南海北部神狐海域天然气水合物分布的主控因素

针对天然气水合物沉积成矿因素不明确等问题,通过利用南海北部神狐海域的高分辨率三维地震、测井和岩心等资料,对晚中新世以来的地层进行了高分辨率层序划分和精细的沉积解释。从温压、沉积、构造等方面探讨了神狐海域天然气水合物分布的主控因素,认为：BSR上部附近处于水合物稳定温压范围内;粗粒沉积物有利于天然气水合物的富集;在含水合物层段内,孔隙度与天然气水合物饱合度成正比关系;滑塌体是天然气水合物赋存的有利相带;气烟囱形成过程中产生的断裂系统可为富含甲烷流体向上运移提供通道,并在其上部滑塌体富集成矿。因此,神狐海域具备天然气水合物成藏的优越条件,是天然气水合物勘探开发的有利区块。     

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。     

南海北部水道活动引起的不同类型滑塌体对应的水合物赋存模式

2015~2016年在神狐新钻探区钻遇大量水合物岩心,证实南海北部神狐新钻探区具有较好的水合物成藏环境和勘探前景。结合2008~2009年该区采集的地震资料,我们对晚中新世以来细粒峡谷的沉积特征及其相应的水合物成藏模式进行了分析。通过对大量地震剖面进行解释,发现该区峡谷两侧的隆起上发育大量的滑塌体。本文通过岩心粒度分析,地震相识别分析和水合物测井响应分析等手段综合识别出对水合物成藏有控制作用的三种类型的滑塌体：原生滑塌体、峡谷切割滑塌体、和同生断裂滑塌体。结合沉积速率、流体流速分析和峡谷迁移等沉积学要素对滑塌体成因进行分析,认为峡谷切割滑塌体由于后期峡谷迁移对前期滑塌体切割形成的、同生断裂滑塌体是由于隆起区基底不平引起差异性沉降而形成的。不同类型的滑塌体发育位置不同：原生滑塌体常发育在隆起中坡度较缓的区域、峡谷切割成因滑塌体常发育在不定向迁移的峡谷两侧、同生断裂滑塌体常发育在隆起中坡度起伏较大的区域。三种类型滑塌及其相应的水合物成藏模式不同,其中原生滑塌体有利于水合物成藏,而另外两种类型的滑塌体由于其不能对自由气进行有效封堵而不利于水合物成藏。根据三种滑塌体对水合物成藏的响应指出在粗粒的含有孔虫粉砂岩储层上,覆盖细粒的泥岩对自由气进行封堵有利于水合物成藏,并且多层的泥岩覆盖是造成水合物稳定带中水合物多个分层成矿现象出现的原因。     

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。     

神狐海域海底峡谷群脊部细粒浊积体分布范围及意义

利用广州海洋地质调查局在南海北部神狐钻探区采集的高分辨率地震数据,结合2007年第一次水合物钻探航次(GMGS01)获取的岩心资料,从宏观地震反射结构、微观岩心粒度特征两个方面对GMGS01区块内残留在峡谷群脊部的细粒浊积体进行特征识别和刻画。研究结果显示,似海底反射(bottom simulating reflectors,BSR)之上存在着2套特征不同的沉积单元,位于下部的沉积单元1表现为薄层杂乱透镜状的地震反射特征,对应于粒度C-M图版中与C=M基线近似平行的含水合物层段的样品,被解释为峡谷群脊部的细粒浊积体。选取穿过神狐海域峡谷群中第16条海底峡谷的8条测线为研究对象,能够揭示沉积单元1(细粒浊积体)自北向南的空间变化特征,从而进行分布范围的确定。神狐海域沉积过程分析表明,峡谷群脊部的细粒浊积体是北部小型水道侵蚀下伏沉积物并发生再搬运和再沉积的结果。利用区域性覆盖的二维地震资料,本次研究确定了小型水道的北部侵蚀边界。综合GMGS01区块细粒浊积体的地震反射特征、穿过神狐海域东部第16号海底峡谷自北向南的地震反射差异、研究区北部小型水道的侵蚀边界,本次研究利用两点确定一线和相似平行的方法,在整个神狐海域初步确定了峡谷群脊部细粒浊积体的分布范围。细粒浊积体沉积边界的识别,将为从深水沉积的角度探讨神狐海域水合物不均匀性分布提供依据,同时也能进一步揭示该区域峡谷群脊部水合物的成藏机制和富集规律。     

