南海北部陆坡某海域浅层气的声学特征及其对水合物勘探的指示意义

海底天然气渗漏是海洋环境中广泛分布的自然现象,在世界各大洋中都有发现。海底渗漏的气体赋存于浅部地层,可以改变近表层沉积物的物理性质,使其在声学剖面上得以反映。通过对南海北部陆坡某海域研究区浅地层剖面和地震数据分析,在浅地层剖面上发现了声空白、声混浊、增强反射层、速度下拉等特征,在地震剖面上则识别出气烟囱或泥底辟、亮点、速度下拉、增强反射层等特征。以似海底反射层（BSR）作为地震剖面上明显的含气层标志,划分了2套含气系统。通过浅地层剖面与地震剖面联合解释认为,BSR之下气烟囱／泥底辟的发育导致了亮点、速度下拉、增强反射层等声学特征的发生,BSR之上水合物层的存在则可能起到封堵天然气而使其发生侧向运移的作用,在气体封堵相对薄弱的位置,天然气向上运移形成声空白、声混浊、增强反射层、速度下拉等特征。以声空白代表的天然气聚集带可能成为块状水合物的发育场所,可能成为较有潜力的勘探目标。     

特约主编致读者

随着我国经济的快速发展,对能源资源尤其是油气资源的需求正在急剧增加,油气产量已远远不能满足经济发展的需求。因此,解决我国的能源短缺、选择新的替代能源不仅是当务之急,而且是一项长期的国家能源战略任务。正是在这一背景下,天然气水合物作为未来一种清洁高效的能源走进我们的视野。天然气水合物为冰状固体,是在低温、高压条件下,由气体充填于水分子中而形成的三维笼状结构的固态物质。由于在自然界中,形成天然气水合物的气体主要为甲烷,因此 通常称为甲烷天然气水合物,俗称“可燃冰”。天然气水合物主要赋存于具有低温、高压环境的海洋大陆边缘和高纬度冻土带。 我国从1999年正式启动西沙海槽天然气水合物资源调查,经过近20年的调查研究,取得一系列的重大找矿突破。中国地质调查局广州海洋地质调查局分别于2007年、2013年、2015及2016年4次在南海北部陆坡海域实施天然气水合物钻探,均成功钻获天然气水合物,证实了我国南海北部陆坡蕴藏着丰富的天然气水合物资源,标志着我国天然气水合物调查研究水平步入世界先进行列。钻探和调查研究结果证明,南海北部陆缘从西部-中部-东部具有不同的地质构造特点,天然气水合物成藏条件的差异性明显,对其成藏过程、成藏模式及时空分布产生深刻影响。 通过深入分析天然气水合物成藏特征及其成藏主控因素,揭示地球物理和地球化学异常特征,探讨天然气水合物成藏的机制、地质模式、赋存状态及天然气水合物主要灾害地质因素特征,可为我国海洋天然气水合物资源勘探和开发在基础地质研究方面提供重要的理论指导和技术支撑。为此,《地学前缘》决定组织出版一期“南海天然气水合物研究进展”主题的专辑。 本专辑共收录论文11篇。广州海洋地质调查局总工程师杨胜雄等介绍了我国南海北部神狐海域钻探区天然气水合物成藏特征及主控因素,通过随钻成像测井、电阻率频谱及相对饱和度讨论了神狐海域天然气水合物的赋存状态及其开采价值。广州海洋地质调查局副局长张光学等介绍了南海东北部天然气水合物成藏演化地质过程,认为上新世以来的地质事件是天然气水合物形成分解的诱发因素,冰期、 间冰期变化与天然气水合物形成分解有一定耦合关系。天然气水合物形成时代应早于上覆的自生碳酸盐岩,晚于其赋存的母岩沉积层,研究区上部天然气水合物矿层的上段形成于晚更新世,下段形成于中更新中期-晚更新世,下部天然气水合物矿层形成中更新世早期-中更新世中期。刘昌岭研究员等则在实验室内,采用现代分析仪器对南海北部陆坡神狐、珠江口盆地东部海域钻探区天然气水合物及其赋存的沉积物样品进行了系统的分析测试,研究了天然气水合物的微观结构、水合指数、气体组成等基本特征。陈芳教授等研究了珠江口盆地东部陆坡末次冰期天然气水合物冷泉活动的记录与时间。徐华宁教授等研究了珠江口盆地东部海域近海底天然气水合物地震识别及地质成因。郭依群教授等介绍了南海北部神狐海域高饱和度天然气水合物分布特征。梁前勇博士等对南海北部陆坡天然气水合物区海水甲烷含量分布特征及其影响因素进行了探讨。马云博士等介绍了南海北部东沙陆坡主要灾害地质因素特征。梁劲教授等介绍了台西南盆地含天然气水合物沉积层测井响应规律特征及其地质意义。苏丕波博士等分析了神狐海域扩散型天然气水合物在地震剖面上的亮点与暗点显示。王力峰博士等研究了南海东北部陆坡天然气水合物钻探区BSR推导的流体运移速率。 本专辑论文在天然气水合物成矿机理、找矿标志、实验测试及环境评价上取得了一系列新的认识。首次将随钻成像测井引入对天然气水合物赋存状态、成藏序列、成藏模式和主控因素的研究;首次提出天然气水合物矿藏共经历了3次天然气水合物藏发育期和2次天然气水合物藏破坏期;首次查明天然气水合物冷泉甲烷渗漏活动的时间及其发生的可能机制;获得了实验室沉积物对天然气水合物赋存形式及微观分布的影响;建立了“亮点”与“暗点”技术对天然气水合物的地震识别模式。希望本专辑的出版,能为中国天然气水合物基础研究起到一定的推动作用。 感谢所有作者、审稿专家和编辑部人员为本专辑出版所付出的辛勤努力！     

