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。     

天然气水合物物理化学状态平衡及其在冲绳海槽的应用

根据自由能优化算法计算了气、水、盐、水合物的平衡态（稳定态）条件，建立了天然气水合物的状态方程和（水合物、液态溶液和气体）相平衡模型，编制了计算天然气水合物稳定带厚度的计算机软件；并针对研究内容收集了冲绳海槽和东海陆坡的热流、地温梯度、地形（水深）、地貌等资料，根据这些资料模拟计算预测了该区天然气水合物稳定带厚度、分布有利区带和BSR底界深度，进而编绘了相关图件。     

海洋沉积物中天然气水合物的形成、分布与演化预测

我们运用一个新的分析公式，解出了动量，质量和能量联立方程。这个方程控制着海洋沉积物中天然气水合物的聚集和演化，而且可以推导出水合物稳定区的顶底位置，水合物实际产生区的顶底位置，沉积物中水合物聚集速率的时间，以及在扩散和平流两端元系统中聚集速度与深度的关系。得出的主要结论如下：（1）天然气水合物在海洋沉积物中实际出现的底界通常并不与天在气水合物稳定带底一致，比稳定带底要浅。同样，有确切的物理解释来说明天然气水合物稳定带底界一致，比稳定底界要浅。同样，有确切的物理解释来说明天然气水合物稳定带顶界（通常在海底）和天然气水合物生成带顶界的不一致。（2）如果似海底反射界面（BSR）标志着游离气带的顶界，那么在某些地背景下BSR实际上应当发生在比稳定带底更深的地方。（3）甲烷天然气水合物温压稳定域内存在的甲烷甲对于天然气水合物的生成是不够的。只有甲烷溶解在流体中的质量分数超过甲烷在海水中甲烷的溶解度，或者甲烷通量超过了对应于甲烷扩散运移率的临界值时天然气水合物才能生成。可以利用这些临界通量综合地球物理或地球化学资料限定生物成因和热成因的甲烷最小产生率。（4）对于大多数扩散－分散系数值，以扩散为主的天然气水合物体系是以在稳定带底界附近的天然气水合物薄层为特征的，以扩散为主的天然气水合物体系是以在稳定带底附近的天然气水合物薄层为特征的。以平流为主的系统有厚的天然气水合物层，而且对于高的流体通量，在层底比在沉积序列浅层有更大规模的聚集。基于以上结果以及在某些以扩散为主的体系中生成最小的天然气水合物区也需要很高的甲烷通量，我们推测所有的自然界的天然气水合物系统，甚至那么如被动边缘的相对低通量的环境都可能以平流占主导地位。     

流体剖面上溶解硫酸盐的含量能否反映原地甲烷通量

在天然气水合物稳定带中,受生物地球化学因素制约的甲烷通量是控制天然气水合物分布和含量的关键。我们将通过非保压岩心和保压岩心数据进行说明,这些数据分别来自孟加拉海两个海盆：克里希纳河－哥达瓦里河盆地（K—G）和印度东南部近海的Mahanadi盆地（水深9001170m）,以及位于安达曼海（水深1600m）的1个站位和卡斯卡底古陆（水深890m）的水合物脊上的2个站位。以上所有站位都发现了天然气水合物存在的证据,但每个站位水合物的含量、分布和含水合物沉积物的结构各不相同。     

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。     

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。     

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。     

布莱克海脊底辟处与天然气水合物稳定带有关的甲烷圈闭与运移—来自地震资料的新发现

Bkake脊底辟位于Carolina海槽沿海线一系列盐底辟的最南面，底辟引发上覆沉积物断裂，使得流体和气体向海底运移。通过分析位于天然气水合物富集区的Blake脊底辟处的地震反射资料，得知底辟中心的天然气水合物稳定基底非常浅：底辟处海底向上挠曲了近100m，由2300m左右变为2200m左右。由BSR指示的天然气水合物稳定基底BGHS在底辟两侧约为4.5s，中心上升为4.15s。底辟上部BGHS至海底以下0.05s(40-50m)出现一系列垂向断裂，这一断裂系列分化成一些陡的小断裂，成为通向海底的裂口，它覆盖了大约700m的直径范围。另外还有一些由主断裂及位于底辟中心BGHS附近的分化的次生断裂。气体及其它流体可以沿这些断裂向上运移。本文做了复杂的示踪分析比较不同反射面的反射强度及瞬时频率。底辟中心的低频异常显示强烈的地震衰减，是由流体沿断裂通道（可能是甲烷）的运移引起的。气体（主要是甲烷）沿天然气水合物稳定带的运移目前还无法解释其原因。我们推断断裂中的孔隙流体温度及盐度太高以至不能形成天然水合物，即使在远离底辟的天然气水合物稳定深度。另外天然气水合物可能堵住断裂墙以至水的供给太少不能将所有的气体转化为天然气水合物。BSR变浅反映出底辟增加的热流要么由下伏盐的高热导率引起，要么是由流体的热对流引起。孔隙水的高盐度降低天然气水合物的稳定性，对BSR变浅也起到重要作用。通过调查发现BSR变浅理论上是由于底辟处盐度增加，虽然地质学上似乎难于理解。这一发现表明高盐度的孔隙水对盐结构以上BSR深度的侧向变化起到重要作用。     

