南海北部陆坡西沙海槽XS-01站位沉积物孔隙水的 地球化学特征及其对天然气水合物的指示意义*

天然气水合物是近年来国际上发现的一种新型能源,大量赋存在海底沉积物中。西沙海槽位于南海北部陆坡区,周边有多个大型深水油气田区。对该区地形地貌、地质构造和沉积条件分析以及地球物理BSR分布表明,西沙海槽是我国海洋天然气水合物资源勘查的一个有利远景区。文章主要研究了位于西沙海槽最大BSR区内的XS-01站位沉积物孔隙水的地球化学特征,发现该站位孔隙水阴阳离子浓度和微量元素组成特征变化显示出可能与天然气水合物有关的明显地球化学异常,与国际上己发现有天然气水合物地区的异常相类似。因此,认为该站位是西沙海槽区最有利的天然气水合物赋存区,值得进一步的勘查工作。     

南海琼东南盆地气态烃地球化学特征及天然气水合物资源远景预测

天然气水合物研究覆盖了地球物理学、地球化学和地质学等多门学科,其中勘查地球化学方法可以从海底介质中直接获得与天然气水合物有关的地球化学信息,圈定水合物异常区域。近些年来大量的研究工作和陆续发现的地球物理和地球化学证据显示,南海北部海域是我国勘查天然气水合物最有潜力的区域之一。依据广州海洋地质调查局2005年第4航次获得的南海琼东南盆地沉积物酸解烃测试结果和高异常段位同位素分析数据,探讨了琼东南盆地气态烃地球化学分布特征和异常成因。结合西沙海槽已有的勘探资料和水合物成藏地质条件,分析南海北部西沙海槽—琼东南地区与天然气水合物有关的地球化学异常特征,并对水合物成藏远景进行了预测。研究成果为南海北部天然气水合物勘探提供地球化学证据。     

西沙海槽研究区天然气水合物地球化学勘探及成藏模式研究

依据ODP204航次1250C站位钻井样品酸解烃数据结果,以及作者在南海西沙海槽研究区天然气水合物地球化学现场勘查中得到的多种烃类指标数据、异常点上微量甲烷碳同位素数值等资料,对海洋水合物地球化学勘探的依据和研究区气态烃异常特征、气体成因、天然气水合物成藏模式等相关问题进行了研究探讨。结果表明:气态烃指标地球化学异常主要分布在工区北部斜坡地带,并与BSR等地震标志及深部断裂关系密切;西沙海槽研究区海底沉积物气态烃甲烷以热解成因为主,但也有混合成因;推测该区天然气水合物为断层渗滤综合成藏模式。研究成果比较合理地解释了BSR分布和海底沉积物甲烷局部异常并非完全一致的原因;评价预测了该区天然气水合物有利勘探目标。成果为该区天然气水合物勘探、天然气水合物成因机制研究和天然气水合物远景预测,提供了地球化学方面的证据。     

西沙海槽研究区天然气水合物地球化学勘探

天然气水合物研究涵盖了地球物理、地球化学和地质等多门学科, 其中勘查地球化学方法技术可以从海底介质中获得与天然气水合物有关的痕量地球化学信息, 圈定水合物异常区域.依据2000年和2001年在中国南海西沙海槽工作区天然气水合物地球化学现场快速勘查实测和室内分析测试的多种烃类结果, 获得了海上工作区气态烃地球化学异常分布, 以及与该区水合物地震BSR和BZ的对比分析评价结果.同时根据现场实测同位素数据, 探讨了工作区形成水合物气态烃甲烷的成因.研究成果为工作区天然气水合物勘探提供了地球化学方面的直接证据.      

