南海北部天然气水合物成藏地质条件及成因模式探讨

中国南海北部陆坡区是天然气水合物成藏的理想场所,资源潜力巨大。文章基于天然气水合物勘探成果,结合南海北部天然气水合物成藏地质背景,从天然气水合物成藏的温压稳定条件、气源形成条件、构造输导条件和沉积储集条件4方面,系统分析了南海北部天然气水合物成藏的基本地质条件,探讨了南海北部陆坡中部神狐海域、南海北部陆坡西部海域和南海北部陆坡东北部海域天然气水合物的成藏类型与成因模式。结果认为,南海北部陆坡中部神狐海域主要发育扩散型水合物,而南海北部陆坡西部海域主要发育渗漏型水合物,南海北部陆坡东北部海域则发育兼具扩散型与渗漏型特征的复合型水合物。     

晚期泥底辟控制作用导致神狐海域SH5钻位未获水合物的分析

海底泥底辟构造与天然气水合物成藏关系密切,泥底辟既能为水合物提供充分的气源物质,同时又能促使地层温度场改变进而影响水合物成藏稳定性。南海北部神狐海域SH5站位虽然BSR明显,但钻探证实不存在天然气水合物。该钻位温度剖面异常高,温度场上移,同时在其下伏地层中发现泥底辟构造和裂隙通道。根据上述事实并结合泥底辟发育各个阶段中的特点,认为泥底辟构造对天然气水合物成藏具有控制作用。泥底辟发育早期和中期阶段,低热导率和低热量有机气体有利于天然气水合物生成;而在晚期阶段,高热量液体上侵稳定带底界,导致水合物分解迁移。SH5站位很可能由于受到处于晚期阶段的泥底辟上侵而未能获取天然气水合物。     

南海北部神狐海域天然气水合物成藏特征

天然气水合物作为一种新型、洁净、潜在的新能源,越来越引起世界各国科学家的重视,对天然气水合物研究也进一步深入,但天然气水合物作为一种能源矿产,对其成藏机制的研究相对较少。针对我国天然气水合物调查研究相对较为详细的神狐海域,从其物质来源、气体运移通道、成藏条件等角度探讨神狐海域天然气水合物的成藏特征,指出白云凹陷古近纪埋藏的巨厚烃源岩是其成藏的主要物质基础;底辟构造发育区是形成水合物流体向上运移的主要通道;新近纪晚期大面积发育的滑塌体是水合物的主要赋存区。神狐海域具备天然气水合物成藏的优越条件,是进一步勘探水合物的远景区。     

南海神狐海域天然气水合物注热降压开采数值模拟研究

针对南海神狐海域天然气水合物成藏条件,利用pT+H软件和水平井技术对天然气水合物的注热和注热降压开采效果进行了模拟分析。重点讨论了注入热水温度为30、60、90℃时水合物饱和度以及CH4气体饱和度、CH4产气率、累积CH4产气量和产水量的变化规律,发现两种开采模式下水合物低饱和度分布范围随时间增长和温度升高而增大;CH4产气率在开采10 d内升高较快,之后逐渐减小。模拟结果表明:注热降压开采模式比单纯注热模式的效果有较大改善,而且温度对于提高CH4产气量效果不明显,但因为天然气水合物藏的低渗透性,神狐海域的天然气水合物的CH4产气量不大。研究结果可为南海神狐海域和类似地区天然气水合物开采提供参考。     