浅表层泥火山型天然气水合物成藏地质模型

深海环境泥火山活动为甲烷从深部向浅部迁移提供了搬运介质和通道,泥火山附近天然气水合物成藏具有独特的形成过程和富集规律。泥火山型水合物资源潜力和环境影响的理论假设已被提出,而在工程实施阶段的论述相对较少。本次研究通过调研世界范围内典型海域泥火山-天然气水合物系统研究进展和赋存规律,结合我国海域泥火山的调查成果,归纳出泥火山型天然气水合物赋存地质模型。之后分析该模型组成要素的地质记录,获得识别泥火山型天然气水合物的3G异常标志,总结出该类型水合物实用的勘探思路。     

南海北部水合物富集区水道特征对比与成因分析

天然气水合物作为现今乃至未来的重要清洁能源之一,其沉积环境和成矿条件的研究一直是国内外地质学家关注的热点问题,我国2007年、2013年及2015年已先后在神狐、和东沙海域多次成功钻获了天然气水合物实物样品。由此南海北部陆坡成为探讨天然气水合物沉积成因与成矿条件的重要试验区。然而,南海北部陆坡区的神狐、东沙及琼东南三个海域均有不同程度的天然气水合物发现,其各自的水深、沉积特征、气源成因及水合物成矿条件各有特点。本文利用地震沉积学原理,结合不同沉积相和沉积演化和古地貌、海平面变化和构造运动等因素,识别出不同类型的地震相。通过对比南海北部陆坡区域的水道系统的MTDs,认为其发育位置、展布和控制因素的不同影响了沉积展布。其中东沙区域位于近物源的上陆坡,神狐区域位于正常的缓陆坡区域,琼东南区域位于远离物源的海底平原区域。并且,水道系统可以分成侵蚀型,侵蚀-加积型和加积型,MTDs也可以分成头部拉张型,中部过渡型和趾部挤压型。     

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10~25mbsf(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180~215mbsf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。     

南海北部神狐海域天然气水合物差异性分布的控制因素

南海北部陆坡区具备天然气水合物形成聚集的地质条件,神狐海域的海底沉积层温度和压力条件符合水合物成藏的要求;源岩生烃潜力巨大且烃类运移条件良好,可以为水合物成藏提供充足的气源和通畅的运移通道。然而,钻探结果揭示了神狐海域天然气水合物在相似地质背景地区聚集分布的差异性,其机理及控制因素并不清楚。基于研究区8口钻探井的成藏地质条件,综合对比分析了成功获取及未获取水合物站位处的地震、测井、钻井、地球化学等数据,并以此探究南海北部神狐地区天然气水合物分布不均匀性的控制和影响因素。     

南海北部神狐海域天然气水合物形成及分布的地质因素

从天然气水合物发育的地质构造条件、沉积条件、气源条件、温压条件等分析了神狐海域影响水合物形成及分布的地质因素.指出神狐海域处在洋陆壳的过渡带上,断裂-褶皱构造及流体底辟构造发育,对水合物的形成具有重要的控制作用.受等深流和海底滑塌双重作用,研究区沉积异常体发育,沉积厚度大、沉积速率高,有利于水合物发育.通过对神狐海域附近钻探结果及区内地质调查站位资料的分析表明:目标区具有含巨量的生物气和热成因气资源潜力,具备形成天然气水合物的气源条件,气源为文昌-恩平组烃源岩.此外,受热流值北高南低的分布格局的影响,神狐海域BSR埋深也表现为北部浅南部深,且BSR分布区整体处在天然气水合物稳定存在的温压范围内,满足水合物形成及保存所需的温压条件.神狐海域的地质构造条件、沉积特征、气源条件、温压条件等都非常有利于天然气水合物发育.     