南海琼东南盆地-西沙海槽天然气水合物地球化学勘探与资源远景评价

研究工区范围为南海琼东南盆地至西沙海槽一线的海域。数据来自：中国地质大学参加了2000年和2006年在中国南海西沙海槽工区天然气水合物地球化学勘探,通过现场快速勘查实测和室内分析测试得到的多种烃类数据;申请到大洋钻探3个航次典型钻井的样品,经国内实验室实测得到的酸解烃指标和酸解烃微量甲烷碳同位素数据;搜集的其他文献涉及研究区的酸解烃指标数据和酸解烃微量甲烷碳同位素数据。依据甲烷的地球化学特征、湿度比值分布和甲烷碳同位素的组成特征对研究区天然气水合物的成因进行了分析研究;依据数据对比探讨了酸解烃微量甲烷同位素值的地球化学意义,对中国海区天然气水合物的成因进行了讨论判别。最后,依据上述结论对区内天然气水合物资源的远景进行了评价和预测。     

论河北丰宁牛圈银（金）矿床的成矿时限问题

南沙海槽的构造和沉积受控于南海的构造运动和加里曼丹西北大陆边缘的演化,具有适于天然气水合物形成的物源基础、温压条件、输导系统和储藏场所。似海底反射层(BSR)出现在水深650~2 800 m、海底下65~350 m深的晚中新世沉积物中,与褶皱、逆冲推覆构造及穹窿构造有关;沉积物中的甲烷含量和孔隙水的SO24-含量表现出异常变化特征,硫酸盐-甲烷界面(SMI)深度仅为8~11 m;表层沉积的自生石膏和黄铁矿的成岩环境与甲烷流体排溢引起的厌氧甲烷氧化(AOM)有关,这些地球物理和地球化学指标均指示南沙海槽发育天然气水合物。研究表明,南沙海槽沉积物的甲烷以二氧化碳还原型微生物成因为主,少量为混合气,海槽东南部可能是最有潜力的天然气水合物远景区。     

陆域天然气水合物地球化学勘查技术试验研究

选择青海省木里地区天然气水合物已知区作为试验区,探索和研究了传统油气地球化学方法(酸解烃、顶空气、ΔC)对陆域天然气水合物勘查的适用性和有效性。试验结果表明,天然气水合物已知区浅表层土壤酸解烃、顶空气、ΔC等地球化学指标具有顶部异常特征,各指标按累积频率圈定了3处异常,异常范围基本吻合且与地下天然气水合物分布具有良好的相关性,初步提出了"酸解烃+顶空气+ΔC"异常是地下天然气水合物赋存的重要标志。     

中国近海海域卫星热红外亮温增温异常探讨

在大量风云静止气象卫星热红外观测资料的基础上,对比总结了中国近海海域卫星热红外亮温增温异常的特征,分析了热红外亮温异常与海底常规油气及天然气水合物藏之间的关系,探讨了中国近海海域卫星热红外增温异常的机制,指出了中国近海海域天然气水合物的可能赋存区。根据地球排气理论及卫星热红外亮温增温异常与海底烃类聚集体、油气盆地或潜在天然气水合物藏、断裂构造、地震活动等之间的关系,中国近海临震前卫星热红外增温异常的原因可能与临震前地球排气作用导致的油气渗漏和（或）海底天然气水合物分解后扩散有关。中国近海海域的西沙海槽、东沙群岛岛坡、笔架南盆地、北吕宋海槽、南沙海槽、冲绳海槽中南部至西南部等是天然气水合物的可能赋存区。     

天然气水合物的特征及其识别标志

天然气水合物是在高压、低温条件下由水分子和气体分子形成的笼形化合物,是21世纪一种具有巨大潜在开发价值的海洋新型能源矿产.其勘探、开发和利用的科学与技术是当前面临的重大课题.天然气水合物的地球物理识别标志包括似海底反射层、空白反射带、极性反转、垂直地震剖面（VSP）和全波形反演速率、AVO和VAMP'S结构、测井等;地球化学识别标志包括甲烷异常、表层沉积物中的H₂S气体异常和大气中CO₂含量异常等气体异常检测,沉积物中含水量异常、孔隙水离子浓度异常、同位素地球化学异常等流体地球化学标志,以及标志性矿物（标型矿物）及沉积物热释光分析等.     

