南海东北部陆坡海底微地貌特征及其天然气渗透模式

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。海底渗漏可以极大地改变海底地貌特征,形成多种与之相关的微地貌类型。海底渗漏和天然气水合物的赋存具有密切的关系,海底渗漏区常伴有埋藏浅、饱和度高的天然气水合物。对南海东北部陆坡海域浅地层剖面、多波束测探和地震反射剖面等资料进行综合研究,识别出海底麻坑、海底丘状体、大型海底圆丘、泥火山等与海底天然气渗漏有关的微地貌类型,且麻坑、海底丘状体/大型海底圆丘、泥火山微地貌分别代表了浅覆盖层快速天然气渗漏、浅覆盖层中等速度天然气渗漏和厚覆盖层快速天然气渗漏3种天然气渗漏模式。具有海底丘状体微地貌及声空白反射特征的浅层天然气聚集带,成为块状水合物最理想的发育场所,这可能称为南海北部陆坡勘察块状水合物的重要识别标志。     

南海北部陆坡天然气水合物的沉积物孔隙水地球化学研究进展

孔隙水地球化学异常是天然气水合物勘探的重要工具之一,南海北部陆坡地区拥有良好的天然气水合物成藏潜力,孔隙水地球化学异常在南海的天然气水合物勘探中发挥了重要作用。其中与水合物直接相关的氯离子含量异常被用于识别神狐及东沙海域钻探区的水合物层和计算水合物饱和度。除直接指标外,浅表层沉积物中的硫酸盐含量及其他与早期成岩作用有关的地球化学异常作为间接指标可用于水合物的找矿预测,研究者们通过对硫酸盐还原过程的判别、硫酸盐甲烷接触界面的计算等方面对南海北部陆坡不同海域的沉积物甲烷通量进行了评估,预测出水合物可能的成藏区域。其他如碘含量、氧化还原敏感元素、氯同位素、地球化学模型等新的地球化学指标和计算机手段也被应用于南海北部陆坡区水合物成藏研究并取得了不错的成效。     

天然气水合物赋存区麻坑地貌特征及其地质灾害意义

文章通过对天然气水合物资源及其赋存区典型地貌体特征的分析,梳理了天然气水合物赋存区和麻坑地貌体的地质灾害类型,阐述了由于天然气水合物分解释放造成海底滑坡、滑塌和甲烷气体大规模逸散,继而引起海底输电或通信电缆毁坏、海洋石油钻井平台垮塌,甚至海啸和全球气候变暖等严重灾害。为天然气水合物勘探和开采提供有益参考。     

南海东北部陆坡天然气水合物区的滑塌和泥火山活动

本文研究了南海东北部陆坡天然气水合物区滑塌和泥火山活动的特征及表现形式,探讨了滑塌和泥火山活动对天然气水合物成藏的影响,提出了滑塌主导和滑塌、泥火山共同作用两种控制模式。根据地震数据、浅层剖面和海底地形数据解释,将研究区划分为规则滑塌区和泥火山活动影响区,并识别出泥火山、泥火山脊、凹槽、凹坑等特征地形。滑塌和泥火山活动是陆坡天然气水合物发育区重要的地形控制因素,两种活动共同作用产生复杂的地形特征。综合多条地震测线中似海底反射层(BSR)形态、连续性和滑塌、泥火山活动的关系,认为滑塌控制的区域,BSR连续,天然气水合物储藏较完整,泥火山活动区天然气水合物储藏也仅受到局部破坏。同时指出滑塌和泥火山活动对研究区长期天然气渗漏活动具有重要作用。     

南海北部陆坡深水区浅层天然气藏特征

南海北部陆坡深水区的浅层天然气藏是一种伴随天然气水合物的新型油气藏, 具有埋藏浅、规模大的特点, 其埋藏深度一般小于300m。浅层天然气藏由深部裂解气沿断裂上升被天然气水合物封盖而形成, 识别似海底反射(BSR)是寻找浅层天然气藏有效方法。浅层天然气藏的气源主要有热解气、生物气和混合气, 陆坡张性断裂是气体运移的主要通道, 水合物下部的砂层是浅层天然气藏的主要储集层, 水合物层则是封盖层。从南海发现的天然气水合物分布特征看, 浅层天然气藏在陆坡深水区广泛分布且气藏厚度大, 潜在资源量非常可观, 是一种新型的开采成本相对低廉的油气藏。     

