天然气动态仿真真实数据分析研究现状研究现状_天然气模拟仿真软件

1.国内外研究现状

2.求中国液化天然气(LNG)行业投资分析及前景预测报告

3.南海北部神狐海域天然气水合物成藏动力学模拟

4.石油天然气的市场现状

5.年天然气供需形势分析

6.燃气阀门应用现状及选型？

7.GIS技术在国内的研究现状及其发展趋势

我国油田水文地质的发展可划分为三个阶段。

1.起步阶段

旧中国的石油工业极其落后，绝大部分沉积盆地没有进行过石油地质调查，油气产量极低，只有玉门、延长等几个小油田。从事石油地质的技术人员甚微，石油水文地质调查与研究更是一个空白点。新中国成立后，我国石油工业得到飞跃发展，在主要含油气盆地内开展了大规模的石油和天然气的普查与勘探工作。随着油气勘查的需要，在酒泉盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地、四川盆地及鄂尔多斯盆地相继进行了有计划的区域水文地质调查，开始研究地下水与油气的关系，油田水资料逐日增多。与此同时，北京、长春、成都等地质院校和其他大学开设了水文地质(包括油田水)课程，邀请苏联专家、学者来华讲学，教科书和主要参考书刊基本上是苏联的翻译稿，如：《普通水文地质学》(欧维奇尼柯夫)；《水文地质学概论》(克利门托夫)；《地下水普查与勘探》(卡明斯基)；《水文地质学讲座》(克雷洛夫)；《天然水系中的油田水》(苏林)；《油矿水文地质学》(苏哈列夫)。在油田水文地质生产与科研中，主要沿用着苏联的技术与方法，按照苏联专家的建议进行工作。1955年初，我国正式开始进行区域性综合水文地质普查。同年，在石油地质学家关士聪院士的倡导下，地质部西北地质局在六盘山地区开展了地下水石油普查工作，开创了我国水化学找油的先河。其后地质部物探所在四川、克拉玛依等地区进行了水化学找油试验。

该阶段主要是学习原苏联的经验、技术与方法，开始建立我国的油田水文地质事业，培养人才、配合石油普查勘探进行区域水文地质调查。

2.总结研究阶段

从20世纪50年代后期至70年代末，随着我国东部油气普查勘探的重大突破(松辽盆地和渤海湾盆地等)和油田开发事业的飞跃发展，油田水文地质基础资料日益丰富，许多油田(大庆、扶余、胜利、大港、冀中、江汉、河南、长庆、四川等)都配备了水文地质技术人员，组织成立了专门的油田水研究科室。他们从本地区油气勘探实际需要，一方面承担油田供水水文地质调查任务，另一方面，探讨油气赋存的水文地质条件，总结油田水化学成分的基本特征。例如：地质部石油局第三普查勘探大队综合研究队专设水文地质组，以鄂尔多斯盆地中生界三叠系和侏罗系为主，研究油气运移的水文地质条件、探讨三延(延长、延安、延川)地区油气富集的水文地质规律、总结已知油田(永坪、延长、枣园等)的水文地球化学特征、进行水化学找油试验，探讨水化学指标与方法；长庆油田水文地质科研人员(刘孝汉等)，对鄂尔多斯盆地侏罗系下统油田水特征及其与油气藏保存条件等进行了总结研究，系统整理了李庄子、马家滩、大水坑、马岭、华池等油田的中-下侏罗统和上三叠统油田水分析资料；四川石油管理局(刘方槐等)对四川盆地进行大规模的区域水文地质调查研究，提出了地层水由盆地内部向盆地周边运动的新观点，得出与传统认识相悖的结论，对川东地区三叠系、二叠系、石炭系水文地质条件与构造内含气程度进行了预测；成都地质学院(孙世雄等)和水文地质工程地质研究所(汪蕴璞等)对四川盆地卤水形成、古水文地质条件及卤水活动的地球化学形迹等进行了研究；玉门油矿水文地质人员根据鸭儿峡、石油沟和老君庙油田的钻孔水化学资料，结合区域水文地质成果，建立了水化学垂直剖面，除水型随时代变老变为CaCl2型外，其他水化学成分(矿化度、变质系数、氯硫比值等)都没有出现原苏联学者指出的随深度增加而增高(降低)的有序现象；在松辽盆地，大庆油田科学研究设计院(王军、黄福堂等)，总结了油田水化学成分特征——以单一的NaHCO3型水、以Cl组、Na亚组为主、矿化度1～12g/L、含有I、Br、B、NH4等微量组分。并根据矿化度和盐化系数(rCl/rHCO3+rCO3)二者的关系分为三类：较高矿化度(6～12g/L)的NaHCO3型水、中等矿化度(3～6g/L)的NaHCO3型水，盐化系数0.5～10之间、低矿化度(＜3g/L)的NaHCO3型水，盐化系数0.1～5之间，后者不利于油气保存。探讨了喇嘛甸、萨尔图、杏树岗三个油区油田注水过程中油气水物理化学性质的变化，初步总结了油气水物理化学性质的分析指标，在注水过程中，由于氧化、溶解、油层温度、压力、生物化学作用和脱水过程中轻质馏分的损失，是油气水物理化学性质发生变化的因素；吉林油田石油研究院(杨忠辉等)对松辽盆地南部油田水分析数据，利用函数式计算了扶余、新木、红岗、乾安、农安等地区判别函数值进行含油气预测，并对水中可溶有机组分(苯、有机酸)等进行了试验总结；石油部石油勘探开发研究院(李济民等)总结了油田水特性指标的应用规律，以脱硫系数为主，结合封闭系数(rNH4+rH2S/rSO4)可以说明油气的存在，用成因系数结合矿化度，脱硫系数和钠氯比值的变化规律判断油气水运移方向，总结了正向和反向油田水化学剖面特征及其与油气藏的关系；华北石油勘探指挥部勘探研究院(谢家声等)总结了冀中坳陷古潜山和第三纪水文地质条件及其与油气运移、聚集、保存的关系、地下水化学成分，尤其是水中有机组分(苯及其同系物、酚、挥发性有机酸、环烷酸和铵)与油气的关系；河南石油会战指挥部勘探开发研究院(汪义先等)针对着南襄盆地(尤其是泌阳凹陷)油田水为低矿化度的NaHCO3型水的特点，提出适用于本区的水文地球分学垂直分带和水化学类型；江汉石油管理局勘探开发研究院(李际明、余莲声)总结了潜江凹陷下第三系高矿化度、高硫酸根地下水化学成分(包括常量组分、矿化度、碘、溴、硼、锂等)在平面和纵向上的分布规律，探讨了地下水化学成分及其与油气的关系，认为矿化度高达200g/L以上的油田水是发展盐化工业的重要原料，有宽阔的开发应用前景；长春地质学院(孙杉、张先起等)研究了深成地下水(存在于地壳下部岩浆壳和上地幔中的水)在石油成矿过程中的作用，并以冀中坳陷不同时代(第四系与上第三系、下第三系和古潜山)地下水为例研究了氢、氧同位素的组成、结合水化学成分特征，探讨了地下水来源、成因及其与油气的关系；成都地质学院(孙世雄、沈治安等)研究了我国海相和陆相油田水化学成分特征，指出古水文地质分析在油田形成、保存与破坏中的作用与意义，结合冀中古潜山油田探讨了古水文地质的研究方法与内容，提出了渤海湾盆地古水动力的四个区带；地质部地质科学院水文地质工程地质研究所(汪蕴璞、王田荣、王东升、王焕夫等)研究了四川盆地卤水的特点与成因；1975年和1976年分别在《水文地质工程地质》与《地质学报》发表了《评苏林油田水理论中的几个问题》，认为B、A苏林油田水理论有一定的局限性，束缚着我国油田水理论的建立；新疆石油管理局勘探开发研究院(王仲侯等)总结克拉玛依油田水化学成分时，在三叠系(56＃)油田水中发现了矿化度高达26～27g/L以上的Na2SO4型水，在垂直剖面上与CaCl2型水或NaHCO3型水交替出现，在平面分布上介于CaCl2型水和NaHCO3水之间；他还对《评苏林油田水理论中的个问题》一文提出不同的意见；地质部石油101队(张金来、刘崇禧等)对我国已勘探开发的主要含油气盆地的水文地球化学特征进行了比较系统的整理研究，归纳了我国陆相油田水化学成分的组成——矿化度、离子比值、有机组分，微量元素、同位素(氢、氧和碳)等；提出离子组合的概念和油田水化学成分分类的几种思考方案；进行了地下水的蒸发、溶滤等模拟试验及水化学找油方法的试验与总结；应用数理统计方法研究油田水化学组分之间的关系；开发了油田水有机组分的分析测试技术与方法等。

上述科技工作者的辛勤劳动，促进了我国油田水研究地飞跃发展，逐步形成了或迎来了一门石油地质与水文地质密切结合的边缘学科——油气水文地质学，并开始探索具有我国石油地质理论特色的水文地质勘探程序和研究方法，走向了为区域含油气远景预测评价及油田勘探开发服务的道路。

3.开拓创新发展阶段

从20世纪80年代初，我国油气水文地质工作进入了一个新的高速发展阶段；取得丰富的研究成果与良好地应用效果，主要表现在以下几个方面：

1)中国地质学会石油地质专业委员会于1981年在合肥召开了“中国油田水地球化学学术讨论会”，来自地质部、石油工业部、中国科学院及高等院校代表75人，提交学术论文42篇。中国科学院学部委员、中国地质学会石油地质，专业委员会主任委员关士聪主持了会议，中国科学院学部委员、水文地质专家张宗祜作了书面发言。会议论文涉及的内容包括：我国主要含油气盆地油田水文地球化学特征与油气的关系、油田水化学成分分类、油田水起源、油气藏的浅层水文地球化学效应、水化学法在石油普查勘探中的应用、古水文地质分析与油气远景评价、深成水在油气矿产形成中的作用、计算机新技术在油田水研究中的应用，水动力条件在油气藏形成中的作用，分析测试技术方法等。本次会议是我国首次专门的油田水会议。石油水文地质工作者聚集一堂，在“百花齐放、百家争鸣”的方针指导下，进行成果交流、自由讨论、各抒己见、畅所欲言，学术气氛异常活跃。这次会议检阅了成果，交流了经验，明确了方向，增强了协作。对促进我国油田水研究、提高整体研究水平，加快油田水事业的发展步伐具有深远的意义，在国内外产生一定的影响。

2)吸取国内外油田水文地质研究的经验，通过油气生产实践，使我国油田水文地质工作进入了以石油地质为基础、围绕着油气普查勘探与开发的实际需要，走向为油气生产服务的道路。结合以勘探开发我国东部陆相油气田为主的总目标，重点研究了陆相油田水文地质特征，其后加大了海相油田水文地质研究的力度，取得了一些有独创特点的研究成果，每年都有不少论文发表，按年份举例如下：

我国油田水的离子组合特征(地球化学，1978年，刘崇禧)；我国油田水的基本特征及其分类讨论(地质论评，1979年，张金来)；一个值得注意的地质信息-酚(古潜山，1980年，谢家声)；天然气中凝析水和烃类水化物的形成(天然气工业，1981年，刘伦)；油田水文地质勘探中水化学及其特征指标的综合应用(石油勘探与开发，1982年，刘济民)；油气田的水文地球化学标志及其应用(石油及天然地质，1982年，杨忠辉)；泌阳凹陷油田水文地球化学特征及其与油气的关系(石油实验地质，1983年，汪义先)；泰州地区古水文地质条件与油气(石油与天然气地质，1983年，龚与觐)；四川盆南部水化学场及其成因(地球科学，年，汪蕴璞)；利用地层水中的溶解气进行含油气远景评价(天然气工业，1985年，刘方槐)；济阳坳陷古水文地质条件与油气聚集(石油实验地质，1986年，杨绪充)；寻找油气田的水文地球化学标志(石油勘探与开发，1987年，刘崇禧)；潜江凹陷油田水有机组分的地球化学特征(石油实验地质，1988年，林九皓)；论含油气盆地的地下水动力环境(石油学报，1989年，杨绪充)；中原油田文留地区矿化度数据的三维分析(地质科学，1990年，张广锐)；初探地下水溶解气及其对气藏形成的影响(石油勘探与开发，1991年，孙永祥)；再探地下水对气藏形成的影响(石油勘探与开发，1992年，孙永祥)；松辽盆地北部地层水中“指纹标志”化合物的分布特征及其与油气关系的研究(地球化学，1993年，黄福堂)；扶扬油层水化学场特征及其成因(大庆石油勘探与开发，1994年，楼章华)；塔里木盆地油田水有机地球化学特征分类及其石油地质意义(石油勘探与开发，1995年，李伟)；塔里木盆地油田水地球化学(地球化学，1996年，蔡春芳)；西湖凹陷油气运聚成藏的水文地质论证(中国海上油气，1997年，汪蕴璞)；沁水盆地煤层气的水文地质控制作用(石油勘探与开发；1998年，池卫国)；油田水动力系统与油气藏的形成(海洋地质与第四纪地质，1998年，陈建文)；盆地三维水动力数值模拟方法及其应用(石油勘探与开发，2000年，邓林)；塔里木油田水溶重烃研究及其应用(新疆石油地质，2001年，陈传平)；塔河油田及邻区地层水成因探讨(石油实验地质，2002年，蔡立国)；水溶气资源富集的主控因素及其评价方法的探讨(天然气地球科学，2003年，武晓春)；碳酸根和碳酸氢根测定方法和自动测定仪(现代仪器，2004年，郑志霞)；水动力条件对煤层气含量的影响-煤层气滞留水控气论(天然气地质科学，2005年，秦胜正等。)

