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。     

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。     

台湾增生楔的构造单元划分及其变形特征

台湾增生楔位于欧亚板块、菲律宾海微板块和南海的结合部位,是现代弧陆碰撞研究的理想场所。通过对南海973航次在该区域的多道地震剖面的解释,对该增生楔进行了构造单元的划分,并分析了变形特征。认为台湾增生楔是由3个部分,即弧陆碰撞产生的增生部分、洋内俯冲产生的增生部分和增生楔后端在恒春海脊和北吕宋海槽之间的构造楔组成,研究区的高屏斜坡、恒春海脊和北吕宋海槽西端变形带分别是3个部分的反映。自中中新世以来,南海洋壳开始沿着马尼拉海沟向菲律宾海微板块俯冲,形成增生楔中洋内俯冲增生部分;与此同时菲律宾海微板块开始向NW方向移动,前缘的吕宋岛弧自6．5Ma B．P以来与亚洲陆缘斜向碰撞,形成增生楔中弧陆碰撞增生部分。碰撞首先发生在台湾岛的北部,由于弧陆强烈的挤压作用,增生楔后端部分向北吕宋海槽倒冲楔人,使得上部的北吕宋海槽的沉积发生隆升变形。滨海的各个地貌单元可以和台湾陆上的地貌单元相联系,它们具有相似的地质特征,但是由于陆上部分增生历史久,不仅抬升为陆,而且地层的年代也更老。     

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。     

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。     

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。     

台湾南部恒春海脊地质地球物理特征及其大地构造属性

恒春海脊的地质、地球物理特征与其相邻的南海海盆、吕宋火山弧和北吕宋海槽等地质构造单元所反映的特征明显不同 ,主要表现为低密度、弱磁性。推测其地壳性质为陆壳 ,是恒春半岛的南延部分。海脊西侧缓坡为陆缘增生楔 ,可见刺穿现象 ,这些刺穿构造是由逆冲挤压引起的泥底辟。海脊东部受弧陆碰撞的影响而急剧抬升。东部的弧陆碰撞是海脊抬升和增生楔形成的主要原因     

台湾南部恒春海脊地质地球物理特征及其大地构造属性

恒春海脊的地质,地球物理特征与其相邻的南海海盆,吕宋火山弧和北吕宋海槽等地质构造单元所反映的特征明显不同,主要表现为低密度,弱磁性,推测其地壳性质为陆壳,是恒春半岛的南延部分,海脊西侧缓坡为陆缘增生楔,可见刺穿现象,这些刺穿构造是由逆冲挤压引起的泥底辟,海脊东部受弧陆碰撞的影响而急剧抬升,东部的弧陆碰撞是海脊抬升和增生楔形成的主要原因。     

南海陆坡天然气水合物成藏的构造环境

南海是西太平洋最大的边缘海之一，其复杂的构造演化，形成了构造特征迥异的南海陆缘，有利于天然气水合物的发育，南海地区在中中新统以上发育了上中新统，上新统和第四系3套地层，3套地层所对应的地质时期的沉降速率在纵横向上的差别均较为悬殊，总体而言，南海第四纪整体沉降速率较大，为天然气水合物压力场环境的形成提供了有利条件，南海复杂的构造背景形成了丰富多彩的构造地质体，特定的构造地质体与水合物形成关系密切，这里讨论了滑塌体、泥底辟、增生楔等构造地质体在南海的分布情况，分析了上述构造体与气体水合物地震标志BSR之间的关系，以及特殊构造带在南海的展布规律，提出了特殊的造带中天然气水合物的成藏模式。     

南海北部陆坡沉积物硫酸盐-甲烷反应界面深度的空间变化及其对甲烷水合物赋存状态差异性的指示意义

海洋沉积物中的硫酸盐-甲烷反应界面（SMI）的深度变化能够指示下伏甲烷水合物的赋存状态。本文通过对南海北部陆坡天然气水合物潜在分布区沉积物间隙水化学和自生碳酸盐氧、碳同位素组成资料系统分析和对比,探讨了南海北部陆坡沉积物的SMI深度空间变化对下伏甲烷水合物的赋存状态的指示意义。结果表明,南海北部陆坡沉积物的SMI的深度呈现出从西南-东北变浅的趋势,这一趋势与自生碳酸盐的碳同位素组成揭示的甲烷释放量增大趋势有很好的对应关系,进而表明在南海北部陆坡从西南-东北甲烷水合物的埋藏深度变浅或者甲烷水合物的分解程度增大。     

