南海北部神狐海域天然气水合物成藏模式研究

南海北部陆坡神狐海域是我国海洋天然气水合物勘探开发研究的重点靶区,独特的水合物成藏特征,难以利用当前观测到的沉积速率和流体流动条件对其成藏机理进行解释和量化说明,对其形成演化模式和控制因素尚不明确.本文构建了海洋天然气水合物形成演化过程的动力学模型,模型的主控参量为海底沉积速率和水流速率,以此计算了神狐海域天然气水合物聚集演化过程,并与饱和度的盐度测试值进行对比.最后,在研究神狐海域地质构造活动和水合物成藏动力学基础上建立了神狐天然气水合物形成演化模式.认为神狐海域当前的天然气水合物是在上新世末—更新世早期断裂体系水合物基础上继承演化而来的,神狐海域天然气水合物形成演化具有典型的二元模式.第一阶段水合物形成发生在距今1.5 Ma之前构造活动形成的断裂体系中,高达50 m/ka的孔隙水流动携带了大量的甲烷进入水合物稳定带,导致了水合物的快速生成,在4万年内形成了饱和度达20%的甲烷水合物;第二阶段发生在1.5 Ma以来,泥质粉砂沉积使沉积体渗透率骤减,0.7 m/ka的低速率水流使甲烷供给不足,在海底浅层新沉积体中无法生成水合物,仅在水合物稳定带底部有缓慢的水合物继承增长,并因此形成了神狐海域当前观测到的水合物产出特征,而且水合物资源量仍在减少.     

南海北部陆坡细粒沉积物天然气水合物系统的形成模式初探

我国在南海北部陆坡的细粒沉积物中首次钻获水合物样品,为深入了解这一特殊成藏体系的形成机制,本研究以钻探区域高精度的二维和三维多道地震资料为基础,通过精细的地球物理解释和地质分析,探讨了该天然气水合物系统的成藏控制因素.细粒沉积物天然气水合物系统中水合物的富集过程存在着三个特殊的控制因素：（1）大面积丰富的含甲烷流体的参与.南海北部深水盆地广泛存在的异常热流体活动促使深部的热解成因天然气或浅层的生物成因气运移到水合物稳定带,有利于水合物的发育.热流体活动表现为底辟和气烟囱构造,在地震剖面上,表现为地震声学模糊带、同相轴下拉或中断、顶部出现反射亮点,这些构造直抵水合物稳定带.在气烟囱或底辟构造顶部通常有BSR伴生,说明热流体活动与水合物成藏具有密切关系;（2）断裂构造的发育在水合物稳定带中细粒沉积物的成核和生长过程中具有重要的作用,一方面促进稳定带流体的垂向和侧向运移,另一方面,构造裂缝可能成为成核和生长过程的空间;（3)大型海底滑坡导致了地层中超压流体活动和构造裂缝的发育,从而促进了水合物富集.在上述研究基础上,提出了南海北部水合物钻探区高饱和度水合物成藏模式.     

南海北部神狐海域天然气水合物成藏演化分析研究

南海北部陆坡具备天然气水合物成藏的基本地质条件,神狐海域天然气水合物是当前我国海洋天然气水合物勘探开发研究的重点靶区.然而,神狐海域水合物集中分布在水合物稳定带的底部薄层中,饱和度高,其水合物特征与典型的低甲烷通量控制的水合物分布有很大差异,对其成藏机理和控制因素尚不明确.本文构建了针对神狐水合物成藏过程的一维动力学模型,模型包括沉积压实作用、甲烷溶解度、以及水合物生成和沉积体渗透率,模拟计算的主控参量为海底沉积速率和水流通量,在孔隙水中甲烷浓度一定的情况下,水流速率决定了溶解甲烷的迁移速率和稳定带中甲烷的供给速率,并以此模型计算了神狐海域水合物聚集成藏的动力学过程.模型讨论了特定沉积速率和水流通量条件下水合物成藏与分布特征,并与实际观测数据进行比较研究.研究发现,基于当前沉积速率和水流通量条件模拟的水合物形成演化过程,与神狐海域实际水合物分布特征存在很大差异,但在假定系统中水合物饱和度初值达16~20%时,模拟的水合物饱和度分布特征与观测数据吻合,并因此推测在早期地质历史上,神狐海域存在更加丰富的甲烷水合物,当前的水合物分布特征是在对早期水合物继承基础上发展而成的,而且神狐海域水合物含量正逐渐减少.     

