南海北部神狐东南海域沉积物孔隙水地球化学特征及其对天然气水合物的指示

SH-CL13、SH-CL16与SH-CL17站位位于南海北部神狐东南海域BSR发育区内。地球化学分析结果显示,SH-CL16与SH-CL17柱状样孔隙水中的氯离子(Cl-)浓度及氢同位素(δD)值分别随深度明显降低和升高,指示下伏沉积物可能发育水合物。3个站位的浅表层沉积物甲烷通量很低,甲烷通量的大小控制了SMI的深浅和硫酸盐通量。孔隙水SO42-浓度变化趋势及δ13CDIC值表明,在浅表层沉积物中硫酸盐消耗均由有机质硫酸盐还原作用(OSR)所控制,甲烷缺氧氧化作用(AOM)发生在较深的层位。综合地球化学和地球物理研究成果,3个站位位于水合物有利发育区内,由此推测神狐东南海域可能发育扩散型水合物,具有良好的水合物勘探前景。     

南黄海沉积物中自生黄铁矿的形态标型研究

得１９８９年采于南黄海的样品，通过实体显微镜、反应显微镜和电子显微镜对自生黄铁矿的集合体形和晶体形态进行研究，结合前人成果，对现代海底沉积物中自生黄铁矿集合体进行形态分类和成因－形态分类，在此基础上讨论其特征形态的成因及标型意义。研究表明，自生黄铁矿集合体形态可以分为聚莓、单莓和细粒３种，其中前二者可作为沉积物中自生黄铁矿和层控或沉积成因矿床黄铁矿集合体形态标型；成因－形态分类将黄铁矿集合体分为两     

南海北部神狐海域天然气水合物差异性分布的控制因素

南海北部陆坡区具备天然气水合物形成聚集的地质条件,神狐海域的海底沉积层温度和压力条件符合水合物成藏的要求;源岩生烃潜力巨大且烃类运移条件良好,可以为水合物成藏提供充足的气源和通畅的运移通道。然而,钻探结果揭示了神狐海域天然气水合物在相似地质背景地区聚集分布的差异性,其机理及控制因素并不清楚。基于研究区8口钻探井的成藏地质条件,综合对比分析了成功获取及未获取水合物站位处的地震、测井、钻井、地球化学等数据,并以此探究南海北部神狐地区天然气水合物分布不均匀性的控制和影响因素。     

用地球化学方法勘查中国南海的天然气水合物

天然气水合物是一种未来新型能源,赋存于低温高压环境下的海洋沉积物中,但也可形成于大陆永久冻土带中。天然气水合物资源量巨大,具有经济和环境上的研究意义。近年来,国际上己对天然气水合物的产况、分布和形成机理开展了大量研究,但国内这方面的工作还刚刚开展。对中国南海的调查表明该区存在天然气水合物赋存的有利地质条件、温压条件和富含有机质的沉积条件。在南海的许多海区还发现了指示天然气水合物存在的地震标志(BSR)。介绍了在南海天然气水合物勘查中的地球化学异常标志。这些地球化学异常的产生可能与天然气水合物的形成或分解过程有关。研究内容包括沉积物中气体含量(主要为甲烷和乙烷),甲烷的碳同位素,孔隙水中阴离子(Cl^-、SO4^2-等)、阳离子(Ca^2 、Mg^2 、Ba^2 、Sr^2 ,B^3 和NH4^ 等)浓度和δ^18,δD,δ^11B,及^87Sr／^86Sr等同位素组成,此外还对海底沉积物的热释光特征和紫外、可见、近红外反射光谱特征开展了探索性研究。通过进一步加强理论和实验研究,结合地球物理和地球化学资料,在不远的将来将会在南海发现和圈定天然气水合物矿藏。     

南海北部神狐海域水合物钻探区沉积物地球化学特征

海底水合物形成分解/甲烷渗漏的甲烷以及相关的生物地球化学过程可能对海底的沉积环境产生影响,因此识别水合物的形成分解/甲烷渗漏对海洋沉积环境改造有助于了解水合物成藏特征及其形成分解过程。选取南海北部神狐海域2007年水合物钻探区的SH3钻孔沉积物为研究对象,对SH3钻孔岩心的碳硫数据、主微量元素,尤其是氧化还原敏感元素(U、Mo、U/Mo、V/Sr)进行分析测试,同时结合SH3钻孔孔隙水数据和前人对神狐水合物钻探区的研究成果等进行对比研究。结果表明南海北部神狐海域沉积物来源除河流沉积物以外,同时还有少量中国黄土以及大陆岛弧的长英质岩浆岩沉积物;通过对U、Mo、U/Mo以及碳硫数据分析,发现SH3钻孔在10~25 mbsf(meter below the seafloor)层位为硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化作用(Anaerobic oxidation of methane, AOM)造成的还原沉积环境,AOM作用导致了在这一层位发生了LREE/HREE、MREE/HREE的分馏;SH3钻孔沉积物在约180~215 mbsf的含水合物层位出现了浊流沉积的次氧化的沉积环境,同时其赋存的细粒沉积环境也导致了轻重稀土元素的分馏,与水合物饱和度存在一定的相关性。     

