南极半岛别林斯高晋海天然气水合物成矿条件与成矿机理

位于南极半岛西侧的别林斯高晋海是南极附近海域天然气水合物成矿的远景区域。利用现有钻孔岩心样品、地震剖面、声波等资料,从气源、稳定域、构造输导及沉积储集等方面,分析了别林斯高晋海天然气水合物的形成条件,预测了天然气水合物成矿远景区,初步探讨了其形成机理,以期能为今后南极半岛区域的天然气水合物资源调查研究提供一定的科学参考依据。     

天然气水合物成矿的沉积控制因素

天然气水合物是一种非常规的天然气矿藏，其形成与分布除了需要特定的温压条件外，还需要合适的沉积条件。截止2002年底，世界上共有l16处已直接或间接发现水合物，直接见到水合物样品的只有23处(海洋20处、陆地3处)，所以对水合物沉积条件的系统研究处于比较薄弱的阶段，文献报道也较少，目前认为其形成的沉积控制因素主要有岩性、沉积速率、有机碳含量、沉积环境及沉积相等4方面。     

海洋浅表层天然气水合物资源评价

浅表层天然气水合物具有埋藏浅、厚度大、纯度高等特点。现有的评价方法多针对于具有明显BSR反射特征的中深层天然气水合物,而对浅表层天然气水合物的相关研究鲜有发表。本研究通过对国内外浅表层水合物发育区广泛调研,以浅表层水合物的形成机理为基础,探究水合物资源评价方法的选择;以水合物空间展布规律为参考,明确评价范围界定条件;以综合指示特征为参考,分析评价参数的选取依据。并在此基础上,与中深层天然气水合物进行对比,提出浅表层天然气水合物资源刻度区选取及解剖的初步建议,引出评价中存在的问题,梳理出浅表层天然气水合物的资源评价方法的关键问题。     

南极近海南设得兰陆缘天然气水合物成矿条件与机理

南设得兰陆缘属于典型的活动型大陆边缘,沟-增生楔-弧前盆地序列发育,具备天然气水合物发育的有利地质构造背景。该区已有的调查资料显示出天然气水合物存在的显著标志——BSR和极性反转特征（或者称为基底反射波,BGR）。研究结果表明,南设得兰陆缘具备形成水合物的充足的气源、适宜的稳定域条件、有利于天然气水合物形成与聚集的沉积体系和特殊地质构造环境,推断南设得兰陆缘以构造型水合物成矿地质模式为主,并以增生楔内甲烷随流体向上迁移形成水合物的模式最为重要。     

澳大利亚西北陆架盆地天然气水合物成矿地质条件及资源潜力

澳大利亚西北陆架盆地已被证实具有丰富的油气资源,而天然气水合物的相关研究尚未开展。本文利用天然气水合物地震识别技术,同时结合对澳大利亚西北陆架盆地天然气水合物成矿地质条件的分析,认为澳大利亚西北陆架盆地天然气水合物储量巨大,初步估计天然气水合物分布区蕴含甲烷量达18万亿m3。澳大利亚西北陆架盆地的构造演化是天然气水合物成藏所具备物化条件的基础,因此是天然气水合物成矿的重要影响因素之一。     

南海天然气水合物的成矿远景

通过对南海的中新生代区域构造、中上新世纪沉积、近－现代地貌及地温条件的分析，结合ODP184航次钻探成果和水合物最新调查资料，探讨了南海水合物的成矿条件，认为具有良好的成矿地质构造环境；通过对南海陆坡深水区现有大量多道地震调查资料的重新判读，发现南海地区存在多处水合物的地震标志－BSR，以活动边缘笔架增生楔和非活动边缘西沙－东沙为例，重点解剖水合物的地震特征，建立其成藏模式，总结其成矿规律，预测水合物资源远景，为今后在该海域寻找水合物矿床、预测水合物资源远景起到抛砖引玉作用。     

