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.     

南海北部陆坡稳定性定量分析

随着海洋工程的发展,海底滑坡作为一种潜在的地质灾害逐渐成为人们关注的热点.本文采用二维极限平衡法计算并分析了海底斜坡稳定性问题.通过对斜坡模型在各种条件下安全系数的计算,定量分析了斜坡内在因素(如斜坡角度、主要土力学参数)和主要触发机制(地震、快速堆积等)对安全系数的影响.理论计算表明,静态条件下,均质斜坡角度小于20°时,均处于稳定状态;对于含软弱层的斜坡,快速堆积等引起的不排水状态下斜坡安全系数明显降低,斜坡角度大于14°时就会发生失稳.拟静态条件下,当地震动峰值加速度(PGA)小于0.15g时,对于角度小于20°的均质斜坡处于稳定状态,但PGA大于0.25g时,角度大于13°的斜坡即处于失稳状态;对于含软弱层斜坡,PGA为0.1g时,角度大于10°的斜坡即处于不稳定状态;当PGA大于0.3g时,3°以上的海底斜坡即处于失稳状态,发生海底滑坡.结合南海北部陆坡海底地形、地貌特征,在静态条件下,均处于稳定状态;但在地震加载的拟静态下,根据南海北部地震动峰值加速度分布,台湾浅滩段则处于不稳定状态.这解释了该区域大陆坡折带处海底滑坡广泛发育的原因,也表明了地震是引发南海北部滑坡最主要的触发机制之一.     

水平井开采南海神狐海域天然气水合物数值模拟

2007年5月,南海北部神狐海域的实地钻探结果表明该区域海底存在大量天然气水合物,其作为未来我国潜在的可开发能源的调查和资源评价工作正在展开.本文以SH7站位的钻探、测井数据为基础,建立了实际水合物藏分层地质模型,主要包括上盖层、水合物层和下盖层,其中上下盖层均为可渗透的沉积物.本文利用新型的开采井设计方式,进行了单一...     

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.     

基于重力地质法的南中国海海底地形反演

根据重力地质法（GGM）,利用南中国海海域内63179个船测控制点水深将测高自由空间重力异常划分为长波参考场和短波残差场,并反演出了该海域112°E-119°E,12°N-20°N范围的1’×1’海底地形模型,该过程中使用的海水和海底洋壳密度差异常数1.32 g·cm^-3通过实测水深估计得到.利用反演得到的GGM模型对剩余的10529个检核点船测水深插值计算后与实测水深进行比较,其较差结果的均值为-1.64 m,标准差为76.95 m,相对精度为4.06%.此外,根据船测点数量、分布和海底地形的不同,选择了三个海域进行统计,结果表明：在船测控制点分布均匀的海域,GGM模型精度优于ETOPO1模型,在控制点过于分散的海域其精度会有所下降,但好于船测水深的直接格网化结果.为进一步探究检核点的较差结果中出现较大数值的成因,本文对精度较差的点位进行了单独分析,选择了两条船测航迹剖面进行了研究,并分析了检核点的水深较差、相对精度与水深和重力异常的关系,结果表明：GGM模型精度受水深和重力异常的相关性影响较小,受海底地形复杂程度影响较大,地形坡度变化平缓海域的预测精度明显高于海山地区.最后,综合GGM模型和ETOPO1模型优势,利用所有船测水深作为控制,生成了综合的海底地形模型.     

天然气水合物储层参数测井评价综述

天然气水合物是一种新的非常规清洁能源,一直受到各国的重视.近期我国在南海天然气水合物地质调查和开采中取得突破性进展,使得天然气水合物在国际能源中的重要性更加突出.为促进我国天然气水合物测井评价的发展,本文在前人研究的基础上,通过对南海神狐海域的天然气水合物资料进行调研,结合国内外对天然气水合物的研究,从三个方面展开对天然气水合物的论述:首先介绍了天然气水合物三种常见的晶格结构、四种宏观分布形式及六种赋存模型;然后根据南海神狐海域地质特征,总结了南海神狐海域含天然气水合物层的测井响应规律特征;最后基于不同的岩石物理模型、测井数据和模拟实验,对天然气水合物储层的孔隙度和饱和度等物性参数进行定量评价.本文详细地综述了天然气水合物及其储层参数的地球物理测井方法,为天然气水合物的深入研究提供帮助.     