上述有代表性论文是从覆盖我国主要含油气盆地大量的油田水文地质基础研究中提炼出来的，从一个侧面反映了我国现阶段研究的现状与水平。值得提及的是石油生产单位，科研机构和大专院校等不仅加大了油田水文地质研究的力度，而且形成了生产与科研相结合，多单位协作攻关的研究群体。石油工业部在翟光明院士的组织下，对全国各油田的水文地质特征进行了比较系统的总结。油田水文地质研究纳入国家科技攻关项目，如“七五”期间的“四川盆地二叠系水文地质条件对油气运聚与保存控制的探讨”(四川石油管理局杨家琦等)；“九五”期间的“塔里木盆地油田水文地质与油气聚集关系的研究”(石油勘探开发研究院李伟等)；和“川西地区上三叠统水化学场、水动力场与油气富集关系研究”(中石油廊坊分院天然气所吴世祥等)。国家自然科学基金资助项目，如“我国大陆区新生代深层地下水系统演化与地下水成矿作用”(中国地质大学沈照理)；“塔里木盆地古生界油田水的成因和混合证据”(中国科学院地质与地球物理研究所蔡春芳)。大专院校的水文地质博士生也将油田水文地质作为选题进行研究，如“临邑盆地水化学成分特征及其研究意义”(1991年，张作辰，中国地质大学)；“泌阳凹陷石油运移聚集的水化学场与水动力场研究”(1992年，李广贺，中国地质大学)。江汉石油学院仅83级本科生就有五人以油田水研究作为毕业论文。有些油田也将油田水文地质列入本系统重大基础研究课题，如：“克拉玛依油田八区油气水研究与油源重新探讨”和“准噶尔盆地西北缘石炭系油田水化学研究”(新疆石油管理局勘探开发研究院，王仲侯，1981年和1985年)；“冀中坳陷地下水的氢和氧同位素组成与成因”(长春地质学院，孙杉等，1981年)；“冀中坳陷水文地质条件与油气分布”(华北石油勘探开发设计研究院，赵宝忠等，年)；“济阳坳陷油田水水化学特征及其与油气聚集的关系”、“东营凹陷重质油形成的水文地质条件的研究”(胜利石油管理局地质科学研究院，任发琛等，1989年)；“莺-琼盆地油田水化学研究”(中海油南海西部石油公司地质研究院，1989年)；“沉积盆地中油气运移聚集与区域地下水流动之间的关系”(中国地质大学，王明等，1991年)；“泌阳凹陷古水文地与无机络合物研究”(河南石油管理局，周留纪，1991年)“松辽盆地北部扶扬油层地下水动力特征与油气藏关系的研究”(大庆石油管理局勘探开发研究院，1991年)；“东营凹陷流体历史与油气藏形成分析”(胜利石油管理局勘探事业部等，2001年)；“贝尔断陷地层水分析数据含油性的综合评价”(大庆石油管理局勘探开发研究院，2005年)；“乌尔逊凹陷地下水特征与油气关系的研究”(大庆石油管理局勘探开发研究院，2006年)；“四川盆地川东地区地下水与油气关系研究”(中国石油勘探开发研究院，李伟等，2002～2005年)。汪蕴璞、王焕夫在吸取前人古水文地质研究成果的合理部分，提出水文地质期的概念以区别于水文地质旋回。“期”是沉积盆地水文地质发育史的组成部分，是反映地下水形成的一个特定的地球化学环境的地质时间段，以地壳构造运动、水动力条件及地球物理、地球化学场三个标志划分出：沉积作用水文地质期、淋滤作用水文地质期、埋藏封闭作用水文地质期、构造热液作用水文地质期。并以冀中坳陷和四川盆地为例，讨论了其意义，有较高的应用价值。

地球化学和石油地质学家也十分重视油田水文地质学，并进行有意义的研究。例如：梅博文教授在《储层地球化学译文集》(1992年)写到：油田水中有机酸和CO2是控制储层中矿物溶解、沉淀过程的主要因素，分析测试它们的浓度与组成，不仅对次生孔隙的预测有重要意义，而且为避免油层损伤和结垢采取新的工艺措施，提供了水文地球化学依据。林任子教授在《储层地球化学进展及应用》(1995年)指出：伴随着烃源岩的压缩失水过程，生油层中大量的有机酸被排挤进了储集层，形成了金属有机酸络合物通常溶于水，因此，研究油田水中有机酸，可以在认识次生孔隙形成机制的基础上，利用地球化学趋势来预测孔隙度增长过程的发生和范围。王铁冠教授编译的《油藏地球化学》也涉及到油田水文地球化学问题，由于石油含有多种化合物，在石油、水和矿物基质之间呈现差异分配现象，在无相态变化的情况下，储层石油的组成是排烃成分加上运移途径中水相和固相分配作用所引起变化的函数。因而可以通过对储层石油和地层水中精心选择的化合物测定作出评估，如有机酸、酚类等化合物。另一方面，流体(水、气、油)的成分经常是非均质性的，通过使用灵敏的天然同位素示踪剂，可检测出微弱的非均质性，及利用地层水的变化评价油藏的分隔性。蔡春芳研究员等以塔里木盆地为主，探讨了埋藏成岩过程中水-岩相互作用，根据油田水化学成分结合流体势变化追踪油气运移与聚集途径。

地质流体分析是当今国际地学研究的前沿课题。沉积盆地的岩石孔隙-裂隙内都贮存有流体(石油、天然气和地下水)，其中水是主体部分。在油气地质领域内，油气的多期次运、聚、散、保都是在地下水的参与下进行的，分析沉积盆地内水文地质条件是研究油气成藏规律的有效途径。我国油气勘查家和水文地质家已经携手共同进行研究。

化验分析是油田水文地质研究的重要技术手段，我国各油田都建立了油田水分析测试实验室。近二十年来，随着科学技术的进步，现代分析检测仪器设备的不断更新，油田水分析测试技术与方法有了很大的改进和提高，正向着系列化、标准化、定量化的方向发展，建立了一套比较完善的油田水化学成分分析测试方法，包括：样品采集与保存方法；不稳定组分的现场测试——pH、EH、水温、溶解氧、电阻率、硫化氢、二氧化碳等；样品的前期预处理技术(萃取、富集、提纯、酸化等)；岩石样品的相关参数分析(孔隙度、渗透率、残余盐等)；开发了油田水中有机组分的分析技术方法(可溶气态烃、苯酚同系物及芳烃化合物、烷烃组分、有机酸等)；引进了水中氢、氧、碳、锶的同位素分析技术；油田水中微量元素快速分析测试的等离子色谱分析；开创了三维荧光、同步荧光的鉴别分析技术等。油田水化学分析应用了色谱(气相、液相、色质等)、光谱、红外、质谱等现代测试仪器。提高了分析灵敏度和数据的可信度。各油田先后建立了油田水分析实验手册与规程，统一了分析方法。大庆油田勘探开发研究院(黄福堂、蒋宗乐等，1995年)对油田水分析与应用作了系统的总结。油田水分析化验技术人员，发表了许多有创新性质的论文，如：水沥青的分析方法及石油地质意义(石油实验地质，吴德云，1982年)；水中气态烃的脱气方法(石油实验地质，崔秀荣，1982年)；应用紫外吸收光谱及荧光谱测定地层水中的芳烃(石油实验地质，伍大俊，1982年)；地层水中苯系物的色谱分析方法及其石油地质意义(石油实验地质，蔡映宝，1982年)；薄层层析法分离与鉴定水中酚系物(石油实验地质，伍大俊，1983年)；电位容量法测定油田水中Ca2+，Cl-离子(国外油田工程，黄福堂，蒋宗乐，1989年)

20世纪80代以后，我国油田水文地质工作者，对油田水文地质特征、水文地质勘探工作方法及其在油气勘查中的效果等进行了系统总结，出版了以下专著：

1987年，地质矿产部水文地质工程地质研究所、石油工业部华北石油勘探开发研究院、地质矿部产部石油地质综合大队101队。《油田古水文地质与水文地球化学》。北京：科学出版社。

1988年，刘崇禧，孙世雄。《水文地球化学找油理论与方法》。北京：地质出版社。

1991年，刘方槐，颜婉荪。《油田水文地质学原理》。北京：石油工业出版社。

1991年，邸世祥。《油田水文地质学》。西安：西北大学出版社。

1993年，杨绪充。《油气田水文地质学》。北京：石油大学出版社。

1994年，高锡兴。《中国含油气盆地油田水》。北京：石油工业出版社。

1995年，楼章华，高瑞琪，蔡希源等。《松辽盆地流体历史分析》。石油实验地质增刊。

1997年，蔡春芳，梅博文等。《塔里木盆地流体-岩石相互作用研究》。北京：地质出版社。

1998年，黄福堂，蒋宗乐等。《油田水的分析与应用》。北京：石油工业出版社。

1999年，黄福堂。《松辽盆地油气水地球化学》。北京：石油工业出版社。

1999年，贾庆仲等译。《油田岩石与水地球化学论文集》。北京：石油工业出版社。

从20世纪末，我国石油水文地质研究进入了以中青年科技工作者为主体的新时代，他们继往开来承担着生产与科研的繁重任务、迎接新世纪的挑战。这些朝气蓬勃、勇于实践、善于探索、敢于创新的青年群体的涌现，以及密切结合生产、理论联系实际的研究成果，展示了我国石油水文地质界人才济济，后继有人的可喜局面。近年来，一些为解决油气远景预测与勘探开发中实际问题的水文地质研究成果，表现出一定的水平。预示着我国油田水文地质工作将跨入具有自身特色、为油气生产服务的新时期。

综上所述，我国油田水文地质工作，已经走出“学国外、跟国外、重复国外”的阶段，在陆相成油理论的指导下，其研究领域不断拓宽、深化、自陆地到海洋、由陆相到海相、从石油到天然气(包括煤成气、生物成因气)、还涉及深成地下水，整体研究水平有很大提高，进入了解决我国石油地条件下水文地质问题的新阶段。

前述油田水文地质研究现状可以看出，各国研究的侧重点有所差异。总体来讲，欧美国家十分重视油气运聚的水动力条件研究，起步或研究的深度远远早于油田水化学成分的研究；原苏联是系统研究油田水化学成分最早的国家，最先提出古水文地质研究的理论与方法；我国从研究陆相油田水化学成分特征及水化学找油技术方法入手，在吸取国外先进理论与经验的基础上，走向水动力与水化学相结合、古代和现代水文地质条件同时研究的道路。

国内外研究现状

一、国外研究现状

( 一) Bachu 和 Adams ( 2003) 的盆地级选址评价

Bachu 和 Adams ( 2003) 提出了一套包括 15 个指标的盆地级别评价指标体系，并对加拿大的主要沉积盆地进行了评价。该评价方法借鉴核废料热液储存评价条件从区域构造、盆地几何形态、地质条件和油气潜力等 15 个方面提出了盆地级 CO2地质储存适宜性评价指标体系 ( 表 9 －1) 。

表9－1CO2地质储存适宜性指标分级表

(二)Oldenburg(2008)基于健康、安全和环境风险的选址评价

C.M.Oldenburg (2008)基于CO2泄漏引起的健康、安全和环境风险(HSE)，开发了一种筛选和排序框架(SRF)，以评估潜在的CO2地质储存场地。这种方法以假定CO2泄漏风险取决于地质储存场地的3种基本特征为基础:①目标层的基本圈闭能力;②目标层泄漏后的二次圈闭或截留能力;③目标层泄漏和二次圈闭失败后泄漏CO2的衰减和弥散能力。该框架通过电子制表软件实施，用户可以输入代表专家意见或已发布信息的分值，以及不确定性的相关评估结果对场地进行评价。

1.SRF方法理论与设计

由于人类、植物以及其他生物居住的近地表环境中CO2浓度的增大，CO2的健康、安全和环境风险引起了人们的关注。如果在较小区域内含有高浓度CO2的气体流速较大，大流量的CO2可引起土壤气体中CO2的浓度持续增大，将导致植物根部呼吸作用受限，相应导致植物逆境或者死亡。在含水层中，高浓度CO2在某些情况下可导致重金属发生溶解，可对水质产生不利影响。在地上环境、地下室或房屋内，空气中较高的CO2浓度可影响健康，造成人类和其他动物眩晕，甚至死亡。

从深部地质构造到近地表环境存在多种公认的潜在CO2泄漏途径，如废弃井及可渗透的断层。对于每种泄漏方式，在系统中较高层位应存在潜在的二次圈闭或二次截留。为了最小化健康、安全和环境风险，在CO2注入时:①CO2不能从储层中泄漏;②如果发生泄漏应存在二次圈闭或二次截留;③如果发生泄漏且二次圈闭或二次截留失败也不能进入大气环境，或通过地下水、地表水吸收或混合衰减以及弥散。

综上所述，开发健康、安全和环境风险排序框架以评估CO2地质储存场地的3种基本特征:①目标层长期圈闭CO2的能力;②主要目标层发生泄漏后二次圈闭的能力;③如果主要目标层发生泄漏且二次圈闭失败，储存场地发生CO2泄漏衰减和/或弥散的能力。

在电子数据表格中执行SRF方法时，用户通过输入限定属性(用于限定特性)的参数值，专门用于评估该3种基本特征，如表9－2所示。

表9－2特征、属性、特性指标表

SRF框架是在CO2地质储存经验基础上开发的，而不是通过决策分析推导得出，这种方法近似满足多属性应用理论。用于评价每个场地的3个分值为泄漏、二次圈闭和弥散的影响和概率的综合指标。该框架中的评价以四类信息为基础:①场地特征;②属性，用于限定场地特性;③特性，用于限定属性;④用户输入值，用于限定特性。