南海北部陆坡天然气水合物的沉积物孔隙水地球化学研究进展

孔隙水地球化学异常是天然气水合物勘探的重要工具之一,南海北部陆坡地区拥有良好的天然气水合物成藏潜力,孔隙水地球化学异常在南海的天然气水合物勘探中发挥了重要作用。其中与水合物直接相关的氯离子含量异常被用于识别神狐及东沙海域钻探区的水合物层和计算水合物饱和度。除直接指标外,浅表层沉积物中的硫酸盐含量及其他与早期成岩作用有关的地球化学异常作为间接指标可用于水合物的找矿预测,研究者们通过对硫酸盐还原过程的判别、硫酸盐甲烷接触界面的计算等方面对南海北部陆坡不同海域的沉积物甲烷通量进行了评估,预测出水合物可能的成藏区域。其他如碘含量、氧化还原敏感元素、氯同位素、地球化学模型等新的地球化学指标和计算机手段也被应用于南海北部陆坡区水合物成藏研究并取得了不错的成效。     

南海的天然气水合物矿藏

讨论了南海的地形地貌特征，以及中新生代的构造运动历程，认识到中中新世之前，这里经历了一系列的构造运动，但在中国新世之中，这里无构造运动，只是发生区域沉降，由此认为南海应有丰富的天然气水合物矿藏，进而估算了南海天然气水合物的总资源达643．5亿一772．2亿t油当量。     

南海北部天然气水合物研究进展

天然气水合物是一种新型的储量巨大的绿色能源,是目前世界各国研究界的研究热点之一。我国以及美国、日本、印度、韩国等国家都采集到了天然气水合物的实物样品。虽然我国对天然气水合物的研究起步较晚,但近年来的研究已经取得了飞速的进步,而且也于2007年5月在南海北部陆坡的神狐海域成功采集到天然气水合物的实物样品,这是在南海海域首次获取天然气水合物实物样品,证实了南海北部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又上了一个新的台阶。目前,南海北部陆坡已经作为我国天然气水合物未来开发的战略选区之一。在总结我国天然气水合物以往十几年研究工作的基础上,综述了我国天然气水合物近年来在南海北部的地质、地球物理、地球化学3个方面的研究进展,提出了未来天然气水合物勘探和研究的方向和建议。     

南海神狐海域沉积物自生黄铁矿和石膏S同位素特征及对甲烷渗漏强度的示踪

The northern slope of the South China Sea is a gas-hydrate-bearing region related to a high deposition rate of organic-rich sediments co-occurring with intense methanogenesis in subseafloor environments.Anaerobic oxidation of methane(AOM) coupled with bacterial sulfate reduction results in the precipitation of solid phase minerals in seepage sediment,including pyrite and gypsum.Abundant aggregates of pyrites and gypsums are observed between the depth of 667 and 850 cm below the seafloor(cmbsf) in the entire core sediment of HS328 from the northern South China Sea.Most pyrites are tubes consisting of framboidal cores and outer crusts.Gypsum aggregates occur as rosettes and spheroids consisting of plates.Some of them grow over pyrite,indicating that gypsum precipitation postdates pyrite formation.The sulfur isotopic values(δ~(34) S) of pyrite vary greatly(from –46.6‰ to –12.3‰ V-CDT) and increase with depth.Thus,the pyrite in the shallow sediments resulted from organoclastic sulfate reduction(OSR) and is influenced by AOM with depth.The relative high abundance and δ~(34) S values of pyrite in sediments at depths from 580 to 810 cmbsf indicate that this interval is the location of a paleo-sulfate methane transition zone(SMTZ).The sulfur isotopic composition of gypsum(from–25‰ to –20.7‰) is much lower than that of the seawater sulfate,indicating the existence of a 34 S-depletion source of sulfur species that most likely are products of the oxidation of pyrites formed in OSR.Pyrite oxidation is controlled by ambient electron acceptors such as MnO_2,iron(Ⅲ) and oxygen driven by the SMTZ location shift to great depths.The δ~(34) S values of gypsum at greater depth are lower than those of the associated pyrite,revealing downward diffusion of 34 S-depleted sulfate from the mixture of oxidation of pyrite derived by OSR and the seawater sulfate.These sulfates also lead to an increase of calcium ions from the dissolution of calcium carbonate mineral,which will be favor to the formation of gypsum.Overall,the mineralogy and sulfur isotopic composition of the pyrite and gypsum suggest variable redox conditions caused by reduced seepage intensities,and the pyrite and gypsum can be a recorder of the intensity evolution of methane seepage.     