南海天然气水合物的成矿远景

通过对南海的中新生代区域构造、中上新世纪沉积、近－现代地貌及地温条件的分析，结合ODP184航次钻探成果和水合物最新调查资料，探讨了南海水合物的成矿条件，认为具有良好的成矿地质构造环境；通过对南海陆坡深水区现有大量多道地震调查资料的重新判读，发现南海地区存在多处水合物的地震标志－BSR，以活动边缘笔架增生楔和非活动边缘西沙－东沙为例，重点解剖水合物的地震特征，建立其成藏模式，总结其成矿规律，预测水合物资源远景，为今后在该海域寻找水合物矿床、预测水合物资源远景起到抛砖引玉作用。     

莺歌海油气资源开发区工程地质和灾害地质特征

根据单道地震、浅地层剖面、旁扫声纳和海底取样等实测资料,分析和评价了莺歌海油气资源开发区的工程地质和灾害地质环境。研究结果表明,研究区海底地形地貌较为复杂,存在潮流沙脊、侵蚀冲沟、海底沙波、麻坑、埋藏古河道和古湖泊、浅层气、埋藏珊瑚礁和滑塌断层等潜在的灾害地质因素,对海上石油平台和输油管线等工程设施构成直接或潜在的危害。根据地形、地貌和沉积物物理力学特征,将研究区划分为内陆架堆积平原区、陆架潮流沙脊区、内陆架侵蚀平原区、外陆架平原区和大陆坡区5个工程地质区。其中研究区东部的潮流沙脊区和东南部的陆坡区,海底地形复杂,活动性的潮流沙脊和断层发育,是海底工程建设的危险区,应引起高度重视。     

南海北部陆坡深水区浅层天然气藏特征

南海北部陆坡深水区的浅层天然气藏是一种伴随天然气水合物的新型油气藏, 具有埋藏浅、规模大的特点, 其埋藏深度一般小于300m。浅层天然气藏由深部裂解气沿断裂上升被天然气水合物封盖而形成, 识别似海底反射(BSR)是寻找浅层天然气藏有效方法。浅层天然气藏的气源主要有热解气、生物气和混合气, 陆坡张性断裂是气体运移的主要通道, 水合物下部的砂层是浅层天然气藏的主要储集层, 水合物层则是封盖层。从南海发现的天然气水合物分布特征看, 浅层天然气藏在陆坡深水区广泛分布且气藏厚度大, 潜在资源量非常可观, 是一种新型的开采成本相对低廉的油气藏。     

南海北部水合物富集区水道特征对比与成因分析

天然气水合物作为现今乃至未来的重要清洁能源之一，其沉积环境和成矿条件的研究一直是国内外地质学家关注的热点问题，我国2007年、2013年及2015年已先后在神狐、和东沙海域多次成功钻获了天然气水合物实物样品。由此南海北部陆坡成为探讨天然气水合物沉积成因与成矿条件的重要试验区。然而，南海北部陆坡区的神狐、东沙及琼东南三个海域均有不同程度的天然气水合物发现，其各自的水深、沉积特征、气源成因及水合物成矿条件各有特点。本文利用地震沉积学原理，结合不同沉积相和沉积演化和古地貌、海平面变化和构造运动等因素，识别出不同类型的地震相。通过对比南海北部陆坡区域的水道系统的MTDs，认为其发育位置、展布和控制因素的不同影响了沉积展布。其中东沙区域位于近物源的上陆坡，神狐区域位于正常的缓陆坡区域，琼东南区域位于远离物源的海底平原区域。并且，水道系统可以分成侵蚀型，侵蚀-加积型和加积型，MTDs也可以分成头部拉张型，中部过渡型和趾部挤压型。     