2.电子数据表格

SRF通过电子数据表格中的3个简单工作表(分别用于评价3个基本特征)和概要工作表来实现。首先，用户可以通过每个属性的特性j的加权因子规范控制给定特性的重要性。加权(wj)因子通过电子制表软件正则化为:

中国二氧化碳地质储存地质基础及场地地质评价

加权观点允许用户在较大范围内将自己的判断应用到评价中。例如，如果用户认为盖层厚度占基础封闭的主导地位，那么可以对于权重赋以较大的数值，且盖层的厚度可以在基础封闭属性中起主导作用。如图9－2内的单元格为用户赋值的权重。另外两个工作表(二次截留能力和衰减能力)与此相同，也带有不同属性(表9－2)的单元格。如图9－2所示，盖层厚度属性赋值为10，超出总数21的范围之外，因此，基于盖层厚度值获得基本封闭属性及其不确定性的近似二分之一权重。为了在筛选或排序过程中对比场地，需要认真考虑不同场地特性的不同加权因数。

图9－2SRF电子数据表格的基础储层工作表实例(据Oldenburg，2008)

SRF电子数据表格的第二步，是根据表格里的弹出注释给特性赋值αj。例如图9－2中所示RioVista情况下的特性值。数据选择范围为－2(差)到+2(好)，把0考虑为中等(既不好也不差)。用户可以在－2～+2这个较大的范围内取值，也可以使用真实的数据。

第三步是输入每个已知特性的置信度值(2代表非常确定，0、1代表高度不确定)。这种置信度信息将与该3种特征的属性评价值一起，被绘制成曲线图。

通过本次输入，电子表格中就形成了一系列平均值。数据表的基本计算是将赋予权重的特性评价相加，然后和平行的属性平均得到每一个特征的分值。每一个特性j都经过这样的处理。然后在i上平均。基本储存库有基本密封、深度和储存库3个属性;二次截留储存有二次密封和较浅层密封2个属性;衰减能力地表特征、水文地质条件、存在的井和断层有4个属性。这样，对于基础储存库i=3，二次截留储存库i=2，衰减能力i=4，对于场地n，每一个特征的分值(S)是权重因子(w)的i属性和j属性的数值(a)的平均值:

中国二氧化碳地质储存地质基础及场地地质评价

对于场地n，每一个特征确定度(C)的整体定性是i特性和j特性的平均，在i属性采用下式求平均值:

中国二氧化碳地质储存地质基础及场地地质评价

式中:cj是每个已知特性的置信度。需要着重强调的是不同场地的相对评价无需与其物理特性成线性关系。例如，某个场地的基本圈闭特征分值为1.5，这并不意味着该场地的泄漏比基本圈闭特征分值为1.0的场地少50%。事实上，这种场地可以通过其CO2储存数量级的不同来排序。这种评价分值仅仅代表这些场地的相对排序，并不代表绝对的储存性能。

3.其他问题

SRF专门设计用于具有有限数据的多重场地。用户输入到SRF数据表中的多种特性和属性值，实际上是不确定性和不确定量的指标，这些指标最终通过场地特征描述来测量或模拟。然而，由于缺少可以作为大多数场地选择过程标准的数据，因此，采用不确定性作为SRF基本的输入和输出数据，并不保持与特征分值隔离。SRF中定义的不确定性概念范围很大，包括参数的不确定性(如对给定特性的了解程度)和变异性(如给定特性是怎么变化的)。

SRF范围内的方法不同于其他方法，如FEP/场地法和概率法。FEP/场地法在场地选择阶段是很费力的，需要有效获得重要的特殊场地信息。概率风险评价方法(PRA)与FEP/场地法相似，这些方法都结合利用失效模式和影响分析(FMEA)以开发事件和事故树。评估极少事件的发生频率使得这些方法应用起来更为困难。此外，这些定量方法依赖于特性的精确分配，这在多重场地评估，尤其是场地选择初步阶段，将面临更多困难。Bowden和Rigg的方法是FEP和PRA筛选和排序的首选方法，但这种方法仍需要获得更多信息，适用程度依然停留在数量不多的几个场地的筛选上。

概括地说，SRF电子数据表专门设计用于通过其不同属性的特性评估，对每种基本特征进行定性和单独评价。在SRF方法中，既没有任何建模模拟也没有概率赋值。支持SRF的基本原理是详细的场地特征信息，尤其是典型CO2注入试验预期不能足以在场地筛选阶段开展FEP/场地分析，或对概率赋值以开展概率分析。而SRF把定性信息用作潜在FEP和综合结果的指标。通过采用这种方法，可以大大简化分析过程，并明确包括了用户作为初始输出而对评价分配的置信度水平。简而言之，SRF被专门设计回答如下问题:在多个候选场地中，基于现有信息确定何种场地具有最低的HSE风险。

二、国内研究现状

国内CO2地质储存选址评价研究主要集中在CO2－ECBM和CO2－EOR两个方面，深部咸水含水层CO2地质储存选址研究尚属空白。

1.CO2－ECBM选址评价研究现状

《中国二氧化碳注入提高煤层气采收率先导性试验技术》(中联煤层气有限责任公司等，2008)，提出CO2注入提高煤层气采收率试验地点的选择从大的盆地开始，通过对单个煤田的评价到煤田内煤储层的评价，最终依据煤储层评价的结果确定先导性试验点。

区域评价确定潜在的能够做试验的煤田及其地表、地下的范围、煤矿开采、钻井情况和基础设施。在煤田评价的基础上，根据可获得的采矿数据和煤岩特性参数评价煤田的范围和品质。在储层评价水平上，根据井下煤心的分析测试，确定煤层含气量、渗透率、等温吸附特征和含气饱和度。如果资料丰富，水文地质和煤层气的历史生产情况也会被评价。基于上述评价结果，选择储层条件好的区域作为试验地点。

他们按照IEAGHG(2000)所赞助的一个项目报告中确定的排序参数，每一个试验点使用如下五个方面的指标进行评价，这五个指标的评分标准见表9－3。

表9－3微型先导性位置选择的打分系统

指标Ⅰ———煤层气资源/CO2储存潜力:煤层气的资源潜力是一个非常重要的考虑因素。煤层气资源潜力可以表示为待选点的煤层气资源丰度。据此，确定待选点是否能够承担实施项目的风险。煤层气资源丰度以108m3/km2作为度量单位，它是煤含气量和净煤层厚度的函数。与煤层气资源潜力密切相关的是CO2储存潜力。在高挥发分烟煤中，煤颗粒表面每解吸一个甲烷分子能吸附的CO2分子数是2，而在亚烟煤中高达10。

指标Ⅱ———生产潜力:煤层气生产潜力或现有的煤层气生产数据是至关重要的。这些数据决定了煤层中有多少资源可以被开采出来用于销售。它是储层特征参数(渗透率是关键参数之一)和驱扫效率的函数。

指标Ⅲ———CO2供给潜力:要使CO2－ECBM项目可行，必须有大量廉价的CO2供给。一个可能的来源是从电厂烟道气中回收的CO2。在这种情况下，CO2捕获成本需要考虑。另一个可选择的来源是利用纯净的CO2源。例如，从氢气生产炉的尾气中进行提纯CO2，这时CO2捕获成本将大大降低，从而提高CO2－ECBM技术的经济性。CO2源与试验现场的距离是关键的参数，但在微型先导性试验阶段这个参数并不像大规模试验阶段那样重要，然而，如果微型先导性试验继续进入下一阶段，CO2的供给潜力是非常重要的经济指标。

指标Ⅳ———数据的可获得程度:为了正确地评价CO2－ECBM项目，必须获得一些数据资料。数据资料不充足将增加评价过程中的不确定性。

指标Ⅴ———市场潜力:开发煤层气资源，通过销售获取利益，是CO2－ECBM项目的主要经济驱动力。没有成熟的煤层气销售市场，就不可能有CO2－ECBM项目。煤层气作为一种天然气，需要通过管线输送到集输中心。一旦煤层气被输送到集输中心，就需要分销网络将煤层气输送到用户。如果在试验点附近事先存在这样的管线基础设施，那么项目的市场潜力就极大地被提高。CO2－ECBM项目同样产生环境效益———CO2永久地储存在煤层中，避免释放到大气中，有助于减缓全球气候变化。

为了评价任一地区的煤层气增产潜力，需要评价大量的地质和特定的煤储层参数，以及可获得的测试和生产数据、基础设施资料、CO2源和可获得性等资料。控制煤层气的生成、富集、储存和产能的地质和煤储层参数如下:

1)储层深度:根据煤层气的吸附特征、储集能力、储层压力和渗透率，考虑煤层的最小埋藏深度为300m，最大为2000m;

2)煤层厚度:为满足多煤层完井和CO2储存，考虑煤层最小单层厚度为1m，并且存在多煤层系;

3)煤质/煤阶:煤岩灰分和水分的百分比，煤质和成熟度(由镜质组反射率(R0)表示，R0>0.6%);

4)渗透率:是甲烷从煤基质骨架解吸通过裂隙系统流向钻孔，以及CO2注入煤层的关键参数(k>1×10－3μm2);

5)饱和度:在煤储层原始构造和储层压力的条件下，煤储层内保存的煤层气体积将影响煤层气产能和CO2的储存效果;

6)水的利用:是直接影响储层生产和水处理的一个经济参数。

2.CO2－EOR选址评价研究现状

沈平平等(2009)给出了CO2地质储存场地筛选的一般标准(表9－4)，同时给出了各参量的评价标准综合列表(表9－5)。

表9－4CO2地质储存一般筛选标准表

续表

表9－5CO2混相驱筛选评价标准表

表9－5可作为CO2驱提高石油采收率油藏筛选的一般准则。但并非所有成功注CO2的油藏都符合所有的筛选标准，不能机械地把不符合其中某一个指标的油藏拒之于CO2混相驱范围之外。其原因有二:一是影响CO2提高石油采收率效果的诸多因素不是独立的，而是相互影响、相互制约的;另一方面在各种具体的条件下，各参数对CO2提高石油采收率的影响程度是不一样的，具有不同的权重。要综合考虑各因素对CO2提高石油采收率的影响，可采用模糊综合评判理论的方法来对具体的油藏条件做出综合判断。与CO2地质储存筛选评价相比，CO2驱提高石油采收率的油藏筛选评价指标在取值时，由于有CO2混相驱成功和不成功的油藏数据作为借鉴和对比，指标一般都可被合理地量化，这为模糊综合评价提供了可能。

3.类似深部咸水含水层CO2地质储存选址评价研究现状

迄今，国内外专门性深部咸水含水层CO2地质储存选址评价方法研究处于研究阶段。但对深部咸水含水层天然气地质储存选址评价有一定深入。谭羽非等(2006)对利用地下含水层建造天然气储气库的选址进行了研究，并提出如下选址要求。

首先要对有关含水层区域地质－水文地质结构进行勘探，从多个地质构造中按以下原则选定一个较合适的构造。

1)储气库应尽量靠近天然气用户和输气干线;

2)含水岩层圈闭良好，完整封闭、无断层，适于天然气聚集。水平含水层也可利用，例如俄罗斯嘎青斯基天然气地下储气库;

3)含水岩层上下要有良好的盖层和底层，且盖层和底层要有一定的厚度，岩性要纯(如泥岩等)，密封性好。前苏联的经验表明，在一些情况下，粘土质盖层厚度8～10m即可保证密封性，甚至在压力达到初始构造压力的1.6～1.7倍时也不会泄漏;

4)储气层位厚度大，物性条件好，分布范围广、稳定，有足够的库容量;

5)含水层有一定深度，能承受一定的注气压力。目前含水层储气库一般不超过1000m，但前苏联的研究认为，地下储气库应在250～2000m的深度范围选择;

6)与城市生活用水、工业用水等地下水水源地含水层不相互连通，以免污染地下水水源。世界上最大的含水层地下储气库是俄罗斯的卡西莫夫地下储气库，共钻了143口井专门监测与储层临近的层位，其中95口建在饮用水含水层之上;

7)要有广为分布的贮存或排放置换水的场所。

上述条件是一些定性的、宏观性的原则，在实际中很难完全满足。因此在储气库建造过程中有必要进行针对性的监测。

求中国液化天然气(LNG)行业投资分析及前景预测报告

国际油气与固体矿产资源领域最重要的发展趋势就是全球资源一体化、市场一体化。因此，在能源战略甚至是国家发展战略中，必须把开发利用海外资源作为核心内容，建立相应的信息库、决策方法库和动态分析模型。

很多发达国家、石油跨国公司和国际组织，以及一些有影响力的研究机构，很早就已经认识到建立全球资源开发利用的数据库和决策支持系统的重要性。比如埃克森公司、道达尔公司和壳牌公司都具有这些数据库和风险管理系统。其中，埃克森公司的全球油气系统最为著名。这些数据库和评价技术在公司范围内，是核心技术和资源，不会与别的公司和国家共享。同时，有许多权威的国际咨询公司开发出了类似的数据库和风险管理体系，比如著名的IH S公司就具有非常详细的数据库，对外服务中价值极高。

国外一些著名的研究机构或政府部门，如：国际能源署（IEA）、国际应用系统分析研究所（IIASA）、美国能源部（DOE/U.S.），已经建立了旨在辅助决策的能源系统。最具代表性的能源模型是美国能源部开发的国家能源模型系统（NEMS）和国际应用系统分析研究所与世界能源委员会（WEC）合作开发的IIASA-WECE3模型。

