天然气水合物油气系统概念内涵及实例分析

针对天然气水合物的形成条件、分布规律、成藏过程与成藏模式等热点问题,介绍了"天然气水合物油气系统"概念,综述分析其主要构成要素——气源、水合物稳定带、储集层、水源、运聚通道、时间等的内涵,总结归纳了地质构造条件、沉积条件和地理气候环境变化等三大影响水合物富集成藏的控制因素,在此基础上,结合昆仑山垭口盆地多年冻土区天然气水合物成藏实例分析探讨了"天然气水合物油气系统"的研究方法,认为基于地质背景研究分析诸多静态成藏要素,如何在时间与空间上耦合匹配是解剖天然气水合物成藏过程和评价天然气水合物成藏潜力的关键。     

南海北部天然气水合物成藏地质条件及成因模式探讨

中国南海北部陆坡区是天然气水合物成藏的理想场所,资源潜力巨大。文章基于天然气水合物勘探成果,结合南海北部天然气水合物成藏地质背景,从天然气水合物成藏的温压稳定条件、气源形成条件、构造输导条件和沉积储集条件4方面,系统分析了南海北部天然气水合物成藏的基本地质条件,探讨了南海北部陆坡中部神狐海域、南海北部陆坡西部海域和南海北部陆坡东北部海域天然气水合物的成藏类型与成因模式。结果认为,南海北部陆坡中部神狐海域主要发育扩散型水合物,而南海北部陆坡西部海域主要发育渗漏型水合物,南海北部陆坡东北部海域则发育兼具扩散型与渗漏型特征的复合型水合物。     

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。     

南海北部神狐海域天然气水合物成藏特征

天然气水合物作为一种新型、洁净、潜在的新能源,越来越引起世界各国科学家的重视,对天然气水合物研究也进一步深入,但天然气水合物作为一种能源矿产,对其成藏机制的研究相对较少。针对我国天然气水合物调查研究相对较为详细的神狐海域,从其物质来源、气体运移通道、成藏条件等角度探讨神狐海域天然气水合物的成藏特征,指出白云凹陷古近纪埋藏的巨厚烃源岩是其成藏的主要物质基础;底辟构造发育区是形成水合物流体向上运移的主要通道;新近纪晚期大面积发育的滑塌体是水合物的主要赋存区。神狐海域具备天然气水合物成藏的优越条件,是进一步勘探水合物的远景区。     

海洋天然气水合物成藏系统研究进展

在系统总结海洋天然气水合物形成的物质来源及成因机理、物理化学响应、形成环境及成藏模式、分布规律和资源评价进展的基础上,提出了我国开展天然气水合物成藏机理研究的方向和科学问题。2007年4—6月通过钻探获得了测井、原位测量、沉积物岩心及其顶空气、孔隙水、微生物、水合物等样品和资料。南海北部陆坡神狐海域是研究天然气水合物成藏机理和分布规律的理想区域。采用重点分析天然气水合物成藏的物质基础、形成环境、成藏过程、响应机理和成藏系统等研究思路,针对天然气水合物成藏系统中气—水—沉积物—水合物体系的相互作用机理、天然气水合物成藏过程中的物理化学响应机理、天然气水合物成藏要素的耦合控矿机理等3个关键科学问题,开展天然气水合物成藏物源、地质与温压场等成藏条件、成藏演化热动力学机理、成藏响应机理和天然气水合物成藏系统等5个方面研究。     

南海天然气水合物资源勘查战略接替区初步分析与预测

二十多年来,南海天然气水合物勘查评价均主要集中在南海北部大陆边缘陆坡深水区,且先后在珠江口盆地神狐、珠江口盆地东部海域调查区和琼东南盆地陵水-松南调查区取得了天然气水合物勘查试采的重大突破及进展,陆续发现了两个大规模的天然气水合物藏,初步评价预测南海天然气水合物资源规模达800亿吨油当量左右,取得了南海天然气水合物勘探的阶段性重大成果.然而,南海天然气水合物资源进一步深化和拓展勘探的有利领域在哪里？尤其是可持续滚动勘探的战略接替区及选区在何处？其与目前陆坡深水油气及水合物勘探紧密相邻的外陆坡-洋陆过渡带（OCT）乃至洋盆区是否具有天然气水合物形成的地质条件？根据海洋地质调查及初步的地质综合分析研究,认为外陆坡-洋陆过渡带乃至洋盆区具备天然气水合物成藏的基本地质条件,可作为南海未来天然气水合物勘查的战略接替区和可持续滚动勘探的战略选区及资源远景区.针对这些影响和决定将来天然气水合物勘探决策部署及走向等关键问题进行初步分析与探讨,抛砖引玉希望能够对未来南海天然气水合物资源勘查评价及战略接替区之选择有所裨益！      

