北印度洋马克兰增生楔天然气水合物的成藏模式

印度洋北部马克兰增生楔是阿拉伯板块低角度俯冲到欧亚板块之下形成的,平面上具有北部沉积速率高,沉积厚度大,南部逆冲断裂和紧闭褶皱发育,且构造活动具有北部拉张与南部挤压的特征;纵向上具有深部断裂活动强与浅部构造相对稳定的特点。这种复杂的活动大陆边缘具有世界上超低的俯冲角度和良好的水合物成藏条件,因此,平面上水合物矿藏类型多样,其中,下陆坡和增生楔前缘主要受叠瓦状逆冲断层的控制而形成"阶梯式增生楔型"水合物藏,而中陆坡和上陆坡主要受沉积厚度和北部拉张的控制作用而形成"底辟型"和"泥火山型"水合物藏。纵向上马克兰增生楔水合物矿藏具有"二层楼结构"的成藏模式,即深部主要受逆冲断层的控制,而浅部主要受正断层的控制。上述成藏模式可能与阿拉伯板块低角度俯冲有关。     

台湾增生楔天然气水合物的地震特征

通过对南海973航次在该区域的多道地震剖面的分析,结合该区域的地质背景,认为台湾增生楔具有天然气水合物存在和分布的地球物理特征,在地震剖面上出观海底反射层(BSR)、振幅空白(BZ)、极性反转等地震识别标志。BSR所在区域位于南海向菲律宾海板块俯冲的增生楔上,南海新生代沉积不仅提供了富含有机质的丰富物源,而且类似于活动大陆边缘的构造体系又为天然气水合物的形成提供了良好的条件。     

台湾西南海域似海底反射分析

台湾西南海域弧陆碰撞及俯冲作用形成增生楔,在增生楔部位地震调查原始炮集数据上可清楚地识别BSR极性及波形特征。通过对该区域地震调查数据处理,获得了常规地震偏移、瞬时振幅及瞬时相位3种属性剖面,三者可清楚地反映BSR特征及分布,瞬时相位剖面还反映了BSR之上弱反射层的结构特征。研究表明,增生楔部位构造沉积明显控制BSR的形成与分布,该区天然气水合物成矿前景良好。     

南海东北部陆坡与恒春海脊天然气水合物分布的地震反射对比

经过对"探宝号"调查船在2001年8月在南海东北部陆坡及台湾南部恒春海脊海域采集的多道地震剖面资料进行的地震反射波数据分析、研究和解释,结果表明:(1)南海东北部陆坡段区域和台湾南部恒春海脊海域地震剖面上均显示有被作为天然气水合物存在标志的BSR,但两区域构造成因、形式和相关地质环境的不同造成了此两处的天然气水合物成因及过程的不同.(2)南海东北部陆坡区域的水合物形成与该区广泛发育的断裂带、滑塌构造体及其所形成的压力场屏蔽环境有关,而台湾南部恒春海脊海域的天然气水合物的形成则与马尼拉海沟俯冲带相关的逆冲推覆构造、增生楔等及其所对应的海底流体疏导体系有关.(3)南海陆缘区域广泛发育有各种断裂带、滑塌构造体、泥底辟、俯冲带、增生楔等,且温压环境合适,是天然气水合物矿藏极有可能广泛分布的区域.     

南海东北部陆坡与恒春海脊天然气水合物分布的地震反射特征对比

对“探宝号”调查船2001年8月在南海东北部陆坡及台湾南部恒春海脊海域采集的多道地震剖面资料进行了地震反射波数据分析、解释和研究,并对南海北部陆坡、陆隆及其东侧俯冲带等区域天然气水合物矿藏的成藏规律及分布特征作了初步的分析与探讨,结果表明:(1)南海东北部陆坡和台湾南部恒春海脊海域地震剖面上均显示有BSR,但两区域构造成因、形式和相关地质环境的不同造成了天然气水合物的成因及过程不同。(2)南海东北部陆坡区域的天然气水合物形成与该区广泛发育的断裂带、滑塌构造体及其所形成的压力场屏蔽环境有关,而台湾南部恒春海脊海域天然气水合物的形成则与马尼拉海沟俯冲带相关的逆冲推覆构造、增生楔及其所对应的海底流体疏导体系有关。(3)南海陆缘区域广泛发育有各种断裂带、滑塌构造体、泥底辟、俯冲带、增生楔等,且温压环境合适,是天然气水合物矿藏极有可能广泛分布的区域。     

