國際地質(zhì)新動態(tài)

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徐慧，編譯.朱建東，校.

天然氣水合物——未來能源的新希望?

天然氣水合物是一種分布于深海沉積物或陸域永凍土中的類似冰狀的結(jié)晶物質(zhì)，通常認為是由天然氣與水在高壓低溫條件下所形成。因其外觀類似冰晶，且遇火即可燃燒，所以又被稱作“可燃冰”。

天然氣水合物中的甲烷含量占80% ～99.9%，燃燒所產(chǎn)生的污染要比煤、石油、天然氣都小得多，且儲量豐富，全球儲量足夠人類使用1 000年之久，因而被各國視為未來石油天然氣的替代能源。

美國德克薩斯州大學奧斯汀分校地質(zhì)科學系的彼得·弗萊明(Peter Flemings)教授認為，眾多地質(zhì)學家對于天然氣水合物如此著迷的原因在于，這種奇特的物質(zhì)竟然能將大量的能量“濃縮”到如此小的一個冰球中。

美國能源信息署認為，全球天然氣水合物所含的碳元素比其他任何化石燃料都豐富得多。從理論上來說，全球天然氣水合物所蘊藏的天然氣儲量為10 000萬～100 000萬億立方英尺。而相比較下，根據(jù)能源信息署2013年的數(shù)據(jù)，全球頁巖氣的儲量約為7 000萬億立方英尺。

美國國家能源技術(shù)實驗室的雷·鮑斯威爾(Ray Boswell)教授認為，天然氣水合物的確是未來能源的新希望，關(guān)于天然氣水合物是否真的存在和其應用的可行性的質(zhì)疑一直沒有停止過，但是科學家現(xiàn)在已將其視為未來人類能源的組成部分，并有能力對它的資源儲量作出評估。

然而，如何對天然氣水合物進行開采并成功地將甲烷氣體提取出來，卻是擺在我們面前最大的問題。

科學家們認為，由于天然氣水合物所形成的深度往往小于頁巖氣的深度，一旦對其進行大規(guī)模開采，勢必會形成大量的地下空洞，觸發(fā)巖石層的松動，導致地表巖石層的大面積垮塌。

另一個問題在于，開采天然氣水合物的過程中存在造成甲烷氣體泄漏的風險，作為一種“溫室氣體”，甲烷的大量泄漏勢必會污染大氣環(huán)境。但有專家表示，相比較于頁巖氣的開采，這種風險仍處于可控范圍之內(nèi)。

最后一個問題就是，將甲烷氣體從天然氣水合物中提取出來的經(jīng)濟成本要遠大于開采頁巖氣及其他傳統(tǒng)天然氣的成本。但是在過去的數(shù)十年中，頁巖氣開采的成本一直在持續(xù)下降。隨著天然氣水合物中提取甲烷技術(shù)的日漸成熟，其成本也會大大降低，全球的能源供應格局也會相應地再次發(fā)生變化。

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徐慧，編譯.朱建東，校.

鈾在25～300℃熱液流體中的地球化學研究新發(fā)現(xiàn)

日前，研究人員對在25～300℃熱液流體中的鈾礦地球化學特征進行了分析。此項研究旨在進一步認識地球化學在鈾礦質(zhì)熱液系統(tǒng)中活化遷移和沉淀的作用，加深了人們對于高品位鈾礦形成機理的認識，例如鈾礦的氧化淋濾二次富集、蝕變分帶等，這些研究對于區(qū)域范圍內(nèi)或是礦床尺度內(nèi)的鈾礦找礦靶區(qū)優(yōu)選，有著重要的意義。

據(jù)悉，鈾在25～300℃熱液流體中的溶解性暗示出鈾礦在流體盆地中的形成機理，研究人員以澳大利亞北部威斯特莫蘭(Westmoreland)地區(qū)的研究為例，給出了鈾在氧化性大氣降水沉積盆地中的地球化學成礦模式。該成礦模式分析了沉積盆地中鈾礦化與銅礦化的空間分帶性，暗示出兩者之間可能存在的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。研究人員據(jù)此認為，在目前已知的銅礦化沉積盆地中，需要對鈾礦的找礦潛力重新進行評估，反之亦然。

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徐慧，編譯.朱建東，校.