南海北部水道活动引起的不同类型滑塌体对应的水合物赋存模式

2015~2016年在神狐新钻探区钻遇大量水合物岩心,证实南海北部神狐新钻探区具有较好的水合物成藏环境和勘探前景。结合2008~2009年该区采集的地震资料,我们对晚中新世以来细粒峡谷的沉积特征及其相应的水合物成藏模式进行了分析。通过对大量地震剖面进行解释,发现该区峡谷两侧的隆起上发育大量的滑塌体。本文通过岩心粒度分析,地震相识别分析和水合物测井响应分析等手段综合识别出对水合物成藏有控制作用的三种类型的滑塌体：原生滑塌体、峡谷切割滑塌体、和同生断裂滑塌体。结合沉积速率、流体流速分析和峡谷迁移等沉积学要素对滑塌体成因进行分析,认为峡谷切割滑塌体由于后期峡谷迁移对前期滑塌体切割形成的、同生断裂滑塌体是由于隆起区基底不平引起差异性沉降而形成的。不同类型的滑塌体发育位置不同：原生滑塌体常发育在隆起中坡度较缓的区域、峡谷切割成因滑塌体常发育在不定向迁移的峡谷两侧、同生断裂滑塌体常发育在隆起中坡度起伏较大的区域。三种类型滑塌及其相应的水合物成藏模式不同,其中原生滑塌体有利于水合物成藏,而另外两种类型的滑塌体由于其不能对自由气进行有效封堵而不利于水合物成藏。根据三种滑塌体对水合物成藏的响应指出在粗粒的含有孔虫粉砂岩储层上,覆盖细粒的泥岩对自由气进行封堵有利于水合物成藏,并且多层的泥岩覆盖是造成水合物稳定带中水合物多个分层成矿现象出现的原因。     

Gas hydrate saturation from acoustic impedance and resistivity logs in the Shenhu area, South China Sea

During the China’s first gas hydrate drilling expedition -1 (GMGS-1), gas hydrate was discovered in layers ranging from 10 to 25 m above the base of gas hydrate stability zone in the Shenhu area, South China Sea. Water chemistry, electrical resistivity logs, and acoustic impedance were used to estimate gas hydrate saturations. Gas hydrate saturations estimated from the chloride concentrations range from 0 to 43% of the pore space. The higher gas hydrate saturations were present in the depth from 152 to 177 m at site SH7 and from 190 to 225 m at site SH2, respectively. Gas hydrate saturations estimated from the resistivity using Archie equation have similar trends to those from chloride concentrations. To examine the variability of gas hydrate saturations away from the wells, acoustic impedances calculated from the 3 D seismic data using constrained sparse inversion method were used. Well logs acquired at site SH7 were incorporated into the inversion by establishing a relation between the water-filled porosity, calculated using gas hydrate saturations estimated from the resistivity logs, and the acoustic impedance, calculated from density and velocity logs. Gas hydrate saturations estimated from acoustic impedance of seismic data are ∼10-23% of the pore space and are comparable to those estimated from the well logs. The uncertainties in estimated gas hydrate saturations from seismic acoustic impedances were mainly from uncertainties associated with inverted acoustic impedance, the empirical relation between the water-filled porosities and acoustic impedances, and assumed background resistivity.     

