南海北部陆坡深水区的海底原位热流测量

海底热流数据是开展海洋地球动力学研究和油气资源评价的基础数据.南海北部陆坡深水区蕴含有丰富的油气和水合物资源,而该区热流站位很少.为了解陆坡深水区水合物有利区块的地热特征,利用剑鱼1型海底原位热流探针,在南海西沙海域和神狐海域成功获得了16个站位的热流值.测量结果表明,西沙海槽与白云凹陷都具有较高的热流值,西沙海槽区除1个站位结果不可信外,另2个站位所测海底表层地温梯度分别为105.3 和99.9℃·km^-1,原位热流分别为89±1和87±1 mW·m^-2;白云凹陷中部区域13个站位测得表层地温梯度变化于58.5~100.7 ℃·km^-1,热流值除4个站位低于70 mW·m^-2外,其余都变化于75±2~101±4 mW·m^-2范围,比前人在白云凹陷东部获得的热流高.分析认为,西沙海槽和白云凹陷区域的高地热特征与陆坡深水区的高热背景、晚期断裂发育、底辟、岩浆侵入和热流体活动等有关.     

地球物理技术在降低水合物钻井风险中的应用

在海洋深水钻井工程中,天然气水合物诱发的钻井风险问题正越来越引起重视,而地球物理技术在降低水合物钻井风险过程中发挥着不可替代的作用.本文首先介绍了含水合物地层的岩石物理性质,然后详细阐述了深水钻探过程中钻遇含水合物地层可能引发的各种风险,包括天然气水合物的分解以及在井筒中形成天然气水合物可能诱发的工程事故和技术问题,并对地球物理技术在降低钻井风险过程中的应用进行详细介绍,可以为我国的海洋深水钻井工程提供一定的参考.     

海底可控源电磁接收机及其水合物勘查应用

海洋可控源电磁法在国外已成为海底天然气水合物调查的有效手段之一.为实现我国海域深水条件下水合物的海洋可控源电磁探测,本文从方法原理出发,采用低功耗嵌入式控制、前端低噪声斩波放大、高精度时间同步和水声通讯等技术,设计并开发了由承压舱、玻璃浮球、采集电路、电场与磁场传感器、姿态测量装置、声学释放器、USBL定位信标、测量臂、水泥块等部件组成的海底可控源电磁接收机,实现了海洋微弱电磁场信号的高精度采集.海底可控源电磁接收机具有高可靠性、低噪声、低功耗和低时漂的特点.利用研制的海底可控源电磁接收机,在琼东南海域进行水合物勘查,采集得到了可靠的人工源电磁场数据.通过数据处理及反演,获得了研究区海底的电阻率模型,结合地震资料,对高阻异常体进行推断解释,其结果为天然气水合物钻探井位布置提供了电性依据.     

海域天然气水合物勘测的地球物理方法

到目前为止,已经探明的天然气水合物储量要远小于预测的水合物储量.这种现状不同程度地反映出我们对天然气水合物赋存规律认识不足,和对天然气水合物勘探方法认识不足.本文根据作者多次参加水合物地球物理调查国际航次的认识及文献资料,综述了海域天然气水合物勘探方面一些有效的地球物理技术方法,以利于我国海域天然气水合物的勘探工作以及勘探方法的创新.本文指出,地震勘探是目前进行天然气水合物勘探最常用、也是最重要的方法.地震方法主要包括传统的单道、多道地震方法、高分辨地震方法、深拖多道地震探测方法、海底地震仪方法、多道-多分量海底地震电缆方法、海底地震检波器方法等.此外,根据水合物发育区特有的海底地形地貌特征和水体异常特征,根据水合物发育所需要的温度-压力场特征、电磁特征和含水合物地层的剪切模量特征发展的多波束方法、旁扫声纳方法、海底热流探测方法、海底电磁方法以及海底重力测量方法等都在海域天然气水合物勘探中有着很好的效果.     

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.     

