天然气水合物的聚集和形成及南海地质条件分析

天然气水合物目前已经成为世界范围的一个研究热点，而我国的天然气水合物研究起步则相对较晚，通过阅读国内外有关文献，总结了天然气水合物在海底的分布特征，聚集和形成机制，产状及其形成机理，甲烷羽的形成过程，天然气水合物在沉积物中的聚集位置通常有两种情况：一是较浅的沉积物（海底以下几米）中，受控于泥底辟，泥火山，断层等；二是较深的沉积物（海底以下几十米，甚至更深）中，受控于流体，当断层延伸至海底时，通常在水合物聚集处的上部发现甲烷羽，天然气以溶解气，游离气或分子扩散的形式运移，在温，压适宜的沉积物中，即水合物稳定带内聚集并形成水合物，水合物的形成过程是：最初形成晶体，呈分散状分布于沉积物中，之后逐渐聚集，生长成结核状，层状，最后形成块状，在细粒的浅层沉积物中，通常以较慢的速度生长，形成分散状的水合物；而在粗粒沉积物中，水合物通常呈填隙状，并且这种产状可能位于较深层位中，我国南海在温度，压力，构造条件，天然气来源等方面都能满足天然气水合物的形成条件，并且在南海也发现了一些水合物存在的标志，如似海底反射层（BSR）以及孔隙水中氯离子浓度的降低。因此，天然气水合物在我国南海海域可能有很好的前景。     

天然气水合物及其实测的地球物理测井特征

沉积盆地内能够形成天然气水合物的先决条件包括：富含分散有机质的沉积物中充有地下水、深水区的水动力处于滞流状态、存在生物成因的气体、压力与温度具有特定的相关关系等。许多科学家提出天然气水合物主要有两种成因机制：（1）先存天然气田因温度或孔隙压力的有利变化而转变为天然气水合物；（2）微生物成因气或热成因气从下部运移至天然气水合物稳定带。     

南海北部陆坡区水合物发育的水深、热流特征及盖层控制作用模拟

南海北部陆坡区是中国最具潜力的天然气水合物聚集区。通过对研究区似海底反射层（BSR）、水深及热流值分布进行交会,得到了水深、热流双因素对天然气水合物形成的共同控制机理。研究认为,热流值中等（70～83mW／m^2）的地区最有利于天然气水合物的形成和聚集,热流值升高,天然气水合物形成的水深有总体增大的趋势。另外,天然气水合物的形成也需要良好的盖层条件。模拟了当上覆泥质沉积物盖层厚度不同时,天然气水合物形成所需的最低水深,并对不同泥质沉积物盖层厚度对天然气水合物稳定带底界面和厚度的影响做了研究和探讨。当泥质沉积物盖层的厚度越大时,天然气水合物形成的水深可以更浅;当泥质沉积物盖层厚度较小时,天然气水合物的形成则需要更大的水深。另外,当水深越大时,天然气水合物稳定带的底界面（BGHSZ）越深,天然气水合物稳定带的厚度越大。     

从海洋地震数据估算天然气水合物及游离气的含量

南卡罗莱纳布莱克海台的海洋地震数据和测井表明明显的似每底反射（BSR）是由含天然气水合物的沉积层覆盖在含游离气的沉积上所形成。我们将一个理论的岩石物理模型应用到二维的布莱克海台海洋地震数据上以确定天然气水合物及游离气的饱和状态。高孔隙度海洋沉积作为一个粒状的系统建立模型，在这样的系统中弹性波速度与孔隙度、有效压力、矿物、孔隙充填物的弹性性质地、水、以及孔隙中天然气水合物的饱和度联系在一起。为了将这种模型应用到地震数据上，首先我们使用迭加速度分析得到层，然后通过地质信息估算出孔隙度和饱和度，我们首先假设沉积物中没含天然气水合物或游离气，然后使用岩石物理模型直接从层速度计算孔隙度。这种孔隙度剖面在有天然气水合物及游离气的地方表现出异常（与所期望的典型剖面以及在无天然气水合物或游离气存在的沉积中得出的剖面相比较）。在含天然气水合物的地方孔隙度估算不足而在含游离气存在的沉积度估算过高。从这些异常剖面中，通过与典型孔隙度剖面（不含天然气水合物及游离气）相减计算出孔隙度的剩余值。然后，通过引入天然气水合物或游离气的饱和度，应用岩石物理模型消去这些异常。这样一来就得出了所期望的二维饱和度分布图。我们得出最大的天然气水合饱和度介于孔隙空间的13%到18%（取决于所用模型版本的不同而有所变化）。这些饱和度数值与布莱克海台的测井结果（在地震测线边上）相吻合，测井的结果为12%。游离气的饱和度在1%和2%之间。饱和度的估算对输入的速度值极为敏感，因此精确的速度确定对储量的改正十分关键。     

