琼东南盆地华光凹陷天然气水合物稳定带厚度的影响因素

为了探讨琼东南盆地华光凹陷海底天然气水合物稳定带的分布规律,定量研究了静水压力、底水温度、地温梯度和气源组分对水合物稳定带的影响程度。在此基础上,分析了华光凹陷现今甲烷水合物稳定带的厚度分布。最后,综合各因素的历史演化过程,初步探讨了华光凹陷1.05 Ma BP以来天然气水合物稳定带的演化。结果表明:(1)气源组分和海底温度的变化对研究区内水合物稳定带的影响较大;水合物稳定带厚度与海底温度呈良好的线性负相关性。(2)水深超过600 m的海域具备形成天然气水合物的温压条件;超过600 m水深的海域水合物稳定带厚度大部分超过 100 m,其中西北部稳定带的最大厚度超过300 m,是有利的水合物勘探区。(3)华光凹陷1.05 Ma BP以来天然气水合物稳定带厚度经历了快速增厚–窄幅变化–快速减薄和恢复的过程。麻坑群与水合物稳定变化敏感区在空间上具有较好的叠合关系。结合前人的研究成果,推测其形成与天然气水合物的分解释放有关。     

琼东南盆地深水区上新世以来天然气水合物稳定域时空迁移及其分布特征

琼东南盆地深水区天然气水合物富集条件优越,具有巨大的勘探开发前景。基于近年来新获取的海洋地质地球物理关键参数,反演了琼东南盆地深水区上新世(约5 Ma)以来的天然气水合物稳定域迁移过程。研究表明:琼东南盆地现今天然气水合物稳定域主要存在于水深600 m的海底,约在水深1 800~2 400 m处水合物稳定域厚度达到最大值,约190 m;冰期海平面下降导致水合物稳定域向深海平原迁移,而陆坡-深海平原转换带的水合物稳定域厚度则相对于现今减薄约80 m;岩浆热事件导致深海平原水合物稳定域厚度减薄约50 m,天然气水合物随之分解后释放大量气体导致多边形断层形成。     

海底天然气水合物稳定带的特征分析

水合物稳定带（HSZ）控制着海底天然气水合物的成矿作用和分布规律，其厚度及分布范围决定了天然气水合物的蕴藏量，所以水合物稳定带的分析对天然气水合物的成矿与分布规律、成因与演化机制以及资源研究具有重要的指导意义。水合物稳定带本身受海底温度、压力和甲烷量等因素的影响，其变化会影响水合物稳定带的范围、稳定带底界的位置，并制约着天然气水合物的稳定性和甲烷气的释放。     

深水条件下海底天然气水合物稳定带内的甲烷迁移

１引言海底天然气水合物温压稳定带 (下称水合物带 )这个术语被用来说明某地质剖面的一部分 ,将现有条件下能够存有天然气水合物的海底与上面的水体界定开。事实上 ,由于现有条件复杂多变 ,所以很难精确地估计该带的厚度。这些变化主要指气体成分、水体盐度、海底温度、地热及水压梯度。通常是用深度 (压力 )、温度图来确定该带底部 ,其数值在地热曲线和纯水或海水为均衡状态的甲烷水合物稳定曲线的交会点上。的确 ,甲烷是海底天然气水合物中主要的烃类成分 ,其浓度要百倍于其它的碳氢化合物气体 ,在其它因素相同的情况下 ,水合物带的厚度随…     

南海北部东沙海域天然气水合物分解事件及其与海底滑塌的关系

东沙海域是南海北部一个重要的天然气水合物成藏区, 其陆坡广泛发育滑塌构造。文章对采自东沙陆坡中部973-4柱样和下部平坦区973-5柱样开展了沉积学粒度、底栖有孔虫种属特征和稳定同位素等的综合分析。研究结果表明: 两个柱样中底栖有孔虫的δ¹³C在末次冰期均出现明显负偏现象, 同时δ¹⁸O增高, 指示该时期东沙海域存在持续的天然气水合物分解事件; 末次冰消期以来, δ¹³C负偏现象逐渐消失, δ¹⁸O值降低, 可能是由于海平面上升阻止了天然气水合物分解。973-4柱样仅在末次盛冰期对应层位440~600cm段存在明显的滑塌沉积, 且该层段对应的特征底栖有孔虫Uvigerina spp.和Bulimina spp.的数量突增, 推测该区的海底滑塌可能是由于末次盛冰期海平面大幅度下降引起天然气水合物大量分解诱发所致; 973-5柱样同样记录到了海底滑塌现象, 但其滑塌沉积晚于973-4柱样的滑塌时间, 且其规模较小。     