ODP/IODP典型水合物站位稳定带界限和水合物分布的地球化学识别标志

本文采用ODP/IODP典型站位样品实测和相关数据搜集对比研究的方法,进行了多种游离烃甲烷及相关指标在水合物形成过程中的地质作用和地球化学特征研究,以及酸解烃甲烷与围岩组分和沉积中自生碳酸盐、浊积岩的关系及地球化学特征的研究,据此筛选出判识水合物稳定带(GHSZ)的地球化学标志。结果显示:(1)下伏地层中游离甲烷异常是天然气水合物稳定带孔隙中赋存动态甲烷的反映,由于指标测试方法和沉积物状态的差异,深部水合物稳定带上呈现出特定的两种游离烃甲烷指标HS和VAC正负拆离分隔的异常模式;(2)酸解烃与地层吸附甲烷能力和围岩组分性质密切相关,对应于水合物最佳赋存条件的自生碳酸盐和浊流岩,酸解烃甲烷具有显著的量化异常特征;(3)水合物形成过程中甲烷通量促进了甲烷厌氧氧化反应(AMO)和自生碳酸盐的生成。酸解烃甲烷与浅层自生碳酸盐具有显著的对应关系,弥补了浅部沉积中游离烃甲烷异常具多源和多解性的不足;(4)游离烃甲烷异常组合模式和酸解烃甲烷量化异常分布是GHSZ和有利水合物赋存条件的综合反映,能够为水合物稳定带和带内水合物聚集的判识提供依据。     

Terrestrial organic matter controlling gas hydrate formation in the Nankai Trough accretionary prism, offshore Shikoku, Japan

Sediment core samples from Sites 1175, 1176, and 1178, ODP Leg 190, Nankai Trough were analyzed for sedimentary organic matter and inorganic elemental compositions to clarify geochemical conditions for the formation of gas hydrate. Low chloride concentrations and anomalously low core temperature infer the existence of gas hydrate at Site 1178. Trace amounts of gas hydrate are also suggested for Site 1176. Site 1175 does not have any significant evidence of gas hydrate, although all the three sites are within the gas hydrate stability zone. The sediment from Site 1178 is characterized by abundant terrigenous organic matter, older geologic ages, and comparatively higher maturity levels, suggesting high rates of CO₂ generation during diagenesis. The CO₂ generation potential of sediment may be one of the crucial conditions for the formation of gas hydrate.     

青海木里三露天天然气水合物地球化学远景评价

对青海木里三露天天然气水合物矿藏进行了地球化 学精查,面积10 km²,采样密度为16个点/km²,分析了土壤酸解烃和顶空气。对精查地球化学异常进行了解释,着重于天然气水合物矿藏和天然气藏的区分,以及水合物靶区预测等问题。研 究表明,综合地球化学异常和冻土厚度能够有效区分水合物和浅层气,酸解烃和顶空气重烃比值能够圈定天然气水合物靶区。8个天然气水合物发现井(DK-1、DK-2、DK-3、DK-7、DK-9、 DK12-13 、DK11-14和DK10-17)位于靶区内,全部的水合物干井(DK-4、DK-10、DK10-16、DK10-18、DK7-20、DK-6、DK6-21、DK4-24）位于背景区。     

青海木里三露天冻土区天然气水合物钻孔岩心顶空气组成及指示意义

对青海木里三露天地区DK8-19、DK10-16、DK10-17、DK11-14、DK12-13、DK13-11共6个天然气水合物钻孔岩心顶空气气体组分进行分析测试,并 将获得的各孔岩心顶空气组分含量变化与天然气水合物及其异常层段、油气显示层段、断层或破碎带分布之间的空间关系进行对比分析。结果显示：6个钻孔岩心顶空气中烃类气体高含量区间 均与天然气水合物及其异常层段、油气显示层段具较好的对应关系,其高值区间可作为天然气水合物、油气显示的一种指示;距断层或破碎带产出位置不同的岩心顶空气组分含量变化特征显 示,不同级次的断裂系统为烃类气体向上运移提供通道,部分可为天然气水合物提供赋存空间。研究结果说明顶空气组成对天然气水合物及其异常现象、油气显示现象、烃类气体运移作用有 重要指示意义。     