頁巖氣發(fā)電有助于緩解干旱危機

美國德克薩斯州立大學奧斯汀分校目前成功地將頁巖氣應用于發(fā)電領(lǐng)域，這一舉措將大大降低干旱對該州所造成的威脅。

雖然頁巖氣的開采需要消耗大量的水資源，然而頁巖氣發(fā)電所節(jié)約的水資源將會很輕易地彌補上這部分損耗量。有專家曾進行過估算，頁巖氣發(fā)電所節(jié)約的水資源將是獲得同等體積頁巖氣所耗費的水資源的25～50倍。

環(huán)保人士對于在開采頁巖氣中所消耗的水資源一直保持著高度關(guān)注。在德克薩斯州，三年一度的重大干旱一直未曾中斷過，由于傳統(tǒng)發(fā)電機組需要大量水資源用于降溫，因此更加劇了重特大干旱的威脅程度。

德州大學奧斯汀分校的布里奇特·斯坎倫(Bridget Scanlon)教授認為，頁巖氣在發(fā)電領(lǐng)域的廣泛應用必將提高人類對于自然干旱的抵御能力。

為了研究德州發(fā)電站對于干旱的抵御能力，斯坎倫教授及其研究團隊從美國能源信息署和德州環(huán)境質(zhì)量委員會搜集到全州423個發(fā)電站的用水量。

自20世紀90年代開始，德州約1/3的發(fā)電站已逐步應用“天然氣聯(lián)合循環(huán)”(NGCC)技術(shù)，這種新技術(shù)的采用比老式蒸汽輪機技術(shù)(CST)更加有效率。經(jīng)計算，采用NGCC技術(shù)的發(fā)電機組所消耗的水資源只相當于采用CST技術(shù)的發(fā)電機組的1/3。

該州發(fā)電廠另一項重要的技術(shù)為“天然氣燃氣渦輪”(NGCT)技術(shù)，采用NGCT技術(shù)的發(fā)電廠通過提供“峰值功率”與風力發(fā)電聯(lián)合成一體，從而有效地減少水資源的消耗。風力渦輪機組無需用水降溫，然而風能并不是隨時都能產(chǎn)生。通過將NGCT技術(shù)與風力渦輪發(fā)電進行有機結(jié)合，兩種技術(shù)互為補充，同時相對于燃煤火力發(fā)電其水資源的消耗量大為減少。

目前，此項研究只針對德克薩斯州，然而研究者們相信隨著技術(shù)的不斷完善，此項研究成果可望推廣到全美國。

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潘瀟，編譯.朱建東，校.

內(nèi)華達州地熱發(fā)電持續(xù)增長

地熱能是一種可持續(xù)增長的清潔能源，這一事實在內(nèi)華達州表現(xiàn)得更為明顯。Ormat科技公司自2005年開始，每年都要建地熱發(fā)電廠，大部分選址都在銀山州(內(nèi)華達州的別稱)。Ormat科技公司的汽船設施可能看起來像錯綜復雜的管道，但是它可以產(chǎn)生足夠的地熱能來驅(qū)動整個里諾地區(qū)的用電負荷。美國地熱能源協(xié)會(GEA)執(zhí)行總裁卡爾·加維爾(Karl Gawell)本周二參加里諾一年一度的地熱峰會時表示:“這是未來的趨勢所在，你會看到在未來幾年里，越來越多的地熱能在里諾得以發(fā)展和繁榮?！?/p>

復雜的汽船倉是一個雙向系統(tǒng)，從地下深處抽取熱水用來產(chǎn)生動力。Ormat科技公司的高級副總裁，鮑勃·沙利文說:“我們將液體的熱量轉(zhuǎn)化成電能，然后將所有液體送回至地表，在那里對液體進行重新加熱，因此，這是一個可持續(xù)發(fā)展的循環(huán)系統(tǒng)?！?/p>