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。     

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。     

南海东沙海域天然气水合物与地质构造的关系

构造作用和构造过程是控制天然气水合物发育和赋存的重要地质因素之一。陆坡区复杂的构造运动能够形成良好的气体运移通道以及欠压实、高孔隙的水合物储集空间。东沙群岛邻近海域具有水深变化大、沉积厚度大、沉积速率高和有机质丰富等天然气水合物有利赋存条件,最新的研究已经在该海域发现了天然气水合物赋存的地球物理证据BSR,针对东沙群岛海域广泛发育的断裂、底辟、海底滑坡等构造,开展了其与天然气水合物成藏的关系研究,可以进一步深入了解天然气水合物在东沙群岛不同地质构造中的分布特征与演化,为该区天然气远景评估提供参考。     

南海北部陆坡神狐海域浅地层与单道地震剖面联合解释——水合物区沉积地层特征

本文通过南海北部陆坡神狐海域浅地层、单道地震剖面联合解释,发现了一系列与天然气水合物密切相关的海底异常地貌、地层结构.在精细浅地层剖面上发现了陆坡丘状体、浅部断层以及由连续强反射层、声空白补丁、局部增强反射和声空白带构成的海底浅部含气带.浅部含气带位于海底之下34-82m,通过其空间分布位置判断,认为气体来源于深部天然气水合物的分解.在单道地震剖面上识别出麻坑、气体渗漏柱、褶皱、模拟海底反射(BSR,bottom simulating reflector)等结构.BSR位于我国首次钻取的天然气水合物样品深度之下,判断其为该区水合物稳定带底界.依据ODP1148站深海钻井的地层厚度、沉积速率、测年等资料进行地层划分,识别出渐新世、中新世等地层界面,初步建立了神狐海域水合物区沉积地层年代标尺.地层年代划分结果表明BSR、褶皱、首次钻取的水合物样品位于晚中新世至上新世地层内,以上地层成为南海北部神狐海域天然气水合物勘探重点目标层位.     

世界热点地区高饱和度天然气水合物有利沉积储集条件

天然气水合物是全球未来能源的接替资源，高饱和度(S_h>50%)水合物储层是未来面向工业化开采的首要选择。截止到目前，高饱和度天然气水合物有利沉积相带与储层条件之间的关系仍缺乏系统研究。根据公开发表的文献资料，系统总结了墨西哥湾、日本南海海槽、韩国郁陵盆地、印度Krishna-Godavari盆地以及南海神狐海域等全球5个天然气水合物热点钻探区64口井取芯及井-震联合资料，对含水合物储层岩性、沉积环境、水合物饱和度等参数进行的详细总结分析表明：在必要的温压环境和气源条件下，深海平原区块体搬运沉积和浊流等高沉积速率的深水砂质沉积物赋存孔隙型水合物，水合物可分布在砂岩、极细砂岩、粉砂岩、粉砂质黏土和泥等粒级沉积物中，但高饱和度水合物主要赋存于粉砂-细砂岩中，储层孔隙度与饱和度具有一定的正相关性。中国南海神狐海域发现含有孔虫黏土质粉砂或粉砂质黏土这种特殊的细粒沉积物，其水合物饱和度可达到中高水平(20%～76%)。上述研究成果及认识奠定了下一步寻找优质天然气水合物储层的地质基础，也可为高饱和度水合物商业化勘探开发提供理论依据。     

南海北部陆坡神狐海域GMGS01区块细粒浊积体的识别特征及意义

利用广州海洋地质调查局在神狐海域采集的高分辨率地震数据,结合2007年第一次水合物钻探航次(GMGS01)获取的岩心资料,从地震反射结构和岩心粒度特征两个方面对GMGS01区块内残留在峡谷群脊部的细粒浊积体进行了识别和特征刻画。过水合物钻探站位的准3D地震剖面显示,GMGS01区块似海底反射(bottom simulating reflectors,BSR)之上的沉积体表现为2套特征迥异的反射单元:位于下部的薄层透镜状的杂乱反射单元,位于上部的厚层波状起伏形态的连续性中—强振幅反射单元。实际钻获岩心的粒度分析结果表明,沉积物的粒度为4~63μm,为细粒的粉砂或粉砂质泥。自下而上,沉积物的岩性和粒度特征没有发生大的变化,较为相似。但通过粒度CM图,可以发现,含水合物层段与不含水合物层段的沉积物表现为不同的特征,含水合物层段沉积物的结果近似与C=M基线平行,暗示了细粒浊积体的存在。结合神狐海域区域性覆盖的2D地震资料,研究认为发育在神狐海域北部的一系列小型水道,将会侵蚀下部地层的沉积物,使其沿着陆坡坡降的方向发生自北向南的再次搬运,在中—下陆坡的位置以细粒浊积体的形式再次沉积下来。神狐海域细粒浊积体的识别,将为从深水沉积的角度探讨GMGS01区块内水合物的不均匀性分布提供依据,从而有助于进一步揭示该区域水合物的成藏机制和富集规律。     

