波形曲线特征在天然气水合物资源量研究中的地质意义

地震反射波形特征对判断地层中是否存在天然气水合物及其下伏游离气层具有重要指示意义。BSR波形极性与海底反射相反，它大致代表含水合物层的底界；当地层中富含水合物及下伏游离气时，其波形特征亦有明显的反映，据此可推断水合物成矿带顶界和游离气层底界的大致位置。     

海洋环境甲烷水合物溶解度及其对水合物发育特征的控制

除合适的温度和压力条件外，甲烷水合物的形成还需要有充足的甲烷供给，沉积物孔隙水中的甲烷浓度必须大于甲烷水合物的溶解度.本文建立了水合物－水－游离气三相体系、水合物－水二相体系、气－水二相体系的甲烷溶解度计算优选方法，计算确定了水合物系统的甲烷溶解度-深度相图，依此划分出游离气、溶解气、水-水合物、水-水合物-游离气四个甲烷不同相态分布区.对水合物脊ODP1249和1250钻位、布莱克海台ODP997钻位稳定带甲烷水合物含量和稳定带之下游离气含量进行了计算.ODP1249浅部13.5～72.4 mbsf(mbsf表示海底以下深度)的甲烷水合物是沉积物孔隙体积的10%～61%，ODP1250钻位35～1065 mbsf的甲烷水合物约为孔隙体积的0.7%～1.9%，水合物层之下游离气层厚约22 m，游离气含量约占孔隙的4%.布莱克海台ODP997钻位的浅部146.9 mbsf处无水合物发育，202.4～433.3 mbsf之间水合物占孔隙体积的约5%～7%，水合物层之下游离气层厚约80 m，游离甲烷含量为孔隙的0.2%～28%.     

海底冷泉流体渗漏的原位观测技术及冷泉活动特征

海底冷泉渗漏是海洋环境中广泛分布的自然现象.本文主要介绍海底冷泉原住观测技术及全球几个典型冷来渗漏活动地区的原位观测结果.冷泉渗漏活动主要发育在海底裂隙和断层发育的地区,海底常有泥火山、麻坑、水合物、冷泉生物群落和冷泉碳酸盐岩的发育.冷泉渗漏主要包括液体和气体两种形式,流体流动包括上升流和下降流两种方式,流量变化大,主要与海底环境及构造作用有关.烃类渗漏是以气泡、油滴的形式沿断层向海底喷溢,释放量大,运移过程主要受涌浪、静水压力和裂隙压力等因素控制.冷泉渗漏活动是复杂的水文地质过程,受水合物形成和分解产生的气藏的充注和排空、深部常规油气藏的破坏及海底环境变化等多种作用的控制.     

莺歌海盆地中央坳陷带海底天然气渗漏系统初探

地球物理资料表明，莺歌海盆地区麻坑众多，浅层气发育，在高分辨率地震剖面上可以识别出到达海底的地震模糊带，在3.5 kHz的浅层剖面上可见穿透到海底的气体聚集带，在声呐图像可以识别出麻坑.莺歌海盆地不仅在其边缘隆起带沉积层较薄的地区存在海底天然气渗漏现象，而且在中央坳陷带沉积层巨厚的地区也存在海底天然气渗漏，海底天然气渗漏在莺歌海盆地是广泛分布的.莺歌海盆地广泛分布的海底天然气渗漏是全球海底天然气渗漏系统的重要组成部分，海底天然气渗漏系统排出的大量甲烷气体的一部分可能穿越水层到达海面.     

冷泉形成的数值模拟研究

海底冷泉形成的一种可能机制是海平面下降引起天然气水合物的分解.本文基于对冷泉渗漏特征的分析,建立了二维轴对称模型,利用有限元方法定量分析了南海区域海平面下降对冷泉形成的影响.结果表明,末次冰盛期(26.5~19.0ka BP)海平面下降引起的冷泉活动可以持续到现在,但是从水合物停止分解至今,超孔隙压力的极值在持续减小,而流体向海底的渗漏达西速度先快速减小、然后缓慢减小.同时发现,流体向海底的渗漏达西速度与管状通道的渗透率、通道周围介质的渗透率以及通道的半径等有关,估计目前的冷泉活动还可以持续10000年以上.海平面下降引起的天然气水合物分解,可能是影响全球气候变化的一个重要因素.     

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.     

