天然气水合物客体分子与同位素组成特征及其地球化学应用

对1999—2011年间发表的全球18个地区(包括海洋、内陆海与湖泊、陆域冻土区)244件天然气水合物样品的气体分子与同位素组成数据进行了归纳与总结,结果发现:C1是自然界中天然气水合物的最主要组成成分,C2-C6烷烃和CO2也是其常见的客体分子,C6+、H2S等较少存在于水合物分解气中。海洋、内陆海与湖泊、陆域冻土区天然气水合物的客体分子种类存在一定的差异,且碳氢同位素的组成范围也比较宽泛。根据气体分子与同位素组成数据可有效判识天然气水合物的气体来源与成因类型,甚至在研究水合物形成与分解控制因素、气体迁移与成藏过程等方面也具有重要的指示作用。     

珠江口盆地东部海域天然气水合物成藏气源特征探讨

通过钻探,在珠江口盆地东部海域获取了天然气水合物实物样品,在5个取心站位目标层段进行了保压取心,获取了水合物岩心释放气样品,同时在13个层段获取了水合物分解气体样品。钻探取心的5个站位都在航次现场选择层段制备了顶空气样品。所有气体均进行了气体组成与同位素分析,结果表明:水合物气体组成以甲烷占绝对优势,甲烷含量96.5%～99.8%;乙烷含量极少,为(175～554)×10~(-6),未检测出C_(2+)以上烃类气体。水合物气体甲烷碳-氢同位素分析测试结果表明,δ~(13)C_(1 )为-68.4‰～-71.2‰,δDC_1为-182‰～-184‰,据此判识水合物气体成因类型为生物成因气。水合物气源成因类型与水合物产出形态没有直接关系,多种产出类型的水合物可能与储层发育及形态特征有密切联系。主要气源位于1000m以内的浅地层中,主要以侧向运移方式运移至稳定域有利部位形成水合物。     

南海北部气烟囱成因及其与油气及水合物运聚成藏关系

南海北部大陆边缘盆地油气勘探及天然气水合物调查与勘查评价中,地球物理资料尤其是二维/三维地震剖面上常见不同类型、不同特征且与油气藏及天然气水合物藏密切相关的地震反射模糊带等地震地质异常体,即“气烟囱”或“流体底辟”或“含气陷阱”。本文拟重点研究“气烟囱”成因及其与油气及天然气水合物运聚成藏的关系。油气勘探实践表明,气烟囱往往与油气藏尤其是天然气水合物藏伴生,且油气及水合物多处于其上覆或两侧位置附近。通过大量油气及天然气水合物勘探实践、地质地球物理资料综合分析及油气地球化学分析等,充分证实了气烟囱与其上覆或两侧附近的油气及天然气水合物藏具有密切的成因联系。研究表明,气烟囱作为连接和沟通烃源/气源供给系统与油气藏及水合物藏之间的重要桥梁和纽带,是油气（水合物）勘探中判识追踪油气藏及水合物藏成因、确定其烃源/气源供给系统活动特征的重要依据和指示。因此,深入分析研究气烟囱系统成因及类型,不仅能够追踪探索和判识确定油气及水合物成因,阐明其运聚成藏规律及控制因素,而且能够指导油气及水合物勘探部署与综合评价工作。同时,通过油气及水合物成因的地球化学分析,亦可判识确定其气烟囱成因及其对油气和水合物运聚...     

南祁连盆地木里冻土区天然气水合物气源分析

南祁连盆地木里冻土区天然气水合物的气体成因或来源存在不同观点,目前还没有统一认识,这直接影响到水合物的资源评价及下一步勘探方向。文章依托前人研究成果及新近钻探木参1井、木参2井及SK-0井资料,对比分析中侏罗统与上三叠统尕勒得寺组两套烃源岩,结合天然气水合物气体组成与碳氢同位素特征进行综合研究,结果表明:南祁连盆地木里冻土区天然气水合物的气体以轻烃为主,具湿气特征,其同位素表现为正碳同位素系列,为有机成因,成气母质主要为腐泥型干酪根的油型气,是热演化程度较低的原油伴生气;少量与微生物成因气有关,与煤层气关系不大。中侏罗统有机质丰度高、类型较好,镜质体反射率Ro在0.48%~1.14%之间,处于生油高峰期,生油过程中原油伴生气为天然气水合物的主要气体来源;上三叠统尕勒得寺组有机质丰度较高、类型较好,但成熟度高,处于生凝析气或裂解气阶段,总体生排烃能力差,从气源对比分析来看对天然气水合物气体来源贡献不大。     