南海北部陆坡海底峡谷形成机制探讨

通过对南海北部地震剖面的解释,并结合地貌以及区域地质特征等,对发育于南海北部陆坡区的珠江口外、台湾浅滩南以及澎湖海底峡谷的地貌和构造特征进行分析和对比,并对其形成机制进行探讨。研究结果显示,各海底峡谷具有相似的走向,并均具有转向的特征,但是其形成机制却各不相同,由此形成的地貌特征也各不同:珠江口外海底峡谷的形成与珠江带来的大量陆上沉积物的搬运相关,形成了喇叭型的水道;台湾浅滩南海底峡谷的形成受到NW向断裂构造的控制,这些断裂构造形成了薄弱带,经过沉积流的侵蚀而形成狭长的水道,当进入下陆坡后由于海山的阻隔作用而转为近EW向;澎湖海底峡谷带的上段主要是由陆坡沉积流的下向侵蚀、崩塌和滑移形成的,而其下段则主要具有沿马尼拉海沟北向延伸段发育的特征。     

南海东北部和南部海域表层沉积物生物硅研究

本研究测定了南海东北部和南部海域表层沉积物的生物硅含量(SiO2%),其含量范围分别为1.08%-3.01%和0.79%-9.06%,平均值分别为1.76%和4.22%.研究结果表明,南海表层沉积物中的生物硅含量与站位水深呈正相关关系;南海东北部的表层沉积物中的生物硅含量与其中的矿物含量、铁离子浓度、间隙水中的营养盐浓度不存在明显的相关性;南海南部海域表层沉积物中的生物硅含量与烧失量、有机碳含量、碳酸盐含量呈正相关关系,与粘土矿物含量相关性不明显.     

南海陆坡天然气水合物饱和度估计

基于双相介质理论和热弹性理论,建立了沉积层纵波速度与天然气水合物饱和度、弹性性质及地层孔隙度之间的关系。通过对比饱和水的理论P波速度与实际P波速度,可以得到天然气水合物饱和度。根据ODP184航次的电阻率、声波速度、密度等测井资料以及地质资料,初步推断南海陆坡存在天然气水合物。根据声波测井的纵波速度估算出南海1146和1148井天然气水合物饱和度分别为孔隙空间的25％～30％和10％～20％,1148井个别沉积层天然气水合物饱和度可达40％～50％。沉积层的纵波速度与饱和水速度差值越大,天然气水合物饱和度越高。     

浅剖资料在南海北部东沙西南海域水合物调查中的应用

南海北部东沙海域陆坡已经被证实为天然气水合物前景分布区,浅地层剖面数据以其高效率采集过程和浅表层高分辨率的特点被国内外学者应用到天然气水合物调查中并取得了很多成果。以南海北部东沙西南海域的两条浅剖测线为例,分析了该区浅表层沉积物的声学特征,并在浅剖剖面上发现了浅层含气带以及气体泄露现象,初步推测为深部的天然气水合物分解后通过断层运移到浅层中形成了浅层含气带,部分浅层气体还通过泄露点喷射到海水中从而形成了剖面中的气体泄露现象。最后,进一步通过对研究区域的沉积及气源条件、温压条件、地质及生物证据的讨论,证实该区具有天然气水合物发育的基本条件,因此,可以证实上述浅剖资料解释中关于天然气水合物的推测。     

南海北部陆坡深水区天然气水合物成藏系统及其控制因素

天然气水合物成藏系统目前已越来越受到油气地质专家们的重视与关注。天然气水合物运聚成藏亦遵循从烃源供给到圈闭(高压低温稳定带)中运聚成藏的含油气系统理论。天然气水合物成藏系统的构成及形成,主要取决于充足的气源供给、较好的运聚输导系统和高压低温稳定带三大要素的时空耦合配置。为了深入剖析我国南海北部深水区天然气水合物成藏系统基本特征,在近年来所获南海北部天然气水合物勘探成果的基础上,根据天然气水合物成藏系统理论,重点从天然气水合物的烃源供给、流体输导系统和高压低温稳定带及其储集系统3方面,系统分析总结了我国南海北部陆坡神狐海域、东沙海域和西沙海槽天然气水合物成藏的基本地质条件与控制因素,建立了各区域不同类型天然气水合物成藏分布模式,尤其是提出了生物成因的“渗漏型”水合物成矿类型,以期能够为加快和促进南海天然气水合物勘查提供指导和参考借鉴。     

