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。     

南海深水盆地油气资源勘探基础研究展开

日前,国家重点基础研究发展计划（“973”计划）项目“南海深水盆地油气资源形成与分布基础性研究”正式启动。据悉,项目各课题紧紧围绕“南海深水盆地构造格局、演化过程及其对烃源岩的控制作用,南海深水区复杂介质地球物理观测、成像方法及其地震波传播规律,南海深水盆地油藏地震响应、油气储层特征、成藏机理与油气藏分布”3个关键科学问题开展研究。     

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！     

南海天然气水合物研究进展

自1999年起,我国陆续开展南海天然气水合物调查及勘探研究工作。2007年5月在南海神狐海域成功钻获天然气水合物实物样品,标志着天然气水合物找矿工作的重大突破,显示出南海丰富的天然气水合物资源前景。本文综述了南海天然气水合物发育的有利地质条件,赋存的地质、地球物理和地球化学证据,水合物分布和发育特征及成藏模式,指出目前研究工作中还存在的一些问题:勘探实践获得的天然气水合物地球物理和地球化学响应与实际存在水合物并非一一对应;大多数研究只针对水合物形成的某一方面的条件开展(如气源、流体运移体系等);同时,水合物稳定带和水合物资源量估算均较为粗略。因此,明确天然气水合物地质、地球物理和地球化学响应机理、开展水合物成藏系统和成藏动力学研究以及更加精确且符合实际的估算水合物资源量将会是今后南海天然气水合物研究的重点。     

我国成功钻获“可燃冰” 预计达上百亿吨油当量

国土资源部2007年6月5日宣布，我国天然气水合物调查获重大突破，5月1日凌晨在南海北部钻取“可燃冰”首次采样成功，证实了南海北部蕴藏有丰富的天然气水合物资源，标志着中国天然气水合物调查研究水平一举步入世界先进行列，成为继美国、日本、印度之后第四个通过国家级研发计划采到水合物实物样品的国家。     

南海北部深水盆地油气渗漏系统及天然气水合物成藏机制研究

深水盆地往往为天然气水合物和深水油气的共存区域。天然气水合物既是一种重要的油气资源,又是深水油气开发中引起地质灾害的重要因素。如果能实现深水油气和天然气水合物联合开发,将具有重要的经济价值;然而,目前尚不知两者的共存规律。根据南海北部白云凹陷高分辨率地震资料的综合解释成果,识别出大量的深部油气渗漏现象,包括有利于流体运移的气烟囱构造、深水水道砂体、海底滑坡、多边形断层等渗漏构造,提出了该区天然气水合物可能的成藏模式,指出了天然气水合物富集模式及其与游离气和深水油气渗漏的共存规律。     

双似海底反射层与天然气水合物成藏关系研究进展与展望

双BSR已成为国际水合物研究的新热点,其在水合物成藏机制、分布富集规律及水合物钻采站位优选等方面有着重要意义。国际上对双BSR的研究主要集中于双BSR的识别、成因机制及其与水合物成藏关系的研究几个方面,但存在双BSR的识别方法和技术有限,双BSR形成机制不明及保存机理不清等诸多难题,尤其是将双BSR与水合物-游离气体系统一起来开展水合物动态成藏研究尚处于探索阶段。中国南海海域已发现双BSR存在的证据,然而研究程度极低且严重滞后,亟需开展双BSR识别与刻画,双BSR成因机制及影响因素分析,双BSR形成变化与水合物动态成藏关系及双BSR对多类型水合物勘探开发影响等方面的研究。阐明双BSR与水合物动态成藏关系并建立动态演化的水合物-天然气体系模式,为深入研究双BSR及水合物成因机制、分布规律及其地质历史中的演变提供重要的科学依据,亦可深化水合物成藏理论研究并推进水合物勘探开发。     

全球主要国家水合物探采计划与研究进展

随着世界上石油和常规天然气资源的消耗和减少,各国的研究人员正在致力于寻找新的替代能源,天然气水合物的发现、勘探、开发和利用为未来能源带来新的希望。由于天然气水合物具有重要的战略意义和巨大的经济价值,世界上许多发达国家和发展中国家都将其列入国家重点研发计划,美国、日本、印度、韩国、德国、挪威以及中国等均相继投入巨资进行海域天然气水合物调查甚至于开采试验。文章介绍了国际上主要国家天然气水合物勘探开发计划的历史和现状,重点阐述了国家层面的天然气水合物勘探开采计划、实施情况、资金投入以及战略研究,同时从整体角度,对天然气水合物现阶段关注的重点问题进行了阐述。按照各个国家的发展趋势和研究目标总结为3种类别:(1)美国,早期在研究机构和ODP航次支持下,积累了大量的地质实物资料,但由于受到页岩气工业革命等商业模式冲击,近期天然气水合物开采领域投资放缓,但仍然关注于理论和技术实践,并保持综合科学研究工作为主,待时机成熟后将再次注入国家预算资金;(2)中国、日本、印度、韩国,由于受到国内能源结构和储备的限制,对天然气水合物勘探开采持有非常积极的态度,国家资金投入丰厚,全部开展了多期次的近海的天然气水合物钻探工作,并且中国和日本近年在海域试开采领域突飞猛进,分别取得了重要性的阶段成果,极可能是未来世界上首批商业性开采的国家;(3)德国、挪威,作为传统的欧洲工业国家,利用雄厚的工业技术基础,在天然气水合物能源开采技术研究以及环境评估等方面另辟蹊径,着重关注于全球环境保护和二氧化碳置换甲烷技术,是天然气水合物研究领域的绿色保护者代表,可为后能源时代提供天然气水合物新的机遇。     

