西沙海槽潜在天然气水合物成因及形成地质模式

西沙海槽具备良好的热解成因气及断层通道、深部异常压力等运移条件,分析海底表层沉积物所含甲烷气来源可以很好地指示潜在天然气水合物成因.西沙海槽海底表层沉积物所含甲烷气以热解成因气为主,可能混有少量生物成因气.表层沉积物所含甲烷气为断层渗逸-自由扩散作用双重运移结果,主要有3种来源：（1）直接来自于下部断层通道中气态烃的释放;（2）来自于动态变化的水合物分解,再由渗滤作用或沿浅部微小断层向上运移;（3）来自于原地少量的生物气.不同地区有不同的气体来源,这是海底表层沉积物甲烷高值区与下部断层相关性较大而与BSR区域并非完全一致的原因.甲烷气来源及运聚条件综合分析表明,潜在天然气水合物以热解成因为主,为断层-渗滤综合地质模式.     

海底泥火山地球物理特征

海底泥火山是地壳深部大套巨厚富含有机质及流体的欠压实泥页岩在区域动力学作用下挤入上覆地层,使得上覆岩层弯曲隆起或刺穿上覆地层而形成的一种地质构造,也是气体向上运移的通道,被认为是天然气水合物存在的重要证据。结合国内外海底泥火山研究实例,系统总结和分析了海底泥火山的地球物理特征,以期为海底泥火山的调查与识别奠定基础。     

琼东南盆地气烟囱构造特点及其与天然气水合物的关系

气烟囱是由于天然气(或流体)垂向运移在地震剖面上形成的异常反射,是气藏超压、构造低应力和泥页岩封隔层综合作用而形成。气烟囱在形成过程中携带大量富含甲烷气的流体向上运移到天然气水合物稳定带,其形成之后仍可作为后期活动的油气向上运移的特殊通道。在中中新世后,气烟囱是琼东南盆地气体向上运移的通道。地震识别出的似海底反射(BSR)分布区存在大量的气烟囱构造,通过速度、泥岩含量、流体势等属性参数及钻井资料,判断该烟囱构造为有机成因的泥底辟型烟囱构造。     

海底水合物冰丘的特征及意义

海底水合物冰丘是一种特殊的海底构造,外观表现从平滑浑圆的陡峭丘状体变化到粗糙不平的缓斜丘状体。地震剖面上,内部常表现为空白反射,并与似海底反射(BSR)紧密相关。归纳了前人对海底水合物冰丘的研究。综合分析认为规模较大的海底水合物冰丘通常形成于高通量汇聚型流体运移通道附近;海底水合物冰丘的出现可能指示了下部水合物及油气藏的赋存和大陆边缘汇聚型流体的运移;同时,在汇聚型流体运移条件下,伴随着流体向上运移的深部热流和高盐度水可能导致BSR深度变浅;此外,水合物冰丘的形成与发育为动态过程,其形成过程可分为水合物成核、聚集/冰丘型以及分解/冰丘垮塌3个阶段。开放型流动系统中形成的水合物丘的气体来源于“深部”沉积物渗滤的外部流体,可形成规模较大、高饱和度的水合物矿产,具有勘探价值。为更好地认识海底水合物冰丘演化史以及其与汇聚型运移通道、BSR分布位置等之间的关系,需要进一步开展海底调查、高精度多道地震调查,并结合地球化学等方法进行综合评价研究。     

波弗特海大陆边缘之下与气体水合物相关的BSR地震研究

位于阿拉斯加北部波弗特海上陆坡海底之下300－700m处有一强的似海底反射层（BSR），与上覆的气体水合物和下覆的天然气及孔隙水之间的相界面对应。世界各地BSRs具有类似的成因，这里通常解释为含本水合物碎屑沉积物之底界，下覆沉积物内可能有或没有游离气。令人惊奇的是，对这些强反向起因知之甚少。在这篇论文里，通过对合成的BSR振幅和波形（随震源－检波器偏移距变化）与穿越波弗特海发育较好的BSR多道地震反射资料比较，分析产生BSRs的物性差异。为了区分BSR之下是否有游离气，需要补充近垂直入射资料和叠前偏移资料。对振幅随偏移距变化（AVO）的分析暗示出：BSR的产生主要是由于BSR之下碎屑沉积物内存在游离气。据垂直入射合成地震记录，估计游离气带厚度薄于11－16m。若气体浓度深度而减少，则游离气带厚度可能大于16m。据AVO模拟，初估BSR之上沉积物内气体水合物饱和度不足孔隙体积的10％。     