墨西哥湾西北陆坡天然气水合物资源评价

墨西哥湾西北陆坡天然气水合物发育广泛,水合物天然气资源量估计约(10～14)×1012m3。构造控制的混合成因(生物甲烷和热成因天然气)水合物含量高、资源密度大,经济潜力高;盆地生物成因甲烷水合物呈细分散状发育,沉积物中水合物含量低、资源密度小、经济潜力低。综合地质、技术和开采成本3方面因素,在目前全球几个工程程度较高的水合物发育区中,墨西哥湾水合物的经济潜力最大,其中工作程度最高的7个水合物发育区中,MC852/853区的经济潜力最高。     

海洋天然气水合物储层特性及其资源量评价方法

天然气水合物资源开发的前提条件是准确评价其资源量,而正确理解天然气水合物储层特性是准确评价其资源量的基础。天然气水合物的含量及其赋存形态是影响储层特性的主要因素,赋存形态主要受海洋沉积物的储集的性质与大小控制。储层特征参数直接影响海洋天然气水合物资源评价的准确性。现有天然气水合物资源量评价方法的原理、评价参数及适用性各不相同,且均未考虑水合物的赋存类型。本文在前期工作的基础上,针对天然气水合物有利区块和矿体评价,分别提出了海洋天然气水合物"资源详评"与"资源精评"的新方法。基于小面元的资源详评方法,适用于钻井稀少、地球物理测网较为密集的有利区块孔隙填充型水合物控制地质储量评价;基于"水合物地层丰度"概念的资源精评方法,适用于井网密集的井场小范围矿体探明地质储量精准评价,可有效提高对块状、脉状和结核状等裂隙型填充型水合物资源评价的准确度。     

Potential map of gas hydrate formation in Caspian Sea based on physicochemical stability evaluation of methane hydrate

Preliminary studies of Caspian Sea have shown the possibility of gas hydrate accumulations, because of suitable physicochemical conditions, existence of clayey deposits, and high concentrations of organic matter. Studies have indicated that gas hydrates are mainly composed of methane. Therefore, based on physicochemical equations for methane hydrate stability in different pressure, temperature, and salinity, this study was designed to calculate the potential of gas hydrate formation in the Caspian Sea basin. For this, data of more than 600 locations were analyzed and in each location, upper and lower limits of methane hydrate formation zone were calculated. Then, the zoning maps of upper and lower limits were prepared which can be useful for exploring the gas hydrate as an energy source or predicting gas hydrate hazards. According to the calculations and maps, methane hydrate formation in Caspian Sea, theoretically, can take place from near the seabed to 4000 and 2500 m beneath the sea surface when low and high geothermal gradient are supposed, respectively. By comparing the results with gas hydrate zones revealed in geophysical profiles, it has been shown that, in Caspian Sea, gas hydrates probably accumulate near the lower limit when a high geothermal gradient is assumed.     

海域天然气水合物吸力筒式开采装置及方法

天然气水合物具有很高的资源价值,众多国家正在开展相关研究与勘探,试采设备和技术取得了一定的发展,但离商业化开采还有很多关键技术问题需要解决。提出一种新型海域天然气水合物开采装置——吸力筒式开采装置及方法,主要包括开采筒、沉贯水泵和气液举升系统等,其整体由钢结构组合而成,依靠吸力和重力作用进入储层,然后进行降压开采,待作业结束后可回收重复使用。参照我国南海神狐海域地质,从理论上分析了新装置两个不同形态的贯入原理,并通过CMG STARS模拟研究新型开采方法的产能提升情况,由于吸力筒式开采装置能实现更大降压幅度并且扩大水合物分解面积,故产气效率相对于传统方法提高约2.46~11.69倍。吸力筒式开采装置具有结构强度高、开采半径大和施工简便等特点,有望做到“提产降本”,为实现海域天然气水合物商业化开采提供一条新思路。     