NEM S模型是美国EIA/DOE（美国能源部能源信息署，简称EIA）于1993年开发的能源经济区域决策支持模型，目的是通过模拟美国及国际能源市场来规划能源、经济、环境、安全因素对美国能源消费、价格、安全的影响，为决策者制定国家能源发展战略和规划提供必要的决策信息支持，其中最重要的模块就是石油和天然气的全球生产、消费、资源、贸易和价格运行的动态模型。依赖此模型，可以规避国际石油市场的价格风险，规避海外油气进口的供应风险，规避本国能源消费的需求风险。

ⅡASA-WEC E3模型是ⅡASA和WEC于20世纪90年代开发的基于动态线性规划的能源－经济－环境决策支持模型，它是以连续的、相互独立的情景分析方式，研究受不确定性因素影响的未来社会、能源消费和技术发展的一系列可能的状况，从而为决策者制定能源长期和短期规划提供信息支持。

国内已经意识到海外开发需要现代化的风险管理技术的支撑，但是目前只有一些分散的研究，尚未从国家层面上系统地规划和协调实施，更没有形成支持企业海外投资决策的系统。

国内的石油公司，特别是中国石油天然气集团的国际油气勘探开发业务已经有10多年的历史。在这方面积累了大量数据和信息，也开展了大量的研究。例如，在资源方面，中国石油天然气集团经济技术研究院具有世界盆地数据库和最近开发的区块图集，对海外投资环境，特别是法律法规、合同模式、条款数据和投资信息的基本数据和信息，有一定的积累；中国石油天然气勘探开发公司（CNODC）海外中心具有许多国家的项目资料和一线的实践者。但是还没有系统地建立针对海外资源开发利用的风险管理系统。相比之下，中小石油公司，特别是民营石油公司十分缺乏系列的数据和信息支持，更没有辅助的风险管理系统。

在全球矿产资源利用方面，发达国家的政府机构和许多跨国公司都定期地进行全球矿产资源分布及潜力分析，一方面将其作为制定国家资源安全战略的重要依据，通过调整资源规划和政策，以应对资源供应的风险；另一方面为国家制定资源勘探开发战略、优选有利区块、确定投资方向提供依据，为正确决策，减少失误提供可靠保障。

美国地质调查局（USGS）矿产资源开发利用的目标是促进环境、资源和经济因素一体化，把项目部署与国家和公民的需要紧密结合起来，更好地为社会发展与经济建设服务。矿产资源的研究内容主要有4个方向：一是矿产资源的支撑能力和社会需要，维护相关数据库，研究矿床评价和分析方法、成矿作用、金属矿产和成矿环境；二是矿业经济和国家政策，调查矿产品信息（矿产品概要、矿业调查、矿产年鉴和国际矿业等），为国家公园、森林和土地资源管理提供矿产资源、地球化学和地球物理资料；三是矿业环境和公众健康，研究废弃矿产地、地球化学和地球物理背景，评价地质环境；四是矿产技术方法和资料发送，进行矿产相关数据库和信息资料更新。

南海北部神狐海域天然气水合物成藏动力学模拟

2011-2015年中国液化天然气(LNG)行业发展分析及投资前景预测报告　天然气作为清洁能源越来越受到青睐，很多国家都将LNG列为首选燃料，天然气在能源供应中的比例迅速增加。液化天然气正以每年约12%的高速增长，成为全球增长最迅猛的能源行业之一。近年来全球LNG的生产和贸易日趋活跃，LNG已成为稀缺清洁资源，正在成为世界油气工业新的热点。为保证能源供应多元化和改善能源消费结构，一些能源消费大国越来越重视LNG的引进，日本、韩国、美国、欧洲都在大规模兴建LNG接收站。国际大石油公司也纷纷将其新的利润增长点转向LNG业务，LNG将成为石油之后下一个全球争夺的热门能源商品。　尽管全球经济正在经历近70年来最为低迷的时期，但全球LNG市场的远景依然光明。由于减少碳排放的重要性日益增长，天然气已成为优先选择的一种能源。亚洲是目前世界LNG的主要市场，预计对LNG的需求将从1999年的6850万吨、2006年的9796万吨增加到2010年的13390万吨。亚洲主要市场对LNG进口的需求预计将从2006年超过9000万吨提高到2020年的1.49亿吨。　　近年来，中国LNG项目发展之快前所未有，需求也迅猛增长。2009年我国生产天然气830亿立方米，与上年相比增长7.7%。石化工业协会的数据显示，2009年我国天然气表观消费量为874.5亿立方米，同比增长11.5%。与国内产量相比，国内天然气供需缺口达40多亿立方米。预计，2010年中国天然气需求将达1100亿立方米，而国内生产能力所能提供的只有900亿立方米。2009年，中国进口液化天然气553.2万吨，增长65.8%，占当年中国液化气进口总量的57.1%，比重较2008年提高了1个百分点。预计2010年中国将进口天然气逾100亿立方米，其中包括约600万吨液化天然气。预计2015年中国LNG进口将超过2000万吨，2020年还会成倍增长。大力发展LNG，减少对石油的依赖，是中国政府的一项重要举措，预计不久的将来，天然气将成为我国在煤和石油之后的第三大能源。

石油天然气的市场现状

苏丕波，梁金强，沙志彬，付少英，龚跃华

苏丕波（1981－），男，博士，主要从事天然气水合物的气源条件与成藏模拟研究，E-mail:spb_525@sina.com。

注：本文曾发表于《石油学报》2011年第2期，本次出版有修改。

广州海洋地质调查局，广州　510760

摘要：为了了解南海北部神狐海域天然气水合物的成藏匹配条件，针对神狐海域水合物研究区典型二维地震剖面，构建了该区的地质模型，并对其进行了天然气水合物成藏动力学的模拟。研究结果表明：神狐海域具备有利于天然气水合物成藏的温度、压力条件；微生物气和热解气的资源潜力巨大，满足水合物形成的气源条件；运移条件优越，有利于天然气水合物的聚集成藏。针对上述结果，提出了该区天然气水合物的成藏模式，并初步预测该区天然气水合物资源潜力巨大，是进一步勘探水合物的远景区。

关键词：南海；神狐海域；天然气水合物；成藏模式；生物气；热解气

Gas Hydrate Reservoir Simulation of Shenhu Area in the South China Sea

Su Pibo,Liang Jinqiang,Sha Zhibin,Fu Shaoying,G ong Yuehua

Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou 510760

Abstract:In order to understand the natural condition of gas hydrate formation,a geological model of gas hydrate reservoir,which based on the typical seismic image obtained from Shenhu area,was studied by basin modeling.The studies indicated: 1) The temperature and pressure of Shenhu study area are appropriate for gas hydrate reservoir; 2)These gas source rocks have huge gas-generating potential,thus provide abundant gas sourcefor gas hydrate formation; 3)The hydrocarbon migration conditions are favorable for accumulation of gas hydrate.A forecasting model of gas hydrate formation was given after basin analysis.The conclusion is drawn that Shenhu area is a better hydrate prospecting area because of its favorable conditionsfor gas hydrate formation.

Key words:South China Sea ; Shenhu area;gas hydrate;reservoir model;biogases ; thermolytical gases

0 引言

天然气水合物是在低温、高压环境下由水和天然气组成的类冰结晶化合物，主要赋存在陆地永久冻土带和水深超过300 m的海洋沉积物中。目前发现的海底天然气水合物主要分布于世界各大洋边缘海域的大陆斜坡、陆隆海台和盆地以及一些内陆海区的大洋沉积物中，水深一般为300～4 000 m ，赋存沉积物一般为海底以下0～1 500m[1]。

控制海洋天然气水合物成藏的关键因素包括温度、压力、气体组分和饱和度及孔隙水组成，水合物的结晶和生长还取决于沉积物颗粒大小、形状和组成[2]，但是这些因素受到海洋中一系列构造和沉积作用的影响，在不同的时间尺度上可能导致多种天然气水合物成藏的动力学反映[3-5]。目前，国内外对天然气水合物赋存及分布的主控因素的研究仍局限于对影响水合物成藏的个别因素探讨上，如全球气温变化、构造活动与地热史、沉积作用效应、地温梯度和冰川性海平面相对移位等[6]，这些因素均可改变天然气水合物形成所需要的温压条件与沉积物的物性特征，从而影响天然气水合物系统的稳定性。除温压条件外，是否有充足的气体供应是控制天然气水合物的形成的另外一个重要的控制因素；从动态过程来考虑，除了烃类气体的供应外，还涉及烃类气体到达天然气水合物稳定带的运移通道，天然气水合物形成的构造环境等。

南海北部陆坡含油气盆地发育，气源丰富，类型众多，深部热解气、浅层微生物气均有可能形成天然气水合物，虽然部分学者分别就烃类气体供应问题、烃类运移条件、岩层和构造对天然气水合物产状与分布影响或控制做过单方面的研究[7-9]，但还没有将它们作为一个有机整体在时空尺度上开展水合物的成藏系统研究。本文选取南海北部神狐海域研究区的典型地震剖面，围绕天然气水合物“成藏”这一核心问题，通过水合物成藏动力学模拟，结合地震剖面解释成果，对南海北部神狐海域天然气水合物成藏模式进行了初步的探讨。

1 研究区地质概况

图1 研究区位置及范围

神狐海域水合物研究区地理上位于南海北部陆缘陆坡区的中段神狐暗沙东南海域附近，即西沙海槽与东沙全岛之间海域，构造上位于珠江口盆地珠二坳陷白云凹陷（图1）。白云凹陷水深200～2 000 m，面积约为20 000 km2，新生代最大沉积厚度约为12 000 m，地史上经历多次地壳运动和多阶段的构造演化，地质构造复杂，断层－褶皱体系非常发育[10-13]。神狐海域研究区晚期断层极其发育[14]，新生代断层大致可分为晚中新世和上新世以来2个主要时期，晚中新世断层以NW为主，断层大部分切割上中新统，部分切割上新统，是研究区最主要的断层活动时期；上新世以来活动断层以NEE向为主，断层活动下，部分断层切穿较新的沉积层延伸至海底附近，深部断层为天然气向浅部水合物稳定带运移创造了有利条件，而褶皱构造易于捕获天然气，促使水合物的形成。同时，神狐海域海底滑塌作用非常强烈，有分析认为可能与水合物的形成和分解有关[15]。此外，根据沉积相分析[16-17]

于兴河，苏新，陈芳，等.南海天然气水合物成矿的沉积条件初步研究.北京：中国地质大学，广州：广州海洋地质调查局，2002.

，南海北部陆坡自晚渐新世以来处于坳陷沉降期，以滨、浅海—半深海沉积环境为主，陆源碎屑供给充足，沉积速率大、厚度大、粒度总体上中等偏细。特别是晚中新世以来神狐海域研究区以三角洲、扇三角洲、滑塌扇、浊积扇沉积为主，重力流非常发育，特别是第四纪，广泛发育滑塌沉积，这些沉积体普遍具有较高的沉积速率，沉积厚度相对较大，含有大量的有机质，并能得以有效地保存，能为天然气水合物的形成提供充足的气源。综合分析，神狐研究区具备良好的天然气水合物成藏地质条件。

2 模型选择及参数的选取

由于神狐海域探井缺乏，本次模拟剖面选取既考虑选择神狐海域水合物研究区具有代表性的典型剖面，同时兼顾该区及邻区是否有可以借鉴的模拟参数资料。结合这两点，本次模拟研究选取神狐海域水合物研究区的二维地震测线Line A，该测线处水深介于400～1 700 m，地层自下而上发育有始新世文昌组、渐新世恩平组、中新世珠海组、珠江组、韩江组、粤海组、上新世万山组和第四系8套地层，在水深500～1 000 m之间的万山组内识别了指示水合物存在的BSR特征标志（图2）。

本次研究采用IES软件中的Petro Mod 2D模块，主要对研究区新生界的温压场、有机质热演化指数R。和流体运移进行了模拟。地层压力的演化基于2个假设应用有限元模拟方法来模拟孔压发育史：首先假设岩石和孔隙流体在压缩和变形过程中保持质量平衡；其次压实过程中，流体排出极其缓慢，能够以达西流法则来描述牛顿流。热史恢复则采用地球热力学和地球化学结合方法，即将正演技术与反演技术、地史恢复与热史恢复结合起来，利用已知的地层信息和古温标资料作为约束条件，对研究区的热演化史进行模拟。有机成熟度的计算采用Sweeney和Burnham 提出的EASY% Ro模型[18-19]，它是目前用于成熟度计算最为完善的一种模型，它不仅考虑了众多一级平行化学反应及其相应反应的活化能，而且还考虑了加热速率，适用范围广，能比较精确的模拟地质过程中有机质成熟度演化。

图2 神狐海域研究区模拟测线A原始解释剖面及地质模型

a.测线A原始地震剖面（时间域）；b.测线A模拟地质模型（深度域）

模拟中主要需要岩石性质、地质界面、烃源岩地球化学和断层活动性等参数，对这些模拟参数的选取，综合借鉴了研究区各方面的研究成果。其中，模拟所需的岩性参数来源于中海油钻探资料[20]；地质界面参数中古水深来源于高红芳等[21]在该区的研究结果；热流来源于ODP184航次调查成果[22-23]；古地温由IES系统根据剖面所在的全球位置和纬度，利用全球平均地表温度窗口以及古水深变化计算不同时期的温度曲线；对于烃源岩地球化学参数，综合目前研究资料及地质分析，认为该区主要烃源岩层为文昌组和恩平组，其中恩平组w(TOC）平均值为2.19％,HI平均值为157.4 mg/g，由于白云凹陷尚未钻遇文昌组烃源岩，文昌组烃源岩层TOC、HI数据根据珠江口盆地珠一坳陷与珠三坳陷的资料结合该区地质条件类比分析认为：研究区文昌组为中深湖相泥岩， w(TOC）平均值为2.94％,HI平均值为483.4 mg/g[24]；而断层活动性的分析主要是基于断层在地震剖面上断过的层位以及研究区构造活动的时间来判断和估算。本次模拟研究中，断层根据其活动期次划分为始新世中期神狐运动及之前形成的活动断层，中中新世东沙运动形成的活动断层以及上新世以后的活动断层；对剖面经过的每一条断层均进行了属性定义，在模拟过程中，各断层活动性自构造活动时间开始均设为完全开启状态。