南海神狐海域地层渗透率与含水合物饱和度关系研究(英文)

本文利用取自南海神狐海域钻井岩芯进行了核磁共振测量,研究了岩石中所含水合物对地层渗透率的影响,该岩芯样品为一"孔隙充填型"水合物样品。核磁共振测量结果表明岩石中所含水合物对地层渗透率影响很大,随着含水合物饱和度的增加,地层渗透率迅速降低。通过对测量结果的进一步分析可知"孔隙充填型"水合物对地层渗透率的影响-存在多方面的因素,包括水合物对地层孔隙度、孔隙迂曲度的影响以及对水合物对孔隙喉道的堵塞等。最后本文利用Masuda下降模型建立了适用于南海神狐海域的相对渗透率与含水合物饱和度的经验公式,下降指数N=7.9718。     

南海琼东南盆地天然气水合物稳定域分布特征及资源预测

琼东南盆地油气地质显示盆地内具有生物成因和热成因天然气的巨大生成能力和远景. 地震剖面显示盆地内发育有泥底辟和气烟囱、沟通泥底辟和气烟囱与海底的断裂及可能正在活动的天然气冷泉,这些特征非常有利于天然气水合物的发育. 通过天然气水合物热力学稳定域预测,确定了琼东南盆地天然气水合物的平面和剖面分布特征. 生物成因甲烷水合物分布于水深大于约600m的海底,稳定带最大厚度约314m;热成因天然气水合物分布于水深大于约450m的海区,稳定带最大厚度约410m. 盆地内天然气水合物远景总量约10×109m3,水合物天然气远景为1.6×1012m3.     

南海北部深水盆地流体活动系统及其成藏意义

根据高精度的3D和2D地震资料,对南海北部深水盆地的流体活动系统的类型、影响因素和它们之间的演化关系进行了研究.南海北部深水区存在着包括:泥火山、泥底辟、气烟囱、管状通道、多边形断层和构造断层等多种类型的流体活动系统.根据地震反射特征,可以把它们划分为断层有关的流体活动系统和柱状流体活动系统两大类.研究发现研究区内的流体活动系统主要受构造和沉积两方面的影响.并且,气烟囱、泥底辟和泥火山存在着单向演化的关系,可以从是否有沉积物参与运移及是否喷出海底将它们区分开来.最后,本文探讨了流体活动系统对深水油气和天然气水合物成藏的重要影响,建立了南海北部流体活动系统的存在模式.     

南海北部陆坡气源条件对水合物成藏影响的模拟研究

南海北部陆坡包括神狐海域在内无论在横向上还是纵向上影响水合物形成与分布的地质因素差异较大,其气源条件的变化是否为一种重要因素值得探索.本文将前人南海北部陆坡气源类型和气体组成概括为14种情况,分别运用模拟手段定量-半定量地分析它们对水合物成藏可能带来的影响.模拟结果显示,与神狐海域已知水合物相比,不同气体组成形成水合物所需温度条件增大0.49~5.44℃,多数增大2℃以上.可以看出,不同气体组成明显改变水合物的形成条件,暗示着不同类型气源可能是影响南海北部陆坡水合物形成与分布的重要因素.     

南海北部陆坡块体搬运沉积体系的地震响应与成因机制

块体搬运沉积体系是一种重力作用下形成的深水沉积体系,在全球大陆边缘沉积体系中扮演着重要角色.块体搬运沉积作用不仅造成危害极大的深水地质灾害,而且与海洋天然气水合物和深水油气的形成过程与富集有密切联系.根据新获得的海底地形地貌资料和地震资料,揭示了块体搬运沉积体系识别特征,明确了其分布范围.这些块体搬运沉积体系具有明显的...     