美國地熱能源協(xié)會(GEA)官員表示，內(nèi)華達州是地熱活動的中心地區(qū)，有就地使用或是輸出到鄰州的能力。加維爾說:“我們才剛剛開始接觸地熱能源，目前已知的兆瓦電量資源，其實大部分都是潛在的、尚未探明的資源量?！?/p>

隨著電力的發(fā)展，這些設備為經(jīng)濟發(fā)展做出了貢獻，公司投入了上百人參與打井以及建設工廠等工作。有大約500人在美國本土的Ormat公司進行長期工作，另有500人在世界各國的子公司工作。

沙利文認為:“這是一項系統(tǒng)工程，需要長期維護以及大量人員的共同參與，同時也需要很多分包商，以保證這些設備的運轉(zhuǎn)?！?/p>

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徐慧，編譯.朱建東，校

美國費耶特維爾頁巖氣資源儲量估算

美國德克薩斯州立大學奧斯汀分校經(jīng)濟地質(zhì)研究所(BEG)日前表示，作為美國最具潛力的頁巖盆地之一，費耶特維爾頁巖(Fayetteville Shale)將成為美國頁巖氣資源最主要的貢獻者。至2050年止，該頁巖盆地可為美國帶來約18萬億立方英尺(18TCF)的經(jīng)濟可采儲量。

阿爾弗雷德·P.斯隆(Alfred P.Sloan)基金會參照2013年BEG對于巴內(nèi)特頁巖區(qū)(Barnett Shale)產(chǎn)氣量的估算方法，對費耶特維爾頁巖的產(chǎn)能潛力進行了上述估算。這兩個機構(gòu)所采用的估算方法綜合考慮了工程學、地質(zhì)學、經(jīng)濟學等因素對于頁巖氣產(chǎn)能的影響，因此被公認為目前美國最嚴密的頁巖氣資源量估算方法。

根據(jù)2005—2011年費耶特維爾頁巖區(qū)單井產(chǎn)能數(shù)據(jù)，該頁巖區(qū)的資源儲量為38TCF，其中18TCF為經(jīng)濟可采儲量(對應$4/千立方英尺的價格)。據(jù)美國能源信息署的數(shù)據(jù)，全美目前的天然氣價格普遍低于$4/千立方英尺，同時，2012年美國天然氣的消耗量為25TCF。

在斯隆基金會的資助下，BEG擬于今年開展對美國另外兩個頁巖區(qū)的頁巖氣資源潛力評價，即分布于阿肯色州、路易斯安那州和德克薩斯州的海恩斯維爾頁巖(Haynesville Shale)和分布于阿巴拉契亞山區(qū)的馬塞盧斯頁巖(Marcellus Shale)。

BEG負責人斯科特·廷克(Scott Tinker)認為，相對于傳統(tǒng)頁巖氣資源評估過于關(guān)注平均產(chǎn)能的方法，本次研究則側(cè)重于分析研究單井的歷史產(chǎn)能，從而對整個地區(qū)的總體產(chǎn)能作出一個更為科學的評估。

專家表示，此次針對費耶特維爾頁巖的產(chǎn)能研究，不僅可以預測其遠景產(chǎn)量，對于將來鉆探孔位的設計以及頁巖氣開采的經(jīng)濟可行性評估也具有很大的參考價值。

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潘瀟，編譯.朱建東，校.