冲绳海槽中段西陆坡下缘天然气水合物存在的可能性分析

海洋中的天然气水合物主要发育在有机质供应充分、沉积速率快、热流值较高、水深大于300m的大陆斜坡和活动边缘的增生楔发育区;沉积物类型主要以泥质砂岩、砂质泥岩和浊积岩为主。似海底反射层(BSR)和极性反转是识别天然气水合物层的关键标志。冲绳海槽中段西陆坡下缘水深大于1000m;沉积物类型主要为粉砂质泥和泥质粉砂,在部分层位见浊积层。与东海陆架相比,西陆坡下缘的有机质含量、沉积速率的热流值都较高,其范围分别为0.75%～1.25%、10～40cm/ka和70～437mw/m2;单道地震剖面具有明显的似海底反射层(BSR)和极性反转特征,因此,推断冲绳海槽中段西陆坡下缘可能存在天然气水合物层。     

南海北部神狐海域细粒储层矿物组分对天然气水合物储集赋存的影响

为了探明矿物类型对于天然气水合物成藏的影响,笔者等利用南海北部神狐海域W07站位样品及其水合物饱和度数据,进行XRD全岩和黏土矿物测试分析、比表面积分析以及束缚水能力综合分析。结果表明,海床下110~127 m（即110~127 mbsf,meters below sea floor, 海床以下深度）为水合物储层段,海床下127~156 m为非水合物储层段。通过XRD分析可知,高石英及长石含量,低伊蒙混层含量的层段,比表面积与束缚水能力较低,说明其具有相对较好的孔渗条件,为水合物的运移与储集提供了良好的空间条件,因此形成水合物储层段;而在高伊蒙混层的层段中,比表面积较大,束缚水能力较强,其对甲烷气体及流体的吸附和束缚能力较强,对水合物成藏起到潜在的封隔作用,成为非储层段,储层与非储层段纵向叠置序列有利于优质水合物储层的形成。本次研究总结了矿物组分与优质水合物储层之间的关系,并揭示两者存在的潜在成因联系,以期丰富水合物富集成藏的基础理论,对未来南海北部天然气水合物的商业化开发提供支持。     

南海北部神狐海域细粒储层矿物组分对天然气水合物储集赋存的影响

为了探明矿物类型对于天然气水合物成藏的影响,笔者等利用南海北部神狐海域W07站位样品及其水合物饱和度数据,进行XRD全岩和黏土矿物测试分析、比表面积分析以及束缚水能力综合分析。结果表明,海床下110~127 m（即110~127 mbsf,meters below sea floor, 海床以下深度）为水合物储层段,海床下127~156 m为非水合物储层段。通过XRD分析可知,高石英及长石含量,低伊蒙混层含量的层段,比表面积与束缚水能力较低,说明其具有相对较好的孔渗条件,为水合物的运移与储集提供了良好的空间条件,因此形成水合物储层段;而在高伊蒙混层的层段中,比表面积较大,束缚水能力较强,其对甲烷气体及流体的吸附和束缚能力较强,对水合物成藏起到潜在的封隔作用,成为非储层段,储层与非储层段纵向叠置序列有利于优质水合物储层的形成。本次研究总结了矿物组分与优质水合物储层之间的关系,并揭示两者存在的潜在成因联系,以期丰富水合物富集成藏的基础理论,对未来南海北部天然气水合物的商业化开发提供支持。     