南海神狐海域天然气水合物饱和度的数值模拟分析

珠江口盆地神狐海域是天然气水合物钻探和试验开采的重点区域,大量钻探取心、测井与地震等综合分析表明不同站位水合物的饱和度、厚度与气源条件存在差异。本文利用天然气水合物调查及深水油气勘探所采集的测井和地震资料建立地质模型,利用PetroMod软件模拟地层的温度场、有机质成熟度、烃源岩生烃量、流体运移路径以及不同烃源岩影响下的水合物饱和度,结果表明:生物成因气分布在海底以下1500 m范围内的有机质未成熟地层,而热成因气分布在深度超过2300 m的成熟、过成熟地层。水合物稳定带内生烃量难以形成水合物,形成水合物气源主要来自于稳定带下方向上运移的生物与热成因气。模拟结果与测井结果对比分析表明,稳定带下部生物成因气能形成的水合物饱和度约为10%,在峡谷脊部的局部区域饱和度较高;相对高饱和度(>40%)水合物形成与文昌组、恩平组的热成因气沿断裂、气烟囱等流体运移通道幕式释放密切相关,W19井形成较高饱和度水合物的甲烷气体中热成因气占比达80%,W17井热成因气占比为73%,而SH2井主要以生物成因为主,因此,不同站位甲烷气体来源占比不同。     

Depositional characteristics and accumulation model of gas hydrates in northern South China Sea

The South China Sea (SCS) shows favorable conditions for gas hydrate accumulation and exploration prospects. Bottom simulating reflectors (BSRs) are widely distributed in the SCS. Using seismic and sequence stratigraphy, the spatial distribution of BSRs has been determined in three sequences deposited since the Late Miocene. The features of gas hydrate accumulations in northern SCS were systematically analyzed by an integrated analysis of gas source conditions, migration pathways, heat flow values, occurrence characteristics, and depositional conditions (including depositional facies, rates of deposition, sand content, and lithological features) as well as some depositional bodies (structural slopes, slump blocks, and sediment waves). This research shows that particular geological controls are important for the presence of BSRs in the SCS, not so much the basic thermodynamic controls such as temperature, pressure and a gas source. Based on this, a typical depositional accumulation model has been established. This model summarizes the distribution of each depositional system in the continental shelf, continental slope, and continental rise, and also shows the typical elements of gas hydrate accumulations. BSRs appear to commonly occur more in slope-break zones, deep-water gravity flows, and contourites. The gas hydrate-bearing sediments in the Shenhu drilling area mostly contain silt or clay, with a silt content of about 70%. In the continental shelf, BSRs are laterally continuous, and the key to gas hydrate formation and accumulation lies in gas transportation and migration conditions. In the continental slope, a majority of the BSRs are associated with zones of steep and rough relief with long-term alternation of uplift and subsidence. Rapid sediment unloading can provide a favorable sedimentary reservoir for gas hydrates. In the continental rise, BSRs occur in the sediments of submarine fans, turbidity currents.     

Comparison of marine gas hydrates in sediments of an active and passive continental margin

Two sites of the Deep Sea Drilling Project in contrasting geologic settings provide a basis for comparison of the geochemical conditions associated with marine gas hydrates in continental margin sediments. Site 533 is located at 3191 m water depth on a spit-like extension of the continental rise on a passive margin in the Atlantic Ocean. Site 568, at 2031 m water depth, is in upper slope sediment of an active accretionary margin in the Pacific Ocean. Both sites are characterized by high rates of sedimentation, and the organic carbon contents of these sediments generally exceed 0.5%. Anomalous seismic reflections that transgress sedimentary structures and parallel the seafloor, suggested the presence of gas hydrates at both sites, and, during coring, small samples of gas hydrate were recovered at subbottom depths of 238m (Site 533) and 404 m (Site 568). The principal gaseous components of the gas hydrates wer methane, ethane, and CO₂. Residual methane in sediments at both sites usually exceeded 10 mll^?1 of wet sediment. Carbon isotopic compositions of methane, CO₂, and ΣCO₂ followed parallel trends with depth, suggesting that methane formed mainly as a result of biological reduction of oxidized carbon. Salinity of pore waters decreased with depth, a likely result of gas hydrate formation. These geochemical characteristics define some of the conditions associated with the occurrence of gas hydrates formed by in situ processes in continental margin sediments.