海洋天然气水合物的地球物理研究(III):似海底反射

对天然气水合物研究中与似海底反射有关的一些观点进行讨论 ,以推动天然气水合物地震研究的认识 .30年的似海底反射研究表明 ,似海底反射仍然是指示天然气水合物沉积存在的最好手段之一 .有似海底反射 ,是可以认为存在天然气水合物的 .虽然存在“游离气带速度模型”与“水合物楔速度模型” ,但似海底反射主要由天然气水合物稳定带底界下方的游离气引起 .BSR上方的天然气水合物、下方的游离气与天然气再循环和含甲烷的流体流有关 .由于天然气水合物稳定带计算控制因素难以准确确定等因素 ,似海底反射与天然气水合物稳定带底界只是近似的对应关系 .需从动态的观点考虑天然气水合物 天然气体系及其与似海底反射的关系 .     

尼日尔三角洲天然气水合物体系地震特征研究

天然气水合物体系一般由地震上的似海底反射层BSR和下伏强振幅带(解释为游离气FGZs)所指示,但并非所有BSR及下伏强振幅带都与水合物和游离气有关.本文通过提取多种属性剖面,优选出视极性属性来辅助判断与水合物有关的BSR和下伏FGZs.—般来说,BSR和FGZs的顶部反射层表现为负视极性、高振幅的强反射特征.研究发现,尼日尔三角洲南部的水合物主要分布在与重力作用有关的生长断层及伴生的滚动背斜地区,广泛发育的断层、气烟囱、不整合面,以及砂岩层都可作为流体运移通道.除为水合物体系提供气源,这些流体运移通道还在水合物分解或FGZs超压时发挥作用,使游离气沿通道在FGZs和含水合物地层间循环,部分游离气可运移至海底进入海水甚至大气中·总之,视极性是判断水合物相关地震指示标志的有效属性,流体运移通道对尼日尔三角洲的水合物成藏具有重要作用.     

三维地震与OBS联合勘探揭示的神狐海域含水合物地层声波速度特征

以三维高分辨地震与海底高频地震仪（OBS）联合勘探数据为基础,获得海底之下沉积层的地震反射成像剖面及多波信息,并以此确定研究区含天然气水合物沉积层的纵、横波速度的变化特征.根据走时反演获得的横波速度与纵波速度对比分析发现,研究区海底之下500 m深度范围内的某些沉积层具有较高的纵横波速度,这一纵波速度升高区域与水合物稳定带对应,而纵波速度下降并且横波速度变化较小的区域,可能与游离气的存在相关.游离气的可能存在与基于这一区域2007年钻探测井结果的普遍认识不完全相符.     

鄂霍次克海浅表层天然气水合物的勘查识别和基本特征

介绍了天然气水合物的勘查识别方法和浅表层天然气水合物的一些基本特征．水体回声系统观测到的水体火焰是海底甲烷气体喷溢的标志．在旁扫声呐图像上,海底甲烷气体喷溢位置表现为近似圆形的亮点异常,在海底剖面系统上表现为凸起地形,这些陆坡上的凸起一般几百米宽,几十米高．所有重力采样站位都是围绕这些海底气体喷溢位置布设的．岩心样品揭示,柱状样品大都含气．含气层段的沉积物分切面表现为特有的脱气构造．在两个重力取样站位采获天然气水合物样品．水合物呈薄层状与沉积物互层,薄层的厚度从几毫米到3cm不等,出现水合物的层段,肉眼可见的水合物约占柱样体积的5％～30％不等．在出现水合物的层段,仔细观察可以发现,在没有水合物的区域,微小的水合物颗粒存在于沉积颗粒之间．重力取样管中含有的气体并不完全是重力取样管上升过程中水合物发生分解形成的．在水合物的稳定域内,当气体含量不足时,地层中的气体仍可能以游离态的形式存在．一些特殊构造如泥火山、泥底劈等成为海底浅表层天然气水合物形成的中心．地层中的气体在沿这些特殊构造向上迁移的过程中部分气体在合适的温度压力条件下,在地层裂隙和孔隙度较大的地层中,和孔隙水结合形成天然气水合物．在这些构造以外的区域,由于沉积地层中的气体含量有限,其中的气体仍可能以游离气的形式存在,而不是以水合物的形式存在．     

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。     

Gas hydrate layers trapping free gas in the Gulf of Oman

It has been postulated that the sediments of the Gulf of Oman, in the northwest Indian Ocean contain a number of localised accumulations of free gas which are apparent on continuous seismic reflection profiles as horizons with anomalously high amplitude reflections. We suggest that the gas is trapped beneath a relatively impermeable gas hydrate layer which is stable within the uppermost 350–700 m of sediment. The depth beneath the sea floor of all the observed highly reflective horizons varies with water depth in a manner similar to that predicted from theoretical estimates of the depth at which the phase change occurs from gas hydrate to free gas. Further evidence that the gas is trapped by a hydrate layer is provided by the detailed shape of gas layers within the cores of gentle anticlines. The curvature of the gas reflector mirrors that of the sea floor above it, but transgresses the local bedding, suggesting that the gas is trapped by a hydrate phase change governed by the pressure and temperature conditions rather than by a stratigraphic trap.     