南极近海南设得兰陆缘天然气水合物成矿条件与机理

南设得兰陆缘属于典型的活动型大陆边缘,沟-增生楔-弧前盆地序列发育,具备天然气水合物发育的有利地质构造背景。该区已有的调查资料显示出天然气水合物存在的显著标志——BSR和极性反转特征(或者称为基底反射波,BGR)。研究结果表明,南设得兰陆缘具备形成水合物的充足的气源、适宜的稳定域条件、有利于天然气水合物形成与聚集的沉积体系和特殊地质构造环境,推断南设得兰陆缘以构造型水合物成矿地质模式为主,并以增生楔内甲烷随流体向上迁移形成水合物的模式最为重要。     

南海北部神狐海域天然气水合物分布的主控因素

针对天然气水合物沉积成矿因素不明确等问题,通过利用南海北部神狐海域的高分辨率三维地震、测井和岩心等资料,对晚中新世以来的地层进行了高分辨率层序划分和精细的沉积解释。从温压、沉积、构造等方面探讨了神狐海域天然气水合物分布的主控因素,认为：BSR上部附近处于水合物稳定温压范围内;粗粒沉积物有利于天然气水合物的富集;在含水合物层段内,孔隙度与天然气水合物饱合度成正比关系;滑塌体是天然气水合物赋存的有利相带;气烟囱形成过程中产生的断裂系统可为富含甲烷流体向上运移提供通道,并在其上部滑塌体富集成矿。因此,神狐海域具备天然气水合物成藏的优越条件,是天然气水合物勘探开发的有利区块。     

巴基斯坦马克兰增生棱体实测热流值与由BSR导出的热流值的比较

1997年秋，德国“Sonne”号调查船在巴斯坦第马克兰增生楔进行SO－124航次调查，利用地球物理调查以分析构造变形增生楔中天然气水合物富集沉积的热状况。垂直变形前锋的走向测量的42个热流值，并作了地震反射试验。本次调查从南部的深海平原开始，覆盖到陆坡2300m水深处。本次研究的目的是比较由BSR导出的热流值（意味着是估算的热流值）与在海底实测的热流值。这需要用速度和孔隙度之间的经验方程式来计算不同浓度沉积物的物理性质。变形前锋前南热流实测值经沉积之间的经验方程式来计算不同深度沉积物的物理性质。变形前锋南部热流沉积作用校后为47mW/m^2,这稍高于Hutchison等（Earth Planetayt Sci.Lett.56(1981)252-265)报道的热流值。在所有盆地中热流的估算值都明显高于实测值。因此，由海底实测的温度值推测而得到BSR处的温度比天然气水合物稳定条件得出的温度要低5－6K.估算和实测的热流值都有一个普遍的趋势：即从变形前然向北增厚的棱体都有小小的减少。类似的结果也在其他增生楔中存在，如Wang等[J.Geophys.Res.98(B3)(1993)4121-4142]和Ferguson等[J.Geophys.Res.98(B6)(1993)9975-9984]所述。在斜坡盆地中热流值具有小的变化，表明主要受传导热传递控制。液体可能沿着边界断层流动，这我们很难控制。快速沉积作用对BSR的动力特征的作用同样对估算热流值具有重大的影响。我们的数据组清楚显示，详细的地震调查资料和控制好地地下速度资料对比较实测热流值和由BSR导出的热流值是完全必要的。然而，未能胡定速度－孔隙度关系和一个高的，仅是近似建立的沉积速度，代表关键性的,失去约束条件的沉积速率只能从钻井资料中得到。     