巨型天然气水合物储层原始甲烷数量的直接测量

在高压和低温的稳定条件下 ,某些气体可以与水结合在一起形成固体———天然气水合物。在许多有甲烷供给的海洋沉积物中存在形成水合物的条件。大陆边缘的地震反射剖面表明在海底上部几百米的沉积物中通常存在天然气水合物 ,其下伏更深的地带则含游离气。若大量甲烷储集在这些储集层中 ,溢出的天然气可能在气候变化期间扮演重要角色。事实上海洋沉积物中的天然气水合物储层可能是地球上最大的化石燃料储集层。在此 ,我们报告了作为气水合物和游离气储集在大西洋西部布莱克海脊沉积层系内的原地甲烷丰度的直接测量。我们的结果表明作为固体气…     

IODP 311航次--Cascadia边缘天然气水合物

IODP 311航次钻探天然气水合物的目的是ODP天然气水合物项目计划组提出的,它们是：●研究海洋沉积物中天然气水合物的形成;●确定天然气水合物的性质、规模、发育机制以及全球分布的储量;●调查天然气水合物从生成到储藏的运移机制和通道;     

天然气水合物的声学探测模拟实验

在人工岩心中进行天然气水合物的生成和分解实验,同时获取了体系的温度、压力、声学特性(Vp和Vs、幅度和频率)及含水量等参数。经研究发现,温压法、超声探测法和TDR探测法都能灵敏探测沉积物中天然气水合物的形成和分解过程。分析认为,本次实验中水合物形成速率过快,只能宏观研究水合物对沉积物声学特性的影响,建议采用长岩心进一步研究沉积物中水合物的声学特性。     

未来关于天然气水合物循环的研究

在20世纪60年代,已有大量证据表明, 碳以游离气、溶解气和水合物的形式存在于 海洋沉积物中,数量巨大.在典型的温度(洋 底温度为摄氏数度)和约50巴(相当水深 500m或更大)的条件下,如有足够的甲烷气 或其它形式的气存在,就可形成天然气水合 物.科学家估算,天然气水合物中的碳相当 于石油、天然气和煤中的碳之两倍. 大洋钻探146和164航次在俄勒冈和新 泽西州大陆边缘发现和回收了水合物、流体 和气以及对下部界面环境影响之证据.这 样,对未来大洋钻探计划提出了挑战:需要 在全球海洋中广泛布置井位,以采集水合物 样品.这是我们弄清水合物形成和释放是怎 样影响全球生物地球化学循环,以及它们怎 样和构造过程有关的唯一途径.今天,水合 物存在于海洋沉积物中,但这仅是水合物生 成及消亡这一复杂过程之一部分.生成甲烷 细菌消化沉积中的有机质,以代谢作用产生 甲烷,当这些甲烷迁移至水合物稳定带后,它 们将形成另外的水合物.某些情况下,深部 热成气也可进入上部水合物稳定带并形成水 合物. 现在科学家认为,天然气水合物系统是 全球碳循环系统的重要组成部分,关于碳从 水合物系统中输入和输出,以及水合物储层 尺度之大小仍然是需要研究的.用先进的技 术进行大洋钻探,对于很好地了解水合物形 成和破坏(分解)以及它在全球循环中的作用 是非常重要的.用将来的科学钻探来研究水 合物之目的需回答下列问题:海洋天然气水 合物的形成机制是什么?碳循环的全球系统 之组成何在? 为什么要研究天然气水合物循环? 姚伯初摘译自 ,1999     