流花深水区块典型滑坡特征的研究与认识

近几年在南海东部500～1400m水深范围的126km2深水区块勘探开发项目中,利用深拖工程物探新技术进行了荔湾、流花等深水场址共1800km测线的调查研究.本文研究的流花深水区位于单斜型陆坡带向断阶型陆坡带转折区域,工区内海底陡坡、陡坎、滑塌体、海底峡谷等非常发育,是南海东部深水区具有代表性的典型滑坡区.通过运用深拖新技术的作业方法来解释分析和研究该区的滑坡特征,有效提升资料研究评价的准确性和可靠性,同时提高对该区不稳定性海底的认识,为以后在类似区域进行深水海底灾害地质研究提供参考和借鉴.     

南海北部东沙海域天然气水合物的初步研究

利用地震、测井与地温资料综合分析了南海北部东沙海域可能存在的天然气水合物的分布特征.研究表明,在东沙海域地震剖面上出现似海底反射层、弱振幅带等天然气水合物分布标志,在声波测井曲线上呈现高速、速度倒转等天然气水合物存在特征.似海底反射层的深度与1144站位,及平均地温梯度资料得出的稳定带厚度较吻合.1144站位与1148站位似海底反射层距海底较深,分别为654m与475m.在1144站位附近,弱振幅带的顶界可能代表含天然气水合物沉积层的顶界,约在450m左右.     

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.     

深水拖曳式大功率时频发射与多链缆多分量电磁探测系统

海洋可控源电磁探测方法是目前海洋油气资源勘探和海底地质构造调查中不可或缺的物探手段之一.本文研究的深水拖曳式大功率时频电磁发射与多链缆多分量电磁探测系统,是深水双船拖曳式可控源海洋电磁勘探系统的关键组成部分.发射系统利用深拖缆实现了电能在复杂海洋环境下长距离、大功率和低损耗传输,基于大功率变流拓扑结构攻克了2000 A量级、0.01～16 Hz可控的时频域大电流冲击脉冲发射;接收系统建立了主节点与最多5个从节点的数据链接,单个从节点记录到了三轴正交的电磁场分量以及运动姿态信息.海洋试验表明,深水双船拖曳式海洋可控源电磁勘探系统借助发射系统与接收系统之间的时间同步、时频观测、可变收发距和观测装置等技术优势,显著提升了数据质量和有效的数据数量,为后续处理和反演提供了硬件支撑.经过海上试验,整套系统的技术性能得到多次验证,未来有望在深水油气、天然气水合物和海底硫化物等资源勘查以及海底地质构造调查领域获得广泛应用.     

深水钻探面临的挑战:浅水流灾害问题

浅水流(shallow water flow,简称SWF)灾害被看作深水钻探中面临的重要挑战之一,它是指深水钻探中,钻头钻过一超压砂层时,孔隙压力太大以致砂和水激烈流进到井眼里,导致了井和钻井平台损坏的事件.SWF问题仅发生在深水区,位于海底泥线下几百米以下,主要出现在一种原位超压的未固结的斜状砂体中,这种砂体一般被低渗透的泥覆盖.超压的形成常认为是快速沉积压实所致,也可能与构造因素或水合物分解有关.SWF砂体具有低密度、低速度和高Vp/Vs的性质,是可能被地震勘探方法所检测的.我国即将进入深水钻探领域,为了避免或减轻深水钻探中可能面对的SWF灾害,我们建议开展有关SWF灾害问题的前期研究.     

深水崎岖海底对下伏地层地震成像的影响研究

深水陆坡区水深急剧变化,峡谷纵横,水道复杂,形成了崎岖的海底地形地貌,严重影响到其下伏地层的地震成像,并造成地震剖面上构造形态的畸变.本文利用复杂介质条件下共聚焦分析和CRP分析方法,讨论深水区崎岖海底条件对下伏目的层地震波成像质量的影响,通过对比分析水平海底条件与崎岖海底条件下成像的差别,为深水崎岖海底地区的地震采集设计提出建议.     

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.     

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.     

南海天然气水合物远景区海洋可控源电磁探测试验

为了测试我国自主设计与研发的海洋可控源电磁仪器性能及其在水合物探测中的适用性,本文从海洋可控源电磁法基本原理出发,首先根据试验海域水合物地质特征,建立简化地电模型开展理论研究,确定海洋可控源电磁试验的技术方案;利用研发的海洋可控源电磁仪器,在南海天然气水合物远景区开展探测试验,首次获得了我国深水海域的海洋可控源电磁数据.通过对采集数据进行处理与反演,获得了试验剖面的海底电性结构模型,揭示了4号测点下方存在一个50m厚的高阻层,其电阻率为25Ωm、顶部埋深为181m,为该区天然气水合物调查提供了有价值的电性参考资料.研究结果表明,自主研发的海洋可控源电磁仪器性能达到了预期的设计指标,这标志着我国海洋可控源电磁探测技术向实用化进程迈出了重要一步.     