南海东北部陆坡区中上层浮游动物的垂直分布*

根据2016年3月和9月南海东北部陆坡区浮游动物垂直分层采样, 比较浮游动物种类组成、丰度和生物量的垂直分布和季节变化, 探讨影响其差异的原因。文中共鉴定浮游动物225种, 其中3月和9月分别出现150种和169种; 桡足类种数达132种, 其次是毛颚类和管水母类, 各18种; 浮游动物种数在50~100m水层最高, 一般随水深增加而减少。浮游动物丰度和生物量主要集中在0~100m, 二者在100m以深水层随深度增加而降低, 而水柱生物量在100~1000m占总水柱生物量的60%以上。浮游动物优势种季节和垂直变化明显, 3月近海种如普通波水蚤(Undinula vulgaris)和微刺哲水蚤(Canthocalanus pauper)等在100m以上水层丰度较高; 9月外海种如达氏筛哲水蚤(Cosmocalanus darwinii)和黄角光水蚤(Lucicutia flavicornis)等在100m以浅水层相对于3月丰度增加; 隆线似哲水蚤(Calanoides carinatus)在3月丰度和平均体长高于9月, 并且体长较大者主要分布在深层。浮游动物可分0~100m、100~400m和400~1000m三个群落, 因不同水层种类组成和丰度差异引起。浮游动物丰度和生物量的垂直变化与温度、叶绿素a质量浓度等因子呈显著正相关。南海东北部陆坡浮游动物季节和垂直变化受季风、沿岸流和中尺度涡的影响。     

基于Chirp数据和Biot-Stoll模型反演南海北部陆坡海底表层沉积物物理性质

浅地层剖面是基于声学信号(频率在几百至几千赫兹)在沉积物中的传播得到可反映沉积地层结构的数据,海底反射系数与沉积物物理性质密切相关。Biot-Stoll声波传播理论模型可以预测海底沉积物的物理性质,构建反射系数等声学参数与物理参数之间的关系,但在不同的海域采用不同的参数所获得的效果不同。为此,本文基于南海北部陆坡海底表层沉积物的实测物理参数,利用BiotStoll模型建立研究区海底反射系数和沉积物物理性质之间的关系,结果表明模型计算值与样品实测值吻合度总体较好,偏差在0.1%～4.9%之间,并建立了频率3.5 kHz时海底反射系数与沉积物孔隙度、密度、平均粒径之间的关系方程,且方程拟合度较高,可决系数R2均大于0.99。在对典型Chirp剖面数据计算其海底反射系数的基础上,反演了海底表层沉积物的孔隙度、密度、颗粒平均粒径等物理性质,其中反演孔隙度、密度、平均粒径与实测孔隙度、密度、平均粒径相对误差均小于5%,结果与实测值基本相符,表明该反演方法在南海北部陆坡区的应用是可行的。     

南海北部神狐海域水合物钻探区沉积物地球化学特征

海底水合物形成分解/甲烷渗漏的甲烷以及相关的生物地球化学过程可能对海底的沉积环境产生影响,因此识别水合物的形成分解/甲烷渗漏对海洋沉积环境改造有助于了解水合物成藏特征及其形成分解过程。选取南海北部神狐海域2007年水合物钻探区的SH3钻孔沉积物为研究对象,对SH3钻孔岩心的碳硫数据、主微量元素,尤其是氧化还原敏感元素(U、Mo、U/Mo、V/Sr)进行分析测试,同时结合SH3钻孔孔隙水数据和前人对神狐水合物钻探区的研究成果等进行对比研究。结果表明南海北部神狐海域沉积物来源除河流沉积物以外,同时还有少量中国黄土以及大陆岛弧的长英质岩浆岩沉积物;通过对U、Mo、U/Mo以及碳硫数据分析,发现SH3钻孔在10~25 mbsf(meter below the seafloor)层位为硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化作用(Anaerobic oxidation of methane, AOM)造成的还原沉积环境,AOM作用导致了在这一层位发生了LREE/HREE、MREE/HREE的分馏;SH3钻孔沉积物在约180~215 mbsf的含水合物层位出现了浊流沉积的次氧化的沉积环境,同时其赋存的细粒沉积环境也导致了轻重稀土元素的分馏,与水合物饱和度存在一定的相关性。     