海底天然气水合物的研究进展

PROGRESSIONONMARINEGASHYDRATESTUDY随着能源的日益紧张,非常规天然气中的天然气水合物,以其能量高、分布广、规模大等特点正崭露头角,有望成为对世纪的重要能源。天然气水合物（Gashydrate）是天然气（主要是甲烷）和水分子组成的固体结晶物质。它存在于低温高压条件下,主要出现于＞300～500m水深的海底沉积物中和寒冷的高纬度区域（特别是永冻层地区）。据估计陆地上20．7％和大洋底90％的地区具有形成天然气水合物的有利条件。全世界水合物中的甲烷碳达1016kg或20X1015m3的甲烷气,较常规天然气大2～3个数量级,而大…     

ERT在水合物在线监测中的应用:以结融冰过程为例

电阻率层析成像技术(ERT)作为一种岩心尺度的可视化测试手段,在天然气水合物成藏-开采过程模拟方面具有广阔的应用前景。目前国内专门针对天然气水合物合成-分解过程进行电阻率层析成像观测的报道较少。本文采用自主研发的天然气水合物电阻率层析成像测试系统,以冰的形成和融解过程为例,探讨了电阻率层析成像技术在天然气水合物可视化观测中的可用性。实验结果表明,电阻率层析成像技术能够实时在线监测沉积物体系中冰的形成和溶解过程,以及该过程中冰在沉积物孔隙中的分布规律。结冰-融冰过程中沉积物体系的电导率分布受温度、孔隙连通性、盐度因素影响,排盐效应对电导率不均匀性分布影响明显。研究结果对进一步开展电阻率层析成像技术在天然气水合物探测方面的应用有一定的参考意义。     

海洋沉积物中天然气水合物的形成、分布与演化预测

我们运用一个新的分析公式，解出了动量，质量和能量联立方程。这个方程控制着海洋沉积物中天然气水合物的聚集和演化，而且可以推导出水合物稳定区的顶底位置，水合物实际产生区的顶底位置，沉积物中水合物聚集速率的时间，以及在扩散和平流两端元系统中聚集速度与深度的关系。得出的主要结论如下：（1）天然气水合物在海洋沉积物中实际出现的底界通常并不与天在气水合物稳定带底一致，比稳定带底要浅。同样，有确切的物理解释来说明天然气水合物稳定带底界一致，比稳定底界要浅。同样，有确切的物理解释来说明天然气水合物稳定带顶界（通常在海底）和天然气水合物生成带顶界的不一致。（2）如果似海底反射界面（BSR）标志着游离气带的顶界，那么在某些地背景下BSR实际上应当发生在比稳定带底更深的地方。（3）甲烷天然气水合物温压稳定域内存在的甲烷甲对于天然气水合物的生成是不够的。只有甲烷溶解在流体中的质量分数超过甲烷在海水中甲烷的溶解度，或者甲烷通量超过了对应于甲烷扩散运移率的临界值时天然气水合物才能生成。可以利用这些临界通量综合地球物理或地球化学资料限定生物成因和热成因的甲烷最小产生率。（4）对于大多数扩散－分散系数值，以扩散为主的天然气水合物体系是以在稳定带底界附近的天然气水合物薄层为特征的，以扩散为主的天然气水合物体系是以在稳定带底附近的天然气水合物薄层为特征的。以平流为主的系统有厚的天然气水合物层，而且对于高的流体通量，在层底比在沉积序列浅层有更大规模的聚集。基于以上结果以及在某些以扩散为主的体系中生成最小的天然气水合物区也需要很高的甲烷通量，我们推测所有的自然界的天然气水合物系统，甚至那么如被动边缘的相对低通量的环境都可能以平流占主导地位。     