泥底辟输导流体机制及其与天然气水合物成藏的关系

摘要：详细阐述不同成因的泥底辟流体输导模式,探讨了泥底辟输导体系的演化与天然气水合物成藏之间的关系,并分析神狐海域泥底辟输导体系对天然气水合物成藏的影响。底辟核外部伴生断裂、底辟核内部流体压裂裂缝和边缘裂缝带均可作为输导流体的通道。根据运移通道和动力等差异性,提出泥底辟输导流体的2种端元模式：超压-流体压裂输导型和边缘构造裂缝输导型。在此基础上,讨论了泥底辟(泥火山)的不同演化阶段对水合物的形成、富集和分解的影响。早期阶段,泥底辟形成的运移通道可能未延伸到水合物稳定带,导致气源供给不够充分;中期阶段,水合物成藏条件匹配良好,利于天然气水合物生成;晚期阶段,泥火山喷发引起水合物稳定带的热异常,可能导致水合物分解,直至泥火山活动平静期,水合物再次成藏。神狐海域内泥底辟分为花冠状和穹顶状两类,花冠状泥底辟以超压-流体压裂输导型为主;穹顶状泥底辟以底辟边缘裂缝输导型为主。泥底辟输导体系的差异性可能是神狐海域天然气水合物非均质分布的影响因素之一。 关键词：泥底辟;输导体系;天然气水合物;成藏机制;神狐海域     

南海神狐海域天然气水合物储层参数定量评价方法

海洋型天然气水合物以固态形式赋存于尚未固结的泥质粉砂和粉砂质泥地层中,不同于常规油气藏在固结砂岩地层中的赋存模式,因此造成水合物储层测井评价的难题。2007年以来我国南海神狐地区实施了4次水合物钻探,取得丰富的地球物理与岩心资料并且证实该区存在着巨大的天然气水合物资源潜力。本文通过对神狐地区常规测井、特殊测井资料以及取心资料的研究分析,总结水合物地层各项测井响应特征,利用岩心数据刻度测井,建立储层岩性、物性以及水合物饱和度计算模型,形成一套适合神狐地区天然气水合物储层参数的定量评价技术。利用本文方法对研究区部分井进行综合评价,水合物地层孔隙度平均为49.91%,水合物饱和度平均为29.75%,孔隙结构以小孔隙为主,渗透性较差,评价结果与岩心实验结果基本一致,符合率达85%。该研究成果为神狐海域水合物资源量评价及成藏研究提供了新的参考。     

神狐钻探区天然气水合物成藏地质条件分析

以天然气水合物成藏系统理论为指导,对神狐钻探区天然气水合物成藏地质条件进行了系统研究。研究结果表明：神狐钻探区具有优越的烃类生成体系和流体运移体系。天然气水合物气源以生物气-热成因气混合气为主,气源岩生烃潜力大;断层、气烟囱以及断层滑脱面可以为含烃流体在纵向和横向上的运移提供优势运移通道。地温特征和成藏就位体系-沉积物岩性及其岩性组合特征是控制该区水合物层在空间尺度上分布不均匀的主要原因,地温和地温梯度越低,沉积物粒度越粗,且具备“上细下粗”的沉积物岩性组合更有利于水合物的形成。     

天然气水合物系统特征及其对我国水合物勘查的启示

油气资源在能源结构中具有举足轻重的作用,其成因机制及勘探思路已发展出了完善的系统理论——含油气系统理论,而天然气水合物作为潜在替代清洁能源,其勘探理论尚处于探索阶段。借鉴含油气系统理论,注重与常规油气成藏的差异性分析,在系统分析全球已发现天然气水合物主要研究区的天然气水合物特征基础上,从气体来源、气体运移通道、有利储层等方面对天然气水合物成藏机理进行了系统梳理,以探究天然气水合物系统特征。提出天然气水合物系统应包括气源、储层和天然气水合物稳定带3个基本要素以及气体生成-运移过程和天然气水合物形成过程2个基本作用;冻土带内气体来源以热解气为主,海洋环境中则以生物气或热解气和生物气的混合气为主;气体运移通道主要为流体底辟、气烟囱、大尺度断层、裂缝、滑塌构造及高渗透性地层等;天然气水合物储层在冻土带以砂岩为主,在海域则以黏土质粉沙及粉沙质黏土为主;综合全球各区域天然气水合物成藏特征,提出了9种类型天然气水合物系统,同时以我国神狐海域天然气水合物系统为例总结出了天然气水合物系统成藏事件表。     