墨西哥國會批準核心能源改革

墨西哥曾被稱為是“浮在油海上的國家”。墨西哥國家石油公司(Petroleos Mexicanos，PEMEX)成立于1938年，是墨西哥政府將控制在美、英等國的17家石油公司收歸國有后所建立的一體化國家控股公司，也是墨西哥最大的石油和化工公司。墨西哥國家石油公司是全球第三大原油生產(chǎn)企業(yè)、第八大石油和天然氣公司，擁有近13.58萬名員工。

墨西哥參議院于2014年8月5日批準了具有里程碑意義的能源改革，因政府準備吸引主要石油公司的投資以遏制該國石油產(chǎn)量下降的趨勢。

該法案包括一個關(guān)鍵的新碳氫化合物法，在12月將通過全面改革來貫徹實施。該法案是形成一項新計劃的基石:石油部門將對私人和國外投資者開放，旨在吸引像荷蘭皇家殼牌(Royal Dutch Shell)和?？松梨?Exxon Mobil)這樣的大公司。

這次憲法的大修改結(jié)束了墨西哥國家石油公司(Pemex)75年的壟斷歷史，并且十年來一直致力于努力遏制原油產(chǎn)量的下滑。參議員將在周二和周三對另外配套法案進行辯論，一旦獲得批準將推動最終的能源改革。

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潘瀟，編譯.朱建東，校.

加蓬與六家公司簽署海上石油合同

幾內(nèi)亞灣是非洲最大的海灣，沿岸10多個國家及臨近地區(qū)均擁有豐富的石油資源，目前已探明的石油儲量約占世界總儲量的10%。加蓬共和國石油部2014年8月8日宣布，已與六家石油公司簽署了七份石油合同，此合同為發(fā)放離岸許可的一部分，預計將為該部門吸引至少11億美元的投資。

此次第十屆招標會上，中非國家希望能有助于扭轉(zhuǎn)由于陸上石油開采的成熟而導致海上輸出緩慢下降的局勢。加蓬為前歐佩克成員國，1996年因其高昂會費，正式退出歐佩克組織，其石油產(chǎn)量從20世紀90年代高峰期的40萬桶/日，下降到現(xiàn)在的23萬桶/日。

據(jù)悉，已簽訂合同的石油公司有:因帕克(Impact)、雷普索爾(Repsol)、馬拉松(Marathon)、諾布爾能源(Noble Energy)、馬來西亞國家石油公司(Petronas)以及伍德賽德(Woodside)。

美國石油巨頭?？松梨诠?Exxon Mobil)和英國奧弗石油勘探公司(British oil explorer Ophir)受邀參加七月下旬的最后一輪談判磋商，但沒有進入政府最終名單。澳大利亞伍德賽德公司(Woodside)沒有受邀參加最后一輪談判，但卻成為最終贏家。

由于幾內(nèi)亞灣的海岸線構(gòu)成了非洲板塊西部邊緣的一部分，與從巴西的南美海岸線明顯一致。這兩條海岸線在地質(zhì)、地貌上的吻合，為大陸漂移的理論提供了最有力的證據(jù)。雖然在幾內(nèi)亞灣進行深海鉆探的成本是極其昂貴的，但是對于石油公司來說卻有著隱形的回報，這是鑒于在有著類似地質(zhì)結(jié)構(gòu)的巴西發(fā)現(xiàn)了數(shù)十億桶的石油而作出的科學推斷。

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徐慧，編譯.朱建東，校.

Bridgmanite(布氏巖)——地球上含量最豐富的礦物

數(shù)十年來，科學家一直知道這種礦物的存在，但直到過去的幾年中才得到近距離觀測的機會。這種礦物往往存在于地球的深部——地幔的巨厚巖層中。盡管科學家們已在實驗室條件中成功合成這種礦物，但迄今為止，在地表和近地表尚未發(fā)現(xiàn)這種礦物的天然樣品。令人驚異的是，科學家卻是透過135年前撞擊地球的一顆隕石開啟了對這種礦物的辨識與研究。

這種礦物的化學組成對于科學家們來說其實并不陌生，但在2014年6月才被正式命名為bridgmanite(布氏巖)，以紀念在1946年獲得諾貝爾獎的物理學家珀西·布里基曼(Percy Bridgman)對于高壓物理學所做出的卓越貢獻。