西沙海域南部天然气水合物发育特征及成藏模式

根据新的三维地震资料,在西沙海域南部发现的天然气水合物具有三个主要地震识别标志:(1)似海底反射现象明显,表现为强振幅强连续反射、与海底反射极性相反、与海底近平行及有穿层现象等四个特征;(2)具有空白反射带,且与似海底反射伴生;(3)随偏移距增加,振幅明显增强。研究区天然气水合物平面上具有分块展布的特点,单块内水合物中部富集、向周缘丰度减小。估算水合物稳定带厚度约为120m。通过地质类比研究认为,西沙海域南部天然气水合物成藏主要受气源条件、温度-压力条件和构造-沉积条件三个因素共同控制。据此建立了研究区天然气水合物的成藏模式。     

音频大地电磁测深法探测冻土区天然气水合物有效性实验

我国青藏高原永久冻土区具备良好的天然气水合物成矿条件和找矿前景,缺少有效的勘查技术已经成为影响我国陆域水合物资源调查与评价工作的重要瓶颈。在木里地区开展了音频大地电磁测深法探测天然气水合物方法有效性实验研究,结果表明:音频大地电磁测深法在探测冻土和水合物方面是有效的。研究区冻土发育,但厚度变化较大,冻土发育状况对水合物成藏有一定控制作用。天然气水合物矿体在电性上表现出三大特征,这些特征可以作为判断水合物成藏的识别标志。水合物成藏受坳陷南缘的逆冲断裂(F_1、F_2)控制明显,断裂带不仅是气体运移通道,也是水合物成藏空间。研究结果对推动我国陆域天然气水合物勘探技术进步和水合物资源调查与评价工作有积极意义。     

泥底辟输导流体机制及其与天然气水合物成藏的关系

摘要：详细阐述不同成因的泥底辟流体输导模式,探讨了泥底辟输导体系的演化与天然气水合物成藏之间的关系,并分析神狐海域泥底辟输导体系对天然气水合物成藏的影响。底辟核外部伴生断裂、底辟核内部流体压裂裂缝和边缘裂缝带均可作为输导流体的通道。根据运移通道和动力等差异性,提出泥底辟输导流体的2种端元模式：超压-流体压裂输导型和边缘构造裂缝输导型。在此基础上,讨论了泥底辟(泥火山)的不同演化阶段对水合物的形成、富集和分解的影响。早期阶段,泥底辟形成的运移通道可能未延伸到水合物稳定带,导致气源供给不够充分;中期阶段,水合物成藏条件匹配良好,利于天然气水合物生成;晚期阶段,泥火山喷发引起水合物稳定带的热异常,可能导致水合物分解,直至泥火山活动平静期,水合物再次成藏。神狐海域内泥底辟分为花冠状和穹顶状两类,花冠状泥底辟以超压-流体压裂输导型为主;穹顶状泥底辟以底辟边缘裂缝输导型为主。泥底辟输导体系的差异性可能是神狐海域天然气水合物非均质分布的影响因素之一。 关键词：泥底辟;输导体系;天然气水合物;成藏机制;神狐海域     

西藏羌塘盆地鸭湖地区天然气水合物成藏条件

近年来中国陆域冻土区天然气水合物调查研究结果表明,气源条件是制约羌塘盆地天然气水合物找矿突破的关键因素。为明确鸭湖地区天然气水合物成藏潜力,基于近年来的钻探调查成果,从陆域冻土区天然气水合物成藏系统理论出发,系统分析了影响天然气水合物成藏的冻土、气源、储集、构造等地质因素。分析结果显示,鸭湖地区局部具有较好的冻土、地温、气源、储集、构造及水源条件,具备一定的天然气水合物成藏潜力,继续寻找充足的烃类气源是下一步天然气水合物调查的主要方向。同时,选取钻探调查获取的地温梯度、气体组分等参数,结合音频大地电磁测深(AMT)冻土厚度调查成果,对鸭湖地区天然气水合物稳定带的厚度和底界深度进行了预测。结果显示,当甲烷为85%、乙烷为9%、丙烷为6%时,天然气水合物稳定带厚度与冻土厚度分布变化基本一致,稳定带厚度400~630m,底界深度400~680m。当甲烷为98%、乙烷为2%时,天然气水合物稳定带厚度急剧减薄,大部分地区仅有0~30m,最厚仅有150m,局部地区稳定带底界最深仅为240m。结合气测录井结果,认为渐新世唢呐湖组比上三叠统土门格拉组更具备天然气水合物成藏潜力,土门格拉组自身具备较强的生排烃能力,可作为寻找常规油气或页岩气的一个重要层位。     