Passing gas through the hydrate stability zone at southern Hydrate Ridge,offshore Oregon

We present an equilibrium model of methane venting through the hydrate stability zone at southern Hydrate Ridge, offshore Oregon. Free gas supplied from below forms hydrate, depletes water, and elevates salinity until pore water is too saline for further hydrate formation. This system self-generates local three-phase equilibrium and allows free gas migration to the seafloor. Log and core data from Ocean Drilling Program (ODP) Site 1249 show that from the seafloor to 50 m below seafloor (mbsf), pore water salinity is elevated to the point where liquid water, hydrate and free gas coexist. The elevated pore water salinity provides a mechanism for vertical migration of free gas through the regional hydrate stability zone (RHSZ). This process may drive gas venting through hydrate stability zones around the world. Significant amount of gaseous methane can bypass the RHSZ by shifting local thermodynamic conditions.     

海底天然气水合物层界面反射AVO数值模拟

本文采用AVO数值模拟方法，共选取水合物系统分层结构6个模型，对水合物、游离气和饱水沉积物接触界面的反射特征进行了数值模拟，研究了BSR及双BSR的存在条件与水合物体系垂向分布的关系，对一些现象从理论上进行了阐明.主要结论是：（1）强的似海底反射界面BSR与游离气体的存在密不可分，实际地震剖面中的“BSR”可能不对应水合物而只对应气体，无明显BSR的地方可能有水合物.（2）水合物顶部有可能存在游离气体，它可以在正常BSR（BSR1）之上形成另一个具有正极性的似海底反射界面BSR2.（3）正常BSR之下的双BSR（BSR0）其弹性机理有两种可能，一是水合物之下游离气上升迁移遇到某种阻隔层或不同气体组分的自然分层所造成的气体垂向分布的梯度性差异；二是当水合物之下的游离气体中存在残存的水合物时，同样会形成一定强度的似海底反射，在这种情形下BSR0的极性比较难以判断，取决于残存水合物上下游离气的饱和度和残存水合物的厚度.     

基于合成孔径声学深拖调查的海底浅表层流体活动研究——以SAMS DT6000深拖在琼东南海域调查为例

声学深拖作为一个声学设备搭载平台,主要功能是获取高分辨率的声学数据,精细刻画海底地形地貌特征以及浅层剖面结构,对于研究海底浅表层流体活动系统的类型、形成机制和演化模式有着重要作用.本文介绍的合成孔径声学深拖（Synthetic Aperture Sonar Deep-tow）搭载了合成孔径声呐、浅地层剖面仪以及多波束系统等声学设备,相比于传统的侧扫声呐,合成孔径声呐采用小物理孔径基阵通过信号处理虚拟合成大孔径基阵来获得方位向高分辨率,大大提高了测绘速率,同时结合高分辨率的浅地层剖面和多波束背散射数据,可实现海底浅表层特征的三维立体显示.为查明调查区海底浅层流体活动的声学特征,分析天然气水合物相关的流体渗漏活动性与浅层构造之间的关系,我们利用声学深拖对研究区进行了全覆盖的扫测,获得了高分辨率的合成孔径声呐图像、浅地层剖面资料以及多波束背散射数据,平面上识别出多个呈条带状的海底丘状体,火焰状的流体渗漏,新月形的麻坑构造等流体活动地质构造;浅层剖面上可见气体聚集的声学空白段落,凸起的活跃喷口,以及反射杂乱的柱状浑浊带.通过识别流体活动的特征,我们总结了浅层流体活动演化模式具有周期性：游离气体通过高渗透运移通道上升至海底,首先扩散聚集造成局部沉积物体积膨胀形成丘状体;然后受其各种外界因素影响丘状体崩塌而引起气体渗漏;最后流体逸散剥蚀海底松散沉积物而形成麻坑构造;随着流体排出,喷口重新闭合,流体在地层中再次聚集,聚集的气体又将沉积地层上拱,在麻坑底部又可能生成含气丘状体.海底浅表层蕴藏着丰富的地质信息,这对于研究海底复杂的流体活动有着重要意义.     