科學家們認為，地球的下地幔主要由一種有著鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的硅酸鹽構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)在地幔層高溫高壓的環(huán)境中表現(xiàn)得非常穩(wěn)定。不過從未有人見過這種礦物，直至加州理工學院地質(zhì)與行星科學學院分析實驗室主任馬馳(Chi Ma)及其同事——內(nèi)華達大學拉斯維加斯分校的奧利弗·喬納教授(Oli-ver Tschauner)所發(fā)現(xiàn)的一塊45億年的古老隕石，這塊隕石中竟然保存著這種下地幔中才會出現(xiàn)的礦物的樣本。這個重大發(fā)現(xiàn)無疑填補了礦物命名學中一個讓人困擾已久的空白。

通過地震數(shù)據(jù)和高溫高壓實驗研究，科學家們得出以下結(jié)論:下地幔主要是由三氧化硅(三氧化鎂、三氧化鐵)－鈣鈦礦構(gòu)成。但由于下地幔位于地下深處400英里(約644 km)，因此科學家們無法進行直接驗證。

據(jù)推測，這種礦物很可能是地球含量最豐富的礦物，數(shù)十年來一直有科學家透過間接的方式研究，例如測量地震波在地球內(nèi)部傳播時速度的變化等?？茖W家們認為，這種礦物的分布范圍可從地幔過渡帶的底部一直延伸至地幔與地核交界處，深度約為地下670～2 900 km處。

據(jù)科學家推算，要想通過地質(zhì)活動將位于地下如此深處的巖石帶到地表，幾乎沒有任何的可能性。同時，目前所知的任何一種地質(zhì)活動也不可能下探到下地幔層的這個深度，因此科學家們幾乎不可能取得這種礦物的自然樣本，除了一種可能——隕石。這塊太空巖石顯然不是來自于地球地幔，在1879年墜入澳大利亞境內(nèi)之前，它經(jīng)歷了與許多小行星的高能碰撞——高溫環(huán)境與地球內(nèi)部如出一轍。

科學家通過使用同步加速器X射線衍射的手段，來辨認隕石中布氏巖的分布情況，然后用一臺高分辨率掃描電子顯微鏡觀測該礦物內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其與周圍礦物的共生關(guān)系，利用電子探針確定這些微小布氏巖晶體的成分，并通過同步加速器衍射分析它的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過五年的研究分析，科學家們最終掌握了足夠的數(shù)據(jù)，最終揭開了布氏巖的化學成分以及晶體結(jié)構(gòu)之謎，并讓該礦物及其名字得到國際礦物學協(xié)會的認可。

科研團隊的馬馳教授認為，發(fā)現(xiàn)自然形態(tài)的布氏巖，不僅讓人類對太陽系中小天體遭遇的沖擊條件以及經(jīng)歷的影響過程有了新的了解，同時，隕石中微小布氏巖晶體的發(fā)現(xiàn)也開啟了人類探索地心深部奧秘的大門。

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徐慧，編譯.朱建東，校.

坦桑石的秘密

坦桑石又名坦桑黝簾石，于1967年在非洲坦桑尼亞北部城市阿魯沙(Arusha)附近發(fā)現(xiàn)。產(chǎn)地位于非洲著名旅游點乞力馬扎羅山腳下，且是世界上目前公認的唯一產(chǎn)地。1969年，紐約蒂法尼公司(Tiffany)以產(chǎn)出國的名字命名了這種珍稀的寶石—坦桑石，并把它迅速推向國際珠寶市場。據(jù)悉，電影《泰坦尼克號》中女主人公所佩戴的那顆巨大的藍色寶石吊墜，正是神秘而珍貴的坦桑石!