墨西哥湾天然气水合物矿产资源预测模型及其应用

墨西哥湾是世界上研究天然气水合物较深入的海区,调查资料丰富,已在50多处采集到天然气水合物样品,具备建立天然气水合物矿产资源预测模型的条件。选择34处已知天然气水合物矿点和34处已知无矿点作为训练区,建立矿点存在与否的预测模型。模型的相关系数值表明墨西哥湾天然气水合物与盐底辟关系密切。将该模型应用于整个墨西哥湾北部,初步获得了天然气水合物存在可能性概率分布图;概率大于0.7的预测单元包含已知矿点中的30个,利用该阈值圈定了墨西哥湾天然气水合物潜在资源分布区。     

海洋沉积物微量元素地球化学特征对天然气水合物勘探的指示意义

天然气水合物与资源和全球环境变化等重大科学问题密切相关。前期关于甲烷渗漏区地球化学特征的研究主要集中于浅表层沉积物（＜20 m）,而浅层沉积物（＞20 m）地球化学特征知之甚少。为探讨海洋浅层沉积物微量元素特征与天然气水合物勘探的相关关系,对南海神狐海域沉积物进行了4个站位的钻探取样,分析了样品主、微量元素和有机碳地球化学特征,并采用氧化还原状态以及Mo与TOC相关关系的分析方法进行探讨。结果显示,沉积物主量元素特征主要受到陆源碎屑物质输入的主导,与天然气水合物富集无明显关系。水合物赋存段及附近沉积物中Ba和Mo元素高度富集,存在明显的“Ba峰”和“Mo峰”,主要是由于天然气水合物分解释放大量甲烷产生的硫化环境所导致。因此,沉积物中的Ba和Mo富集特征可作为识别可能存在天然气水合物分布的重要地球化学指标。     

The mechanism and verification analysis of permafrost-associated gas hydrate formation in the Qilian Mountain,Northwest China

Muri Basin in the Qilian Mountain is the only permafrost area in China where gas hydrate samples have been obtained through scientific drilling. Fracture-filling hydrate is the main type of gas hydrate found in the Qilian Mountain permafrost. Most of gas hydrate samples had been found in a thin-layer-like, flake and block group in a fracture of Jurassic mudstone and oil shale, although some pore-filling hydrate was found in porous sandstone. The mechanism for gas hydrate formation in the Qilian Mountain permafrost is as follows: gas generation from source rock was controlled by tectonic subsidence and uplift--gas migration and accumulation was controlled by fault and tight formation--gas hydrate formation and accumulation was controlled by permafrost. Some control factors for gas hydrate formation in the Qilian Mountain permafrost were analyzed and validated through numerical analysis and laboratory experiments. CSMGem was used to estimate the gas hydrate stability zone in the Qilian permafrost at a depth of 100–400 m. This method was used to analyze the gas composition of gas hydrate to determine the gas composition before gas hydrate formation. When the overlying formation of gas accumulation zone had a permeability of 0.05 × 10⁻¹⁵ m² and water saturation of more than 0.8, gas from deep source rocks was sealed up to form the gas accumulation zone. Fracture-filling hydrate was formed in the overlap area of gas hydrate stability zone and gas accumulation zone. The experimental results showed that the lithology of reservoir played a key role in controlling the occurrence and distribution of gas hydrate in the Qilian Mountain permafrost.     

海底水合物丘与泥火山的演化特征及其对天然气水合物聚集的影响

海底水合物丘与泥火山均属于不同相态流体向上运移排出至地表过程中的产物,与这2种特殊地质体相关的浅表层天然气水合物具有独特的成藏过程和赋存规律,同时,它们也都是富碳流体排放的重要途径。然而,由于对这2种地质体缺少系统的调查,加之对浅表层天然气水合物资源和碳泄漏过程的研究程度不高,当前在海底水合物丘与泥火山特征刻画及准确甄别上还存在障碍,导致难以科学地评价与其伴生的水合物资源的聚集过程及环境效应。通过总结已有海底水合物丘与泥火山的阶段性研究工作,对该2种特殊地质体从地貌特征、内部结构、形成机制等方面开展比较研究,系统分析了二者的演化过程以及对与之相关的天然气水合物聚集过程的影响,并讨论了2种地质体的区别与联系。本研究可为理解全球海底富碳流体的排放及其对海洋碳循环的贡献以及海底浅表层天然气水合物资源量的评价提供参考。     