南海北部陆坡东沙海域海底丘状体气体与水合物分布

海底丘状体在天然气水合物发育区是一种常见的微地貌,对丘状体的研究有助于理解海底流体渗漏模式以及水合物的赋存规律。本文研究南海北部陆坡东沙海域天然气水合物发育区海底丘状体的特征及其与水合物的关系。研究所用的数据包括准三维多道地震数据、多波束数据以及浅地层剖面数据。在多波束海底地形图上,丘状体表现为局部的正地形,直径大约为300 m,高出周围海底约50 m。浅地层剖面上存在明显的声空白以及同相轴下拉现象,指示了海底丘状体气体的分布以及流体运移的路径。丘状体周围明显的BSR表明局部区域可能发育有水合物,水合物钻探结果也证实了这一推测。三维多道地震剖面上,丘状体正下方存在空白反射区域,这与泥火山的地震反射特征类似。但空白反射区域内存在强振幅能量,而且丘状体正下方存在连续的反射层,这表明该丘状体并非泥火山成因。综合钻探结果以及三维地震成像结果,认为水合物形成过程引起的沉积物膨胀以及海底碳酸盐岩的沉淀是形成该丘状体的主要原因。     

南海东北陆坡海底微地貌特征及其天然气渗漏模式

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。海底渗漏可以极大地改变海底地貌特征,形成多种与之相关的微地貌类型。海底渗漏和天然气水合物的赋存具有密切的关系,海底渗漏区常伴有埋藏浅、饱和度高的天然气水合物。对南海东北部陆坡海域浅地层剖面、多波束测深和地震反射剖面等资料进行综合研究,识别出海底麻坑、海底丘状体、大型海底圆丘、泥火山等与海底天然气渗漏有关的微地貌类型,且麻坑、海底丘状体/大型海底圆丘、泥火山微地貌分别代表了浅覆盖层快速天然气渗漏、浅覆盖层中等速度天然气渗漏和厚覆盖层快速天然气渗漏3种天然气渗漏模式。以海底丘状体微地貌及声空白反射特征的浅层天然气聚集带,成为块状水合物最理想的发育场所,这可能成为南海北部陆坡勘察块状水合物的重要识别标志。     

南海北部陆坡天然气水合物成藏机理研究：意义、现状与问题

天然气水合物是近三十多年重视起来的一种新型能源，被誉为21世纪洁净替代燃料，已逐步引起越来越多国家政府、企业、科学家的广泛关注和高度重视。以南海北部陆坡作为研究案例，充分利用我国海域天然气水合物调查评价和钻探工程资料的优势，重点开展天然气水合物成藏机理和分布规律理论研究，通过成藏理论创新，提高成藏预测能力，具有重要的科学意义和应用价值。 围绕海洋天然气水合物成藏系统，国际上在物质来源及成因机理、物理化学特征、形成环境及成藏模式、分布规律和资源评价等方面取得了显著进展。我国南海北部陆坡天然气水合物调查评价发现了一系列天然气水合物存在的地质、地球物理、地球化学和生物证据，钻探发现并取得了天然气水合物实物样品，但尚有许多关键科学问题需要解决，包括天然气水合物成藏系统中气、水、沉积物和水合物间的相互作用，天然气水合物的物理、化学响应机理及构造运动和沉积作用对我国海域天然气水合物的控矿机理等。     

南海北部陆坡神狐海域水合物调查区新近系地震相与沉积相

根据晚中新世以来南海发生的构造运动和莺琼盆地、珠江口盆地及全球海平面相对变化,结合地震反射终止关系将神狐海域水合物调查区新近系划分为8个地震层序。根据"外状内形"的基本原则,从地震波阻内部反射构造加上外部几何形态,辅以地震物理属性(视振幅、视频率、连续性)特征,在研究区共识别出充填状、丘状、席状、透镜状、滩状、楔状6类19种地震相。根据地震反射参数与沉积作用的对应关系,结合单井测井相,将本区地震相与沉积相进行转换,作出了T2以上4个三级层序平面沉积相展布图,并推断出底部4层地层的平面沉积相展布。对比已钻探的水合物深度,发现水合物主要围绕滑塌体富集。     