天然气水合物沉积的地震定量分析方法

反射地震剖面能提供天然气水合物区域性存在的间接证据。尽管这一技术经过三十多年不断深入的发展，但将此相关技术应用于天然气水合物研究方面仍然存在一些未决问题和需求。举例来说，在似海底反射（BSR）处观测到负的波阻抗差，气体水合物在负阻抗差形成中所起作用一直存在争论。此外，振幅随角度变化（AVA）分析是应用于储层存在游离气时获取信息的一种勘探方法，由此获得的定量信息的确定性尚有争议。本文研究采用有效介质理论（EMT），将AVA分析应用于长偏移距高分辨率的叠前地震数据。以海洋浅部沉积物的原位物理性质为约束条件合成AVA响应并建立模型，作为BSR处气体水合物浓度和游离气饱和度的函数。经过仔细处理后，结果表明这一方法检测游离气是可能的，并且游离气的低饱和度可以量化。气体水合物对观测到的阻抗差的贡献非常小，特别是在气体水合物浓度小于10％时。这一分析已经应用于哥斯达黎加和沙巴大陆边缘的海洋地震数据。     

稳定同位素在天然气水合物地球化学勘查中的应用简介--以"布莱克海隆"海区为例

介绍了国外在布莱克海隆（包括ODP164航次994、995、997站位）进行天然气水合物勘查过程中应用稳定同位素的研究实例；通过对这3个站位样品的甲烷、CO2、DIC（dissolved inorganic carbon)、有机碳以及自生碳酸盐的δ^13C分析，指出浅部（0－30m)甲烷和DIC的δ^13C值随深度迅速降低又迅速升高的变化可以作为天然气水合物存在的地球化学指标。994站位孔隙水δ^18O值深度从0.30‰下降到-0.37‰；氢同位素δD随深度略有下降（从11‰到-12‰），这与水合物形成时氢氧重同位素相对富集于固相有关，表明天然气水合物的存在。997站位δ^37Cl从海底沉积物表层以下30m处为接近海水的最大值0，至钻孔底746.85m处降为-3.68‰，可能也与天然气水合物的形成有关。     

俄勒冈滨外水合物脊大洋钻探建议书

位于水合物脊(前称“第二脊”)上的ODPl46航次站位调查资料揭示了俄勒冈边缘水合物／气体系统中构造活动影响下的地层和BSR反射特征的变化情况。尤其在水合物脊南部，这些模式得到了详细的描述，1996年在该区的抓斗样品表明。在海底附近存在含块状水合物的沉积物。根据我们对ODPl46航次站位调查资料的检验和水合物脊最近几个航次的调查结果，建议在水合物脊上实施三个钻孔，井深400—700米。并辅以生物和地球化学综合采样及一系列的原位测试。在这样一个ODP航次中开展下列课题的研究：1．在两个明显不同的沉积和构造环境中，对气体和水合物形成的物理和化学机制作源区比较：(1)在增生楔较老沉积物中，海底附近发现了块状水合物及其相关的自生碳酸盐矿物，其甲烷可能来源于俯冲沉积物；(2)与增生楔相连、快速充填的陆坡盆地中，沉积物较年轻、成层性好，其地震反射特征强烈地显示了水合物和(或)游离气的存在，但海底附近没有水合物和(或)碳酸盐矿物积聚的迹象，其气源主要来自原地沉积物中。2．采用地球物理遥感技术校准确定水合物及其下伏游离气饱和度。为了更好地了解这些特性，需要编制井间水合物分布图，评价俯冲带环境中天然气水合物的未来经济潜力。3．利用地球化学示踪物、物理性质测量和微结构分析，检测构造因素诱发的水合物不稳定导致的BSR和BSR下伏地震反射特征发生变化是否与地震反射资料推测的一样。4．加深对水合物形成的地球化学效应的认识，以便于利用综合地质资料确定甲烷释放进入大气的原生载体，了解巨大而剧烈的水合物失稳作用在全球变化中所扮演的角色。5．确定水合物和下伏沉积物的孔隙度和剪切强度，以评估水合物、流体活动与斜坡稳定性之间的关系。6．确定沉积物中生物成因甲烷菌和热成因甲烷菌的分布数量，评估它们对水合物形成和分解的贡献，以及与沉积物成岩作用的关系。     