日本南海海槽天然气水合物取样调查与成功试采

日本在实施天然气水合物研发计划（MH21）的第一阶段（2001—2008）及之后,作为合作伙伴,参加了加拿大Mallik和美国阿拉斯加陆域永冻层的水合物试采工程项目,并在本国南海海槽分别于2000年和2004年实施了水合物探井施工和多井钻探取样调查。从MH21第二阶段（2009—2015）开始,日本加强了对南海海槽东部的钻探、取样调查,运用新研发的CDEX hybrid PCS系统采取保压岩心;运用PCCT压力岩心测试鉴定仪器,对含水合物沉积地层的岩样作精密测试分析;提出水合物开采环境效应评估（EIA）研究战略,运用综合方法认真实施EIA调查,以及对海域水合物生产环境监测系统,包括海底甲烷泄漏监测仪（MLMS）、海底变形测量仪（SDMS）等予以布署。2013年3月12—18日,日本在南海海槽东部深水水合物储层实施了第一次天然气水合物的试采。六日内累积生产气量约120000 m3,平均日产气量20000 m3。这是世界上第一次海域天然气水合物成功的试采工程,是国际天然气水合物开发史上的一座里程碑。但是,天然气水合物的商业化开采在国际上将是一个艰难、漫长的过程。     

我国海洋地质调查研究新进展

近10年来,我国海洋地质工作在海岸带、近海与管辖海域、大陆架边缘海和深海大洋开展了地质构造、矿产资源、环境灾害和探查技术及仪器设备等方面的调查研究和研发,取得一系列重要成果。如历时8年的“我国近海海洋综合调查与评价”专项(908专项),完成了1∶100万管辖海域的16个图幅、1∶25万13个图幅的综合调查和9个区块海砂资源评价; 在南海北部琼东南盆地发现了3个大气田; 开展了海岸带环境地质调查评价与图集(1∶400万)编制; “南海深海过程演变”专项研究与南黄海陆架区科学钻探均有新发现; 海底石油勘探与开发技术(“海洋石油981”钻井平台)、南海北部海域天然气水合物探测技术及发现(Ⅱ型天然气水合物、可燃冰冷泉)、南海天然气水合物试采成功,以及海底探测技术与采样设备的研发等等取得了实质性进展或突破。这些重要成果极大地提高了我国海洋地质调查的程度、研究水平和综合实力。     

南海北部陆坡天然气水合物区地质灾害类型及其分布特征

南海北部陆坡区存在着有利天然气水合物的成藏条件,综合调查及钻探结果揭示南海北部陆坡区蕴藏着丰富的天然气水合物资源,天然气水合物多发育在构造活动复杂地区,同时也是灾害地质因素高发区,潜在的灾害地质因素对水合物的赋存及商业开发是极大的威胁。本文基于广州海洋地质调查局多年来在南海北部天然气水合物发育区采集的大量2D、3D、浅地层剖面及多波束测深资料对南海北部水合物发育区进行海底灾害地质研究,对研究区地形地貌特征、灾害地质因素类型、特征、成因及分布特征进行了综合分析,同时阐述了灾害地质因素与水合物的形成与分解之间的关系,研究结果对南海北部陆坡区天然气水合物区成矿预测、试采井布置及未来灾害风险评价提供了基础数据和决策依据。     

天然气水合物的勘查及其社会经济意义

天然气水合物是一种新型高效能源 ,其储量巨大 ,分布广泛。对天然气水合物的研究可以追溯到 1 80年前。近几十年来 ,美、日、加、英、俄、法、澳等国在这方面投入了大量的人力物力 ,取得了一些成果。我国在这方面起步较晚 ,1 999年 ,广州海洋地质调查局在南海地区进行了天然气水合物的专项调查 ,初步调查结果显示 ,南海部分地区可能有天然气水合物赋存。此外 ,我国青藏高原的永久冻土层也可能赋存了大量的天然气水合物。天然气水合物的形成条件。自然界中天然气水合物的出现受一定的温压条件和组分影响。资料表明 ,海底甲烷水合物的固相稳定…     