3 模拟结果分析

模拟结果是否可靠需要通过模拟结果与钻井实测值进行对比来进行检验。研究区番禺低隆起有部分探井，其中井B有实测的地温和镜质体反射率[25]，且该井与测线剖面较近，两者的演化环境与受热历史相差不大。可以利用该井的实测值对模拟结果进行检验，从与该井最近的剖面点模拟结果与实际井资料的对比图（图3）可以看出，测线点模拟曲线与井测试值趋势比较一致，说明模拟结果比较准确，可以用模拟结果来进行相关解释。

图3 神狐研究区井B地温和Ro实测值与模拟值对比

3.1 温压场模拟

天然气水合物的形成与成藏需要特定的温压条件，低温和高压有利于水合物的形成和稳定赋存[26]。测线A通过地震剖面解释，在水深500～1 000 m之间的万山组内识别了指示水合物存在的BSR特征标志。通过模拟得到该区现今的温度场（图4）与压力场（图5），在剖面上BSR所处温度在16℃左右，压力在15 MPa左右，对比世界上已知天然气水合物区，结合甲烷在海水中形成水合物的相平衡曲线[27]，表明该测线剖面BSR区域处于天然气水合物稳定存在的温压场范围内，符合天然气水合物的成藏要求。

图4 神狐海域A测线现今温度场模拟

图5 神狐海域A测线现今压力场模拟

3.2 有机质成熟度模拟

对神狐海域地质调查站位资料的分析[28]

郭依群，梁劲，龚跃华，等.南海北部神狐海区天然气水合物资源概查报告.广州：广州海洋地质调查局，2004.

：研究区浅表层沉积物中普遍存在游离气，甲烷碳同位素δ13C1的测试结果显示：δ13C1(PDB) （‰）值在－46.2‰～－74.3‰之间，平均为－60.9‰，除2个样品的δ13C1(PDB）值为－46.2‰和－51‰外，大多数样品的δ13C1(PDB）值小于－57‰，证实神狐海域浅表层沉积物顶空气主要来源于生物气。同时，许多调查站位顶空气甲烷的含量在垂向上保持了相对较高的丰度，特别是在调查区北部白云凹陷内，甲烷的含量分别接近了120μL/kg和200μL/kg，暗示其深部可能有持续稳定的游离甲烷供应，来源于深部的热解气。王建桥等[29]对研究区东部的ODP1146站位顶空气样品进行了分析，结果显示为混合气体的特征。由此推测，研究区浅部地层中的天然气可能兼有生物气和热解气2种来源。

Ro值是反映烃源岩成熟度的重要指标。通常，生物气的烃源岩应处于未熟—低成熟的生烃门限以下，其Ro< 0.7％，有机质热演化Ro模拟结果显示（图6）：浅部地层上新世万山组、中新世粤海组、韩江组Ro位于0.2％～0.6％，均未进入生油门限，由于其厚度大，且有机质丰度较高；其中，第四系w(TOC）平均为0.22％～0.28％，万山组w(TOC）平均为0.30％～0.39％，粤海组w(TOC）平均为0.49％；粤海组—第四系海相泥岩生烃潜力w(Sl+S2）平均为0.13～0.32 mg/g，均已达到了作为生物气烃源岩的有机质丰度和生烃潜力的标准和条件

郭依群，梁劲，龚跃华，等.南海北部神狐海区天然气水合物资源概查报告.广州：广州海洋地质调查局，2004.

，这几套层序可以成为良好生物成因气的主力“生物烃源岩”，具备生成生物气的巨大潜力。在合适的条件下，能够为水合物成藏提供大量的生物气气源。

图6 神狐海域A测线有机质成熟度模拟

同时，模拟结果也表明了凹陷内的“热解烃源岩”文昌组和恩平组有机质的演化程度普遍较高。其中，文昌组Ro值在2％以上，最大值超过3％，处于过成熟生干气阶段，已产生大量热解气。而恩平组Ro为1.3％～2.6％，处于高演化阶段，现阶段以生气为主。高分辨率地震资料解释结果显示

梁金强，郭依群，沙志彬，等.天然气水合物资源量评价方法及成矿远景研究.广州：广州海洋地质调查局，2002.

，文昌组在白云凹陷中面积达1 900 km2，厚度1 700～3 000 m,w(TOC）平均值为2.94％,w（氯仿沥青“A”）平均值为0.225％；干酪根H/C原子比为1.5～1.0，大多在1.2，表明有机质类型为Ⅰ和Ⅱ型，以Ⅱ1型为主，HI平均为483.4mg/g；恩平组在白云凹陷中分布面积为2 860 km2，厚度1 100～2 300 m,w (TOC）平均值为2.19％,w（氯仿沥青“A”）平均值为0.1976％；干酪根H/C原子比多在1.2～0.7，表明有机质类型以Ⅱ：和Ⅲ型为主。岩石热解分析测定恩平组烃源岩生烃潜力w(S1+S2）为（0.22～34.36）×10-3，平均3.1 1×10-3,HⅠ为41.6～400.0 mg/g，平均为157.4 mg/g。综上所述，研究区热解生气潜力同样巨大。

3.3 流体运移模拟

通过前面有机质成熟度的模拟分析可以知道，处于测线A深部的文昌组和恩平组有机质成熟度已处于高演化阶段，均以产气为主。从测线剖面所在区域的文昌组和恩平组烃源岩产生的油气流体运移模拟结果可以看到（图7），深部的文昌组和恩平组烃源岩已经开始产生大量的热解气，并且产生的热解气通过断层或上部渗透率高的岩层，可以运移至浅部水合物稳定带，为水合物成藏提供一定的热解气。同时也应注意到，虽然深部烃源岩层能够大量产气，但是大部分气体在运移至珠海组和珠江组时，在有利构造部位集聚成藏，这些成藏的气体然后以断裂为主要运移通道向上运移至浅部水合物稳定带；同时，也可以看到，当断层断裂至海底时，气体将沿着断层逸散至海面，造成气体的散失，不利于水合物的成藏。另外，深部热解气也可以随超压孔隙流体向上运移，与浅部生物气混合形成水合物。而在浅部，由于断裂构造不发育，受流体势控制，浅部生物气以则向运移为主运移至水合物稳定带区域。

图7 神狐海域A测线油气运移模拟

4 水合物成藏模式的构建

天然气水合物成藏是一个复杂的过程。其成藏系统包括烃类生成体系、流体运移体系、成藏富集体系，它们彼此之间在时间和空间上的有效匹配将共同决定着天然气水合物的成藏特征。白云凹陷于始新世—早渐新世在潮湿的气候环境、全封闭的深洼陷及高的沉积速率下形成了巨厚的文昌组、恩平组烃源岩，随后，这2组烃源岩在裂后相对构造平静期大量生烃，而以高沉积速率的深水细粒为主的充填作用导致白云凹陷形成超压；随后的东沙运动使白云凹陷发育大型底辟构造和大量NW 向张扭断裂，压力随之得到释放，逐步形成今天趋于正常地层压力的状态[30]。超压存在说明油气运移曾经不畅，现今白云凹陷趋于正常压力，则表明超压得到了有效释放、油气运移通畅，大量油气已经运移出来。因此，可以认为晚期底辟和断裂产生的垂向通道为油气垂向输导的有效通道。油气勘探也显示白云凹陷北坡天然气藏具有晚期断裂控制成藏的特点，同时由于白云凹陷深水区同样存在大量具有底辟构造和断裂相关的浅层亮点气异常反射，也证明了凹陷深部的油气被垂直输导到浅部地层；显然，白云凹陷存在晚期活动的断裂和底辟带的垂向输导系统，可以大大改善天然气的垂向运移条件。代一丁等[31]通过盆地模拟表明：文昌组和恩平组两套烃源岩层在开平凹陷现在处在生、排烃高峰期，在白云凹陷已处在产生裂解气的阶段。这与本次模拟吻合。另外，离该测线不远处，有我国第一口深水钻井LW3-1-1井，该井在上渐新统珠海组和下中新统珠江组钻遇了大量天然气，累计天然气地质储量约为800亿～1 100亿m3[32-33]。据此推测，该区域深部烃源岩在一定程度上可以产生大量热解气，这些热解气通过合适的断层与底辟为天然气水合物的成藏提供一定的热解气源。

同时，近海油气勘探表明[34]，南海北部边缘盆地生物气的烃源岩分布相当广泛，纵向上从上中新统至第四系，甚至在局部区域的中中新统的不同层段均有分布；区域上盆地内均有大套浅海相和半深海相的泥质烃源岩展布，其有机质丰度相对较高，已达到了作为生物气烃源岩的标准，且具有一定的生烃潜力。并且已在珠江口盆地东部白云凹陷北斜坡PY34-1和PY30-1构造的浅层已发现生物气气藏。

图8 神狐海域天然气水合物成藏模式

综上所述，构建了该区的水合物成藏模式图（图8）。该成藏模式认为神狐海域水合物气源为通过深海平原生物气横向迁移和深部热解气的垂向运移混合成因，深度热解烃源岩具有良好的生烃能力，生成的大量气体以活动断裂为主要运移通道向上运移，并在合适的条件下在源岩上部有利构造部位形成一定规模的天然气气藏。同时，这些深源高成熟气体持续以断裂为主要运移通道或者随超压孔隙流体向上运移，这些气体运移至浅部与浅部生物成因气混合在一起，在合适的温压域内形成水合物。

5 结论

1）神狐海域具备有利于天然气水合物成藏的水深、温度、压力条件及其地质条件。

2）神狐海域气源条件充足，白云凹陷深部发育文昌组和恩平组两套主要的烃源岩，其有机碳含量和镜质体反射率值均较高，以产气为主，部分气体通过断裂构造运移至水合物稳定带，为天然气水合物成藏提供一定的热解气气源；神狐海域浅部韩江组，粤海组，万山组及第四系镜质体反射率在0.2％～0.6％之间，热成熟低、厚度大、泥岩及有机质含量高，是良好的生物气气源岩；生物气资源潜力巨大，可为天然气水合物的形成提供生物成因气气源。

3）神狐海域运移条件优越，发育沟通气源岩层的断裂与底辟构造，为水合物的成藏提供气体的垂向运移通道；而在浅部，气体则通过侧向运移为主运移至水合物稳定带。

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年天然气供需形势分析

2011年底，国际油价仍将处于高位，给基础化工行业带来很大的成本压力。 2012年，预计全球经济增速进一步放缓，欧债危机成为首要风险因素，世界石油供需将趋于宽松。国际油价总体将低于2011年水平，预计WTI油价为90-100美元/桶，布伦特油价为105美元/桶，两者价差将有所缩小。影响国际油价的主导因素主要包括世界经济的发展，美元走势以及中东地缘政治形势。短期来看，伊朗局势的持续升温造成了这一波国际油价的走高，但从中长期来看，主导国际油价走势的最主要因素是世界经济发展增速，2012年欧洲经济艰难运行，美国经济艰难复苏，新兴市场国家增速放缓，全球经济面临进一步下行的概率较大，所以油价较难超过2011年的水平。但受流动性宽松的预期以及中东局势的复杂演进，国际油价预计仍将在高位运行。油价的高位运行对于上游石油开采相关企业偏利好，对于下游的基础化工企业来说，在需求端低迷的情况下，成本端的挤压更使企业雪上加霜。

2012年全球油气勘探开发投资总额再创新高，在2011年12%的基础上，再增长10%，达到5980亿美元，增幅连续三年超过10%，勘探开发热点仍将是深水、非常规油气和LNG。油气勘探开发投资在中国将更加受到重视，主要由中国的能源结构决定的。中国的能源结构是富煤贫油少气，油气对外依存度越来越高，2011年石油原油对外依存度超过55%，中国巨大的油气需求迫使政府和企业加大油气勘探开发的力度。石油方面，2011年来国家加大了对深海领域的拓展；天然气方面，在西部地区取得了一定的成绩；另外，又加大了页岩气、煤层气等非常规油气的勘探开发。与此同时，国家也出台了一系列的政策规划，如《找矿突破战略行动纲要(2011-2020年)》及各子行业的十二五规划，对强调了加大对相关油气资源的勘探开发力度，未来十二五时期，将是我们油气勘探开发的重要发展机遇期。

2004年来，石油天然气消费快速上升，中国油气田开发地面系统装备行业保持高速增长态势，中石油、中石化和中海油三大石油集团2002年以来国内油气勘探和开采行业资本性支出年均复合增长率约20%。 通过对原油和天然气投资资金的分析，前瞻产业研究院油气田开发地面系统装备行业研究小组预计中国油气田开发地面系统装备行业市场规模约为500亿元左右。

调查数据显示，2010年，我国天然气探明储量为2.8万亿立方米，仅占世界天然气探明总储量的1.5%。2000-2010十年间中国天然气探明储量的复合增长率为7.2%，而同期国内天然气产量的复合增长率达到13.5%，储量增长同样落后于需求的增速，造成我国天然气储量开采比持续下降到2010年的29.0年，远低于同期世界58.6年的平均水平。