基于精细温度观测的南海东北部陆坡-深海盆底层湍流混合*

南海是存在强湍流混合的边缘海之一, 但前人对南海湍流混合的研究更多关注的是中上层, 对底层则鲜有关注。本文基于高分辨率温度传感器于2019年5月在南海东北部22个站位海底上方0.5m处持续观测4.4d的温度数据, 分析了2216~3200m深度范围内底层海水温度的时间变化特征, 并探讨了地形粗糙度和内潮对底层湍流混合的影响。分析结果表明, 南海东北部各站位底层海水的温度变化量级约为10^-4~10^-3℃; 温度变化趋势与正压潮变化趋势不同, 温度能谱显示多数站位在全日和半日频带区间出现谱峰, 温度变化更多地受斜压潮影响, 全日、半日内潮起主要调制作用。陆坡-深海盆过渡区及深海盆底层的湍动能耗散率量级为10^-10~10^-9m²∙s^-3, 涡扩散系数量级为10^-4~10^-3m²∙s^-1。观测数据未能显示底层湍流混合与地形粗糙度存在明显的相关性。底层湍流混合的空间分布与过去观测到的南海北部深海盆内潮的南北不对称性分布一致。     

南海北部陆坡九龙甲烷礁冷泉碳酸盐岩沉积岩石学特征

本文对南海北部陆坡九龙甲烷礁采集的两个冷泉碳酸盐岩样品TVG-1和TVG-11进行了矿物学、岩石学和碳氧同位素分析研究。X射线衍射分析（XRD）结果表明,自生矿物主要为文石、白云石和高镁方解石等,碎屑矿物含量较少。TVG-11中存在大量的文石,而TVG-1只保留了已转化为方解石的文石假象,据此可以推断TVG-1的形成要早于TVG-11。扫描电镜（SEM）显微结构特征显示,自生矿物主要是通过细菌的厌氧氧化作用,直接从冷泉中沉淀出来的。碳、氧同位素测试结果显示,碳酸盐岩具有强δ^13C亏损和一定程度的δ^18O富集的特征,TVG-1和TVG-11的δ^13C值分别为-46．22％。和-52．88％,均低于-40%,表明碳源于微生物作用的甲烷厌氧氧化,是指示该海域存在冷泉的重要证据;TVG-1和TVG-11的δ^18O值分别为3．19‰和4．07‰,存在一定程度的δ^18O富集。碳氧同位素和矿物的显微结构特征都说明九龙甲烷礁碳酸盐岩是烃类渗漏微生物作用而形成的自生碳酸盐岩,可能是天然气水合物分解引起的沉积,显示该区存在水合物的可能性很大。     

南海北部东沙天然气水合物区浮游植物生物量和生产力粒级结构特征及其环境影响分析

本文讨论了2013年5月南海东沙天然气水合物区浮游植物生物量和生产力粒级结构特征及其环境影响因素。结果表明,研究海域表现出典型的低营养盐、低叶绿素a、低生产力特征,浮游植物叶绿素a和初级生产力具有明显的次表层最大值现象。东沙海域生物量和初级生产力粒级结构差异性显著,从生物量和生产力贡献度来看,表现为微微型浮游植物> 微型浮游植物> 小型浮游植物。生物量的垂直分布结果表明,春季不同粒级类群浮游植物在真光层内的分布存在明显不同,比如小型浮游植物在真光层内分布较均匀;微型浮游植物则主要分布于近表层或真光层中部,而微微型浮游植物则主要分布于真光层中部和底部。微微型浮游植物在纬度较低的热带贫营养海区之所以能够占主导优势,最主要的原因是其极小的细胞体积和较大的表面积使其有利于营养竞争。相关性分析表明,南海东沙浮游植物各粒级生物量与温度、pH显著正相关,与硅酸盐、磷酸盐显著负相关;浮游植物各粒级生产力与温度显著正相关,与盐度、磷酸盐显著负相关。磷酸盐含量是影响东沙海域浮游植物粒级结构差异的重要因素之一,同时,光辐照度和水体的真光层深度对东沙天然气水合物区不同粒径浮游植物的垂直分布起着更为重要的调控作用。