印度西大陆边缘富含气体沉积物及气体水合物层的检测

在印度西大陆边缘外的高分辨率地震反射和浅层剖面都揭示了在内陆架上有空白反射、反射波终断与渗流相伴生的形式出现的声学屏蔽特征的存在。这些屏蔽现象揭示了富含气体沉积物的存在。在外陆架-中陆坡地区，那些麻坑地形及上覆水体中突出的羽状流都清楚地表明有气体从陆坡沉积物中渗流出来，而正是这种渗流反映了源岩的存在。地震剖面也揭示了中-下陆-陆隆地区存在着似海底反射波（BSR），同时推测认为存在着气体水合物。BSR大约出现在海底之下300-600ms(TWTT)、水深525-2200m的范围内，它们偶然地呈不连续特征。在BSR之上同样也可以见到清楚的反射空白区及声学空白带。相反，杂乱/或散射的双曲线反射波则出现在BSR之下，这可能是富含气体沉积物存在的一种反映。褶皱、底辟构造及断层均存于陆坡-陆隆区，它们可能成为流体及甲烷气体从深部向上运移的通道及圈闭。     

莫克兰增生棱柱体内BSR之下厚层游离气之证据

莫克兰大陆边缘的地震反射资料显示出一个强的似海底反射（BSR），且广泛分布。我们将非线性全波形反演技术应用于此区的多道地震数据。用来研究复杂的速度结构及BSR的成因，计算结果显示出：在海底以下500m深度处纵波速度从2.2km/s突然下降到1.3km/s。低速带厚度约200－350m，可能含有大量游离气，这与最近ODP164航次在布莱克海台的钻井有些类似。大部分的游离气可能是气体水合物分解产生的，在加积楔中，构造抬升和沉积作用，引起气体水合物稳定域相对于沉积柱向上运移。     

天然气水合物:21世纪的资源?

估计世界上水合物聚集体中的气体含量大大超过了已知常规气储量体积 ,但是气体水合物在世界能源需求中起什么作用将最终取决于充足气体水合物资源的利用率和开发它们的费用。然而 ,关于世界气体水合物资源仍存在着大量的不确定性和反对意见。气体水合物存在于永冻区和外部大陆边缘海底温压条件下的沉积物矿床中。综合北极区气体水合物研究资料 ,表明永冻区气体水合物可能存在于地下深度约１３０～２０００ｍ范围内。气体水合物在近海大陆边缘的存在主要由异常地震反射即似海底反射层（ＢＳＲ）来指示 ,ＢＳＲ在海底深１００～１１００ｍ处。…     

地中海海岭泥火山的构造特征及其油气意义

地中海海岭泥火山属于典型的活动陆缘泥火山特征,上面覆盖着富含有机质、高沉积速率的沉积物盖层。受板块构造挤压作用的影响,增生楔内断裂和盐底辟构造发育,为地层深部高压的流体和气体的向上运移提供通道。同时,渗透性差的海底碳酸盐盖层和墨西拿期蒸发盐又是理想的油气和天然气水合物捕获体,已经成为海底油气、天然气水合物评估的重要标志地貌。台湾增生楔和地中海海岭有着相似的活动陆缘地质构造特征,具有类似的成油环境及沉积物中流体、气体的迁移机制。通过对比研究,可进一步了解活动板块陆缘增生楔的油气生储意义。     

甲烷通量对自生碳酸盐岩和水合物饱和度的影响

为了探讨甲烷通量或SMT对自生碳酸盐岩埋深和水合物饱和度的影响,综述了第六届国际水合物论文集中的相关论文得出如下结论：海底发生富含甲烷的孔隙水渗漏和甲烷气的排出,有利于海底自生碳酸盐岩的沉积;甲烷通量和海底侵蚀可能控制了自生碳酸盐岩和SMT的埋深,然而,甲烷通量或SMT埋深是否控制沉积物中水合物的饱和度目前尚无定论。     