2012年以来，面对国内有限的增产，我国天然气供应依然需要通过大量进口天然气来满足。2012年上半年，我国累计进口天然气1278.2万吨，同比增长30.6%，其中进口液化天然气667.0万吨，同比增长28.9%;进口气态天然气611.2万吨，同比增长32.5%。

燃气阀门应用现状及选型？

一、国内外资源状况

(一)世界天然气资源状况

截至2009年底，世界天然气剩余探明储量为187.49万亿立方米(表1)，比上年增长1.0%。按当前开采水平，世界天然气剩余储量可供开采年限为62.8年。资源主要集中在俄罗斯和中东地区。按地区来说，中东是世界上天然气资源最丰富的地区，拥有76.2万亿立方米，占世界的40.6%。从国度来看，俄罗斯天然气探明储量为44.38万亿立方米，占世界储量的23.7%，居世界第一位;伊朗天然气探明储量为29.61万亿立方米，占世界天然气储量的15.8%，居第二位;卡塔尔的天然气储量为25.37万亿立方米，占世界储量的13.5%，排名第三位。以上三国占世界天然气总储量的53.0%(图1)。同时，根据2009年度各国生产量计算，俄罗斯的剩余可采年限为84.1年，是主要天然气资源国中剩余可采年限最长的。已有数据显示，目前世界天然气储量基本保持增长态势，但增幅不大，近10年的平均年增幅不超过3.0%。

图1 2009年世界天然气探明可采储量分布

表1 2009年世界主要国家天然气资源储量分布

资料来源:BP Statistical Review of World Energy，2010，7

(二)我国天然气资源状况

截至2009年底，我国天然气剩余技术可采储量为3.7万亿立方米(其中，剩余经济可采储量为2.8万亿立方米)，比上年增长8.8%。天然气采出量840.7亿立方米，新增探明技术可采储量3861.6亿立方米。新增探明技术可采储量主要来源于中石油长庆苏里格(1127亿立方米)、中石油塔里木塔中Ⅰ号(888亿立方米)、中石油西南合川(501亿立方米)、中石化西南新场(484亿立方米)、中海油深圳荔湾3－1(344亿立方米)和中石化华北公司大牛地(111亿立方米)。近年来，我国天然气剩余技术可采储量保持较稳定的增长态势，2009年度比上年增长8.8%。但我国天然气储量具有分布不均匀、品质不理想的特点，勘探开发难度较大，生产成本较高(表2;图2)。

2009年度全国主要矿产品供需形势分析研究

图2 2009年我国天然气剩余经济可采储量分布

表2 2009年我国天然气储量分布单位:亿立方米

图3 2000～2009年我国天然气剩余(技术)可采储量变化

我国天然气资源开发在近几年一直处于发展壮大的过程中。天然气资源的勘探投入逐年增加，并不断发现新的资源储量，2009年天然气剩余技术可采储量比上年增长8.8%(图3)。从现有的情况看，未来一段时期内，我国天然气资源的储量还会进一步增加。一方面，我国天然气资源的勘查程度低，还有很大的勘查前景;另一方面，我国能源需求的潜力巨大，而且在油气资源体系内部，石油资源缺口大，天然气在很大程度上可以弥补这个缺口，同时天然气作为清洁能源，其本身具有很好的开发潜力。

二、国内外生产状况

(一)世界天然气生产状况

受全球金融危机影响，2009年世界天然气产量出现下降趋势，总产量约为2.99万亿立方米，同比减少2.4%。美国和俄罗斯仍然是主要天然气生产国，2009年两国的天然气产量占世界总量的37.5%。但俄罗斯在2009年度的产量出现较大幅度的下降，高达12.3%，而美国仍有3.3%的上涨幅度。主要原因是俄罗斯是天然气输出大户，境外需求占其总需求的比重较大，因受全球经济危机影响，境外需求乏力，导致国内产量下滑。而美国的天然气供应部分需要依靠进口，所以国内天然气产量受影响较小。另外，在产量排名前十位的国家中，增长幅度较大的国家是伊朗和卡塔尔，分别达到12.8%和16.0%(表3)。

表3 2004～2009年世界天然气生产情况

资料来源:BP Statistical Review of World Energy，2010

从区域上看，中东和亚太地区仍为主要增长区域，2009年度中东地区天然气产量达到4072亿立方米，比上年增长6.5%;亚太地区产量为4384亿立方米，比上年增长5.2%，增长点主要来源于印度和澳大利亚，两国分别增长28.9%和11.0%。

(二)我国天然气生产状况

我国天然气产量一直保持增长的势头，2009年我国天然气产量达到830亿立方米(表4;图4)，同比增长7.7%。从地区分布看，我国天然气产量主要集中在西部地区。数据显示，中国石油集团的长庆、塔里木和西南三大气田(企业)为天然气主要供应地，合计占全国总量的62.7%，而且国内天然气产量80%以上集中在中国石油集团，2009年度中国石油集团天然气产量共有683.20亿立方米，比上年增长10.7%。另外，中国石化集团、中国海洋石油总公司各有83.28亿立方米和74.77亿立方米的产量。

表4 2004～2009年我国天然气生产情况

资料来源:中国石油天然气集团公司;中国石油化工集团公司;中国海洋石油总公司;中国石油和化学工业协会

注:“全国合计”数据来源于国家统计局，统计口径略有出入。

图4 2000～2009年我国天然气生产和消费变化

从近几年天然气产量增长趋势看，我国各地区表现不一。在2009年，三大产地之一的长庆天然气产量，比上年增长31.8%，连续几年保持高增长态势;另外塔里木气田也呈现较好的增长态势，但2009年的增长幅度放缓，只有4.1%;排名第三位的西南气田，近几年产量基本保持稳定，2009年有小幅增长(1.3%)。而其他生产地区产量相对较小，部分气田(企业)已呈逐年减产的态势。从全国的产量变化趋势上观察，近几年我国天然气产量增幅在逐年放缓，已从2005年的21.9%下降到2009年的7.71%。

三、国内外消费状况

(一)世界天然气消费状况

2009年，世界天然气消费量达到29404亿立方米，同比下降2.3%。在此前的2001～2008年中，世界天然气消费量保持增长的态势，平均增幅2.78%。消费量最大的国家仍为美国，2009年消费天然气6466亿立方米，比上年略有下降。俄罗斯作为天然气生产大国，其本国消费也有3897亿立方米，居世界第二位。排名第三位的国家是伊朗，2009年消费量为1317亿立方米，增长幅度较大，达10.4%(表5)。

表5 近年世界天然气消费情况

续表

资料来源:BP Statistical Review of World Energy，2010

从区域上看，欧亚大陆和北美是全球两个主要天然气消费地区，2009年各占全球消费总量的35.9%和27.8%。但因全球金融危机影响，比上年度都有不同程度的下降(分别下降6.8%和1.2%)。而亚太和中东地区仍保持增长势头，比上年分别增长了3.4%和4.4%。

(二)我国天然气消费状况

2009年，我国天然气表观消费量为874亿立方米，增长8.3%。加上国内经济继续保持稳健的步伐，能源消费需求也将不断攀升，作为能源发展的一个重要组成部分，天然气消费量也将进一步增加。“九五”期间，天然气的消费增长量是101.7亿立方米，年均增长率为9.57%;“十五”期间消费增长量已高达246.4亿立方米，年均增长率高达12.91%。统计数据显示，2008年我国天然气消费主要集中在工业领域，占全部消费量的65.4%，这个巨大的消费量主要由其下的制造行业产生，达到337.92亿立方米。其次是采掘业，达到109.67亿立方米，但从发展趋势看，采掘业在消费中所占比重已在减少。除工业部门外，生活消费领域也有170.12亿立方米的消费量，同比出现很大幅度增长(27.54%)(表6)。从天然气消费领域的比重上分析得出，除建筑业消费比重在降低，其他领域的消费量都在增长。从消费地区结构上看，我国天然气消费以产地消费为主，主要集中在西南、东北、西北地区，即四川、黑龙江、辽宁、新疆，占全国消费量的80%以上。目前，随着管道建设的开展，北京、天津、重庆、成都、沈阳、郑州和西安等许多大中城市都用上了管道天然气。

表6 2003～2008年我国天然气消费结构单位:亿立方米

资料来源:中国统计年鉴，2003～2008

人均消费量稳步提高，但消费量依然很少，2008年，人均消费量为12.8立方米(中国统计年鉴)，比上年增长17.43%。同时，我国天然气总消费量在世界上所占份额也很少，与我国众多的人口极不相称。2009年，我国天然气消费量占世界天然气总消费量的3.0%(BP数据)，有进一步上升的空间。

四、国内外贸易状况

(一)国际天然气贸易状况

2009年，全球天然气贸易创历史新高，贸易总量高达8765.4亿立方米，管道天然气和LNG(液化天然气)贸易量分别为6337.7亿立方米和2427.7亿立方米。LNG贸易量创历史新高，其中亚洲增长潜力最大，贸易量达1522.7亿立方米。管道天然气贸易依然以欧洲地区为主，2009年其贸易量为4443.8亿立方米，占管道天然气贸易总量的70.1%。

2009年，受世界经济不景气影响，排名世界前三位的LNG进口国日本、韩国和西班牙，贸易量都有6.0%左右的下降幅度，但其合计进口量仍超过全球进口总量的60%。美国经过2008年的低谷后，LNG进口量开始回升。增长势头较好的国家是印度、中国和英国，中国和印度作为新兴经济体，近年对外能源的依赖程度越来越高，未来还有增长的势头;英国作为西欧大经济体，国内能源供应不足，能源进口的压力长期存在，发展LNG进口可能是其一个重要选择(表7)。

表7 2004～2009年世界LNG主要进口/入境国家和地区

资料来源:BP Statistical Review of World Energy，2005～2010

在管道天然气贸易进口方面，2009年进口量最多的是美国、德国和意大利，分别达到930.3亿立方米、888.2亿立方米和664.1亿立方米，三个国家合计占全球管道天然气进口量的39%。另外，法国、俄罗斯和英国都有300亿立方米以上的进口量。年度增幅最大的国家是加拿大和阿联酋，分别达到24.8%和12.0%。在2009年，管道天然气进口量出现较大幅度下降的国家是美国、意大利、英国、土耳其和比利时，降幅都在10%以上，其中，比利时下降幅度高达17.8%(表8)。

表8 2004～2009年世界管道天然气主要进口国家

资料来源:BP Statistical Review of World Energy，2005～2010

管道天然气出口方面，俄罗斯依然是最大的出口国，在2009年达到1764.8亿立方米，比上年增长14.3%，占管道天然气出口总量的27.8%。其次是挪威和加拿大，分别有957.2亿立方米和922.4亿立方米的管道天然气出口量，加拿大近年来出口量一直在1000亿立方米左右，2009年比上年下降10.6%。而挪威的出口量一直保持增长态势。另外，2009年荷兰、阿尔及利亚和美国分别有496.7亿立方米、317.7亿立方米和294.6亿立方米的管道天然气出口量，分别排在世界的第五、第六、第七位。土库曼斯坦正在实施天然气出口多元化战略，出口势头发展较好，在2009年度管道天然气出口已达到167.3亿立方米，增幅较大(表9)。

在LNG出口方面，2009年全球出口总量是2427.7亿立方米，与管道天然气出口趋势一样，LNG的全球出口量一直保持增长的态势，年度增幅达7.2%。在2009年世界LNG出口中，卡塔尔的出口量最大，达到494.4亿立方米，增幅也最大，高达24.6%。其次是马来西亚和印度尼西亚，LNG出口量分别达到295.3亿立方米和260.0亿立方米，分别居二、三位，但是从出口发展趋势看，两国未来增长空间较小，印度尼西亚基本上呈现逐年下降的趋势。另外，受全球金融危机的影响，部分LNG出口国受到较大的影响，其中表现较为明显的是尼日利亚，降幅高达22.2%(表10)。

表9 2004～2009年世界管道天然气主要出口国家

资料来源:BP Statistical Review of World Energy，2005～2010

表10 近年世界LNG主要出口国家

资料来源:BP Statistical Review of World Energy，2005～2010

(二)国内天然气进出口贸易状况

2009年，石油气及其他烃类气(简称液化石油气，下同)进口量达969万吨，比2008年增长63.0%;进口金额为约34亿美元，比上年增长16.4%;减去出口317万吨，2009年我国液化石油气净进口652万吨。我国石油气主要以进口为主，在近十几年，只有1997年出现了净进负值，主要是由于1996年经济泡沫的影响，此后几年中净进口量总体上保持增长的势头(表11)。近几年我国LNG进口方面也有了新的发展。2006年我国首批进口的液化天然气进入广东省的液化天然气接收终端;2007年广东LNG项目正式投入商业运营，该年我国进口LNG291万吨，是2006年进口量的3倍多，其中248万吨为澳大利亚西北大陆架项目的长期合同供货，约占进口总量的85%，平均价格为206.16美元/吨。2009年我国液化天然气进口量达553万吨，同比增长65.8%，进口金额为12.87亿美元，同比增长38.2%。

据预测，到2020年，我国天然气供应中有49%来自进口，其中39%将来自液化天然气进口，10%来自俄罗斯和中亚国家的管道天然气进口。

出口方面，2009年，我国天然气出口232.5万吨，比上年下降1.1%，出口金额近5亿美元，同比增长4.3%。

表11 2006～2009年我国石油气进出口情况

资料来源:中国海关统计年鉴，2006～2009从进口国度上看，我国2009年石油气进口的主要来源国是澳大利亚、伊朗、卡塔尔、马来西亚和阿联酋，从以上5个国家进口的量占进口总量的77.5%(表12);澳大利亚是我国石油气资源进口的主要来源地，进口量达到385万吨，占总进口量的39.7%，比上年增长36.0%;卡塔尔是我国石油气进口增长幅度最大的国家，2009年的进口量比上年增长323%;俄罗斯则实现了零的突破，未来增长潜力较大;科威特则出现逐年下降的态势，2009年从其进口26万吨，比上年减少49.0%。