海洋浅表层沉积物和孔隙水的天然气水合物地球化学异常识别标志

天然气水合物是一种赋存在低温,高压条件下海底沉积物中的规模巨大的新型能源,研究表明,地球化学是识别海底天然气水合物赋存的一种有效方法。国际上通过分析由大洋钻探采上来的柱状沉积物和孔隙水的地球化学异常,已建立了一套较为成熟的地球化学识别方法。但是,在没有钻井岩心的情况下,如何通过浅表层（＜20m）沉积物和孔隙水及底层海水的地球化学分析来识别海底可能存在的天然气水合物,是国际国内天然气水合物勘查中面临的一道难题,通过对国际上已有数据和资料的全面总结,尝试提出了一系列在海底浅层条件下识别天然气水合物赋存的地球异常标志,包括底层海水的烃类气体及其同位素组成异常,沉积物有机碳和水的含量异常,沉积物中孔隙水的元素和同位素组成异常,沉积物中气体含量异常及沉积物中自生碳酸盐矿物的化学和同位素组成异常等。这些标志的建立将有助于在我国海域开展天然气水合物的勘查工作。     

西沙海槽潜在天然气水合物成因及形成地质模式

西沙海槽具备良好的热解成因气及断层通道、深部异常压力等运移条件,分析海底表层沉积物所含甲烷气来源可以很好地指示潜在天然气水合物成因.西沙海槽海底表层沉积物所含甲烷气以热解成因气为主,可能混有少量生物成因气.表层沉积物所含甲烷气为断层渗逸-自由扩散作用双重运移结果,主要有3种来源：（1）直接来自于下部断层通道中气态烃的释放;（2）来自于动态变化的水合物分解,再由渗滤作用或沿浅部微小断层向上运移;（3）来自于原地少量的生物气.不同地区有不同的气体来源,这是海底表层沉积物甲烷高值区与下部断层相关性较大而与BSR区域并非完全一致的原因.甲烷气来源及运聚条件综合分析表明,潜在天然气水合物以热解成因为主,为断层-渗滤综合地质模式.     

海底天然气水合物的地震资料处理与分析

介绍了利用多道反射地震资料，采用反射振幅随炮检距变化AVO（Ampltude versus Offset)技术和其他地震正、反演方法，通过研究地震剖面上的拟海底反射层（BSR）分布、地震弹性参数特征，来探讨BSR上、下方含天然气水合物沉积层和含游离气沉积层的内部结构和某些主要物理性质，如沉积物的空隙率、天然气水合物的饱和度等，由此来评估海底天然气水合物的资源前景并研究其成矿机制。     

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。     

未来善于天然气水合物循环的研究

在２０世纪６０年代，已有大量证据表明，碳以游离气、溶解气和水合物的形式存在于海洋沉积物中 ,数量巨大。在典型的温度 (洋底温度为摄氏数度 )和约５０巴 (相当水深５００ｍ或更大 )的条件下 ,如有足够的甲烷气或其它形式的气存在 ,就可形成天然气水合物。科学家估算 ,天然气水合物中的碳相当于石油、天然气和煤中的碳之两倍。大洋钻探１４６和１６４航次在俄勒冈和新泽西州大陆边缘发现和回收了水合物、流体和气以及对下部界面环境影响之证据。这样 ,对未来大洋钻探计划提出了挑战 :需要在全球海洋中广泛布置井位 ,以采集水合物样品。这…     

天然气水合物的形成与识别

探讨了天然气水合物矿藏的形成条件和机理、水合物矿藏的聚集方式。天然气水合物的形成除了必要的气体和水,还需要一定的温压和地质条件;其形成机理可用高渗漏系统和弱渗漏系统来解释;天然气水合物在沉积物中主要以构造聚集和地层聚集的方式存在。综述了天然气水合物矿藏的识别方法。