琼东南盆地天然气水合物成矿远景

琼东南盆地最新的水合物调查研究发现了大量疑似BSR（bottom simulating reflector）特征的地震反射界面,但BSR特征并不典型。为了解决在BSR特征不甚明显的地区进行天然气水合物识别和成矿远景研究的问题,本文首先通过对调查所取得的第一手资料的综合分析,指出了琼东南盆地海域天然气水合物地球物理标识——BSR识别的局限性;然后从天然气水合物成藏所必须具备的气源、运移通道、有利沉积条件等几个方面出发,探讨了琼东南盆地天然气水合物成藏必须具备的气源、气体运通道和储层等特征,对琼东南盆地天然气水合物地球物理识别标志——BSR判识提供了良好佐证。综合分析认为：琼东南盆地海域的中央坳陷带内发育了大量气烟囱的位置及其附近海底浅层应是天然气水合物发育的重点目标区。     

天然气水合物与传统油气资源共生成藏模式初探

天然气水合物与常规油气资源的成藏在时空上存在密切联系,在一定条件下可以共生成藏。存在泄漏共生、封盖共生和遮盖侧储三种基本的共生成藏模式。泄漏共生模式是先期形成了传统油气藏,而后由于发生油气泄漏并在其上方形成天然气水合物,其特征是在水合物的下方生、储、盖齐备;封盖共生模式则是先在上部形成天然气水合物,同时作为下部传统油气藏的盖层,其特征是水合物之下的传统油气藏具备生、储成藏条件,但缺乏盖层成藏要素;遮盖侧储模式是由于水合物矿藏的遮盖作用,迫使在下部形成的烃类物质向上运移时改道,在旁侧具成藏条件的邻区成藏。实际的地质成藏可能会出现这些基本模式的组合形式。     

冻土区天然气水合物勘查技术研究主要进展与成果

青藏高原多年冻土区分布在中纬度地带,天然气水合物赋存环境和基本特征既不同于海域水合物,也不同于极地冻土区水合物,缺少有效的勘探技术成为制约我国陆域天然气水合物资源调查与评价工作的主要技术瓶颈。在国家863计划、国土资源部行业科研专项和水合物国家专项共同支持下,开展了陆域冻土区天然气水合物勘查技术攻关,初步建成了陆域永久冻土区天然气水合物勘查的高精度地震勘探技术、音频大地电磁测深技术、超深探地雷达技术、地球化学勘查技术和综合地球物理测井技术;总结了冻土区天然气水合物地震学和电磁学识别标志,优选出了水合物地球化学勘查的有效指标,研发了水合物储层测井识别技术和储层参数评价技术;初步建立了冻土区天然气水合物物化探有效方法组合和物化探综合勘查模型;预测了水合物成藏有利区,提出的建议井位钻遇天然气水合物,方法有效性得到初步检验和应用。研究成果对推动陆域冻土区天然气水合物勘查技术进步、支撑我国冻土区天然气水合物资源评价与开发工作有重要意义。     

神狐海域天然气水合物成藏系统数值模拟与试采矿体优选

为了进一步了解南海北部陆坡神狐海域勘探区天然气水合物成藏系统特征,优选天然气水合物优势矿体,基于经过矿体的地震剖面资料,结合区域成藏地质条件,分别构建了勘探区W17和W18两个矿体的二维地质模型,从天然气水合物成藏的稳定域、气源形成、运移输导及储集成藏进行了系统数值模拟.结果表明:①神狐勘探区成矿气源丰富,来自浅层的生...     

