   甲烷耗气量与海水盐度变化关系

    Figure  3.   The relationship between the methane gas consumption and the salinity of seawater

    图  4   甲烷耗气量相同时两组实验离子浓度的变化率

    Figure  4.   The change of ion concentration in the two groups of experiments with a same methane gas consumption

    表  1   甲烷水合物生成过程中离子浓度的变化

    Table  1   The changes of ion concentrations in the process of methane hydrate formation

    合成实验 反应时间
    t/h
    气体压力
    p/MPa
    水合物温度
    θ/℃
    所采水样
    体积V/mL
    气体体积
    V/mL
    甲烷耗气量
    n/mol
    盐度/‰ 离子浓度ρB/(mg·L-1)
    Ca2+ K+ Mg2+ Na+ Cl- SO42-
    第一组 0 7.9 2.0 0.0 330.0 0.0000 30.5 393 382 1233 10173 18542 2586
    11 7.5 2.0 2.5 332.5 0.0713 31.5 408 391 1266 10460 18987 2593
    17 7.0 2.2 2.5 335.0 0.1644 34.5 436 415 1345 10980 20118 2752
    23 6.5 2.0 2.5 337.5 0.2536 36.0 454 437 1420 11570 21113 2897
    35 5.5 2.0 2.5 340.0 0.4413 40.5 514 490 1601 13120 24137 3276
    65 5.2 1.9 2.5 342.5 0.4915 43.0 537 505 1680 13630 25122 3466
    第二组 0 8.1 2.0 0.0 330.0 0.0000 30.5 393 382 1233 10173 18542 2586
    2.5 7.6 1.9 2.5 332.5 0.0914 32.0 402 395 1269 10347 19300 2717
    4.5 7.4 2.0 2.5 335.0 0.1641 33.0 422 404 1302 10667 19913 2801
    15 5.7 2.5 2.5 337.5 0.4947 42.5 531 510 1651 13527 25499 3565
    24 5.3 2.0 2.5 340.0 0.5810 46.0 561 534 1729 14107 26823 3730
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    表  2   海水中常量离子浓度与甲烷耗气量之间的线性关系

    Table  2   The linear relationship between the major ion concen-trations of seawater and the methane gas consumption

    常量离子 线性方程 相关系数
    Ca2+ ρ=303.37n+382.26 0.9950
    K+ ρ=273.62n+371.28 0.9947
    Mg2+ ρ=926.56n+1194.7 0.9933
    Na+ ρ=7416.4n+9816 0.9921
    Cl- ρ=14774n+17888 0.9931
    SO42- ρ=2025.6n+2480.6 0.9848
    注:ρ代表各常量离子的浓度,单位为mg/L;n代表甲烷的耗气量,单位为mol。
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图(4)  /  表(2)
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-05-21
  • 录用日期:  2012-07-07
  • 发布日期:  2013-03-31

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