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。     

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。     

ODP研究天然气水合物的科学目标

研究天然气水合物的成功计划需要研究沉积岩中影响水合物形成和分解的相关过程。这样 ,ＯＤＰ项目建议书应选定下述内容 :（１）确定沉积物的气被溶解、形成水合物和进入游离气等相态。（２）识别和定量分析从天然气水合物稳定的温压状态中天然气进入和逸出之散射与对流过程。（３）确定在沉积物中什么地方可发育天然气水合物。（４）确定水合物的存在对沉积物成岩作用的影响。（５）查清为什么由于水合物的存在而改变了沉积物的物理性质。（６）提高和调整估算天然气水合物储量的间接检测技术。（７）确定是否甲烷气能有效地从地质储层中转…     

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。     

未来关于天然气水合物循环的研究

在20世纪60年代,已有大量证据表明, 碳以游离气、溶解气和水合物的形式存在于 海洋沉积物中,数量巨大.在典型的温度(洋 底温度为摄氏数度)和约50巴(相当水深 500m或更大)的条件下,如有足够的甲烷气 或其它形式的气存在,就可形成天然气水合 物.科学家估算,天然气水合物中的碳相当 于石油、天然气和煤中的碳之两倍. 大洋钻探146和164航次在俄勒冈和新 泽西州大陆边缘发现和回收了水合物、流体 和气以及对下部界面环境影响之证据.这 样,对未来大洋钻探计划提出了挑战:需要 在全球海洋中广泛布置井位,以采集水合物 样品.这是我们弄清水合物形成和释放是怎 样影响全球生物地球化学循环,以及它们怎 样和构造过程有关的唯一途径.今天,水合 物存在于海洋沉积物中,但这仅是水合物生 成及消亡这一复杂过程之一部分.生成甲烷 细菌消化沉积中的有机质,以代谢作用产生 甲烷,当这些甲烷迁移至水合物稳定带后,它 们将形成另外的水合物.某些情况下,深部 热成气也可进入上部水合物稳定带并形成水 合物. 现在科学家认为,天然气水合物系统是 全球碳循环系统的重要组成部分,关于碳从 水合物系统中输入和输出,以及水合物储层 尺度之大小仍然是需要研究的.用先进的技 术进行大洋钻探,对于很好地了解水合物形 成和破坏(分解)以及它在全球循环中的作用 是非常重要的.用将来的科学钻探来研究水 合物之目的需回答下列问题:海洋天然气水 合物的形成机制是什么?碳循环的全球系统 之组成何在? 为什么要研究天然气水合物循环? 姚伯初摘译自 ,1999     

台湾西南近海BSR地震特征分析和影象识别

甲烷水合物可能是天然气的优良盖层。在甲烷水合物与天然气之间有一个强阻抗差界面 ,导致与海底形状一致的类似于亮点的强反射。台湾南部近海至少有２万ｋｍ２增生棱柱体 ,水深范围５００～２０００ｍ ,为ＢＳＲ所覆盖。ＢＳＲ的最高浓度位于增生楔柱体的西北部 ,可能与迅速沉积的陆源沉积物有机碳含量高有关 ,从而提供了甲烷的来源。本项研究中提供了２条由台湾国立大学海洋研究所完成的未公开的多道地震剖面 ,确定了该区气水合物和含游离气沉积物的地震特征。解释后的地震剖面是甲烷水合物解释中最常用的资料。为了解释地震资料 ,本项研究…     

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。     

海底天然气水合物的研究进展

PROGRESSIONONMARINEGASHYDRATESTUDY随着能源的日益紧张,非常规天然气中的天然气水合物,以其能量高、分布广、规模大等特点正崭露头角,有望成为对世纪的重要能源。天然气水合物（Gashydrate）是天然气（主要是甲烷）和水分子组成的固体结晶物质。它存在于低温高压条件下,主要出现于＞300～500m水深的海底沉积物中和寒冷的高纬度区域（特别是永冻层地区）。据估计陆地上20．7％和大洋底90％的地区具有形成天然气水合物的有利条件。全世界水合物中的甲烷碳达1016kg或20X1015m3的甲烷气,较常规天然气大2～3个数量级,而大…     

沉积物间隙水中硫酸盐与甲烷相互关系的研究进展

天然气水合物是在低温、高压以及有足够气体供应条件下形成的一种天然气（主要为甲烷）与水组成的似冰状固态化合物，广泛分布于海底沉积物和大陆高纬度地区寒冷的冻土带中。由于其巨大的资源储量（估计为石油、煤、天然气等所有化石燃料矿产总储量的两倍）、潜在的地质灾害（海底天然气水合物分解可能引起大规模海底滑坡等灾害）以及对全球环境变化的影响而备受关注［１］。 现在，识别天然气水合物主要依靠地震剖面上似海底反射界面（ＢＳＲ）的出现。ＢＳＲ曾被认为是由水合物稳定带中致密厚层水合物所导致，然而，现有证据表明，ＢＳＲ…     

岩石磁性记录的末次冰期以来气体水合物带底面的上升

气体水合物是甲烷和水混合的冰状笼形物,存在于大陆架和陆坡沉积物中。气体水合物在地温梯度与水合物相边界(气体水合物稳定带底界,BGHS)相交的深度范围内是稳定的。当底层水温度上升造成地温梯度升高时,或当相对海平面降低使围限压力降低时,BGHS就会向上迁移,并形成因水合物分     

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。