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。     

水合物分解对海底边坡稳定影响的数值模拟分析

海底边坡失稳会给人类造成巨大危害,部分海底边坡失稳案例被证实与水合物分解有关。由于海底条件的复杂性,人们很难直接观察水合物分解引起的海底边坡失稳过程。数值模拟可以相对准确地预测水合物分解可能引起的海底边坡失稳状况。通过选用基于ABAQUS软件的有限元强度折减法,模拟海底边坡失稳的过程并得到相应结果,分析了水合物分解程度、水合物带上覆厚度、边坡角度等因素对海底边坡稳定性的影响。结果表明,正常情况下,塑性区首先在坡脚区域出现并逐渐向上发展至坡顶;当水合物分解达到一定程度后,塑性区首先出现在水合物带,随后自水合物带向上发展至坡顶,并和随后在坡脚出现的塑性区形成贯通边坡的塑性带。水合物埋藏越深,越有可能造成大规模的滑坡;边坡角度高于15°时,水合物分解会急剧促进边坡失稳。     

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…     

巨型天然气水合物储层原始甲烷数量的直接测量

在高压和低温的稳定条件下 ,某些气体可以与水结合在一起形成固体———天然气水合物。在许多有甲烷供给的海洋沉积物中存在形成水合物的条件。大陆边缘的地震反射剖面表明在海底上部几百米的沉积物中通常存在天然气水合物 ,其下伏更深的地带则含游离气。若大量甲烷储集在这些储集层中 ,溢出的天然气可能在气候变化期间扮演重要角色。事实上海洋沉积物中的天然气水合物储层可能是地球上最大的化石燃料储集层。在此 ,我们报告了作为气水合物和游离气储集在大西洋西部布莱克海脊沉积层系内的原地甲烷丰度的直接测量。我们的结果表明作为固体气…     

南海中建海域麻坑发育特征及成因机制

海底麻坑在圈定潜在的天然气水合物发育区和指示海底地质灾害方面都具有重要意义。基于南海中建海域的高密度三维地震资料,采用自动追踪技术对研究区海底地貌特征进行了刻画,发现了众多形态各异、大小不一的麻坑,可分为圆形麻坑、椭圆形麻坑、拉长形麻坑、新月形麻坑和复合型麻坑等5类。中建海域的海底麻坑主要发育在海底地形坡折的位置,成群、成带分布,在地形平坦的位置麻坑不发育。影响中建海域麻坑形成的因素主要有火山活动、断裂活动、水合物分解、海底底流等。引起中建海域海底形成麻坑的流体主要有4种,分别是火山热液、天然气水合物分解的气体、沿断裂向上运移的深部油气及火山热液与天然气水合物分解气体的混合。     

海洋浅表层沉积物和孔隙水的天然气水合物地球化学异常识别标志

天然气水合物是一种赋存在低温,高压条件下海底沉积物中的规模巨大的新型能源,研究表明,地球化学是识别海底天然气水合物赋存的一种有效方法。国际上通过分析由大洋钻探采上来的柱状沉积物和孔隙水的地球化学异常,已建立了一套较为成熟的地球化学识别方法。但是,在没有钻井岩心的情况下,如何通过浅表层（＜20m）沉积物和孔隙水及底层海水的地球化学分析来识别海底可能存在的天然气水合物,是国际国内天然气水合物勘查中面临的一道难题,通过对国际上已有数据和资料的全面总结,尝试提出了一系列在海底浅层条件下识别天然气水合物赋存的地球异常标志,包括底层海水的烃类气体及其同位素组成异常,沉积物有机碳和水的含量异常,沉积物中孔隙水的元素和同位素组成异常,沉积物中气体含量异常及沉积物中自生碳酸盐矿物的化学和同位素组成异常等。这些标志的建立将有助于在我国海域开展天然气水合物的勘查工作。     

水合物分解区地层砂粒启动运移临界流速计算模型

出砂是制约当前天然气水合物长效开发的关键因素之一。基于水合物分解区地层松散沉积物球形颗粒堆积假设,分析了水合物分解前缘和分解区内部地层砂微粒的受力情况,基于力矩平衡条件建立了松散沉积物中地层砂颗粒启动运移临界流速的计算模型,并进行模型敏感性分析。结果表明,水合物分解前缘和分解区内部微粒的临界流速均随着粒径、排布角度、颗粒摩擦系数的增加而增加,胶结物性质、流体中的电解质类型以及浓度等参数均对临界出砂流速产生一定的影响。本文建立的砂粒启动运移临界流速模型能够为水合物开采储层出砂评价提供支撑。     