南海北部陆坡水合物分解引起海底不稳定性的定量分析

分析了天然气水合物分解引起海底斜坡不稳定性的原因,探讨了水合物分解引起沉积物层孔隙压力变化规律.以南海北部神狐海域水合物样品钻获区为研究对象,应用极限平衡法探讨了海底无限斜坡的稳定性问题,计算了设定的不同滑动面的安全系数,建立了目标不稳定区相关参数条件下的水合物分解与海底斜坡不稳定的模式图,模拟计算了不同程度的水合物分解对海底斜坡失稳的影响作用.结果表明：在假设条件下,南海神狐海域当水深为1200 m,沉积物层厚度为200 m,对于20°的较大坡角,沉积物层中5%水合物分解将引起海底斜坡失稳;斜坡坡角为5°时,沉积物层中15%水合物分解后,将会引起海底斜坡失稳;当斜坡坡角为3°或更小时,沉积物层中25%水合物分解后,将会引起海底斜坡失稳.     

Ultrasonic attenuation of pure tetrahydrofuran hydrate

Improved estimates of the amount of subsurface gas hydrates are needed for natural resource, geohazard, and climate impact assessments. To evaluate gas hydrate saturation from seismic methods, the properties of pure gas hydrates need to be known. Whereas the properties of sediments, specifically sands, and hydrate‐bearing sediments are well studied, the properties of pure hydrates are largely unknown. Hence, we present laboratory ultrasonic P‐wave velocity and attenuation measurements on pure tetrahydrofuran hydrates as they form with reducing temperatures from 25°C to 1°C under atmospheric pressure conditions. Tetrahydrofuran hydrates, with structure II symmetry, are considered as proxies for the structure I methane hydrates because both have similar effects on elastic properties of hydrate‐bearing sediments. We find that although velocity increased, the waveform frequency content and amplitude decreased after the hydrate formation reaction was complete, indicating an increase in P‐wave attenuation after hydrate formation. When the tetrahydrofuran hydrate was cooled below the freezing point of water, velocity and quality factor increased. Nuclear Magnetic Resonance results indicate the presence of water in the “pure hydrate” samples above the water freezing point, but none below. The presence of liquid water between hydrate grains most likely causes heightened attenuation in tetrahydrofuran hydrates above the freezing point of water. In naturally occurring hydrates, a similarly high attenuation might relate to the presence of water.     

The impact of faulting on the stability conditions of gas hydrates in Lake Baikal sediments

The phase transition problem of methane hydrate in porous sediments is solved. Based on the obtained solution, the impact of faulting on the stability conditions of gas hydrates is investigated by the numerical modeling of the filtration and thermal regimes in the sedimentary cover of the Central Basin of Lake Baikal within the segment of the anomalous behavior of the bottom simulating reflector (BSR). It is assumed that such behavior is caused by the tectonic action. The calculations testify to the plausibility of the proposed model of formation of the anomalous area with total decomposition of the contained hydrates. It is shown that dissociation of gas hydrates in sediments due to faulting and the subsequent uplift of the products of these transformations along the incipient channel toward the bottom of the lake can result in the extensive accumulation of gas hydrates on this surface. It is also shown that if the total amount of the free gas, which left the hydrate dissociation zone, reached the level of the lake surface at normal pressure and temperature, its volume could be equivalent to the resources of a medium-size gas field. The results of numerical modeling the violation of the gas-hydrate stability conditions in Lake Baikal sediments can also be valid for the other regions with hydrate-bearing sediments if the case specific conditions and regional tectonic activity are taken into account.     

南海东北部973剖面BSR及其热流特征

对南海东北部973项目采集的地震测线进行了处理，阐明了恒春海脊处天然气水合物似海底反射（BSR）的特征.不同类型剖面的分析表明，单道地震剖面可以揭示南海东北部地区BSR一定的分布，但地震处理对揭示BSR分布全貌起重要作用.南海东北部的BSR具有世界大陆边缘BSR典型的特征，切穿了沉积层理反射，与海底起伏大体平行，为一强振幅的负极性反射.该BSR特征明显，意味着南海东北部地区存在含天然气水合物沉积.利用甲烷水合物与多组分天然气水合物相平衡曲线，计算了稳定带底界的埋深，并与BSR深度进行了对比分析.无论是甲烷水合物稳定带底界还是多组分天然气水合物稳定带的底界，单一地温梯度计算的结果不可能与BSR深度在整个剖面上对应.可知本区横向上地温梯度变化较大.利用BSR资料估算了地温梯度并求得热流值.计算表明，地温梯度与热流值由西向东，随着离海沟距离的增大、离岛弧距离的减小而减小.BSR计算得到的热流值为28～64 mW/m²，与台湾西南实测热流值的结果基本可以对比.     