全球范围内天然气水合物构造背景及其稳定域研究综述

天然气水合物是人类21世纪的重要能源。目前。全球范围内共有80余处获取水合物样品。识别水合物地震标志—似海底反射(BSR)的地区更为广泛。大量的钻孔资料和地震剖面显示：主动大陆边缘的增生楔和被动大陆边缘的断裂褶皱系、泥火山、泥底辟等构造为水合物聚集成藏的有利构造环境。世界范围内不同水合物产区的温压场及稳定域特征。差别较为明显。各水合物产区的构造背景与水合物发育区的温压场环境以及稳定域的展布规律存在明显的相关关系。本文分别讨论了主动大陆边缘的增生楔(以卡斯凯迪亚为例)和被动大陆边缘的泥火山(以Hakon Mosby泥火山为例)的温压场特征、水合物聚集规律和各自的成藏模式。在此基础上。作者还进一步讨论了南海坳隆断裂带与水合物之间的关系。认为坳隆断裂带分别在气源、疏导体系(断层、砂体)和温压场环境等三方面为水合物形成提供了有利条件。     

布莱克海脊底辟处与天然气水合物稳定带有关的甲烷圈闭与运移—来自地震资料的新发现

Bkake脊底辟位于Carolina海槽沿海线一系列盐底辟的最南面，底辟引发上覆沉积物断裂，使得流体和气体向海底运移。通过分析位于天然气水合物富集区的Blake脊底辟处的地震反射资料，得知底辟中心的天然气水合物稳定基底非常浅：底辟处海底向上挠曲了近100m，由2300m左右变为2200m左右。由BSR指示的天然气水合物稳定基底BGHS在底辟两侧约为4.5s，中心上升为4.15s。底辟上部BGHS至海底以下0.05s(40-50m)出现一系列垂向断裂，这一断裂系列分化成一些陡的小断裂，成为通向海底的裂口，它覆盖了大约700m的直径范围。另外还有一些由主断裂及位于底辟中心BGHS附近的分化的次生断裂。气体及其它流体可以沿这些断裂向上运移。本文做了复杂的示踪分析比较不同反射面的反射强度及瞬时频率。底辟中心的低频异常显示强烈的地震衰减，是由流体沿断裂通道（可能是甲烷）的运移引起的。气体（主要是甲烷）沿天然气水合物稳定带的运移目前还无法解释其原因。我们推断断裂中的孔隙流体温度及盐度太高以至不能形成天然水合物，即使在远离底辟的天然气水合物稳定深度。另外天然气水合物可能堵住断裂墙以至水的供给太少不能将所有的气体转化为天然气水合物。BSR变浅反映出底辟增加的热流要么由下伏盐的高热导率引起，要么是由流体的热对流引起。孔隙水的高盐度降低天然气水合物的稳定性，对BSR变浅也起到重要作用。通过调查发现BSR变浅理论上是由于底辟处盐度增加，虽然地质学上似乎难于理解。这一发现表明高盐度的孔隙水对盐结构以上BSR深度的侧向变化起到重要作用。     

南海东沙海域天然气水合物与地质构造的关系

构造作用和构造过程是控制天然气水合物发育和赋存的重要地质因素之一。陆坡区复杂的构造运动能够形成良好的气体运移通道以及欠压实、高孔隙的水合物储集空间。东沙群岛邻近海域具有水深变化大、沉积厚度大、沉积速率高和有机质丰富等天然气水合物有利赋存条件,最新的研究已经在该海域发现了天然气水合物赋存的地球物理证据BSR,针对东沙群岛海域广泛发育的断裂、底辟、海底滑坡等构造,开展了其与天然气水合物成藏的关系研究,可以进一步深入了解天然气水合物在东沙群岛不同地质构造中的分布特征与演化,为该区天然气远景评估提供参考。     