AVO反演在琼东南海域天然气水合物识别中的应用

为了更好地研究天然气水合物展布形态和赋存情况,利用AVO反演技术对琼东南海域天然气水合物进行了识别。首先通过对不同地层模型下天然气水合物和游离气的AVO属性特征进行了正演模拟分析,获得了天然气水合物AVO属性的响应特征。研究表明,天然气水合物饱和度不同时,其BSR处AVO属性特征也不同。当天然气水合物饱和度较高时,BSR处的AVO属性特征为:截距为负值,梯度为正值,截距×梯度为负值,流体因子为负值;当饱和度较低时,受游离气的影响,其BSR的AVO属性特征为:截距为负值,梯度为负值,截距×梯度为正值,流体因子为负值且幅值较大。鉴此,根据正演分析结果,重点对琼东南海域地震资料进行了天然气水合物AVO属性异常分析,判识确定该区具有高饱和度水合物的AVO属性特征,其天然气水合物勘探潜力大。     

缅甸安达曼海域中部天然气成因与气源

位于主动大陆边缘的缅甸安达曼海域中部天然气资源丰富,成因多样。天然气成因类型直接影响勘探领域与方向的确定。通过气体组分、CH4和CO2碳同位素资料,对缅甸安达曼海域中部天然气成因类型及气源岩进行了判识。结果表明:上新统部分天然气具有较轻CH4碳同位素,为生物成因气,部分碳同位素较重的天然气属于热成因气;中新统及渐新统天然气CH4碳同位素均较重,属于热成因气;CO2碳同位素显示其存在无机、有机2种成因;此外,还存在少量生物气与热成因气或无机气的混源气。认为该区无机成因CO2与CH4共存体系通过基底断裂来源于地壳深部或上地幔;上新统生物气来自上新统未熟源岩;产于上新统、中新统热成因气,来源于上新统下部、中新统或渐新统上部等深层高-过成熟烃源岩。     

神狐海域天然气水合物的特征及其气源

我国天然气水合物首钻的钻探结果显示,南海北部陆坡神狐海域的天然气水合物呈分散浸染状分布在以粗粉砂、中粉砂、细粉砂和极细粉砂为主要组分的松散沉积物中。沉积物顶空气组成分析显示,神狐钻探区沉积物中的游离气体主要是烃类气体,另外也有微量的CO2,其中,甲烷含量界于62.11%~99.91%之间,平均含量达到了98.04%。而天然气水合物的气体同位素组成显示,神狐海域形成天然气水合物的烃类气体主要是微生物通过CO2还原的形式生成。在此基础上,进一步分析了神狐海域研究区上中新统上部和上新统微生物成因甲烷的生产力,认为神狐海域具备良好的适合微生物成因甲烷大量生成的地质条件。     

青藏高原乌丽冻土区天然气水合物成藏条件

为了探讨青藏高原乌丽冻土区水合物试验孔未钻获天然气水合物的原因,对该区第一口天然气水合物试验孔的岩心样品和周边露头样品进行了测试,结果显示,该区烃源岩有机质丰度中等,有机质类型Ⅲ型,有机质已过成熟,有利于烃类气体的生成;然而,试验孔岩心顶空气测试结果却显示,天然气组分中98%为无机成因的二氧化碳(13 C-CO2,-4‰~-6‰)。结合区域地质、温压场条件等综合分析认为,该区天然气水合物气源以无机成因的二氧化碳为主,有机成因的烃类气体为辅。但是,研究区构造活动强烈且一直持续至今、深大断裂发育等因素却不利于天然气(包括无机和有机)及其水合物的保存,这可能是试验孔未钻获水合物的主要原因。另外,二氧化碳特殊的升华现象以及取样技术的不完善则可能是试验孔未钻获水合物的次要原因。     

海底高频地震仪在南海北部天然气水合物探测中的应用

天然气水合物是石油天然气的理想替代能源,是当前能源、环境领域的研究热点。我国2007年神狐海域水合物钻探表明,天然气水合物的空间分布不均,水合物矿体内部物性差异较大。为了研究海域水合物及游离气的矿层结构,准确评估研究区天然气水合物资源量,采用三维地震与海底高频地震(HF-OBS)联合采集技术,获取水合物矿区的多波地震反射数据。充分利用纵横波速度信息,刻画研究区天然气水合物矿体的外形与内部结构,分析含天然气水合物沉积层的沉积环境与沉积物类型关系,进而获得这一海域天然气水合物分布规律的综合地质认识。     

