南海北部陆缘天然气水合物初探

根据天然气水合物存在的温度－压力条件,研究了南海北部的地球物理资料,发现有些地方在地震剖面上出现的海底反射ＢＳＲ,而在另一些地方海底第一沉积的层速度偏高,比一般海洋沉积高０．２－０．６４ｋｍ／ｓ。将这些地方海底第一层沉积界面处的温度－压力参数投于甲烷形成天然气水合物的温度－压力图上,发现它们的出现于水合物存在之区域中。     

南海陆坡天然气水合物成藏的构造环境

南海是西太平洋最大的边缘海之一，其复杂的构造演化，形成了构造特征迥异的南海陆缘，有利于天然气水合物的发育，南海地区在中中新统以上发育了上中新统，上新统和第四系3套地层，3套地层所对应的地质时期的沉降速率在纵横向上的差别均较为悬殊，总体而言，南海第四纪整体沉降速率较大，为天然气水合物压力场环境的形成提供了有利条件，南海复杂的构造背景形成了丰富多彩的构造地质体，特定的构造地质体与水合物形成关系密切，这里讨论了滑塌体、泥底辟、增生楔等构造地质体在南海的分布情况，分析了上述构造体与气体水合物地震标志BSR之间的关系，以及特殊构造带在南海的展布规律，提出了特殊的造带中天然气水合物的成藏模式。     

天然气水合物饱和度的预测方法

天然气水合物饱和度预测是天然气水合物资源评价的基础,饱和度预测研究有利于了解天然气水合物作为地质灾害和引发全球气候变化所起的作用,同时对了解天然气水合物的成藏规律和指导天然气水合物的勘探开发具有重要的指导意义,因此,准确预测天然气水合物饱和度非常重要。目前电阻率和氯离子浓度异常、氯离子剖面以及声阻抗测井数据均可预测水合物饱和度。     

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。     

南海的天然气水合物矿藏

讨论了南海的地形地貌特征，以及中新生代的构造运动历程，认识到中中新世之前，这里经历了一系列的构造运动，但在中国新世之中，这里无构造运动，只是发生区域沉降，由此认为南海应有丰富的天然气水合物矿藏，进而估算了南海天然气水合物的总资源达643．5亿一772．2亿t油当量。     

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。     

南海北部天然气水合物研究进展

天然气水合物是一种新型的储量巨大的绿色能源,是目前世界各国研究界的研究热点之一。我国以及美国、日本、印度、韩国等国家都采集到了天然气水合物的实物样品。虽然我国对天然气水合物的研究起步较晚,但近年来的研究已经取得了飞速的进步,而且也于2007年5月在南海北部陆坡的神狐海域成功采集到天然气水合物的实物样品,这是在南海海域首次获取天然气水合物实物样品,证实了南海北部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又上了一个新的台阶。目前,南海北部陆坡已经作为我国天然气水合物未来开发的战略选区之一。在总结我国天然气水合物以往十几年研究工作的基础上,综述了我国天然气水合物近年来在南海北部的地质、地球物理、地球化学3个方面的研究进展,提出了未来天然气水合物勘探和研究的方向和建议。     

应用改进的Biot-Gassmann模型估算天然气水合物的饱和度

针对南海神狐海区含天然气水合物的高孔隙度、以粉砂质黏土为主的未固结的深水沉积地层,采用Lee提出的改进的Biot-Gassmann (BGTL)模型,利用纵波速度数据估算了A井天然气水合物的饱和度。BGTL模型假设非固结沉积地层的横波速度与纵波速度比与地层骨架的横波速度与纵波速度比与地层孔隙度有关。模型中参数的选择与天然气水合物在沉积物中的赋存方式、沉积物的矿物组成、地层压差、孔隙度及微观孔隙结构等参数密切相关。A井中天然气水合物在沉积物中赋存模式接近于颗粒骨架支撑模式。根据岩心分析资料将A井的矿物骨架简化为黏土矿物、碳酸盐、陆源碎屑3类,根据各矿物组分的理论弹性参数和体积百分比可以计算得到地层骨架的弹性模量和密度。应用BGTL理论估算得到的A井天然气水合物主要赋存于海底以下195~220 mbsf井段,饱和度多数为20%~40%,最大饱和度为47%左右,与实测结果吻合。     

