天然气水合物在沉积地层中的分布模式

简要介绍了3种模式的天然气水合物在地层中的分布特征。第1种模式的水合物以胶结物的形式存在,主要分布在火山灰、凝灰质泥和浊流层中,埋深通常较小,孔隙度较高,水合物饱和度较低,沿地层层面分布;第2种模式的水合物以块状(或“鸡窝状”)的形式存在,主要分布在泥质粉砂和粉砂质泥中,埋深通常较大,沉积地层的孔隙度较低,但呈块状(或“鸡窝状”)分布的水合物的饱和度却很高,地震剖面上有时会出现VAMP异常(速度振幅异常),同样沿地层层面分布;第3种模式的水合物主要分布在泥岩或砂质白云岩的裂隙和孔洞中,以小碎块(或细脉状)穿层分布,水合物饱和度通常较低。     

根据地震资料反演南施特兰陆缘（南极洲）天然气水合物和游离气分布

通过对地震资料进行走时反演得到南施特兰边缘(南极半岛)三个不同地质带中800m以上地层的声波速度图像：(i)大陆架；(ii)增生透镜体；(iii)海沟。由于沉积压实作用及陆地冰壳的补充和溶解导致的侵入，大陆架沉积层中的速度明显高于其它两个地质带，海底以下600—700m处达1000m／s。采用叠前深度偏移来改善地震图像及检验速度场的质量。在有似海底反射的地方，发现了相对于参考经验速度剖面的正负速度异常。通过理论方法将二维速度剖面转换成了天然气水合物和游离气的分布。分析表明8SR主要与其下面游离气的存在有关。游离气以不同的浓度和厚度分布于该地区，而天然气水合物在整个陆缘的分布则相当恒定。     

钻孔岩心游离气对天然气水合物成因的指示意义

中国是世界上少数几个同时在海域和陆域冻土区取得天然气水合物找矿突破的国家,这为我国天然气水合物成矿气源研究提供了良好的研究条件。本文通过对南海神狐海域及祁连山冻土区不同层位、不同赋存状态的水合物气体数据进行分析,研究了各层位烃类气体的地球化学特征,并探讨其成因。研究结果表明,海域和陆域钻孔岩心游离气与水合物气具有基本一致的气体组分特征和同位素特征,表明气体成因类型相同。同一钻孔中,气体随埋深不同表现出不同的气体组分特征,甲烷碳同位素显示负偏,均表明气体存在垂向运移。岩心游离气对水合物成因类型判识具有指示意义,可作为判识水合物或潜在水合物成因类型的一种有效方法。     

从海洋地震数据估算天然气水合物及游离气的含量

南卡罗莱纳布莱克海台的海洋地震数据和测井表明明显的似每底反射（BSR）是由含天然气水合物的沉积层覆盖在含游离气的沉积上所形成。我们将一个理论的岩石物理模型应用到二维的布莱克海台海洋地震数据上以确定天然气水合物及游离气的饱和状态。高孔隙度海洋沉积作为一个粒状的系统建立模型，在这样的系统中弹性波速度与孔隙度、有效压力、矿物、孔隙充填物的弹性性质地、水、以及孔隙中天然气水合物的饱和度联系在一起。为了将这种模型应用到地震数据上，首先我们使用迭加速度分析得到层，然后通过地质信息估算出孔隙度和饱和度，我们首先假设沉积物中没含天然气水合物或游离气，然后使用岩石物理模型直接从层速度计算孔隙度。这种孔隙度剖面在有天然气水合物及游离气的地方表现出异常（与所期望的典型剖面以及在无天然气水合物或游离气存在的沉积中得出的剖面相比较）。在含天然气水合物的地方孔隙度估算不足而在含游离气存在的沉积度估算过高。从这些异常剖面中，通过与典型孔隙度剖面（不含天然气水合物及游离气）相减计算出孔隙度的剩余值。然后，通过引入天然气水合物或游离气的饱和度，应用岩石物理模型消去这些异常。这样一来就得出了所期望的二维饱和度分布图。我们得出最大的天然气水合饱和度介于孔隙空间的13%到18%（取决于所用模型版本的不同而有所变化）。这些饱和度数值与布莱克海台的测井结果（在地震测线边上）相吻合，测井的结果为12%。游离气的饱和度在1%和2%之间。饱和度的估算对输入的速度值极为敏感，因此精确的速度确定对储量的改正十分关键。     

南设得兰陆缘地震数据反演中的天然气水合物和游离气分布

南设得兰陆缘(南极半岛)上部800m有适用于用地震数据作旅行时间反演来产生声速图像的三种不同的地质范畴：(i)大陆架；(ii)增生柱；(iii)海槽。大陆架上的地震速度较高，在海底600——700m处比其余两种地质构造高出1000m／s。由于沉积压实和侵蚀作用导致蜡状冰层逐渐变薄。应用叠加前深度偏移是为了改善野外地震图像和检验速度场的性质。在似海底反射(BSR)明显存在的地方。在相关的速度剖面上发现了正、负速度异常。用理论方法可以解译计算水合物和游离气分布区的二维地震速度剖面。分析显示BSR主要与其下存在的游离气有关。当天然气水合物相当均一地分布于陆缘时，游离气的分布却具有不同的浓度和厚度。     