南海北部神狐海域天然气水合物成藏特征及主控因素新认识

南海北部陆坡神狐海域烃源岩生烃潜力巨大且烃类运移条件良好,可为水合物成藏提供充足的气源和通畅的疏导通道,而且神狐海域海底沉积层的温度、压力条件满足水合物形成的要求,具备了水合物聚集成藏的地质条件,成为我国水合物勘探开发的重点靶区。为了明确神狐地区水合物的成藏特征和主控因素,首次将随钻成像测井引入对水合物赋存状态、成藏序列、成藏模式和主控因素的研究中,从而为今后水合物的开采和钻井方案的设计提供强有力的理论依据。通过随钻成像测井、电阻率频谱及相对饱和度分析发现神狐海域共发育厚层状、分散状、斑块状、断层附近和薄层状5种赋存状态的水合物,其中厚层状和分散状水合物相对饱和度高且厚度大,开采价值较大,是研究区的主力水合物层,厚层状水合物常分布于水合物层顶部而分散状水合物常分布于水合物层底部;斑块状、断层附近和薄层状水合物相对饱和度较低且分布不规律,开采价值较小。厚层状、分散状、斑块状和断层附近水合物主要为深部热解气通过断层运移至水合物稳定区聚集成藏,为构造渗漏型水合物;薄层状水合物主要为浅部生物气横向运移聚集至水合物稳定域,为地层扩散型水合物。神狐海域发育开启型、填充型和界面型3种类型的断层,断层作为气体和流体的运移通道,沟通了气源和水合物稳定带,控制了水合物在纵向上和横向上的展布范围,为神狐地区水合物的主控因素。     

琼东南盆地天然气水合物与浅层气共生体系成藏特征

继我国在神狐海域两次天然气水合物试采成功之后,近几年来在琼东南盆地的勘探证实了天然气水合物的存在,而且钻探表明其与浅层气具有复杂的共生关系.为揭示琼东南盆地深水区天然气水合物与浅层气共生体系成藏特征,结合岩心、测井及三维地震数据,阐明了天然气水合物与浅层气的空间分布特征,研究结果表明,天然气水合物主要赋存在海底以下200 m范围内的沙质沉积物中,且其形成过程与浅层气的垂向运移有关.对天然气水合物与浅层气共生体系成藏特征的深入分析表明,深部热成因气和浅部生物成因气是其重要的气体来源,第四系未固结沙层是良好的储层,且天然气水合物和浅层气共生体系的分布主要受深部气烟囱和断层的控制.浅层气藏为天然气水合物提供稳定的气源条件;第四系块体流沉积与含天然气水合物地层能有效地封堵浅层气的纵向运移,进一步促进浅层气的成藏.因此,天然气水合物的形成与浅层气的发育具有正反馈的相互作用关系,有利于形成更大规模的天然气水合物矿体和浅层气藏,具有良好的商业开发潜力.      

西沙海域南部多边形断层的发现及其分布特征与控制因素

根据新采集的三维地震资料,在西沙海域南部发现了多边形断层,其发育分布具有层控特征明显、在富泥地层中发育、多方位走向、纵向断距小、平面延伸长度小且形态为不规则多边形等特征。由于研究区东西两侧应力条件的差异,导致多边形断层发育特征的差异明显。通过对多边形断层发育控制因素的分析,认为地层岩性(特别是西沙海域上构造层的远源细粒沉积物)是其发育的主控因素之一,同时水道砂岩、成岩作用及构造作用等也是影响其发育分布的因素。多边形断层可以作为流体运移的通道,它与下部构造断层连接可将深部烃源岩中的油气运移到上部储层中聚集,或继续向上运移到浅部地层中形成天然气水合物。     