加拿大东海岸存在天然气水合物的证据：BSR

天然气水合物被认为是世界上各沉积盆地中大量聚集在一起的甲烷。人们普遍认为，似海底反射（BSR）与天然气水合物之间具有依存关系。但根据钻井资料，没有BSR分布的地区，同样也发现有天然气水合物的存在，且钻遇到了天然气水合物；而有BSR的地区，却可能发现不了天然气水合物。似乎BSR与天然气水合物的关系显得有些模糊不清。     

西南巴伦支海海底天然气渗漏的地球物理-地球化学标志及其成因机制

在大量文献资料综合分析的基础上,系统归纳了西南巴伦支海浅层气渗漏的地质、地球物理以及地球化学判识标志,探讨了该区浅层天然气渗流的主控因素和成因机制。认为该区天然气渗流现象分布广泛,表现形式多样,包括麻坑、浅层气和水合物成藏(BSR)、气烟囱、沿断裂的流体渗漏以及其他相关特征;其气源主要来自下伏含油气系统,其分布主要受控于沟通深部富烃层系的深大断裂,晚上新世—更新世期间的冰川旋回作用、构造均衡抬升和剥蚀是其主要诱发机制。     

阿拉伯海马克兰增生柱BSR下伏层层游离气显示

马克兰陆缘地震反射资料表明那里存在一分布广泛的强反射的似海底反射层（BSR）。我们运用非线性全波形反演方法分析该海域多道地震数据来研究BSR详细的速度结构及其成因。结果表明，在500m深的海底下，纵波速从2.2km/s突然减到１.3km/s，低速带一般厚２００－３００m，可能含有丰富的游离气体，这与ＯＤＰ１６４航次在布莱克海台钻探的情况类似，由于断层的上升和增生楔中的沉积作用，与沉积柱有关的水合物稳定带裂解后向上运移，产生了大量的游离气体。     

马克兰增生楔海陆泥火山气源成因

为了探讨马克兰增生楔海陆泥火山气源成因及其差异,对取自陆上钱达戈普(Chandargup)泥火山口的5个水样进行了气体组分及其碳、氢同位素测试。结果显示,陆上泥火山中的气体组分主要为CH_4和CO_2,其CH_4碳同位素平均值为-42‰,属热解成因气。对比分析马克兰增生楔海陆沉积地层、断裂分布、地温梯度、有机质含量等资料,认为海域与泥火山有关的生物成因气主要来自于浅表层的Hinglaj-Ormara组泥岩,而陆域热解成因气主要来自深部的Hoshab组页岩或者更深处泥页岩,推测马克兰增生楔陆域深部地层有一定的油气资源潜力。     

马尼拉俯冲带北段增生楔形态结构及演化过程

为揭示马尼拉增生楔的形态结构并加深对其演化过程的理解,本文对横穿马尼拉俯冲带北段的几条典型地震剖面进行了深度偏移处理,得到叠前深度偏移剖面和深度-速度模型,并对马尼拉增生楔的形态结构及内部特征进行了精细解释,将马尼拉增生楔分为原始沉积段、褶皱变形段、逆冲推覆段和背逆冲段四个部分,分别代表增生楔演化的不同阶段。推断马尼拉增生楔下部存在由早期仰冲的菲律宾海板块的残留块体构成的弧前基盘,弧前基盘是控制马尼拉增生楔形成演化的关键构造。弧前基盘前端是拆离滑脱面突然降阶并在地震剖面上"隐没"的部位;弧前基盘向增生楔底部的不断挤入导致了逆冲脱序断层的渐次发育以及增生楔向弧前基盘之上的不断爬升,导致了增生楔上、下陆坡地貌的分化,并为褶皱变形段和逆冲推覆段的地层形变提供了主要的应力。     