地震属性在海洋天然气水合物识别中的应用

海洋拖缆主动源多道地震技术是应用于海洋天然气水合物资源调查的主要技术方法。不同于常规油气藏勘探,海底天然气水合物成藏机制复杂多样,海底似反射(Bottom Simulating Reflector,BSR)特征与水合物赋存并非完全对应。为提高海洋天然气水合物矿体识别的可靠性,地震属性技术在水合物资源调查中发挥着越来越重要的作用。本文对我国南海北部海域天然气水合物调查中的关键属性进行了对比、分析及筛选试验研究。试验针对海洋高分辨多道三维地震数据,采用三维地震层速度控制综合处理技术完成了BSR区域的成像,提取了与BSR相关的多种地震属性,并对BSR地震属性体的内部特性进行了分析,实现了BSR特征水合物矿体的识别,并提取了BSR上方和下部结合层带的地震属性。研究结果表明,在水合物赋存地层极其复杂的条件下,地震属性分析技术在海洋复杂浅地层水合物识别方面具有可行性和技术优势。     

天然气水合物沉积的地震定量分析方法

反射地震剖面能提供天然气水合物区域性存在的间接证据。尽管这一技术经过三十多年不断深入的发展，但将此相关技术应用于天然气水合物研究方面仍然存在一些未决问题和需求。举例来说，在似海底反射（BSR）处观测到负的波阻抗差，气体水合物在负阻抗差形成中所起作用一直存在争论。此外，振幅随角度变化（AVA）分析是应用于储层存在游离气时获取信息的一种勘探方法，由此获得的定量信息的确定性尚有争议。本文研究采用有效介质理论（EMT），将AVA分析应用于长偏移距高分辨率的叠前地震数据。以海洋浅部沉积物的原位物理性质为约束条件合成AVA响应并建立模型，作为BSR处气体水合物浓度和游离气饱和度的函数。经过仔细处理后，结果表明这一方法检测游离气是可能的，并且游离气的低饱和度可以量化。气体水合物对观测到的阻抗差的贡献非常小，特别是在气体水合物浓度小于10％时。这一分析已经应用于哥斯达黎加和沙巴大陆边缘的海洋地震数据。     

地震属性在天然气水合物预测中的应用

地震属性是地震资料中可描述的、可定量化的特征,它代表了原始地震资料中所包含的总信息的子集。地震属性分析就是将地震数据分解成各种属性。当地层中沉积物的孔隙内充填天然气水合物之后,沉积物的许多物理性质会发生相应的变化,这种变化导致了地震波的运动学和动力学特征发生改变,从而引起其地震属性的变化。针对南海北部陆坡天然气水合物研究区的地震数据提取各类地震属性,包括瞬时振幅、瞬时相位、瞬时频率、相对极性、能量半衰时、AVO1、AVO9和波阻抗属性。通过分析各种地震属性的响应特征及其与天然气水合物沉积层的关系,建立含天然气水合物地层的地震属性响应识别特征,利用统计学和聚类分析方法,结合地震正演结果对天然气水合物矿层目标进行预测,研究其平面分布规律,从而为天然气水合物钻探井位的确定提供可靠依据。     

利用海洋地震数据估算气体水合物与游离气资源量

位于南卡罗来纳近海的布莱克海台的海洋地震数据及测井表明：含有气体水合物的沉积层覆盖于含游离气的沉积层之上，造成了明显的地震似海底反射（BSRs)。我们将一个理论的岩石物理模型应用到二维的布莱克海台海洋地震数据，以确定气体水合物与游离气的饱和度。高孔隙度的海洋沉积物可以模拟为一个颗粒状的系统，其弹性波速度与孔隙度、有效压力、矿物成分、孔隙充填物的弹性属性以及孔隙空间中水、气体及气体水合物的饱和度相关。将此模型应用到地震数据时，我们首先通过叠加速度分析获得层速度。其次，除孔隙度，水、气和气体水合物的饱和度等参数外，通过地质信息获得岩石物理模型的其他输入参数。为了从层速度信息中估算孔隙度和饱和度，我们首先假定整个沉积物中不含气体水合物或游离气，然后，根据岩石物理模型由层速度直接计算孔隙度。在气体水合物与游离气出现的区域，这些孔隙度的数据特征出现异常（无气体水合物或游离气的沉积物中期望的标准数据特征与获得的数据特征相比较而言），低估水合物区域中的孔隙度，而高估含游离气区域的孔隙度。我们用带有异常值的孔隙度数据减去标准的孔隙度特征数据（不含气体水合物和气体）来计算剩余孔隙度。然后,我们应用岩石物理模型剔除气体水合物或气体饱和度引起的异常，最终获得理想的二维饱和度图。因此，这样得到的气体水合物最大饱和度占孔隙空间的13－18％之间（取决于所用模式的型式）。在布莱克海台钻井中（不在地震测线上）测量的饱和度大约为12％，这与计算结果一致，游离气体的饱和度在1－2％之间变化。饱和度的估算值对于输入的速度值相当敏感，因此，采用准确的速度对得到合理的储层特性相当关键。     