南海北部陆坡珠江口盆地东南海域GMGS2-09井孔隙水地球化学特征及其对天然气水合物的指示意义

沉积物孔隙水地球化学是天然气水合物勘探与研究的重要手段。为了探究珠江口盆地东南海域GMGS2-09钻孔的沉积物孔隙水地球化学特征及其对埋藏的天然气水合物的指示意义,我们在前人的研究和认知基础上,通过测试该钻孔沉积物孔隙水的氯离子含量、氢氧同位素和阳离子组成来识别天然气水合物的赋存层位。结果表明GMGS2-09钻孔在9~17、47以及100m处存在氯离子浓度的负异常耦合氧同位素的正异常,指示相应的天然气水合物赋存,其中9~17m层位指示结果与实际取样情况完全一致。此外,采用基于水合物晶格的排盐机理推导的经验公式计算显示水合物饱和度在浅表层(17m)最高约为50%,中间以及底层约为20%。     

祁连山冻土区多组分气体水合物形成过程实验研究

祁连山冻土区天然气水合物气体组成复杂,储层裂隙发育,研究其形成过程对准确理解该区域天然气水合物的形成机制具有重要意义.基于祁连山冻土区水合物的气体组成配置了多组分气体,并对其在纯水、水合物矿区水及冻土岩芯介质体系中的水合过程进行了实验观测,获得了不同条件下多组分气体水合物的诱导时间及聚集形态特征,探讨了不同反应介质(水...     

南海北部神狐海域沉积物中烃类气体的地球化学特征

烃类气体是形成天然气水合物的物质基础,浅表层沉积物顶空气中烃类气体的异常特征可用来探测深部是否存在天然气水合物藏.对南海北部神狐海域浅表层沉积物以及钻探采获的含或不含天然气水合物的沉积物的顶空气样品中烃类气体组分和同位素组成进行了测试分析,结果表明:291个1 mbsf(bsf,below sea floor)沉积物顶...     

地震属性参数在识别天然气水合物和游离气分布模式中的应用

为了准确估算沉积层天然气水合物和游离气饱和度,必须确定沉积层水合物和游离气的分布模式。基于Biot三相介质波传播理论,研究了水合物和游离气呈不同沉积类型时,沉积层的泊松比、纵波速度、横波速度和反射振幅随饱和度的变化。结果表明,综合分析含水合物和游离气沉积层的泊松比、纵波速度和AVA特征,可以识别天然气水合物和游离气在沉积地层中的分布模式。与不含水合物沉积层相比,BSR上纵波和横波速度比较高,而泊松比略微偏低且出现PP-波反射系数的AVO负异常表明沉积层含有水合物。BSR下纵波速度和泊松比都比较低表明沉积层游离气呈均匀分布;纵波速度低而泊松比不太低表明沉积层游离气呈块状分布。     

气体水合物中甲烷的地球化学特征

通过对气体水合物样品中烃类气体组分和甲烷碳同位素组分的检测,表明自然界中存在Ⅰ型、Ⅱ型和Ｈ型３种类型的气体水合物,在水合物结构中甲烷客体分子主要源自沉积有机质中ＣＯ２的微生物还原作用,也存在热成因甲烷,少数地区为微生物成因和热成因混合甲烷,微生物成因甲烷总是占优势。     

神狐海域与西沙海槽天然气水合物成藏模式对比

南海北部神狐海域与西沙海槽天然气水合物资源量丰富,但两地区天然气水合物成藏条件及成藏机制存在一定的差异。通过两海域水深、温度压力、气源、气体运移、储层等水合物成藏要素与成藏模式的分析对比,获取了3点新认识:(1)两地区海域水深、温压条件、气源类型、气体运移条件、水合物储层类型和成藏模式基本类似;(2)综合天然气水合物气源及供给运聚系统类型剖析,提出神狐海域主要以"自源与他源渗漏复合型"水合物成藏模式为主;(3)西沙海槽水合物成藏模式属典型的"他源渗漏型"。研究结果表明,落实气源与不同类型气体运移通道的时空耦合匹配关系是该区水合物勘探评价的关键。     

马克兰增生楔海陆泥火山气源成因

为了探讨马克兰增生楔海陆泥火山气源成因及其差异,对取自陆上钱达戈普(Chandargup)泥火山口的5个水样进行了气体组分及其碳、氢同位素测试。结果显示,陆上泥火山中的气体组分主要为CH_4和CO_2,其CH_4碳同位素平均值为-42‰,属热解成因气。对比分析马克兰增生楔海陆沉积地层、断裂分布、地温梯度、有机质含量等资料,认为海域与泥火山有关的生物成因气主要来自于浅表层的Hinglaj-Ormara组泥岩,而陆域热解成因气主要来自深部的Hoshab组页岩或者更深处泥页岩,推测马克兰增生楔陆域深部地层有一定的油气资源潜力。     