冲绳海槽天然气水合物稳定带特征和资源量评价

根据冲绳海槽多道地震资料的处理解释,在16条地震剖面上发现了水合物拟海底反射层BSR,经过AVO、波形反演等特殊的处理技术,首次直接利用BSR圈定了冲绳海槽天然气水合物具体分布范围,直接利用数据得出了天然气水合物稳定带厚度在冲绳海槽的分布趋势,认为海槽南部最厚,中部次之,北部最薄,并通过计算得出了冲绳海槽水合物稳定带的厚度和水合物资源量,对今后海槽水合物勘查和资源量评价具有一定的指导意义。     

日本海天然气水合物气源成因及主控因素探讨

为了探讨日本海天然气水合物的气源成因及其控制因素,收集和整理了日本海西南郁陵盆地和日本海东缘上越盆地及邻近的相关资料。结果显示,上越盆地及邻近海域甲烷羽状流、麻坑、自生碳酸盐岩及地震剖面上"气烟囱"和BSR等发育,块状水合物出露海底为热解成因;郁陵盆地羽状流不太发育,而自生碳酸盐岩和地震剖面上的"气烟囱"较发育,钻孔发现的水合物主要为生物成因。结合日本海构造演化特征综合分析认为,日本海东缘热解成因水合物的主控因素是近S—N向和近E—W向交互断裂作用以及NE—SW向的晚期构造挤压;日本海西南海域生物成因为主兼热解成因水合物的主控因素是NEE—SWW向的晚期构造挤压;而日本海西北海域构造定型早且缺少晚期构造挤压,因此,推测其水合物气源应该主要为生物成因,热成因的可能性很小。     

褶皱调节断裂

褶皱调节断裂是一种在褶皱发育过程中形成的、与构造和地层位置有关的、调节应力变化的二级断裂。最常见的褶皱调节断裂有四种类型。伸出向斜的逆冲断裂和进入背斜的逆冲断裂主要是由褶皱核部不断增加的地层曲率所引起的，虽然层面方向不同级别的差异应力也影响了断裂的断距。根据主要褶皱动力学演化机制的不同，这些逆冲断裂可以沿不对称褶皱的陡翼或缓翼延伸，也可以沿对称褶皱的枢纽延伸。楔状逆冲断裂主要是由于刚性地层中相邻地层之间层面方向的刺穿应力变化而形成的。翼部楔主要表现为断弯褶皱或断倾褶皱的上盘和，或下盘，而枢纽楔则主要表现为趋于加厚刚性较强的地层的多重嵌套断裂。前翼逆冲断裂和后翼逆冲断裂具有一系列的形成机制。前翼空间调节逆冲断裂是一种断距较小的逆冲断裂，它所调节的是由褶皱核部不断增加的地层曲率所引起的应力不连续性。前翼切变逆冲断裂形成于褶皱作用的晚期，主要成因是褶皱陡倾前翼的地层旋转和平行于层面的拉张作用。大多数的后翼逆冲断裂均起源于伸出向斜的逆冲断裂。最终，这些断裂还可以与前翼逆冲断裂一起组成前翼-后翼逆冲断裂。背冲断裂所调节的是断裂相关褶皱形成过程中的上盘应力，它们可以形成于刚性地层之中，还可以以主逆冲断裂的发育速度穿过地层。虽然褶皱调节断裂是一种二级构造，但是，它们却是确定褶皱-逆冲断裂构造中构造圈闭的几何形态及规模的重要因素。因此，在解释褶皱和逆冲断裂带的构造几何形态时，对这些构造进行的准确成图将是非常关键的。     

北凯斯卡迪亚(Cascadia)边缘的天然气水合物的发育阶段

天然气水合物存在于许多大陆边缘和极地冰盖区.目前的研究表明,绝大多数天然气水合物赋存于陆坡海底之下数百米的近水平沉积之中,特别是大多数存在于俯冲带的增生沉积楔中.IODP311航次的目标是研究凯斯卡迪亚俯冲带增生楔天然气水合物的形成机制.