琼东南盆地深水区天然气水合物稳定域分布特征与预测

天然气水合物的形成与温度和压力密切相关,低温高压稳定域直接决定了水合物的分布特征及展布规模。根据波诺马列夫经验公式,依据琼东南盆地水合物稳定域形成的关键参数(天然气组分、地温梯度及水深等),计算了琼东南盆地深水区水合物稳定域厚度,并初步分析了水合物稳定域分布特征。研究表明:水深(压力)越大、地温梯度越小,水合物稳定域厚度越大,当研究区水深达334.1 m时,深水海底浅层即具备了形成甲烷水合物稳定域条件;同时,水合物稳定域分布整体上具有南北薄、中间厚,自西向东逐渐变厚的趋势,主体厚度分布介于200～300 m,最大厚度可达400 m。     

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。     

珠江口和琼东南盆地天然气水合物形成和稳定分布的地球化学边界条件及其分布区

通过对南海北部陆缘珠江口和琼东南盆地气田的天然气形成水合物的地球化学计算模拟及地质地球化学条件分析，对珠江口和琼东南盆地天然气形成水合物的地球化学边界条件及分布区进行了研究。认识到南海北部陆缘琼东南和珠江口盆地内的断裂构造是天然气向海底渗漏的通道，为天然气水合物在海底的形成提供了物源；盆地内巨厚的第四纪富有机质沉积也为天然气水合物形成提供了充足的细菌成因生物气源。在海底温度2－16℃范围内，琼东南盆地气田10种天然气和珠江口盆地气田18种天然气形成水合物的压力有比较大的范围，随温度增高，天然气水合物形成的压力增高；盆地间和各天然气样品之间形成水合物的压力均是不一致的。在南海海水平均盐度3．4％条件下，结合海底温度与水深变化资料，珠江口和琼东南盆地天然气水合物形成和稳定分布的海区是不同的，珠江口盆地小于230m水深的海区没有天然气水合物的形成，在230－760m水深的海区可能有天然气水合物的存在，天然气水合物的稳定分布区应该在大于860m水深的深水区；在琼东南盆地水深小于320m的海区不可能有天然气水合物的形成，在320－650m水深的海区可能有天然气水合物的存在，大于650m水深的海区是天然气水合物的稳定分布区。     

天然气水合物的环境效应

本文从天然气水合物与全球碳循环及温室效应、在冰期—间冰期条件下和海平面升降情况下天然气水合物的演化规律、天然气水合物与全球气候变化的关系、天然气水合物的稳定性与海底滑坡的地质灾害因素等多方面分析。探讨了天然气水合物的环境效应。     

东北太平洋Cascadia陆缘Orca滑坡触发机理的数值模拟

海底温度和海平面变化可以引起海底天然气水合物分解,导致沉积物孔隙内形成超压,改变沉积物有效应力从而触发海底滑坡。本文建立了与此相关的海底滑坡产生的数值模型,并应用于东北太平洋Cascadia陆缘14～9 kaBP期间发生的Orca滑坡形成过程研究。模拟结果显示在最近18 ka海平面逐渐上升的大背景下,18～14 kaBP期间底水温度升高引起其后的天然气水合物稳定带底界快速上移,并在13.7 kaBP达到1.18 m/ka的高底界上移速率,此时Orca地区稳定带底界粗颗粒层内的高饱和度天然气水合物发生分解,产生114 kPa的流体超压,使地层安全系数显著小于1,触发海底滑坡。因此,海底温度升高引起高饱和度天然气水合物分解可能是东北太平洋Cascadia陆缘Orca海底滑坡的主要触发因素。     