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.     

我国南海天然气水合物资源潜力分析

天然气水合物是一种潜在能源,资源量大,我国天然气水合物以南海分布居多.本文分析了影响天然气水合物形成的构造沉积、烃源、温度与压力等因素,并以墨西哥湾和布莱克海台天然气水合物藏为例进行了分析.基于天然气水合物形成的影响因素,综合考虑南海海域的构造演化及油气地质条件,认为南海的构造及气源条件有利于天然气水合物的形成,同时进一步认为南海地区水合物成藏一级远景区包括台西南盆地、东沙群岛、西沙海槽—琼东南盆地和北康盆地,次级远景区包括中建南盆地和万安盆地等.并针对南海天然气水合物勘探及研究面临的挑战,提出了建议.     

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.     

珠江口盆地东部海域高通量流体运移的地貌-地质-地球物理标志及其对水合物成藏的控制

根据游离气运移的控制机制,可以将海域水合物藏划分为汇聚高通量型和分散低通量型.在汇聚高通量型水合物藏中,流体很容易突破上覆沉积层的压力,直达浅层,在海底及其附近留下一系列的地貌-地质-地球物理异常.通过对珠江口盆地东部海域钻前资料的精细解释,在海底及浅表层发现了大量的与高通量流体运移有关的这类异常,包括具有侵入构造特征的海底丘状体、BSR之上的亮点反射、浅表层的相位反转以及断层与隆起组成的高效流体运聚系统.2013年在珠江口盆地东部海域实施的中国第二个水合物钻探航次(GMGS2),使得有机会对这些异常进行详细研究.钻后测井岩芯及地化数据表明,部署在这些异常上的站位均存在高通量流体运移的现象,因此具有侵入构造特征的海底丘状体即水合物丘、BSR之上的亮点反射,以及断层与隆起组成的高效流体运聚系统可以作为高通量流体运移的识别标志.通过钻探区水合物的分布特征的研究,发现高通量流体向上运移过程中,在深部与浅部地层中的运移模式存在差异,深部主要以气溶水的形式进行运移,而浅部主要以单独气相的形式进行运移,正是这种运移模式的差异,导致在钻探区形成上下双层结构的高饱和度水合物藏.这些高通量流体识别标志及其运移模式的发现,将有助于水合物钻探站位选取以及降低水合物钻探风险.     

海域天然气水合物全波形反演研究进展

在海域天然气水合物勘探过程中,全波形反演可以在缺少井资料情况下提供水合物及游离气区域精细速度结构,与AVO分析相比,全波形反演可以有效降低薄层效应影响.概述了全波形反演的研究进展及其在海域天然气水合物参数结构分析中的应用现状;讨论了天然气水合物全波形反演策略,包括基于层状介质假设的全局优化与局部优化相结合反演策略和基于有限差分、有限元正演模拟的多参数结构直接反演策略等;探讨了天然气水合物全波形反演中一些具有代表性的技术特点,包括地震子波估计方式、海底多分量地震数据的应用、多参数同时反演;最后给出天然气水合物全波形反演发展趋势和可能改进建议.随着三维全波形反演算法的不断改进,海域天然气水合物勘探精度将进一步提高,为水合物商业开发提供依据.     

天然气水合物勘探开发新技术进展

天然气水合物是一种非常规能源,因其巨大的资源量成为目前能源研究的热点.水合物的研究目前仍处于初期阶段,人们在水合物勘探、开发模拟方面做了大量尝试,总结了许多有利于水合物勘探和开发的关键技术.本文首先介绍了天然气水合物形成的地质条件和储层特征,然后介绍了针对海底天然气水合物的地震勘探和电磁、地化等非地震勘探最新技术进展,分析了天然气水合物矿藏的测井响应特征,结合岩石物理模型对储层孔隙度、饱和度进行估算用于储量预测.最后,论述了天然气水合物开发过程中的深水区的钻井问题,水合物的开采方式总结以及商业化生产所面临的挑战.