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。     

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。     

GIS辅助估算南海南部天然气水合物资源量

具有低温高压条件的深海是天然气水合物形成的有利场所。从海底天然气水合物稳定分布的赋成条件入手,分别根据Levitus水温数据和Sloan的CSMHYD程序拟合出水温水深方程和相界线方程。假定南海南部温度梯度范围为59—90℃·km-1,得天然气水合物稳定带厚度与水深的关系方程。采用最新的南海南部海底数字地形图数据,在GIS平台上分析得到天然气水合物稳定带的分布图,进而获得南海南部天然气水合物稳定带最大厚度为230—355m,容积为5.7×1013—9.5×1013m3;甲烷量为2.451×1015—4.085×1015m3;资源量为1.729×1013—2.169×1013m3。     

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。     

南海北部陆坡区沉积与天然气水合物成藏关系

截止2007年底,世界上已直接或间接发现水合物的矿点共有132处。另外,许多地方见有生物及碳酸盐结壳标志。世界上取得天然气水合物样品的地区表明,其形成与分布除了需要特定的温压条件外,还与沉积条件有较为密切的关系。2007年5月,我国在南海北部海域成功钻获天然气水合物实物样品,证实了南海北部蕴藏有丰富的水合物资源。通过对南海中北部陆坡区地层的地震相和沉积相分布特征、层序地层和沉积体系的综合分析,总结其沉积层序的特征,并对该区域沉积条件与水合物聚集成藏的关系进行了探讨。     

南海北部陆坡区水合物发育的水深、热流特征及盖层控制作用模拟

南海北部陆坡区是中国最具潜力的天然气水合物聚集区。通过对研究区似海底反射层(BSR)、水深及热流值分布进行交会,得到了水深、热流双因素对天然气水合物形成的共同控制机理。研究认为,热流值中等(70~83 mW/m2)的地区最有利于天然气水合物的形成和聚集,热流值升高,天然气水合物形成的水深有总体增大的趋势。另外,天然气水合物的形成也需要良好的盖层条件。模拟了当上覆泥质沉积物盖层厚度不同时,天然气水合物形成所需的最低水深,并对不同泥质沉积物盖层厚度对天然气水合物稳定带底界面和厚度的影响做了研究和探讨。当泥质沉积物盖层的厚度越大时,天然气水合物形成的水深可以更浅;当泥质沉积物盖层厚度较小时,天然气水合物的形成则需要更大的水深。另外,当水深越大时,天然气水合物稳定带的底界面(BGHSZ)越深,天然气水合物稳定带的厚度越大。     

天然气水合物的聚集和形成及南海地质条件分析

天然气水合物目前已经成为世界范围的一个研究热点，而我国的天然气水合物研究起步则相对较晚，通过阅读国内外有关文献，总结了天然气水合物在海底的分布特征，聚集和形成机制，产状及其形成机理，甲烷羽的形成过程，天然气水合物在沉积物中的聚集位置通常有两种情况：一是较浅的沉积物（海底以下几米）中，受控于泥底辟，泥火山，断层等；二是较深的沉积物（海底以下几十米，甚至更深）中，受控于流体，当断层延伸至海底时，通常在水合物聚集处的上部发现甲烷羽，天然气以溶解气，游离气或分子扩散的形式运移，在温，压适宜的沉积物中，即水合物稳定带内聚集并形成水合物，水合物的形成过程是：最初形成晶体，呈分散状分布于沉积物中，之后逐渐聚集，生长成结核状，层状，最后形成块状，在细粒的浅层沉积物中，通常以较慢的速度生长，形成分散状的水合物；而在粗粒沉积物中，水合物通常呈填隙状，并且这种产状可能位于较深层位中，我国南海在温度，压力，构造条件，天然气来源等方面都能满足天然气水合物的形成条件，并且在南海也发现了一些水合物存在的标志，如似海底反射层（BSR）以及孔隙水中氯离子浓度的降低。因此，天然气水合物在我国南海海域可能有很好的前景。     

南海天然气水合物的形成和分布

从物理海洋、古气候、沉积环境和构造环境分析入手，研究了南海天然气水合物的形成条件。研究结果表明，在整个南海海域，天然气水合物生成的条件是存在差别的。南海，东北部，在氧同位素2、4、6期，由于菲律宾海的高盐度海水的注入，使这里的生物生产率特别高，陆坡上沉积了丰富的有机物质，加上此期间该处的沉积速率高，为天然气水合物的生成提供了物质条件；另外，自中新世末以来，由于菲律宾海板块与欧亚板块在台湾地区发生碰撞，对南海北部产生北西向挤压，加快了流体在沉积物中的活动，为天然气水合物的生成提供了良好的构造环境。因此认为南海东北部陆坡应是南海天然气水合物最丰富的地区。