冲绳海槽天然气水合物稳定带特征和资源量评价

根据冲绳海槽多道地震资料的处理解释,在16条地震剖面上发现了水合物拟海底反射层BSR,经过AVO、波形反演等特殊的处理技术,首次直接利用BSR圈定了冲绳海槽天然气水合物具体分布范围,直接利用数据得出了天然气水合物稳定带厚度在冲绳海槽的分布趋势,认为海槽南部最厚,中部次之,北部最薄,并通过计算得出了冲绳海槽水合物稳定带的厚度和水合物资源量,对今后海槽水合物勘查和资源量评价具有一定的指导意义。     

南海北部陆坡沉积物“Ba峰”及其天然气水合物分解指示意义

深海,特别是天然气水合物区的沉积物-孔隙水体系中,Ba循环受到孔隙水中的硫酸盐(SO24-)和甲烷(CH4)之间的氧化还原反应的强烈制约。沉积物中"Ba峰"的存在体现了SO2-4亏损的长时间累积效应,并与海平面变化制约下的天然气水合物分解有关。南海北部陆坡ODP1146站钻孔上部深度185m沉积物中发育了4个"Ba峰",其中发育于深度约58m的"Ba峰"(F3)与当前SO2-4-CH4反应界面(SMI)深度一致,推断其他3个"Ba峰"(F1、F2和F4)对应的SMI深度分别约为24m、46m和84m。"Ba峰"最大峰值与沉积物Cl通量减小和冰期-间冰期转换带的对应性表明:在冰期,海平面大幅度降低诱发的浅水区(如东沙群岛附近)天然气水合物的分解持续释放了低盐度、高浓度CH4流体,其中部分流体迁移至ODP1146站所在的陆坡区沉积物中,导致了间隙水中SO2-4的持续亏损和自生Ba的长时间累积,结果在冰期-间冰期转换阶段形成显著的"Ba峰";同时,部分逸散于大气中的CH4加快了冰期的结束。在距今约50万年的冰期-间冰期旋回制约下的海平面周期性变化过程中,南海北部浅水区天然气水合物分解释放的低盐度和高浓度CH4流体也间歇地迁移至深水陆坡沉积区,导致了多个"Ba峰"的形成和沉积埋藏。"Ba峰"可以用于评价历史时期南海北部陆坡天然气水合物分解释放甲烷通量的变化。     

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.     

鄂霍次克海天然气水合物成藏条件分析

2006年5月由俄、韩、日、中四国共同组织的“海底冷泉与生命过程”联合调查航次,在鄂霍次克海域成功采获天然气水合物样品。从水合物发育的气源条件、温度压力条件、构造控制条件等方面,分析了该地区天然气水合物发育所具备的基本成藏条件。指出鄂霍次克海周边的高大山系为其提供了丰富的沉积物来源,并在鄂霍次克海中形成了宽广而深厚的陆架体系。陆架区沉积地层厚度一般超过10 km,且以新生代沉积为主。根据对重力柱状样品的观察和分析,并参照沉积物捕获器样品的测量结果,认为本区域沉积物总有机碳含量普遍较高。根据地震剖面解释和重力柱状样品的14C测年结果得出,本区沉积速率较高,并与目前已知水合物区的沉积速率相当。鄂霍次克海地处高纬度地区,冬季海面大部分被海冰覆盖。海面以下50~120 m之间常年存在一个低温盖层。这个低温盖层使得海底温度一直保持在2℃左右。在这样的温度条件下,鄂霍次克海350 m以深的区域都满足水合物赋存的压力条件。海底以下满足水合物温度、压力条件的沉积地层厚度为450~800 m。鄂霍次克板块位于四大板块之间,并受到四大板块的挤压。由于挤压作用,在萨哈林岛东侧陆坡地区形成一系列的海底泥火山构造,从而使该区域成为天然气水合物调查研究的主要目标区。鄂霍次克海域的沉积物源、沉积厚度、沉积速率、有机碳含量等构成该区域水合物发育良好的气源条件,而温度、压力和构造控制条件等也都非常有利于天然气水合物在该地区的发育。     