印度西部大陆边缘天然气水合物和游离气的可能模型

我们通过印度西部大陆边缘(WCMI)的多道地震反射资料解释，以建立天然气水合物形成的可能模型。地震剖面上双程走时(TWT)为2950ms的反射界面被解释为甲烷水合物层底界，即似海底反射(BSR)，它出现于海底以下500ms处。相似成因的KSRs在世界范围内广泛存在，不管其下有否游离气，它们通常是含天然气水合物的碎屑沉积物的底界。本文建立了一个天然气水合物/游离气模型，运用不用物性以合成地震记录，并与多道地震反射资料上所观察到的BSR振幅和不同震源一检波器偏移距的波形进行对比。初步结果为研究水合物分布和形成的预测模型提供了重要证据。不同偏移距的振幅恢复也为水合物特性的响应研究提供了依据。     

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。     

南沙海域天然气水合物地震特征

南沙海域水深为200∽2500m，其中大于500m的水域约50万km^2，该区大部分区域发育沉积盆地，构造类型多样，具有形成天然气水合物的气源、温度及压力条件。根据地质及地球物理调查资料，分析了南沙海域天然气水合物成藏的地质条件及地球物理标志特征，认为南沙海域具备形成天然气水合物矿藏的条件，南沙海槽和南沙中部海域是天然气水合物形成的有利地区。     

神狐海域气烟囱构造分布及其对天然气水合物成藏的影响

对神狐海域多道地震数据进行分析发现了很多天然气水合物及游离气的地震响应特征,包括BSR(似海底反射)、BSR下伏强反射以及烟囱体构造等。该区域气烟囱构造的分布与BSR的分布比较一致,气烟囱构造是深部热解气垂直运移的主要通道,深部烃源岩产生的热解气通过气烟囱等垂直裂隙向上运移至水合物稳定带,产生大量聚集,有利于水合物形成。因此,搞清楚研究区的气烟囱构造分布对于该区域天然气水合物成藏及分布研究具有重要意义。传统识别气烟囱的方法只能通过地震剖面上的弱反射柱状构造或相关属性分析,研究利用基于MLP算法的神经网络结合多属性特征,综合高效的分析了该区域气烟囱构造带的分布,并根据该区域地质构造分布与BSR分布特点分析了该区域气烟囱对天然气水合物成藏的影响。     

南海北部琼东南海域气烟囱发育特征及其对水合物形成与分布的影响

琼东南海域地震资料解释发现了BSR(似海底反射)、BSR下伏强反射及烟囱体等天然气水合物的地震响应特征。研究发现,区内气烟囱的分布与BSR的分布存在明显的相关性,气烟囱是气体垂直运移的主要通道,气体垂直向上运移至水合物稳定带大量聚集,从而形成水合物。因此,精细刻画研究区气烟囱发育特征对于区内天然气水合物成藏及分布研究具有重要意义。传统气烟囱识别方法只通过地震剖面上的弱反射或相关属性分析,笔者利用基于MLP算法的神经网络,高效地分析了本区域气烟囱的分布,并根据烟囱与BSR分布之间的关系,分析了气烟囱对天然气水合物形成及分布的影响。     

南海天然气水合物的形成和分布

从物理海洋、古气候、沉积环境和构造环境分析入手，研究了南海天然气水合物的形成条件。研究结果表明，在整个南海海域，天然气水合物生成的条件是存在差别的。南海，东北部，在氧同位素2、4、6期，由于菲律宾海的高盐度海水的注入，使这里的生物生产率特别高，陆坡上沉积了丰富的有机物质，加上此期间该处的沉积速率高，为天然气水合物的生成提供了物质条件；另外，自中新世末以来，由于菲律宾海板块与欧亚板块在台湾地区发生碰撞，对南海北部产生北西向挤压，加快了流体在沉积物中的活动，为天然气水合物的生成提供了良好的构造环境。因此认为南海东北部陆坡应是南海天然气水合物最丰富的地区。     

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。     

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。     

海底天然气渗漏系统水合物成藏过程及控制因素

在海底天然气渗漏系统沉淀水合物的动力学基础上,建立了水合物沉淀与分解的化学动力学模型。应用该模型分析了美国墨西哥湾布什山天然气渗漏系统水合物的成藏过程,探讨了水合物沉淀、稳定性影响因素。在渗漏通量为每年400kg·m-2的单个通道中,约需425a才能导致水合物稳定带沉积层约30%孔隙完全被水合物充填,渗漏通道被堵塞,沉淀的水合物在剖面上从稳定带底部向海底趋于富C3+C4。在渗漏通道天然气流量由弱到强再到弱的演化过程中,渗漏速度增大过程中形成的水合物在渗漏速度减小过程中将分解,总量约10%的水合物将被分解。如果分解产生的天然气可快速迁移出渗漏系统,海底温度的升高可引起约40%的水合物在20d内分解,并导致海底渗漏速度的急剧增大。     

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。