基于波阻抗反演的天然气水合物地震检测技术

天然气水合物作为特殊的地质体,可以有效地粘结碎屑颗粒,降低沉积物孔隙度,它的存在改变了地层沉积物的物理性质,造成天然气水合物与围岩速度反差较大,从而与围岩之间存在明显的波阻抗差。为了对地层中是否有天然气水合物赋存进行地震检测,对南海北部神狐海域的天然气水合物赋存区域的地震资料进行波阻抗反演分析,结果显示波阻抗反演方法能够作为探测天然气水合物的一种技术手段,研究区天然气水合物矿体的波阻抗呈高值分布特征,波阻抗值约为3 850~3 960 g/cm3.m/s。综合分析认为,波阻抗反演方法能够用于天然气水合物的地震探测、储层分析和综合研究工作中,反演结果可以为天然气水合物储量计算提供比较准确的矿体面积和厚度参数。     

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。     

珠江口盆地白云凹陷陆坡限制型海底峡谷群成因机制探讨

珠江口盆地白云凹陷北部陆坡发育着17条近似NNW-SSE走向的海底峡谷,构成了区域内的陆坡限制型海底峡谷群。基于研究区内高密度覆盖的2D地震资料,通过外部形态、内部结构等反射特征的描述和刻画,建立了第四纪以来的高精度层序地层格架,将沉积充填序列划分为三个体系域,即低位体系域（LST）、海侵体系域（TST）和高位体系域（HST）。根据陆坡进积特征、垂向地层叠加样式、侵蚀特征变化、连续性强振幅同相轴的识别和空间追踪,将高位体系域进一步划分为两个沉积旋回单元,HST-I和HST-II。研究表明,白云凹陷陆坡限制型海底峡谷群发育在高位体系域晚期沉积旋回（HST-II）中。在此基础上,分别讨论了沉积物供给、沉积物失稳作用、限制型地形和流体渗漏作用对峡谷群形成和演化的影响。第四纪以来珠江水系携带的大量沉积物经由陆架进入到陆坡区域,为海底峡谷群的发育和演化提供了充足的沉积物来源。在第四纪高位体系域早期水道形成的限制型“负地形”基础上,大量的沉积物在沿着陆坡坡降方向自北向南的输送过程中发生向下的侵蚀、沉积物失稳,导致了陆坡限制型海底峡谷群的发育。研究区内广泛分布的气烟囱构造,暗示了含气流体的垂向运移和渗漏,可能促进了海底峡谷群的进一步演化。     

南沙海域礼乐盆地中生界油气资源潜力

位于南沙东部海域的礼乐盆地是一大型的中、新生代叠置盆地,其特有的地质背景及巨厚的中生代地层显示了其与南沙海域其他新生代沉积盆地的差异。盆地内发育的厚度超过4 000 m的中生代海相地层,主要包括了上侏罗统—下白垩统的滨—浅海相含煤碎屑岩或半深海相页岩、上三叠统—下侏罗统三角洲—浅海相砂泥岩和中三叠统深海硅质页岩等3套地层,展示出盆地具有良好的油气生成潜力。而早期位于华南陆缘、现今位于南沙东部海域的礼乐盆地中生界,完全具备了形成油气藏的基本石油地质条件,具有较为良好的油气资源潜力,其中生界油气资源勘探具有非常重要的意义,将成为我国海域油气勘探的一个重要新领域。     