基于深水区宽频地震的天然气水合物识别方法

仅利用地震似海底反射(BSR)识别琼东南盆地深水区天然气水合物存在一定的局限性,从而影响天然气水合物的勘探成效。笔者利用天然气水合物已钻井数据,分析该盆地深水区天然气水合物岩石弹性参数特征,用以查明天然气水合物的岩石物理规律;同时,利用地震正演模拟,明确了研究区发育的孔隙型、烟囱型水合物的地震反射特征。在此基础上,利用AVO正演判识真假BSR:天然气水合物底界面反射具有Ⅲ类AVO且存在AVO异常,此为真BSR反射;而块体流(MTD)底界面虽类似BSR反射,但其AVO为Ⅳ类且AVO无异常特征。利用宽频地震数据和三维地震速度体进行速度模型下的宽频确定性反演,并通过高速异常、高阻抗异常描述天然气水合物发育情况。总之,利用地震反射特征、AVO特征、无井宽频地震反演等手段,实现了琼东南盆地深水区多种类型天然气水合物的地震识别,判识圈定了水合物矿藏。     

海洋浅表层天然气水合物成藏特征

按照天然气水合物形成的气体疏导方式划分,渗漏系统是海洋浅表层天然气水合物藏形成的主要模式。关键成藏要素包括温压场、气源等,温压场主要控制天然气水合物成藏的平面分布和纵向分布;海底热流低值区有利于形成天然气水合物,但在海底热流超高的海域,只要有充足的气源供给,在高甲烷通量区深海浅表层也可以形成天然气水合物藏,而且往往与泥火山、气烟囱等特殊地质体伴生,形成致密的数米厚层状天然气水合物藏。浅表层天然气水合物藏气源主要是有机热解成因气,一般其深部均发育有成熟的含油气盆地,有烃源层广泛分布,并且干酪根发生过明确的生烃过程,形成的热解甲烷气通过断层、气烟囱等破碎带垂向运移通道渗漏上升,在温压场控制的相平衡区形成天然气水合物藏,因此,海底热流值较高的海盆也是浅表层天然气水合物藏形成的有利海域。     

南海北部神狐海域水合物赋存层位古环境和古生产率

天然气水合物作为一种新型的清洁能源,其形成需要稳定的有机质供应。南海北部神狐海域为天然气水合物成藏的有利区域,2017年中国地质调查局在神狐海域水合物试采获得突破性成功。为了进一步了解古环境和古生产率对形成水合物有机质供应的影响,对南海北部神狐海域水合物钻探区SH3站位180～215mbsf(meters below the sea floor)层位,尤其是水合物主要赋存层位190～200mbsf的古环境、古生产率以及陆源碎屑物质的地球化学指标进行分析研究。研究表明水合物主要赋存层位陆源碎屑物质(TDM)输入增加,较高的陆源碎屑物质输入和次氧化的沉积环境共同造就了比较好的有机质的外部保存条件;同时较强的水动力条件,有利于藻类生物的繁殖,因此,生物成因有机质比较丰富,再加上神狐海域有比较良好的热解气的形成条件,这3个层面共同保证了神狐海域具有比较充足的有机质供应。     

基于测井与地震多属性分析神狐海域天然气水合物分布特征

我国在神狐海域钻探发现了高饱和度天然气水合物,由于该地区受迁移峡谷影响,水合物在空间的分布变化较大。本文把测井数据和地震数据相结合识别了BSR并解释了侵蚀面等层位,沿水合物稳定带底界提取多种属性,并对属性结果进行优化分析。发现振幅类属性对水合物显示较为敏感,不同站位水合物矿体展布特征不同。在W19井和SC-02井水合物矿体呈马蹄状分布,W18井矿体呈斑点状分布,分别位于埋藏水道天然堤的局部高点和水道头部高点上,矿体形态与构造高点形态一致。测井异常指示的水合物层在SC-02井伽马值较高,而W18和W19井水合物层伽马值较低,表明不同站位含水合物层泥质含量不同。而地震解释和属性分析发现水合物层位于一个规模较大的气烟囱构造上部,流体运移是控制该区域水合物成藏的重要条件,气体组成分析表明热成因气为水合物的成藏提供重要气源。