BIT指标对神狐海域SH7B站位水合物赋存层段生源输入判识及意义

实际的天然气水合物明显不同于冷泉碳酸盐岩样品。南海已有诸多冷泉碳酸盐岩的研究,针对具有水合物实际产出的神狐海域沉积物样品开展了GDGTs分析测试研究,试图为其成因、来源、AOM作用、生源等提供信息。研究结果表明:SH7B站位96.5~225.2m的岩心样品中,传统指标总有机碳的δ13 C值和C/N值对南海神狐海域天然气水合物赋存段的沉积物之生源输入指示效果不明显;GDGTs主要以类异戊二烯GDGTs为主,水合物赋存段(155~177m)较非水合物赋存段,支链GDGTs相对百分含量明显增多,类异戊二烯GDGTs相对百分含量明显减少。BIT值进一步明确说明:水合物赋存段比非水合物赋存段,沉积物的陆源有机质输入明显增多。前人研究表明~6 Ma左右南海北部接受了较强的河流碎屑和季风碎屑输入,此次事件造成水合物赋存段(6.0~6.74 Ma)陆源有机质输入增多,结果导致沉积物颗粒粒度增大,孔隙空间增多。较粗颗粒物的大量注入可以改善储层物性,形成上细下粗的有利储集体系,从而为神狐海域天然气水合物提供良好储集空间。     

泥底辟/泥火山流体热效应及其对天然气水合物赋存的影响

泥底辟/泥火山流体热效应对天然气水合物赋存的影响是探索泥底辟/泥火山发育区水合物赋存规律的关键问题。笔者在分析总结国外泥底辟/泥火山流体热异常及其对天然气水合物赋存之影响的基础上,重点探讨了我国南海北部陆坡珠江口盆地神狐海域SH5站位未钻获水合物的原因及泥底辟/泥火山流体热效应对天然气水合物赋存的影响。当初寄予厚望的位于泥底辟之上的SH5站位未成功钻遇水合物的原因是晚期泥底辟刺穿水合物稳定带使深部高温流体沿着泥底辟和断裂通道上侵,该过程致使水合物稳定带温度场升高进而导致早期形成的水合物发生分解,因此,泥底辟/泥火山的流体热效应会直接制约水合物的赋存。探索泥底辟/泥火山流体热效应及其对水合物成藏的影响,不仅为丰富和完善流体渗漏构造环境下天然气水合物成藏动力学研究与勘探提供了热力学理论依据,而且对天然气水合物勘探开发及资源潜力评价等具有重要的指导意义。     

水合物直井与水平井产气效果分析——以神狐海域SH2站位为例

以现有的南海神狐海域SH2钻孔资料为基础,建立起了与试采站位类似的"水合物层—游离气层"成藏模型,利用TOUGH+Hydrate数值模拟软件,对开采井内产气的来源问题做出了定量解释;分别使用直井和水平井降压开采方式,对"水合物层—游离气层"的储层进行了产气效率、储层开采程度方面的比较。结果表明:1)对研究工况,使用直井降压开采时,前100 d内井内气体有16%是直接来源于下部游离气层,且仍有很大部分游离气是向上迁移至水合物层中后产出,最终游离气层的贡献可达40%左右; 2)直井开采易生成二次水合物,而使用水平井开采时,游离气的向上迁移会带动更深层热液的向上运动,能在很大程度上提高水合物分解速率,并能够防止二次水合物的形成; 3)对研究工况中的"水合物层—游离气层"储层进行长期开采时,水平井降压开采更具应用前景。     

“天然气水合物研究”专辑征稿启事

尊敬的各位专家、学者:您好!2007年5月1日,我国在神狐海域的首次采样成功,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已步入世界先进行列。深入分析天然气水合物成藏的气源、