天然气水合物系统特征及其对我国水合物勘查的启示

油气资源在能源结构中具有举足轻重的作用,其成因机制及勘探思路已发展出了完善的系统理论——含油气系统理论,而天然气水合物作为潜在替代清洁能源,其勘探理论尚处于探索阶段。借鉴含油气系统理论,注重与常规油气成藏的差异性分析,在系统分析全球已发现天然气水合物主要研究区的天然气水合物特征基础上,从气体来源、气体运移通道、有利储层等方面对天然气水合物成藏机理进行了系统梳理,以探究天然气水合物系统特征。提出天然气水合物系统应包括气源、储层和天然气水合物稳定带3个基本要素以及气体生成-运移过程和天然气水合物形成过程2个基本作用;冻土带内气体来源以热解气为主,海洋环境中则以生物气或热解气和生物气的混合气为主;气体运移通道主要为流体底辟、气烟囱、大尺度断层、裂缝、滑塌构造及高渗透性地层等;天然气水合物储层在冻土带以砂岩为主,在海域则以黏土质粉沙及粉沙质黏土为主;综合全球各区域天然气水合物成藏特征,提出了9种类型天然气水合物系统,同时以我国神狐海域天然气水合物系统为例总结出了天然气水合物系统成藏事件表。     

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！     

天然气水合物及其地球物理识别方法的研究进展

天然气水合物的研究涉及地球物理、地球化学、地质等多种学科 ,其中地球物理方法在天然气水合物的探查和研究中发挥着重要的先导作用。对水合物的类型及物理化学性质、自然赋存和成藏条件、资源评价、勘探开发手段以及水合物与全球变化和海洋地质灾害的关系等进行了综合论述 ,较为系统地论述了天然气水合物及其地球物理识别方法研究的进展 ,并结合中国水合物探查研究的实际 ,初步预见中国南海北部海域具有水合物成藏的良好前景。     

青海木里地区冻土层、断层分布特征与天然气水合物成藏条件分析

以往研究表明冻土层及断层是陆域冻土区天然气水合物重要成藏要素,为了研究木里天然气水合物地区的断层及冻土层分布情况和天然气水合物成藏条件,应用音频大地电磁测深对木里试验区进行了冻土层及断层构造调查。依据试验区电性结构划分出了5组断层和4个断层构造发育区,其中F_3断层发育规模最大。试验区冻土层发育不均匀,平面以岛状特征分布,平均厚度超过60 m,划分了3个冻土层发育区。分析了天然气水合物成藏与冻土层、断层构造之间的关系,结合冻土层及断层构造条件,试验区东部F_(3-3)至F_(3-5)及F_4断层附近为天然气水合物成藏有利区。     

青海南部冻土区天然气水合物成藏控制因素

基于开心岭和乌丽地区天然气水合物钻探试验井相关资料,在天然气水合物含油气系统理论的指导下,对青海南部冻土区天然气水合物的形成要素进行了分析。研究表明:青海南部冻土区具备较好的形成水合物的温度压力条件,冻土平均厚度达84m,连续稳定发育的冻土层可作为水合物天然的盖层;冻土层下平均地温梯度2.03℃/100m,甲烷水合物稳定带计算值为240~450m;那益雄组煤系烃源岩广泛发育、厚度大、TOC含量高且处于高-过成熟阶段,可以作为良好的烃源岩;区内褶皱、断层、裂隙发育,相互连通后不仅可以为流体提供高效的运移通道,还能为水合物提供良好的储集空间。钻探实践表明:研究区具有良好的天然气水合物勘探前景,天然气的来源及气体的运移-聚集是其成藏的关键控制因素,并形成以裂缝型天然气水合物为主的水合物矿藏。此外,青藏高原冻土层的发育深刻影响了天然气水合物的形成和保存,其与水合物含油气系统各要素在空间上的配置,共同控制了水合物的形成和分布。     

海底泥底辟(泥火山)对天然气水合物成藏的影响

海底泥底辟(泥火山)与周缘发育的天然气水合物存在着密切的关联,表现在静态要素和动态成藏2个方面。作为一种重要而有效的运移通道类型,泥底辟(泥火山)携带的气体将是天然气水合物的重要气体来源。同时,含气流体沿着泥底辟(泥火山)的上侵,可能会导致上覆地层中温压场和地球化学组分的改变,进而引起天然气水合物稳定带厚度的变化。因此,泥底辟(泥火山)将控制天然气水合物的成藏,如位于构造中心部位的矿物低温热液成藏模式和位于构造边缘的矿物交代成藏模式。另一方面,泥底辟(泥火山)的不同演化阶段将对天然气水合物的形成和富集产生不同的影响。早期阶段,泥底辟(泥火山)形成的运移通道可能并未延伸到天然气水合物稳定带,导致气源供给不够充分;中期阶段,天然气水合物成藏条件匹配良好,利于天然气水合物的生成;晚期阶段,泥火山喷发带来的高热量含气流体引起天然气水合物稳定带的热异常,可能导致天然气水合物的分解,直至泥火山活动平静期,天然气水合物再次成藏。