南海北部神狐海域细粒储层矿物组分对天然气水合物储集赋存的影响

为了探明矿物类型对于天然气水合物成藏的影响,笔者等利用南海北部神狐海域W07站位样品及其水合物饱和度数据,进行XRD全岩和黏土矿物测试分析、比表面积分析以及束缚水能力综合分析。结果表明,海床下110~127 m（即110~127 mbsf,meters below sea floor, 海床以下深度）为水合物储层段,海床下127~156 m为非水合物储层段。通过XRD分析可知,高石英及长石含量,低伊蒙混层含量的层段,比表面积与束缚水能力较低,说明其具有相对较好的孔渗条件,为水合物的运移与储集提供了良好的空间条件,因此形成水合物储层段;而在高伊蒙混层的层段中,比表面积较大,束缚水能力较强,其对甲烷气体及流体的吸附和束缚能力较强,对水合物成藏起到潜在的封隔作用,成为非储层段,储层与非储层段纵向叠置序列有利于优质水合物储层的形成。本次研究总结了矿物组分与优质水合物储层之间的关系,并揭示两者存在的潜在成因联系,以期丰富水合物富集成藏的基础理论,对未来南海北部天然气水合物的商业化开发提供支持。     

前陆盆地二级层序内可容纳空间发育演化及三级层序对比

强烈不对称的楔型地层是前陆盆地的典型特点,前隆带地层大量减薄或缺失、前隆带与前渊带三级层序的细分对比是建立前陆盆地层序地层格架的关键.结合前人对前陆盆地岩石圈挠曲变形模拟的认识,经过对库车前陆盆地的实例分析表明,前陆盆地挤压构造活动引起前渊带沉降、而前隆带隆升,导致可容纳空间发育在横向上不协调.可容纳空间的不协调发育与前隆的产生和迁移的动态演化过程相伴随: 在构造的活动期,前隆隆升并向冲断带迁移,盆地变窄变深,可容纳空间发育的不协调性逐渐增强; 在构造宁静期,盆地变宽变浅,可容纳空间整体性发育.因此,前陆盆地二级层序在地震剖面上具双层结构(如库车盆地侏罗系、白垩系卡普沙良群),其下层为一组楔状、向冲断带收缩的退积反射; 上层反射呈带状、延续范围广.层序的对比模式为: 在二级层序的底部,三级层序向克拉通渐次超覆; 在二级层序的中部,三级层序的分布向冲断带渐次收缩; 在二级层序的上部,三级层序分布广泛,可对比性强(如库车盆地下第三系).      

德令哈中生代沉积盆地成因类型及其与南祁连造山带的关系

长期以来,对柴达木盆地中生代的大地构造属性一直存在争议．笔者根据柴达木盆地北缘的德令哈盆地中生代盆地充填序列、基底沉降过程和大地构造相分析结果认为,该盆地具有典型的前陆盆地沉积－构造演化特点．（１）二叠（？）一中三叠世发育类复理石盆地组合和早侏罗一早白垩世发育陆相含煤磨拉石盆地组合,构成前陆盆地的“标型”充填;（２）上凸的总沉降曲线反映前陆盆地的发育规律;（３）德令哈前陆盆地的形成说明柴达木板块和华北板块的末次陆一陆碰撞发生在晚三叠世,早侏罗－早白垩世的构造运动则归属于南祁连对柴达木板块的陆内逆冲推覆作用．     