海底天然气水合物及冷泉流体渗漏的原位观测技术

海底天然气水合物藏是天然的巨型碳储藏库,是深部甲烷等烃类气体运移至海底过程中暂时的碳储,是地球碳循环过程的重要一环。冷泉通常与海底天然气水合物藏分解密切相关,是深源或浅层气及水合物分解气在海底发生渗漏的现象。该文根据国内外天然气水合物及冷泉系统勘查的最新动向,综述了与水合物及冷泉流体渗漏相关的羽状流、运移通道、海底微地形地貌等要素的海底原位观测技术,主要包括：走航式及坐底式原位观测、海面及低空渗漏甲烷观测、海底可视化观测、与水合物及冷泉相关的海底观测网络等。综合使用原位观测技术可以更细致、全面地描绘水合物和冷泉系统的时空“景象”,更好地协助厘清海底渗漏甲烷的归趋,拓展人类对深海独特生命绿洲的认知。     

垂直多井动态开采水合物边坡稳定性分析

天然气水合物是一种赋存在海底沉积物孔隙中的清洁能源,含量巨大,具有很好的开发前景和研究价值。垂直井作为开采水合物的一种主要方式,在开采过程中,会改变天然气水合物沉积层的环境条件,随着开采井释放出大量的气体和水,在地层中形成超压,过高的孔隙压力会降低沉积物的胶结强度,破坏沉积层的稳定性,诱发海底滑坡。借助Flac3D软件建立高精度的海底斜坡模型,基于有限差分法对垂直多井动态开采水合物过程中的边坡稳定性进行了数值模拟,模拟了不同开采方案条件下采用多井开采,水合物分解量、开采井压变化等不同影响因素产生的地层力学响应和位移变化,基于安全系数法进对于水合物开采引起的边坡稳定性进行了初步分析。结果表明：多井开采条件下,随着水合物分解程度的不断增大,海底斜坡稳定性逐渐降低,当水合物分解程度达到80%时,安全系数会降低到1.0以下,边坡会失稳;随着井压的不断降低,海底斜坡稳定性同样逐渐降低,当开采井压降低到4 Mpa以下时,安全系数会降低到1.05以下,边坡变为欠稳定状态,存在发生海底滑坡的风险。     

海底多组分水合物分解气好氧氧化实验研究

海洋区域蕴藏了丰富的天然气水合物资源,是地球上巨大的碳储库之一。当海洋环境发生变化时,部分水合物会分解释放出大量天然气,其向上运移过程中会发生厌氧或好氧氧化反应,从而减少由海洋向大气的碳排放量,起到消耗截流的作用。本文选取含烷烃好氧氧化菌的海底沉积物进行了水合物分解气的微生物好氧降解模拟实验,实验中用混合气(C_1+C_2+C_3)来模拟多组分水合物分解气。实验结果显示,在微生物作用下烃类混合气发生好氧氧化降解反应至消耗殆尽,反应优先顺序为C_1C_2C_3,降解速率C_1C_2C_3。且随着烃类组分含量的减少,其碳氢同位素组成发生了微生物降解分馏效应,并呈现出不同程度的富集趋势。C_1、C_2和C_3的碳同位素富集变化量分别为71.05‰、12.03‰和4.61‰,碳同位素分馏系数(εC)的平均值分别为-11.219‰、-2.951‰和-1.539‰;氢同位素富集变化量分别为368.64‰、156.00‰和111.97‰,氢同位素分馏系数(εH)的平均值分别为-56.092‰、-99.696‰和-73.303‰。可见,三者的碳位素富集程度C_1C_2C_3,而氢同位素富集程度C_2C_3C_1。此外,水合物分解气在微生物降解过程中气体成分组成及碳氢同位素特征发生了改变,对判别气体成因起到一定的干扰作用,因此,利用分解溢出气体样品进行气体溯源时需要适当考虑这一影响因素。