冲绳海槽天然气水合物与地质构造的关系

海底天然气水合物大多与通过切穿沉积盖层的断裂的上升烃类流体相关,这些高渗透带包括底辟和泥火山等侵入构造,所以海底断裂、底辟和泥火山等构造周围可能赋存天然气水合物;其次,高沉积速率和巨厚沉积层可使有机质迅速掩埋而保存起来,为天然气水合物的生成提供充足物源,因此,邻近陆坡河谷口的海底沉积扇也是天然气水合物赋存的有利地区;另外,由于陆坡区的水合物沉积层比海盆更容易受外界温压变化的影响发生失稳分解,诱发海底滑坡,所以滑坡与天然气水合物赋存之间的关系也非常密切。冲绳海槽邻近海域具有覆水深、沉积厚度大、沉积速率高和有机质丰富等有利赋存条件,目前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,因此,在现有研究基础上开展断裂、泥火山、海底扇、海底滑坡等与天然气水合物相关的构造研究,可以深入了解天然气水合物在不同地质构造中的分布特征与演化,为更精确地评估其资源潜力提供参考。     

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（70～83mW／m^2）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。     

天然气水合物对全球气候变化、海平面旋回性的影响

天然气水合物作为21世纪的重要能源地位已受到广泛认可和关注,然而作为一个重要的气候致变因子,其赋存状况及其行为规律对全球气候和海平面的影响仍不容忽视。作者从甲烷的温室效应出发,提出了天然气水合物的生成和分解与全球气候的冷暖变化、海平面的升降变化这两个旋回之间相互依存的猜想。     

东海天然气水合物的区域地质特征及可能的远景区

从水深、沉积物厚度、沉积速率、有机质含量、地形和地貌来看，冲绳海槽盆地具有天然气水合物形成的区域地质条件，水合物出现的水深在500m以上，冲绳海槽南段水合物潜力最大。与智利三联点相类比，该区水合物可能主要分布在陆坡中部浅地层中。从冲绳海槽盆地的海底温度、海底热流和折射地震层速度资料的分析来看，该区具有水合物稳定存在的温压条件，其中南段和北段的稳定带厚度比中段更大一些，从已解释的穿越冲绳海槽盆地的地震剖面来看，有BSR迹象的剖面段约有300km，主要分布在中段的南部，从底水甲烷和卫星热红外异常分析来看，冲绳海槽盆地南段海域因存在经常性的卫星热红外增温异常和高值底水甲烷异常，因而水合物成藏的条件可能最好。     

琼东南盆地华光凹陷天然气水合物成藏条件及有利区带预测

分析了琼东南盆地华光凹陷天然气水合物稳定条件、气源供给来源、运移通道类型等成藏条件,指出了研究区天然气水合物的勘探方向并建立了天然气水合物的成藏模式。华光凹陷浅部沉积层的温度、压力条件满足天然气水合物形成的要求,生物成因甲烷水合物稳定带最大厚度约320m,热成因天然气水合物稳定带最大厚度约为345m。气源岩主要分布在凹陷西部地区的断陷期层序中,具有早、晚两期生烃且以晚期为主的特征,有利于热解成因气在水合物稳定带内的聚集成藏。晚中新世以来快速沉降的巨厚半深海细粒沉积物为生物成因气的形成提供了物质基础。泥底辟与其伴生断裂及多边形断层等构成了天然气水合物成藏的主要流体运移体系。华光凹陷靠近(1)号断裂的西部地区是有利的勘探方向。晚中新世以来的快速沉降使得渐新世成熟—过熟烃源岩大量生气或裂解,而且由于欠压实作用形成的地层超压为含气流体的运移提供了强大的动力。热解天然气和生物气沿着泥底辟和多边形断层等构成的输导网络向上垂向运移至水合物稳定带,形成天然气水合物,其中深水浊流水道是寻找高饱和度水合物的有利目标体。     

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.