天然气水合物形成过程中的气体组分分异及地质启示

自然地质条件下不同气源的天然气体由于其组成不同,对天然气水合物的成藏条件产生不同影响。以2个常规天然气样品为例,在中国石油大学自行研制的水合物成藏一维模拟实验装置上进行了水合物成藏模拟实验,并对实验前后的原始气样、水合物形成后的游离气、分解气进行了气体组分分析。实验结果表明：水合物分解气中CH₄、N₂含量降低,而C₂H₆、C₃H₈、iC₄H₁₀、nC₄H₁₀、CO₂含量增大,游离气中各组分的变化趋势刚好相反,这意味着同等的温度压力条件下,C₂H₆、C₃H₈、iC₄H₁₀、nC₄H₁₀、CO₂等与CH₄、N₂相比更易于形成水合物;通过计算分解气体各组分相对于原始气体的相对变化量发现,在实验温度压力条件下（高压釜温度范围为4~10 ℃,气体进口压力为5 MPa）,烃类气体与水结合形成水合物的能力由甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷依次增加;由于不同烃类气体与水合物结合的条件不同,导致水合物形成过程中气体组分发生分异,水合物中甲烷含量减少、湿气含量增大,而游离气中气体变化相反,在自然地质条件下形成由水合物稳定带上部溶解气带、水合物稳定带及下部游离气带（或常规气藏）甲烷含量呈中-低-高特点,湿气和二氧化碳含量呈低-高-中的三层结构分布模式,因此,同一气源气体在不同带内表现出不同的气体组分特征。     

南海北部陆坡天然气水合物区地质灾害类型及其分布特征

南海北部陆坡区存在着有利天然气水合物的成藏条件,综合调查及钻探结果揭示南海北部陆坡区蕴藏着丰富的天然气水合物资源,天然气水合物多发育在构造活动复杂地区,同时也是灾害地质因素高发区,潜在的灾害地质因素对水合物的赋存及商业开发是极大的威胁。本文基于广州海洋地质调查局多年来在南海北部天然气水合物发育区采集的大量2D、3D、浅地层剖面及多波束测深资料对南海北部水合物发育区进行海底灾害地质研究,对研究区地形地貌特征、灾害地质因素类型、特征、成因及分布特征进行了综合分析,同时阐述了灾害地质因素与水合物的形成与分解之间的关系,研究结果对南海北部陆坡区天然气水合物区成矿预测、试采井布置及未来灾害风险评价提供了基础数据和决策依据。     

天然气水合物发育的构造背景分析

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俯冲-增生楔、断裂-褶皱系、底辟构造或泥火山、滑塌构造、海底扇、"麻坑"构造和陆地多年冻土区等多种地质构造背景是形成天然气水合物的有利场所,可形成构造圈闭型天然气水合物矿藏。这些地质构造背景一方面大多是深部热成因气、生物成因气或混合成因气体或流体向上运移到海底的通道,形成天然气水合物矿藏;另一方面也可能造成天然气水合物的温压环境改变,致使天然气水合物分解。海底滑塌亦可能是天然气水合物分解所致,是潜在的地质灾害。     

模拟渗漏系统气体迁移与水合物形成实验

水合物生成是典型的界面传递输运现象,而气体迁移性质是这种传递过程的决定性因素。在鼓泡透明玻璃反应釜里模拟渗漏系统气体穿越多孔隙砂层形成水合物的过程实验,分析了气体迁移对气体水合物形成时气液界面的传质传热性质影响,表明实验中气体迁移形成水合物的过程是一种相平衡曲线动态移动的过程;在形成水合物的气—液界面存在具有一定厚度的过渡层,只要过渡层内气体达到饱和即可形成水合物;气体在迁移中不断形成水合物并在孔隙中形成过压,导致地层骨架的力学破裂和失稳;必须建立一个新的水合物相图以适应气体迁移形成水合物过程的这种新特性。     

基于连续小波变换的天然气水合物层地震数据多尺度分析——布莱克海台USGS95-1测线应用实例

似海底反射（BSR）是目前天然气水合物层识别的主要依据,但是当BSR不明显或者缺失的时候怎样识别水合物层,以及水合物层顶面和下伏游离气层底面如何确定,仍然是水合物识别中难以圆满解决的两大难题。以布莱克海台USGS95-1测线地震数据为例利用小波变换进行多尺度研究发现水合物层和游离气层表现出不同的尺度特征：水合物层表现出大尺度特征,而游离气层具有小尺度特征;在最佳尺度剖面上,水合物层表现为低尺度背景中的近似平行于海底的高尺度带。利用水合物层和游离气层的这种尺度差异不但可以识别水合物层,而且还可以推断水合物层的顶面和游离气层的底面。