南海含天然气水合物地层地震反射特征及可能分布研究

天然气水合物是当前能源与环境领域的研究热点之一,南中国海是天然气水合物赋存的有利区域。天然气水合物的存在改变了沉积地层的声学特征,这一性质使多道地震勘探成为发现海洋天然气水合物的主要手段。本文首先根据地震成像结果定性分析南海可能含天然气水合物沉积地层的地震反射特征,初步确定天然气水合物存在的可能性并指出地震成像关键技术。在无井条件下,构建虚拟井进行波阻抗反演得到定量的地层速度参数进一步证实这一可能性,最后将反演获得的速度场与ODP184 航次在此区域获得的地球物理、地球化学信息综合分析,可以确定此区域天然气水合物的存在及其空间展布。     

Paleoceanographic evolution recorded in the northern South China Sea since 4 Ma

The late Pliocene-Pleistocene is of great interest for understanding the Earth’s climate system, because not only the late Pliocene is the latest period with tem-perature significantly higher than the Holocene, but also during the Pliocene/Pleistocene transition the Earth’s environment changed from a warm and uni-form climate state into an extreme one with typical glacial-interglacial cycles. During this period the Earth’s climate experienced through the grandly phased rising of the Qing…     

南海北部神狐海域天然气水合物分解的测井异常

南海北部神狐海域GMGS-1钻探揭示SH3井天然气水合物位于稳定带上部,厚度约为10 m.氯离子异常计算的水合物饱和度最高达26%,高水合物饱和度层出现高电阻率和低纵波速度.为分析该低纵波速度异常,本文基于简化的三相介质理论计算了饱和水纵波速度,在深度195 m附近,测量的纵波速度小于饱和水纵波速度.利用阿尔奇公式,基于原位温度、盐度、密度孔隙度和测量的电阻率,利用交会分析确定了该井的阿尔奇常数为a=1.1和m=2.3.基于该参数,利用阿尔奇方程计算的水合物饱和度占孔隙空间5%~20%,局部地层水合物饱和度达26.8%,在垂向上分布不均匀.由于钻探可能导致水合物发生分解而产生游离气,原位游离气和水合物分解产生的气体都能造成低纵波速度异常.由于地震资料采集在测井之前完成,利用不同速度制作合成地震记录并与地震资料进行对比,能够确定水合物稳定带上部的低速异常形成原因.     

Numerical simulation of accumulation of gas hydrates during sedimentation and compaction of sediments under subaqueous conditions

The mutual influence of compaction of depositing sediments and formation of gas hydrates in a porous medium is examined. Within the framework of the general mathematical model developed in this study, these interrelated processes are described by a nonlinear system of eight partial differential equations and are analyzed using numerical simulation in terms of the model including compaction of depositing sediments, movement of pore fluids, and formation of gas hydrates from dissolved methane accumulated during sedimentation. On the basis of model examples calculated with the use of representative parameters of the system, it is shown that the hydrate formation rate depends on the sedimentation rate and thermal conditions. Gas hydrate formation is shown to influence the pore fluid velocity in the near-surface zone of sediments.     

Paleogene marine deposition records of rifting and breakup of the South China Sea: An overview

A compilation of available marine deposition data from offshore S-SE China reveals evidence of rifting and breakup of the South China Sea (SCS) during the Paleogene. Marine deposition started earlier in the Paleocene in the East China Sea (ECS)-Taiwan region before expanding southwestward into the SCS region in the middle Eocene. Our data indicate the existence of an elongated Paleogene China Sea in these areas stretching along the northeasterly structural belts, probably as part of the marginal western paleo-Pacific. The southwestward shift of marine influence in the middle Eocene was responding to a period of intensive rifting and subsidence in the SCS region, while the sea in the ECS-Taiwan region started to shrink and shoal after the late Eocene, likely associated with local breakup and initial spreading in the Taiwan-Taixinan Basin area. The accumulation of hemipelagic sediments at ODP 1148 and IODP U1435 from near the continent-ocean boundary and at many other shelf-slope sites was in response to a large-scale breakup 34 to 33 Ma ago, subsequently leading to the birth of the SCS in the Oligocene.     

