Ein mathematisches Modell zur Untersuchung der Methanhydratverteilung im Nankai-Trog

Methanhydrat ist ein natürlich vorkommender eisartiger kristalliner Feststoff, der entsteht, wenn Methan und Wasser geologischen Hochdruck- und Tieftemperaturbedingungen ausgesetzt werden. Es wird oft in Sedimenten am Kontinentalrand und im Permafrost eingeschlossen gefunden.

Aufgrund seines immensen Potenzials als mögliche Energieressource haben Forscher versucht, ein besseres Verständnis der geochemischen und geophysikalischen Faktoren zu erlangen, die die Verteilung von Methanhydrat-Reservoirs steuern.

Die Bildung dieser Lagerstätten dauert jedoch Tausende von Jahren und ihre Lagerstätten befinden sich häufig in geologisch heterogenen Bedingungen. Dies macht es schwierig, eine umfassende Echtzeitbewertung der Bildung, Verteilung oder Ansammlung von Methanhydraten durchzuführen.

In einer Studie veröffentlicht in InselbogenAssociate Professor Hitoshi Tomaru hat nun zusammen mit Chao Xu von der Graduate School of Science and Engineering der Universität Chiba ein mathematisches Modell entwickelt, um dieses Problem zu umgehen. Sie untersuchten die Verteilungseigenschaften und Akkumulationsmechanismen von Methanhydraten im japanischen Nankai-Trog indirekt mithilfe numerischer Simulationen mithilfe eines eindimensionalen Strömungsmodells.

Die Forscher führten numerische Simulationen des Hydratbildungsprozesses durch, indem sie das von Liu und Fleming 2007 vorgeschlagene mathematische Modell zur Untersuchung der Methanhydratsättigung modifizierten (SH). Sie nutzten Protokollierungs- und geochemische Daten aus dem Kumano-Forearc-Becken des Nankai-Trogs, das vor der Küste der Hauptinsel Japans liegt und beträchtliche Hydratreserven beherbergt.

„Mit diesem Modell wollten wir Erkenntnisse über die Verteilungsregelmäßigkeit von Methanhydrat und die Faktoren gewinnen, die die Hydratbildung steuern. Aufbauend auf dem ursprünglichen Modell untersuchten wir daher die Auswirkungen der tiefen Flüssigkeitsversorgung und der Reservoirlithologie auf die Verteilung und Menge von Methan „Wir haben eine glattere Flusskonfiguration verwendet, um den Einfluss der Variation des Methanflusses auf die Simulationsergebnisse besser beobachten zu können“, erklärt Dr. Tomaru.

Angesichts der Bedeutung des Methanflusses und des Wasserflusses für die Bildung und Verteilung von Methanhydraten untersuchten die Forscher drei verschiedene Szenarien, die einem niedrigen, mittleren und hohen Methanfluss entsprechen. Sie beobachteten, dass die Hydratverteilung im Gebiet des Nankai-Trogs mit den Ergebnissen übereinstimmte, als der Methanfluss relativ gering war.

Frühere Studien haben gezeigt, dass in Umgebungen mit geringem Methanfluss SH ist nahe der Basis der Gashydratstabilitätszone am höchsten. Im Gegensatz dazu erfolgt die Bildung von Hydraten deutlich schneller und SH ist am Meeresboden in Regionen mit hohem Methanfluss am höchsten. Mit anderen Worten: Ein geringer Methanfluss reduziert SH von unten nach oben, und ein hoher Methanfluss erhöht ihn nach unten. Die in dieser Studie erzielten Simulationsergebnisse ergänzen diese Beobachtungen und legen nahe, dass geologische Faktoren wie die Verteilung von Brüchen und ein tiefer Riss in einer Gesteinsformation auch die Sedimentspannungsbedingungen beeinflussen und das Strömungsregime einschränken.

Darüber hinaus verwendete das Team typische Permeabilitätswerte von Sand und Schlamm, um Simulationen durchzuführen und die Auswirkungen von Permeabilitätsänderungen, die durch lithologische Einheiten verursacht werden, auf die Hydratverteilung zu verstehen. Die Ergebnisse zeigten außerdem, dass SH in der Sandschicht deutlich erhöht, in der Schlammschicht jedoch drastisch verringert.

Zu diesen Ergebnissen führt Dr. Tomaru aus: „Unser Simulationsmodell liefert wertvolle Einblicke in die Lage, Sättigung und Verteilung natürlicher Methanhydratressourcen in Tiefseesedimenten, ohne dass energie- und arbeitsintensive Prozesse wie physische Bohrungen erforderlich sind.“ Entkernung des Meeresbodens.

In Zukunft könnten diese Erkenntnisse die Entwicklung effizienterer Strategien für die Methanhydraterzeugung ermöglichen und zur Entwicklung besserer Pläne zur Geogefahrenprävention beitragen.