富生烃凹陷背景下热成因气对水合物成藏的贡献探讨

近年来海域水合物的实际钻探结果显示,当富生烃凹陷具有适宜的水深、温度、压力等地质条件时,浅部沉积物往往是水合物的潜在富集区域。尽管富生烃凹陷具有优异的生排烃潜力,热成因气较为充足,为水合物的形成提供充足的气体来源,但实际调查表明浅部地层中水合物的气体组分和碳同位素更多地表现为微生物成因气或混合成因气的特征,并没有深部热成因气形成的天然气水合物广泛发育的特征。2007年和2015年在我国南海北部陆坡神狐海域白云凹陷进行了两次水合物钻探,与2007年获取的具有微生物成因特征或热成因气贡献非常小的混合成因水合物相比,在2015年钻探中,有钻孔站位的烃类组分测定揭示了较高含量的乙烷和丙烷,从而直接证实了该站位的水合物气源主要是热成因气。白云凹陷内油气钻井地球化学测试分析显示,虽然深部烃类气体受东沙运动的影响存在大规模的逃逸和散失,但部分热成因气仍然可以通过断层、底辟和气烟囱等垂向通道运移至浅部地层之中形成天然气水合物。通过两个钻探区"深部烃源层系—中部运移通道—浅部水合物矿体"三者的垂向耦合对水合物成藏的控制研究,指出通道类型和运移效能的差异可能是导致同一富生烃凹陷背景下的两个水合物矿藏存在差异的主要原因。对于2007年钻探区而言,在深部热成因气沿着效能较低的通道发生自下而上的长距离运移过程中,可能会发生气体组分分异和碳同位素分馏等作用,导致气体的地球化学更多地表现为"微生物成因气"的特征。而在2015年钻探区,由于断裂、底辟构造发育,深部热成因气可以被更有效地输送至水合物成藏沉积地层中,气体组分和同位素没有发生显著的变化。     

Kirchhoff 叠前偏移在天然气水合物准三维地震资料处理中的应用

在针对天然气水合物的准三维地震资料处理中,由于受观测系统不规则、横向覆盖次数变化剧烈以及空间假频的影响,叠后偏移难以取得良好的效果。本研究从目前天然气水合物准三维地震资料偏移成像研究现状入手,总结了叠后偏移成像存在的问题,对比分析了Kirchhoff叠前偏移和波动方程叠前偏移的原理和特点,认为Kirchhoff积分法受观测系统不规则和横向覆盖次数变化剧烈的影响较小,适合于天然气水合物准三维地震资料叠前偏移处理。并将Kirchhoff积分法叠前偏移应用到南海北部神狐海域天然气水合物准三维地震资料处理中,同叠后偏移处理相比,Kirchhoff叠前偏移处理获得了更好的效果。     

珠江口盆地东部海域天然气水合物钻探结果及其成藏要素研究

天然气水合物被普遍认为将是21世纪最具潜力的接替煤炭、石油和天然气的新型洁净能源之一,同时也是目前尚未开发的储量巨大的一种新能源。广州海洋地质调查局从1999年起,在南海北部陆坡进行了多年的地球物理、地球化学以及地质综合调查,获取了大量与天然气水合物赋存有关的各种地质信息,并分别于2007年在神狐海域和2013年在珠江口盆地东部海域实施钻探,均成功获取了天然气水合物样品,特别是2013年度在珠江口盆地东部海域的钻探航次中,获取了高纯度、多种产状类型的天然气水合物实物样品。以上调查及钻探成果,证实了我国南海存在巨大的天然气水合物(简称水合物)资源前景。本文简要介绍了我国珠江口盆地东部海域2013年的主要钻探结果。本研究在钻前,将2013年钻区的水合物成藏条件与对世界上多个天然气水合物钻探区进行综合对比分析。结果表明,气源条件、稳定条件、气体运移条件和储集条件是该钻区水合物成藏的最重要控制因素(成藏要素)。经过分析该区这些要素的特征,预测本区应发育渗漏型水合物。2013年钻探结果揭示该区同时存在分散型和渗漏型水合物,说明控制该区水合物形成和分布的因素更为复杂。     

基于天然气水合物地震数据计算南海北部陆坡海底热流

天然气水合物是一种由水的冰晶格架及其间吸附的气体分子（以甲烷为主）组成的固态化合物,地震剖面上的似海底反射BSR是天然气水合物赋存的重要地球物理标志。相同气体成分水合物的相对稳定的温压关系是根据BSR的赋存深度计算海底热流的理论基础。选择南海北部陆坡有典型BSR反射的地震剖面,计算了南海北部陆坡天然气水合物发育区的压力、温度、地温梯度、热导率及热流等地热参数。通过计算热流值与实测热流值的对比可以大致推测,在南海北部陆坡海底运用该方法计算的热流值误差可能在12％以内。本研究不仅可以为海底热流等理论研究提供一定信度的数据资料,而且通过实测热流值校正后的热流数据以及经验公式,可以反过来用于BSR深度的计算以及天然气水合物稳定域的预测,具有重要的实践意义。