AVO study of a gas-hydrate deposit, offshore Costa Rica

Amplitude variation with offset (AVO) analysis and waveform inversion are techniques used to determine qualitative or quantitative information on gas hydrates and free gas in sediments. However, the quantitative contribution of gas hydrates to the acoustic impedance contrast observed at the bottom‐simulating reflector and the reliability of quantitative AVO analyses are still topics of discussion. In this study, common‐midpoint gathers from multichannel wide‐angle reflection seismic data, acquired offshore Costa Rica, have been processed to preserve true amplitude information at the bottom‐simulating reflector for a quantitative AVO analysis incorporating angles of incidence of up to 60°. Corrections were applied for effects that significantly alter the observed amplitudes, such as the source directivity. AVO and rock‐physics modelling indicate that free gas immediately beneath the gas‐hydrate stability zone can be detected and low concentrations can be quantified from AVO analysis, whereas the offset‐dependent reflectivity is not sensitive to gas‐hydrate concentrations of less than about 10% at the base of the gas‐hydrate stability zone. Bulk free‐gas saturations up to 5% have been determined from the reflection seismic data assuming a homogeneous distribution of free gas in the sediment. Assuming a patchy distribution of free gas increases the estimated concentrations up to 14%. There is a patchy occurrence of bottom‐simulating reflectors south‐east of the Nicoya Peninsula on the continental margin, offshore Costa Rica. AVO analysis indicates that this phenomenon is related to the local presence of free gas beneath the gas‐hydrate stability zone, probably related to a focused vertical fluid flow. In areas without bottom‐simulating reflectors, the results indicate that no free gas is present.     

琼东南盆地天然气水合物及其成藏模式的海洋可控源电磁研究

南海琼东南盆地是天然气水合物重要远景区之一.由于盆地大部分地区海底地形平缓、地层近于水平,增加了利用地震反射剖面识别似海底反射（BSR,bottom simulating reflector）的难度,从而影响了对水合物的评价.为了进一步开展琼东南盆地水合物调查研究,本文在研究海域进行了海洋可控源电磁探测试验,将自主研发的10台接收机以500 m的间距,投放至水深约为1360 m的海底,完成了一条4.5 km剖面的电磁数据采集.通过对采集的数据进行处理与二维（2D）反演,获得了研究剖面海底的电阻率断面图.反演结果显示,研究区海底60~330 mbsf（meter bottom of seafloor）的地层中,存在多个横向不连续分布的高阻异常体,电阻率介于2~10 Ωm之间;在海底330 mbsf之下,横向上发育了电阻率为2~4 Ωm的3个高阻体.根据研究区热力学条件,本文估算了生物成因气与热成因天然气的水合物稳定带（GHSZ,gas hydrate stability zone）厚度,结合高阻体的分布特征推断了地震剖面上BSR的位置.在此基础上,对反演的电阻率断面进行解释,推断了研究区水合物的分布及游离气运移通道.研究表明,勘探区具有形成天然气水合物矿藏的地质与地球物理条件,其成藏模式可能属于"断层、裂隙输导的下生上储型",水合物的气源为生物成因气.     

南海东北部973剖面BSR及其热流特征

对南海东北部973项目采集的地震测线进行了处理，阐明了恒春海脊处天然气水合物似海底反射（BSR）的特征.不同类型剖面的分析表明，单道地震剖面可以揭示南海东北部地区BSR一定的分布，但地震处理对揭示BSR分布全貌起重要作用.南海东北部的BSR具有世界大陆边缘BSR典型的特征，切穿了沉积层理反射，与海底起伏大体平行，为一强振幅的负极性反射.该BSR特征明显，意味着南海东北部地区存在含天然气水合物沉积.利用甲烷水合物与多组分天然气水合物相平衡曲线，计算了稳定带底界的埋深，并与BSR深度进行了对比分析.无论是甲烷水合物稳定带底界还是多组分天然气水合物稳定带的底界，单一地温梯度计算的结果不可能与BSR深度在整个剖面上对应.可知本区横向上地温梯度变化较大.利用BSR资料估算了地温梯度并求得热流值.计算表明，地温梯度与热流值由西向东，随着离海沟距离的增大、离岛弧距离的减小而减小.BSR计算得到的热流值为28～64 mW/m²，与台湾西南实测热流值的结果基本可以对比.