从进口的区域看，除了澳大利亚这个最大进口源以外，其他具有重要地位的进口源主要集中在中东地区和非洲的阿尔及利亚等地，亚洲的主要进口对象为印度尼西亚。从进口的对外依存度上评估，澳大利亚所占比例过重，有必要进一步扩大其他地区的进口量，以降低对外进口集中度，降低资源供应风险。根据目前的进口区域分布情况，我国应加强与这些地区的政治外交，扩大与中东和中亚国家的油气资源合作，并结合国内LNG接收站的建设发展，逐步分散进口区域，降低风险。

表12 2006～2009年我国石油气进口主要来源

资料来源:中国海关统计年鉴，2006～2009

五、天然气价格走势分析

1990～2009年，世界LNG价格总体上呈上升态势(图5)。2008年，国际天然气价格达到历史最高水平。之后，受金融危机的影响，全球天然气贸易受到冲击，价格回落，回归到理性水平。以日本LNG到岸价格为例，2009年为9.06美元/百万英热单位。随着2010年全球经济回暖，未来LNG进口价格将会保持增长势头。

图5 ～2009年日本LNG到岸价格

2009年，管道天然气价格也出现较大幅度的回落，全球四大天然气交易中心统计数据显示，其交易价格均出现不同程度的下降，其中，加拿大的亚伯达和美国的亨利中心价格下降幅度最大，基本回到2003年的水平。相比之下，欧盟的到岸价格下降幅度稍小些，主要是因为欧盟地区是天然气进口大户，缺口较大，能在一定程度上支撑价格基本面(图6)。

图6 ～2009年世界天然气价格

我国天然气行业现行的定价政策以成本加成法为基础。随着天然气行业的不断发展，根据天然气资源供不应求的现状和市场结构的变化，天然气定价政策几经调整，基本呈现出在政府监管下市场定价的基本特征，从考虑天然气生产企业成本水平，又适当考虑市场用户承受能力的角度出发，我国天然气行业现行定价政策被概括表述为:以成本加成法为基础，适当考虑市场需求的定价方法，出厂价为政府定价，天然气管道输送价格为政府指导价并采取老线老价、新线新价的定价政策。为了改变现有价格体系，政府已着手开展天然气定价改革，改革方向是与国际接轨。

六、结论

(一)世界天然气供需趋势

世界天然气的供应，从20世纪90年代至今，基本保持较为平稳的增长趋势。全球能源需求量的不断扩大、天然气资源探明储量的不断增加，又给天然气供应市场的发展带来了新机遇。1990年，世界天然气供应量只有19918亿立方米，到2008年供应量已达到30607亿立方米，增长53.7%，虽然2009年受金融危机影响，供应量有所下滑，但未来仍呈增长态势。同时，在当前石油能源供应紧张的形势下，天然气的勘探与开发力度不断加大，进一步促使天然气在21世纪充当重要能源角色，使其供应量持续增长。

在需求方面，随着全球能源需求量的不断扩大，天然气因其具有洁净、环保等优势，需求量一直保持稳步增长，成为能源消费结构中的重要角色。1990年，世界天然气需求量只有19817亿立方米，到2009年已达到29403亿立方米。

在供需平衡上，天然气一直较为平衡，例如，2009年世界天然气有466亿立方米富余量。预计未来几年内，天然气的供需依然能保持平衡。

(二)我国天然气供需趋势

近几年，我国天然气的供应能力有所加强，天然气的生产量和进口量都在不断增加，2001～2009年，供应量年均增长率达到13.34%，增长势头较好。在需求方面，我国天然气近几年保持不断增长的态势，2001～2009年的年均增长率达到15.24%，2009年达到880亿立方米。

从近10年的进出口情况看，我国的天然气净进口量在不断扩大，进口方式有了扩充，特别是LNG进口有了较快的发展，2006年，LNG进口进入了一个新的纪元，与境外合作进入新的阶段，2009年度我国LNG进口553万吨，同比增长65.8%。管道天然气进口也取得了突破，2009年12月14日，我国首条跨国天然气管道———中亚天然气管道投产，引自土库曼斯坦等国的天然气将达300亿立方米/年。

天然气消费区域继续扩大。截至2009年底，我国已建成的天然气管道长度达3.8万千米，初步形成了以西气东输、川气东送、西气东输二线(西段)以及陕京线、忠武线等管道为骨干，兰银线、淮武线、冀宁线为联络线的国家级基干输气管网;同时，江苏LNG和大连LNG项目进展顺利，浙江LNG项目获国家核准，进口LNG资源不断落实，形成了天然气资源供应的新格局，天然气消费市场扩展到全国30个省(自治区、直辖市)、200多个地级及以上城市。

从未来的能源消费结构及发展趋势看，我国天然气依靠本国生产供应的压力较大，必须结合进口及境外开采等方式，来保障我国天然气的供应平衡与市场稳定。从进口的源头与方式上看，我国在近几年有了新的突破，管道进口方面，与俄罗斯和中亚等国有了新的协议与合作，LNG进口方面，沿海地区接收站点建设步伐较快，发展势头良好，相信在未来的能源供应格局上可以起到促进全局合理化的作用，一方面拓宽沿海城市的资源供应方式，另一方面缓解远途管道供应的压力。

(余良晖)

GIS技术在国内的研究现状及其发展趋势

阀门是燃气输配、存储系统安全运行和检修、改造、发展必不可少的重要设备。如果燃气阀门选型不当或质量不佳，就可能引发泄漏、停产等事故。事故一旦发生，轻则影响社会正常生活、生产，重则给国家、人民生命财产带来重大损失。因此，对燃气阀门的选用必须慎重。

1燃气阀门应用现状

随着燃气事业的发展，燃气专用阀门的需求量越来越大，上海巴阀阀门生产厂家不断地推出新产品，以适应市场竞争的需要。目前，我国埋地用燃气阀门从结构形式分主要有闸阀、球阀、蝶阀。传动方式主要有手动、蜗轮传动、电动、气动、气—液联动等。安装方式有需建闸井和直埋两种。据有关资料显示，在城镇煤制气输配系统中应用最广的是手动式闸阀。以天津市为例，我市河北、红桥、北辰三个区共有中压管道120多公里，阀门300多个，其中80%以上是闸阀，其次为蝶阀、球阀。在实施气源转换工程之前，上述三个区燃气管道中运行的是人工煤气。人工煤气中含有较多的杂质，尤其是焦油、芳香烃和粉尘混合形成的“煤气胶”经常影响阀门密封甚至"咬死"阀杆。因此在阀门的选用上我们主要选择那些从结构特点能解决这一问题的阀门，从而保证阀门启闭灵活、无泄漏。经过多年的实践摸索和数据分析，我们发现闸阀(包括平行双闸板闸阀和弹性密封单闸板闸阀)比较适用。但随着天代煤工程的结束，燃气的性质发生了变化。天然气较煤制气洁净干燥，但含有砂粒质粉尘，压力也较煤制气高，在高压力作用下砂粒粉尘将对阀门内腔形成较强的冲刷作用且天然气中含有腐蚀性极强硫化氢，因此如何在城镇地下管道上选用天然气阀门是摆在我们面前的新课题。

2天然气阀门选型分析

2.1埋地天然气阀门应满足的要求

天然气具有易燃易爆腐蚀性强等特点，所以安装在地下管网上的天然气阀门应满足以下要求：

2.1.1材料耐腐蚀

管线输送的天然气在脱硫前含有大量的硫化氢(这是一种有毒且腐蚀性极强的气体，它和铁反应生成硫化铁，呈片状剥落，腐蚀机械设备)。即使经过脱硫等工艺处理的天然气，仍有残存的硫化氢。因此管线阀门选材要选抗硫的耐腐蚀材料。

2.1.2结构合理

埋地燃气阀门应为全通径设计，降低流阻，便于通过管道清扫器或管道探测器,同时节约运行成本；尽可能降低结构高度以便节约安装成本；阀门顶部应装有全封闭的启闭指示器，便于操作者随时看清阀门所处状态，以避免误操作。

2.1.3密封性好

天然气阀门的泄漏量要求十分严格，CJ3055-95《城镇燃气阀门的实验与检验》标准规定：软密封阀门在1.1倍公称额定使用压力下不允许有任何察觉的内泄漏、硬密封阀门在1.1倍公称额定使用压力下允许的内泄漏量小于0.3DNmm3/s。至于外泄漏是绝对不允许的。通常埋地和较重要的阀门都采用阀体全焊式结构。为了保证管线阀门的密封性能，要求密封副具有优良的耐腐蚀性、耐磨性、自润性及弹性。

2.1.4操作方便

地下管线阀门绝大多数为人力启闭，因此要求阀门的启闭扭矩小，全程转圈数不能太多，便于事故发生后能够尽快切断气源。

2.1.5维护简单

阀门的零部件设计应考虑采用少维护、免维护结构，尽可能减少检修保养的工作量，减少因阀门检修保养而封闭道路，影响交通的情况发生。

2.2几种常用阀门的对比分析

目前我国天然气行业使用的燃气阀门从结构形式上分主要有三个大类，即闸阀、球阀、蝶阀等。下面从三个方面对这几种阀门进行分析比较：

2.2.1工作原理及结构特点的比较

闸阀是通过闸板的上下移动，来启闭阀门，以实现管线上某一部位系统需要“全开、全关”控制，且满足介质通过只产生微小的压力降要求。闸阀通常适用于不需要经常启闭，而且保持闸板全开或全闭的工况。不适用于作为调节或节流使用。闸阀一般为全通径设计，流通阻力小，可通过清扫球和管道探测器。闸阀结构高度较高(一般为管径的3—5倍)，适合管道埋深较深的情况。

球阀是靠旋转球体来使阀门启闭(开、闭只须旋转90°)。球阀开关轻便，体积小，可以做成很大口径，密封可靠，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，在各行业得到广泛的应用。其结构简单、维修方便，全通径设计，流通阻力小，可通过清扫球和管道探测器。

蝶阀是根据管子挡扳的原理设计的，其流动控制元件是一个有倾角的盘，圆盘固定在心轴上，并以旋转心轴来控制启闭，阀座固定于阀体壁上。其阀体为薄饼型，适用于调节介质流量。蝶阀结构体积小，重量轻，易操作，但流通阻力大且不能通过清扫球和管道探测器。

从以上结构特点及工作原理来分析，闸阀和球阀比较适合应用于天然气管道。

2.2.2经济性比较

我们以安装一个额定压力为4公斤，公称直径为DN200的阀门所需的费用进行经济性比较得出，使用球阀造价最高，约为闸阀及蝶阀费用的三倍。闸阀虽然价格比蝶阀高出很多(约为蝶阀的4倍)，但是由于此种闸阀可直埋，所以节约了大量的安装费用，从而使闸阀与蝶阀的整体费用相近。而从多年的使用结果来看闸阀的性能及使用寿命远远优于蝶阀。所以从这一环节看，闸阀应为首选阀门。

2.2.3安全性比较

随着技术水平的不断提高，各种闸阀的安全性也不断得到提高。平行双闸板闸阀内部装有阀杆保护套，使阀杆不受介质的侵蚀；壳体采用特殊设计的"鼠笼框架式加强筋"，减轻了阀门总体重量，增强了壳体强度和刚度；弹性密封闸阀采用弹性硬密封，阀门全开或全关时，密封副完全把介质同阀门内腔隔离开来使闸阀具有耐火、耐高温、耐腐蚀的特点。闸阀带有全封闭的启闭指示器，使操作者清楚了解阀门所处状态。

球阀也具有耐火性，耐高温的特性。火灾高温烧毁密封座上的聚四氟乙烯材料后，金属密封座及各个密封部位均能形成金属对金属的密封结构，阻止燃气介质扩散，防止灾情继续扩大；另外它还具有防静电结构，使球阀在启闭过程中形成的静电导入地下，避免静电积聚点燃介质，确保设备安全；球阀有限位加锁机构，可防止操作员误操作或非法操作。

蝶阀的密封副隔离宽度太窄，容易造成阀瓣关闭过程中过头或不到位，影响密封；另外，由于密封副中-部分是橡胶或聚四氟乙烯，在气体冲刷中易损坏或脱落，且遇火遇高温易损坏，使用年限短。

从以上的分析结果我们可以看出，无论从哪个角度来说蝶阀都不太适用于埋地燃气管道。但因空间条件限制时，只能选用蝶阀。选蝶阀时应选用多偏心优质蝶阀，密封材料选用聚四氟乙烯或硬密封，调试时必须准确调整到关闭位置。

闸阀和球阀从结构特性和安全性来说都比较适用于埋地天然气管道。但它们也都有各自的缺点。球阀从设计到制造都需要较高的技术水平，因此其造价较高。闸阀启闭时需要旋转很多圈，启闭用时较长。所以我们在选用阀门时应综合各方面的因素，在保证安全可靠的情况下，尽量地节约成本，从这个角度出发，我们应根据燃气特性和管线的使用压力合理选用阀门，既能满足管线的安全运行又能达到减少造价，物尽其用的目的。