井震联合分析预测神狐海域天然气水合物可能的垂向分布

已有的地质与地球物理信息表明南中国海北部陆坡神狐海域存在天然气水合物,2007年钻井和取样结果证实其以细颗粒均匀存在于水合物稳定带内,但区域分布范围极不规则.由于测井记录长度和取样深度的范围有限,天然气水合物垂向分布特征难以确定.为了深入了解此区域天然气水合物深度上的分布规律,对SH7井的多种测井数据进行综合分析并与地震反射特征建立联系,得到三个主要的沉积物性变化层位并以此为基础进行叠后数据的伪井约束反演,结果表明在已证实的含水合物层之下还存在高速层.而AVO叠前正演模拟分析结果与实际地震数据对比表明,研究区的天然气水合物稳定带可能由含水合物沉积物与饱水沉积物的薄互层组成,这就意味着在取样获得天然气水合物样品的深度之下,很可能存在另一个含水合物层.     

南海北部琼东南海域活动冷泉特征及形成模式

近年来,活动冷泉的研究越来越受到关注.本文利用多波束数据、多道地震数据以及底质取样结果研究琼东南海域活动冷泉系统,分析活动冷泉的羽状流特征、海底地貌与底质特征以及流体活动构造特征.多波束水体数据上,观测到多个延伸高度超过750 m的气泡羽状流,海底流体活动非常强烈;多道地震上识别出麻坑、流体运移通道、气烟囱等流体渗漏相关的构造,与其他海域观测到的反射特征不同,羽状流的下方流体运移通道呈强振幅"串珠"反射;重力活塞取样在两个站位上获得浅表层块状天然气水合物.其中一个站位位于活动冷泉附近,天然气水合物赋存于海底以下8 m左右.基于以上三方面的数据,笔者提出了一个用于描述活动冷泉系统的形成模式,游离气通过气烟囱向上运移到达浅层,一部分在天然气水合物稳定带内形成天然气水合物,另一部分穿透天然气水合物稳定带到达海底,形成活动冷泉的羽状流.     

南海北部神狐海域天然气水合物钻探区第四纪以来的沉积演化特征

南海北部神狐海域是我国首次获取海洋天然气水合物实物样品的海域.然而,陆坡区深水水道和海底峡谷的侵蚀以及频发的沉积物失稳,将会加剧地层对比和沉积相识别的难度,导致目前该区域典型地震相-沉积相特征、沉积体类型、成因机制和空间匹配关系等方面还缺少精细的研究,特别是第四纪以来的沉积演化涉及较少,区域内水合物形成和分布的沉积地质条件尚不清晰.基于海底地形特征的描述、层序地层格架的对比和地震资料的综合解释,本次研究在第四纪以来的沉积充填序列中识别出5种典型的地震相类型,并分析了对应的沉积体类型:进积型的陆坡、第四纪早期发育的小型浊积水道、沉积物失稳(滑移和滑塌)、海底峡谷和伴生的沉积物变形、以及深海沉积-块体流沉积的复合体.通过沉积单元的空间匹配关系,将沉积演化划分为3个阶段:浊积水道侵蚀-沉积物再沉积阶段、陆坡进积-沉积物失稳阶段、海底峡谷的侵蚀-充填阶段.研究结果表明,受第四纪早期小型浊积水道的侵蚀,再沉积的沉积物将在中-下陆坡以"近源"的方式堆积下来,可能具有相对较好的物性条件,从而可被视为适于水合物赋存的有利沉积体.进积型陆坡带来的沉积物易于发生失稳,在研究区内广泛分布,因其具有较小的沉积物颗粒粒度和较好的垂向连续性,可被认为是水合物的区域盖层.大量发育的海底峡谷及伴生的沉积物变形,将会侵蚀和破坏先前沉积的有利沉积体,使其呈现为"斑状/补丁状"的平面展布特征,进而影响了神狐海域水合物的分布.因此,神狐海域第四纪以来的沉积演化是钻探区水合物不均匀性分布的关键控制因素之一.