南海天然气水合物稳定带的影响因素

文章利用南海所积累的大量热流、海底温度和地温梯度数据，针对地温梯度的变化，对地温梯度数据进行了初步校正。分情况研究了纯甲烷，甲烷、乙烷、丙烷混合物分别在纯水、海水条件下形成的天然气水合物在南海的可能分布范围；进而对影响天然气水合物分布的影响因素进行了讨论。研究表明，随着天然气中重烃含量的增加，孔隙水盐度的降低，水合物稳定带在平面上的分布范围越来越大，水合物稳定带的厚度也越来越大。比较而言，气体组成的影响要比孔隙水盐度的大。同时，天然气水合物稳定带的厚度与热流有一定的负相关关系。在南海2000m水深范围之内，由于受海底温度的控制，水合物稳定带的厚度与水深呈明显的正相关关系。     

Formation of gas hydrate deposits in the Siberian Arctic shelf

Natural gas hydrate deposits have been estimated to store about 10% of gas in hydrate form (even with regard to a higher concentration of gas in hydrates), proceeding from the known ratio of dissolved-to-deposited gas. This high percentage is largely due to the fact that the buffer factor in natural gas hydrate deposits is lower than that for free gas because of less diverse structural conditions for gas accumulation. Therefore, the available appraisal of world resources of hydrated gas needs a revision.Hydrates in rocks are either syngenetic or epigenetic. Syngenetic hydrates originate from free or dissolved gas which was present in rocks in situ at the time when PT-conditions became favorable for gas hydrate formation. Epigenetic hydrates are derived from gas which came by migration into rocks with their PT-conditions corresponding to formation of gas hydrates.In addition to the optimum PT-conditions and water salinity, economic gas hydrate accumulation requires sustained supply of natural gas into a specific zone of gas hydrate formation. This condition is feasible only in the case of vertical migration of natural gas along faults, fractured zones, and lithologic windows, or, less often, as a result of lateral migration.Of practical importance are only the gas hydrate deposits produced by vertical or lateral gas migration.     

Dissociation of gas hydrates by hydrocarbon migration and accumulation-derived slope failures: An example from the South China Sea

The mechanism of slope failure associated with overpressure that is caused by hydrocarbon migration and accumulation remains unclear. High-resolution seismic data and gas hydrate drilling data collected from the Shenhu gas hydrate field (site SH5) offer a valuable opportunity to study the relations between submarine slope failure and hydrocarbon accumulation and flow that is associated with a ～2 km-diameter gas chimney developed beneath site SH5 where none gas hydrates had been recovered by drilling and sampling despite the presence of distinct bottom simulating reflectors (BSRs) and favorable gas hydrate indication. The mechanism of submarine slope failure resulted from buoyancy extrusion and seepage-derived deformation which were caused by overpressure from a ～1100 m-high gas column in a gas chimney was studied via numerical simulation. The ～9.55 MPa overpressure caused by hydrocarbons that migrated through the gas chimney and then accumulated beneath subsurface gas hydrate-bearing impermeable sediments. This may have resulted in a submarine slope failure, which disequilibrated the gas hydrate-bearing zone and completely decomposed the gas hydrate once precipitated at site SH5. Before the gas hydrate decomposition, the largely impermeable sediments overlying the gas chimney may have undergone a major upward deformation due to the buoyancy extrusion of the overpressure in the gas chimney, and slope failure was initiated from plastic strain of the sediments and reduced internal strength. Slope failure subsequently resulted in partial gas hydrate decomposition and sediment permeability increase. The pressurized gas in the gas chimney may have diffused into the overlying sediments controlled by seepage-derived deformation, causing an effective stress reduction at the base of the sediments and significant plastic deformation. This may have formed a new cycle of submarine slope failure and finally the total gas hydrate dissociation. The modeling results of buoyancy extrusion and seepage-derived deformation of the overpressure in the gas chimney would provide new understanding in the development of submarine slope failure and the link between slope failure and gas hydrate accumulation and dissociation.