随着我国燃气事业和科学技术的不断发展，会有更多新技术、新材料应用于燃气阀门的制造。因此燃气阀门的选用标准也应不断的改进，以适应燃气用户的需要。

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0 引言

随着计算机技术的飞速发展、空间技术的日新月异及计算机图形学理论的日渐完善，GIS（Geographic Information System）技术也日趋成熟，并且逐渐被人们所认识和接受。近年来，GIS被世界各国普遍重视，尤其是“数字地球”概念的提出，使其核心技术GIS更为各国政府所关注。目前，以管理空间数据见长的GIS已经在全球变化与监测、军事、资源管理、城市规划、土地管理、环境研究、农作物估产、灾害预测、交通管理、矿产资源评价、文物保护、湿地制图以及政府部门等许多领域发挥着越来越重要的作用。当前GIS正处于急剧发展和变化之中，研究和总结GIS技术发展，对进一步开展GIS研究工作具有重要的指导意义。因此，本文就目前GIS技术的研究现状及未来发展趋势进行总结和分析。

1 GIS研究现状及其分析

1.1 GIS研究现状

世纪90年代以来，由于计算机技术的不断突破以及其它相关理论和技术的完善，GIS在全球得到了迅速的发展。在海量数据存储、处理、表达、显示及数据共享技术等方面都取得了显著的成效，其概括起来有以下几个方面[1]：①硬件系统采用服务器/客户机结构，初步形成了网络化、分布式、多媒体GIS；②在GIS的设计中，提出了采用“开放的CIS环境”的概念，最终以实现资源共享、数据共享为目标；③高度重视数据标准化与数据质量的问题，并已形成一些较为可行的数据标准；④面向对象的数据库管理系统已经问世，正在发展称之为“对象——关系DBMS（数据库管理系统）”；⑤以CIS为核心的“3S”技术的逐渐成熟，为资源与环境工作提供了空间数据新的工具和方法；⑥新的数学理论和工具采用CIS，使其信息识别功能、空间分析功能得以增强等等。

在GIS技术不断发展下，目前GIS的应用已从基础信息管理与规划转向更复杂的区域开发、预测预报，与卫星遥感技术相结合用于全球监测，成为重要的辅助决策工具。据有关部门估计，目前世界上常用的GIS软件己达400多种[2].国外较著名的GIS软件产品有[3]：Auotodesk系列产品、Arc/Info、MapInfo及其构件产品、Intergraph、Microstation等，还有Web环境下矢量地图发布的标准和规范，如XML、GML、SVG等等。我国GIS软件研制起步较晚，比较成熟的测绘软件主要有南方CASS，MapGIS，GeoStar，SuperMap等。尽管现存的GIS软件很多，但对于它的研究应用，归纳概括起来有二种情况：一是利用GIS系统处理用户的数据；二是在GIS的基础上，利用它的开发函数库二次开发用户专用的GIS软件。目前已成功应用包括资源管理、自动制图、设施管理、城市和区域规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事等九大类别的一百多个领域。在美国及发达国家，GIS的应用遍及环境保护、灾害预测、城市规划建设、政府管理等众多领域。近年来，随着我国经济建设的迅速发展，加速了GIS应用的进程，在城市规划管理、交通运输、测绘、环保、农业等领域发挥r重要的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。

1.2 当前GIS发展存在的主要问题

基于以上GIS技术现状研究，本文分析认为GIS技术在模型、数据结构等方面存在着不足，一定程度上制约了GIS技术的发展。

（1）数据结构方面存在的问题

目前通用的GIS主要有矢量、栅格或两者相加的混合系统，即使是混合系统实际上也是将两类数据分开存储，当需要执行不同的任务时采用不同的数据形式。在矢量结构方面，其缺点是处理位置关系（包括相交、通过、包含等）相当费时，且缺乏与DEM和RS直接结合的能力。在栅格结构方面，存在着栅格数据分辨率低，精度差；难以建立地物间的拓扑关系；难以操作单个目标及栅格数据存贮量大等问题[4].

（2）GIS模型存在的问题

传统GIS模型是按照计算机的方法对客观世界地理空间不自然的分割和抽象，使得人们认知地理空间的认知模型与计算机中的数据模型不能形成良好的对应关系，难以表达复杂的地理实体，更难满足客观世界的整体特征要求。在GIS软件开发中，如果语义分割不合理，将难以有效表达地理空间实体间的关系，这就导致较深层次的分析、处理操作难以实现。随着GIS应用需求领域的不断开拓及计算机技术的迅速发展，对空间数据模型和空间数据结构提出了更高的要求，使得传统的地理空间数据模型力不从心，逐渐暴露其弊端。

目前，面向对象的数据模型一定程度上解决了传统GIS数据模型的某些不足，但是OODB（面向对象数据库）目前仍未在市场以及关键任务应用方面被广泛接受，因为OODB作为一个DBS还不太成熟，如缺少完全非过程性的查询语言以及视图、授权、动态模式更新和参数化性能协调等；且OODB与RDB之间缺少应有的兼容性，因而使得大量的已建立起来的庞大的RDB客户不敢轻易地去选择OODB.

（3）其他方面亟待解决的问题

当前，GIS正处在一个大变革时期，GIS的进一步发展还面临不少问题，主要表现在以下几个方面[5]：①GIS设计与实现的方法学问题。在GIS设计与实现过程中缺乏面向对象的认知方法学和面向对象的程序设计方法学的指导，导致GIS软件系统的可靠性和可维护性差；②GIS的功能问题。当前以数据采集、存储、管理和查询检索功能为主的GIS，不能满足社会和区域可持续发展在空间分析、预测预报、决策支持等方面的要求，直接影响到GIS的应用效益和生命力；③三维GIS模型及可视化问题。目前大多数GIS软件的图形显示是基于二维平面的，即使是三维效果显示也是采用DEM的方法来处理表达地形的起伏，涉及到地底下真三维的自然和人工现象显得无能为力。

2 GIS未来发展趋势

2.1数据管理方面

（1）多比例尺、多尺度和多维空间数据的表达[6]

对于多比例尺数据的显示，将运用影像金字塔技术、细节分层技术和地图综合等技术；而为了实现GIS的动态、实时和三维可视化，出现存储真三维坐标数据的3D GIS和真四维时空GIS，这其中涉及了空间数据的海量存储、时空数据处理与分析以及快速广域三维计算与显示等多项理论与技术[7].

（2）三库一体化的数据结构方向

空间数据库向着真正面向对象的数据模型和图形矢量库、影像栅格库和DEM格网库三库一体化数据结构的方向发展[8].这种三库一体化的数据结构改变了以图层为处理基础的组织方式，实现了直接面向空间实体的数据组织，使多源空间数据的录入与融合成为了可能，从而为GIS与遥感技术的集成创造了条件。

（3）基于空间数据仓库（Spatial Data warehouse）的海量空间数据管理的研究

空间数据量非常大，而且数据大都分散在政府、私人机构、公司的各个部门，数据的管理与使用就变得非常复杂，但这些空间数据又具有极大的科学价值和经济价值，因此大多数发达国家都比较重视空间数据仓库的建立工作，许多研究机构和政府部门都参与到空间数据仓库建立的研究工作。

（4）利用数据挖掘技术进行知识发现

空间数据挖掘是从空间数据库中抽取隐含的知识、空间关系以及其他非显式的包含在空间数据库中但以别的模式存在的信息供用户使用，这是GIS应用的较高层次。由于目前空间数据的组织与管理仍局限于二维、静态、单时相，且仍以图层为处理基础，因此，当前的GIS软件和空间数据库还不能有效地支持数据挖掘。

2.2技术集成方面

（1）“3S”集成

“3S”是GPS（全球定位系统）、RS（遥感）和GIS的简称，“3S”集成是指将遥感、空间定位系统和地理信息系统这三种对地观测技术有机地集成在一起。地理信息是一种信息流，RS、GPS和GIS中任何一个系统都只侧重于信息流特征中的一个方面，而不能满足准确、全面地描述地理信息流的要求。因此，无论从物质运动形式、地学信息的本质特征还是“3S”各自的技术特征来说，“3S”集成都是科技发展的必然结果。

目前，“3S”集成还仅限于两两结合方式，这是“3S”集成的初级和基础起步阶段，其核心是GIS与RS的结合。这种两两结合虽然优于单一系统，但是仍然存在以下缺陷。将“3S”进行集成从而形成一体化的信息技术体系是非常迫切的。这种集成包括空基“3S”集成和地基“3S”集成，即在硬件方面建立具有同步获取涉谱数据和空间数据的高重复观测能力的平台，而在软件方面使GIS支持数据封装，同时解决图形和图像数据的统一处理问题。

（2）GIS与虚拟现实技术的结合

虚拟现实（Virtual Reality）是一种最有效地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术，是当代信息技术高速发展和集成的产物。从本质上说，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，通过计算机建立一种仿真数字环境，将数据转换成图形、声音和接触感受，利用多种传感设备使用户“投入”到该环境中，用户可以如同在真实世界那样“处理”计算机系统所产生的虚拟物体。将虚拟和重建逼真的、可操作的地理三维实体，GIS用户在客观世界的虚拟环境中能更有效的管理、分析空间实体数据。因此，开发虚拟GIS已成为GIS发展的一大趋势。

（3）分布式技术、万维网与GIS的结合[9]

目前，随着Internet技术的迅猛发展，其应用已经深人到各行各业，作为与我们日常生活息息相关的GIS也不例外，它们的结合产生了web GIS.当前Web GIS系统已经得到迅速的发展，到1999年1月，仅在美国出现的这类系统就有23种之多。又由于客户端可能会采用新的应用协议，因此也被认为是Internet GIS.

计算机网络技术的飞速发展，分布式计算的优势日益凸显，GIS与分布式技术结合也就成为必然，它们的结合即构成了分布式CIS.它就是指利用最先进的分布式计算技术来处理分布在网络上的异构多源的地理信息，集成网络上不同平台上的空间服务，构建一个物理上分布，逻辑上统一的GIS.它与传统GIS最大的区别在于它不是按照系统的应用类别、运行环境划分的，而是按照系统中的数据分布特征和针对其中数据处理的计算特征而分类的。

（4）移动通信技术与CIS的结合发展[10]

WAP/WML技术作为无线互联网领域的一个热点，已经显示了其巨大的应用前景和市场价值。WAP柳ML技术与GIS技术的结合产生了移动GIS（Mobile GIS）应用和无线定位服务LBS（Location一basedServices）。通过WAR/WML技术，移动用户几乎可以在任何地方、时间获得网络提供的各种服务。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里。大多数的分析家都认为，到2010年，无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

当前用于地理信息交互的语言还不足以完成真正的“设备无关接口”的互操作。各种移动设备对于从地理信息服务器所获得的信息，其表现方式是各不相同的，用户输人方式也不相同。因此，对于不同的移动设备需要一种统一的标记语言。无线定位服务将提供一个机会使GIS突破其传统行业的角色而进人到主流的IT技术领域里：大多数的分析家都认为，到2010年，无线网络将成为全球数据传送的主要途径。GIS的未来将会由其机动性所决定。

（5）GIS与决策支持系统（DSS）的集成[11]

决策支持系统（Decision Support System，简称DSS）是以管理学、运筹学、控制论、行为科学和人下智能为基础，运用信息仿真和计算手段为基础，综合利用现有的各种数据库、信息和模型来辅助决策者或决策分析人员解决结构化和半结构化问题，甚至非结构化问题的人机交互系统。

目前，绝大多数的GIS还仅限于图形的分析处理，缺乏对复杂空间问题的决策支持，而目前绝大多数的DSS则无法向决策者提供一个友好的可视化的决策环境。因此，将GIS与DSS相集成，最终形成空间决策支持系统（SDSS），借助GIS强大的空间数据处理分析功能，并在DSS中嵌入空间分析模块，从而辅助决策者求解复杂的空间问题，这是GIS应用向较高层次的发展。其中SDSS中知识的表达、获取和知识推理以及模型库、知识库、数据库三库接口的设计是哑待解决的关键问题。

2.3 发展历程方面

自20世纪60年代世界上第一个GIS——加拿大地理信息系统（CGIS）问世以来，经过40年的发展，GIS经历了三个阶段的发展。目前，随着第三代互联网的提出与实施，以及计算机技术、数据库技术的飞速发展，GIS即将步入第四代GIS发展阶段。

第四代GIS软件将在数据组织、存储、检索和运算等方面发生革命性的变革。数据组织应该是面向空间实体的，空间位置只是实体众多属性中的一类，它应和其它属性有机地组织在一起并统一存放：“关系”概念和“关系运算”应该加以扩充，应该包括空间关系及其运算；传统的结构化查询语言应该扩充，把空间关系及其查询包括在里面；以倒排表为基础的数据库索引机制应该扩展，建立至少包括拓扑关系在内的新的索引机制；数据存储机制应该适应空间数据提取和计算的要求等。只有实现数据真正的一体化存储和处理，才能自由地、方便地、快速地实现人们所期望的处理功能。在功能上，第四代GIS软件应该具备支持数字地球（区域、城市）的能力，成为OS、DBMS之上的主要应用集成平台，它具有统一的海量存储、查询和分析处理能力、一定的三维和时序处理能力、强大的应用集成能力和灵活的操纵能力，且具有一定的虚拟现实表达。

3 结束语

通过以上对GIS现状及发展趋势的分析，可以看出，GIS作为信息产业的重要组成部分，正以前所未有的速度向前发展。把握当前GIS的技术发展现状及不足，有利于人们预见GIS的发展趋势，站在更高更远的角度去扬长避短，较好地促进GIS技术的快速发展。随着地理信息系统产业的建立和数字化住处产品在全世界的普及，GIS将深人到各行各业以至千家万户，成为人们生产、工作、学习和生活中不可缺少的工具和助手。