據(jù)統(tǒng)計，目前世界上幾乎所有的寶石都有數(shù)百年的歷史，然而坦桑石的商業(yè)價值直到20世紀60年代才被發(fā)現(xiàn)。在如此之短的時間內(nèi)，它能成為世界上最流行的藍色寶石之一，僅次于藍寶石，主要得益于蒂法尼公司的營銷策略以及其自身獨特的魅力。

自然狀態(tài)下形成的黝簾石礦物晶體往往具有極其豐富的色系，如無色、灰色、黃色、褐色、粉色、綠色、藍色及紫羅蘭色等。坦桑石則特指色彩接近于藍色及紫羅蘭色的黝簾石。以下幾種寶石名稱比較容易混淆:如藍寶石是指藍色或藍紫色的剛玉，紅寶石是指紅色或紫紅色的剛玉，紫藍寶石是指紫色的石英晶體，而祖母綠則是指翠綠色的綠柱石晶體。

在天然坦桑石被發(fā)現(xiàn)后，隨之而來的實驗室人工合成技術(shù)也相應地開展起來。研究者們發(fā)現(xiàn)，通過加熱的方式，褐色黝簾石會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗{色黝簾石。據(jù)分析，坦桑石呈現(xiàn)藍色是由于黝簾石礦物晶體中含有微量的釩、鉻等物質(zhì)，當?shù)V物晶體加熱到足夠高的溫度而改變釩、鉻等物質(zhì)的氧化態(tài)時，晶體顏色相應地會發(fā)生變化。

人工合成技術(shù)的出現(xiàn)，使得大量的合成坦桑石進入了珠寶市場。如今，幾乎所有標注為“坦桑石”的寶石均為人工合成，天然形成的則非常稀少。

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徐慧，編譯.朱建東，校.

水和冰屬于礦物嗎?

什么是礦物?

據(jù)礦物學的定義，礦物是一種天然形成的晶體單質(zhì)或化合物。如金、黃鐵礦、石英、方解石和螢石等，都是我們所熟知的礦物。

因此，礦物必須具有以下五種屬性:天然形成(非人造)、無機的(非有機體所產(chǎn)生)、為固態(tài)、有固定的化學組成、有規(guī)則的原子結(jié)構(gòu)。

水是一種礦物嗎?

如果我們將水與礦物的五種屬性相比較，則會發(fā)現(xiàn)常溫下的水與礦物的第三種屬性“為固態(tài)”相背離。

然而，水在攝氏零度(華氏32度)以下時就會成為冰，情況則發(fā)生了改變。

冰是一種礦物嗎?

如果我們將冰與礦物定義中的五種屬性相比較，發(fā)現(xiàn)冰滿足了這五種屬性的2、3、4、5條，但有些情況下卻不能滿足第一條。

自然環(huán)境中所形成的雪花可視為一種礦物，但冰箱中的冰塊卻不屬于礦物的范疇，因為冰塊的形成過程中有人類活動的參與。

因此，自然條件下形成的冰屬于一種礦物，而人工條件下形成的冰則不屬于礦物。

什么是礦物質(zhì)水?

礦物質(zhì)水與上述兩者存在很大的區(qū)別。所謂的礦物質(zhì)指的是溶解于天然水體(例如泉水)中的固體物質(zhì)。

當天然水體與礦物或非礦物接觸時，一部分固體物質(zhì)會溶解于水中，形成礦物質(zhì)水。在市場上所銷售的“礦物質(zhì)水”必須是從天然水體中所提取，并至少含有250×10－6的礦物質(zhì)成分。

天然的礦物質(zhì)水在全世界很多地區(qū)都廣泛分布，且各地的礦物質(zhì)水成分差異很大。有些環(huán)境中所溶解于水中的固體物質(zhì)可能會是一種雜質(zhì)，飲用可能帶來某些不適;在另一些環(huán)境中所形成的礦物質(zhì)水或許將會被瓶裝并在市面上銷售，因為人們認為飲用這樣的礦物質(zhì)水有益于身體健康。

然而，對于飲用礦物質(zhì)水是否健康，目前仍存在很多爭論，不少專家認為許多礦物質(zhì)水中的溶解物質(zhì)可導致人畜的不適，甚至導致中毒。