海洋天然气水合物储层蠕变行为的主控因素与研究展望

蠕变是指沉积物在特定应力状态下变形与时间的关系,属于沉积物的固有力学属性。厘清海洋天然气水合物开采过程中储层蠕变的主控因素及其控制机理,对量化评价潜在工程地质风险的发生和演变规律具有重要意义。本文将在综述海洋天然气水合物储层破坏特征的基础上,梳理海洋天然气水合物储层蠕变特征及主控因素,厘清关键科学问题;结合最新研究成果,阐述天然气水合物储层蠕变特征多尺度表征与探测技术体系的基本内涵,简要探讨该领域的未来研究方向。初步分析认为,海洋天然气水合物开采过程中储层蠕变行为是水合物本身及其分解产出过程中的应力、温度、渗流等动态因素综合作用的结果,现有蠕变本构模型无法完全反映上述相变-传热-渗流-应力多场多相多组分耦合过程。为建立适合南海北部水合物储层的蠕变本构,进而为后续开采工程安全设计提供理论支撑,建议从天然气水合物储层的力学性能弱化特征及蠕变各阶段的时效参数两方面入手,从分子尺度、纳微尺度、岩心尺度、中试尺度、矿藏尺度5个层面,建立天然气水合物储层蠕变行为的跨尺度研究方法体系;以南海实际储层样品为研究对象,剖析天然气水合物开采过程中储层蠕变行为的主控因素。     

海洋浅表层天然气水合物地质取样技术及样品现场处置方法

天然气水合物地质调查中通常采用地质、地球物理、地球化学等多种调查方法获得各类地质资料,而海洋地质取样可直接获得海底实物样品,是海洋地质调查中的重要手段。浅表层天然气水合物赋存于近海底沉积物中,利用合适的地质取样方法,在勘探目标区可以直接获得水合物样品及其存在的标志。基于浅表层水合物的存在指示标志和赋存特征,结合前期调查的成功经验,总结了适用于浅表层水合物的地质取样技术方法,主要有海底表层取样、重力柱状取样、海底钻探和保温保压取芯等,不同的取样方法所取的样品类型也有差异,应根据实际地质特征做出优选。针对浅表层天然气水合物的赋存特征,建立了一套海洋天然气水合物取芯样品现场处理和分析方法。水合物采集样品回收到甲板后快速处置分析是水合物调查的重要环节,而正确的现场处理方法是保证样品测试准确的关键。     

海洋天然气水合物三维地震与海底地震勘探中的震源技术研究

三维地震与海底地震勘探技术愈来愈广泛应用于海洋天然气水合物调查中.为了获取高品质的纵波、转换横波等地震信息,揭示天然气水合物地层的速度结构异常,地震震源是决定调查成功与否的关键技术之一.本文对激发频宽、输出、气泡效应等震源特性及组合技术进行了综合研究,设计了一种新型的GI枪点震源系统,并于2006-2009年期间在南海北部某海域进行一系列试验.试验效果的综合对比表明:震源优化技术的应用明显提高了地震纵波的地层穿透深度,并改善了海底地震仪(OBS)纵波及转换横波的接收效果.     

天然气水合物地球化学特征

天然气水合物是在低温、高压以及有足够气体供应条件下形成的一种天然气(主要为甲烷)与水组成的似冰状固态化合物。天然气水合物中包含的甲烷碳是全球甲烷资源的重要组成部分,是一种数量巨大的潜在能源[1]。而且由于甲烷的温室效应,天然气水合物分解释放的甲烷进入大气中会严重