试论天然气水合物成藏系统

针对天然气水合物理论预测和实际产出的不一致性、各种标志或异常未与天然气水合物建立起严格的对应关系、世界范围内已知或由BSR等间接指标所指示的天然气水合物在垂直方向和水平方向上分布的不确定性,如何更好地从地质系统论角度研究天然气水合物成藏过程和分布规律,尝试提出天然气水合物成藏系统概念,分别从烃类生成体系、流体运移体系、成藏富集体系对天然气水合物成藏过程进行了初步探讨;同时运用此思路对世界上调查研究程度较高的分布区开展了天然气水合物成藏系统初步分析。     

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！      

科学大洋钻探与天然气水合物

天然气水合物是由水和甲烷等气体水分子组成的冰状物,主要分布于海洋陆坡区和陆地永久冻土带,是21世纪理想的替代能源。科学家已对天然气水合物的物理化学性质、产出条件、分布规律、勘查技术、开采工艺、经济评价及开采可能造成的环境影响等进行了广泛而深入的研究。大洋钻探计划（ODP）是获得深部含天然气水合物和游离气沉积物的唯一途径,已成功实施了164和 204两个以天然气水合物为主要目标的航次,分析研究了含天然气水合物沉积物的原位物理化学特性和地球物理性质,探讨了气体-水-沉积物-水合物间的相互作用机理,为气体储量计算提供了依据,对推动水合物研究作出了重大贡献。综合大洋钻探计划（IODP）的启动,将为人们深刻理解地球历史和地球系统过程（ESP）,特别是认识天然气水合物在地质过程中的作用,提供前所未有的机会。     

我国海域发现天然气水合物

我国地质工作者在中国南海西沙海槽区开展的天然气水合物前期调查中,发现了多处存在天然气水合物的可靠证据.这是在我国海域首次发现和证实天然气水合物这一新的矿产资源的存在.天然气水合物是20世纪发现的一种新的矿产资源,产出的天然气能够满足能源、经济、环境和效率的需要,被称为21世纪具有商业开发前景的战略资源,是新世纪的理想替代能源.我国的石油资源战略后备严重不足,这一资源的发现将对我国国民经济的可持续发展提供很重要的能源基础.目前,中国地质调查局已将这一资源的调查列入国土资源大调查项目之一.     

国际天然气水合物调查研究现状及其主要技术构成

本在研究大量国外献（含2000年6月日本东京“2000年西太平洋地球理会议”）资料的基础上，统计了迄今为止国际天然气水合物的发现成果，对涉及天然气水合物研究和调查的工作进行了简要回顾，划分其为五个研究工作阶段和五个调查工作阶段，并对一些重要国家尤其是对我国周边国家或地区进行天然气水合物调查和研究工作的现状作了简要介绍，通过分析天然气水合物分布与产出状况的11个重特征，归纳总结了国际天然气水合物调查综合评价的地球物理资料采集，处理及其解释，资源量计算，实物样品采集等三大主要技术的基本内容和要求，指出了高投入的前提下，坚持勘测方法的综合性，高技术性，创新性和有效性，将是取得了实质性成果的关键之所在。     

青海木里三露天井田天然气水合物调查研究新进展

自2008年首次发现天然气水合物以来,青海木里三露天井田的天然气水合物调查研究成为一个热点。近两年来,神华青海能源有限责任公司投资项目在三露天井田内开展天然气水合物调查评价工作,是该区最新的天然气水合物调查研究工作部署安排,目前取得了系列重要新进展。新进展主要表现为：(1)天然气水合物赋存特征研究取得了新认识;(2)对天然气水合物形成与分布的主要地质控制因素取得了新认识;(3)总结了天然气水合物成藏模式;(4)探索了地质、地球物理、地球化学、钻探等冻土区天然气水合物勘查方法,建立了钻探气测录井预判、地质标志识别、测井判识、室内鉴定等冻土区天然气水合物判定技术手段;(5)对天然气水合物资源量进行了估算并对其经济可采性进行了初步评价。综合认为,三露天天然气水合物资源目前不具备经济开采价值。     

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。     

中国天然气水合物调查研究现状及其进展

天然气水合物大致经历了实验室研究、管道堵塞及防治、资源调查与开发利用4个发展阶段,中国目前正处于资源调查阶段的早期。自1999年开始,中国先后开展了南海、东海、陆上冻土区和国际海底区域天然气水合物的调查研究,相继发现了一系列地质、地球物理和地球化学异常标志,并在南海北部神狐地区成功采到水合物实物样品,取得了找矿工作的重大突破,显示出良好的找矿前景,但目前仍存在着调查研究程度较低、技术装备比较落后等问题。随着国家对天然气水合物重视程度的加强,中国天然气水合物的调查研究进程将会将进一步加快,并在不久的将来过渡到试生产阶段和商业性生产阶段。