水合物分解对桩基础应力和变形影响的研究

赋存于海底沉积物中的天然气水合物与固体颗粒相互胶结,增加了沉积物的强度,一旦水合物分解,会引起沉积物剪切强度降低,如果在含有水合物层上面或附近存在桩基础,必然影响其稳定性。本文采用应力释放法,通过数值计算,分别讨论了桩基础底部位于含水合物地层不同深度时,水合物分解对桩基础应力和变形的影响规律。计算结果表明,随着水合物分解过程中的模量软化和强度衰减,桩基础的水平和竖向位移增大,由于地基水平,土体没有驱动剪应力,水平位移增加不大,地基和桩基础主要表现为竖向沉降;桩底部位于水合物层中间的桩基础的沉降变形,比桩底穿过水合物层的桩基础大,在桩基础及其附近的土体产生较大的应力。     

地震资料精细处理技术在神狐海域研究区的应用

探讨以神狐海域研究区三维地震资料为基础,针对研究区崎岖海底造成的成像精度不高的问题,提出相关的处理方法:利用组合多次波压制技术解决崎岖海底多次波衰减难题,凸出中深层构造特征;利用预测反褶积及零相位处理技术提升浅层水合物分辨率;利用多次迭代速度分析技术逐步细化速度分析精度,突出水合物相关的速度反转特征。最终的处理效果表明,提出的相关处理技术达到了预期效果,成果中BSR极性反转、振幅空白带、速度反转等水合物相关地球物理特征清晰,断层等与水合物气源及运移通道研究相关的地质构造特征清晰,利于解释专家研究水合物的富集、成藏特征。      

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.     

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.     

天然气水合物体系动态演化研究(Ⅱ):海底滑坡

天然气水合物被认为是大陆边缘沉积物强度变弱的一个因子，从而能解释大陆边缘海底滑坡的一些观测现象。天然气水合物的形成使沉积物强度增加，而其分解则使沉积物强度变弱。虽然无法直接观测沉积物中天然气水合物的活动过程与相应的海底滑坡，大量的背景资料表明，天然气水合物崩解常常有助于触发海底沉积物块体的运动。此外，大型滑塌可以释放大量的固态天然气水合物，水合物在水柱中上浮。大块天然气水合物可以在分解前到达海洋的上部层，一些甲烷可以直接进入大气中。本文综述与天然气水合物体系演化有关的海底滑坡的研究现状。     

Spatiotemporal variations of deep-sea sediment components and their fluxes since the last glaciation in the northern South China Sea

Sediment components and their fluxes of Cores MD12-3428(water depth: 903 m), MD12-3433(water depth: 2125 m),and MD12-3434(water depth: 2995 m), obtained along a transect on the continental slope of the northern South China Sea, have been conducted to reveal the spatiotemporal variations and the controlling factors of the sediment components and of their fluxes.Results show that deep-sea sediments in the northern South China Sea are composed mainly of terrigenous(59–89%) and carbonate(6–38%) particles, with minor components of opal(1.6–9.4%) and organic matter(0.7–1.9%). Fluxes of terrigenous and carbonate particles reach up to 2.4–21.8 and 0.4–6.5 g cm–2 kyr–1, respectively, values that are one to two orders of magnitude higher than the fluxes of opal and organic matter. Temporal variations of the percentages and fluxes of deep-sea sediment components have displayed clear glacial-interglacial cyclicity since the last glaciation. Terrigenous, opal, and organic matter percentages and their fluxes increas clearly during marine isotope stage 2, while carbonate percentages and fluxes show an opposite variation pattern or are characterized by an unremarkable increase. This implies that deep-sea carbonate in the South China Sea is affected by the dilution of terrigenous inputs during the sea-level lowstand. With increasing water depth along the transect, the terrigenous percentage increases but with largely decreased fluxes. Both the percentage and flux of carbonate decrease, while the percentages and fluxes of opal and organic matter display much more complicated variational features. The spatiotemporal variations of deep-sea sediment components and of their fluxes since the last glaciation in the northern South China Sea are strongly controlled by sea-level fluctuations. Simultaneously, terrigenous supply associated with monsoonal rainfall, marine primary productivity,and the dilution effect between terrigenous and biogenic particles, also play interconnected roles in the sediment accumulation processes.