水合物直井与水平井产气效果分析——以神狐海域SH2站位为例

以现有的南海神狐海域SH2钻孔资料为基础,建立起了与试采站位类似的"水合物层—游离气层"成藏模型,利用TOUGH+Hydrate数值模拟软件,对开采井内产气的来源问题做出了定量解释;分别使用直井和水平井降压开采方式,对"水合物层—游离气层"的储层进行了产气效率、储层开采程度方面的比较。结果表明:1)对研究工况,使用直井降压开采时,前100 d内井内气体有16%是直接来源于下部游离气层,且仍有很大部分游离气是向上迁移至水合物层中后产出,最终游离气层的贡献可达40%左右; 2)直井开采易生成二次水合物,而使用水平井开采时,游离气的向上迁移会带动更深层热液的向上运动,能在很大程度上提高水合物分解速率,并能够防止二次水合物的形成; 3)对研究工况中的"水合物层—游离气层"储层进行长期开采时,水平井降压开采更具应用前景。     

南海北部陆坡东沙海域海底丘状体气体与水合物分布

海底丘状体在天然气水合物发育区是一种常见的微地貌,对丘状体的研究有助于理解海底流体渗漏模式以及水合物的赋存规律。本文研究南海北部陆坡东沙海域天然气水合物发育区海底丘状体的特征及其与水合物的关系。研究所用的数据包括准三维多道地震数据、多波束数据以及浅地层剖面数据。在多波束海底地形图上,丘状体表现为局部的正地形,直径大约为300 m,高出周围海底约50 m。浅地层剖面上存在明显的声空白以及同相轴下拉现象,指示了海底丘状体气体的分布以及流体运移的路径。丘状体周围明显的BSR表明局部区域可能发育有水合物,水合物钻探结果也证实了这一推测。三维多道地震剖面上,丘状体正下方存在空白反射区域,这与泥火山的地震反射特征类似。但空白反射区域内存在强振幅能量,而且丘状体正下方存在连续的反射层,这表明该丘状体并非泥火山成因。综合钻探结果以及三维地震成像结果,认为水合物形成过程引起的沉积物膨胀以及海底碳酸盐岩的沉淀是形成该丘状体的主要原因。     

南海神狐海域天然气水合物饱和度的数值模拟分析

珠江口盆地神狐海域是天然气水合物钻探和试验开采的重点区域,大量钻探取心、测井与地震等综合分析表明不同站位水合物的饱和度、厚度与气源条件存在差异。本文利用天然气水合物调查及深水油气勘探所采集的测井和地震资料建立地质模型,利用PetroMod软件模拟地层的温度场、有机质成熟度、烃源岩生烃量、流体运移路径以及不同烃源岩影响下的水合物饱和度,结果表明：生物成因气分布在海底以下1 500 m范围内的有机质未成熟地层,而热成因气分布在深度超过2 300 m的成熟、过成熟地层。水合物稳定带内生烃量难以形成水合物,形成水合物气源主要来自于稳定带下方向上运移的生物与热成因气。模拟结果与测井结果对比分析表明,稳定带下部生物成因气能形成的水合物饱和度约为10%,在峡谷脊部的局部区域饱和度较高;相对高饱和度（＞40%）水合物形成与文昌组、恩平组的热成因气沿断裂、气烟囱等流体运移通道幕式释放密切相关,W19井形成较高饱和度水合物的甲烷气体中热成因气占比达80%,W17井热成因气占比为73%,而SH2井主要以生物成因为主,因此,不同站位甲烷气体来源占比不同。     

南海东北部陆坡天然气水合物区的滑塌和泥火山活动

本文研究了南海东北部陆坡天然气水合物区滑塌和泥火山活动的特征及表现形式,探讨了滑塌和泥火山活动对天然气水合物成藏的影响,提出了滑塌主导和滑塌、泥火山共同作用两种控制模式。根据地震数据、浅层剖面和海底地形数据解释,将研究区划分为规则滑塌区和泥火山活动影响区,并识别出泥火山、泥火山脊、凹槽、凹坑等特征地形。滑塌和泥火山活动是陆坡天然气水合物发育区重要的地形控制因素,两种活动共同作用产生复杂的地形特征。综合多条地震测线中似海底反射层(BSR)形态、连续性和滑塌、泥火山活动的关系,认为滑塌控制的区域,BSR连续,天然气水合物储藏较完整,泥火山活动区天然气水合物储藏也仅受到局部破坏。同时指出滑塌和泥火山活动对研究区长期天然气渗漏活动具有重要作用。     

神狐海域海底峡谷群脊部细粒浊积体分布范围及意义

利用广州海洋地质调查局在南海北部神狐钻探区采集的高分辨率地震数据,结合2007年第一次水合物钻探航次(GMGS01)获取的岩心资料,从宏观地震反射结构、微观岩心粒度特征两个方面对GMGS01区块内残留在峡谷群脊部的细粒浊积体进行特征识别和刻画。研究结果显示,似海底反射(bottom simulating reflectors,BSR)之上存在着2套特征不同的沉积单元,位于下部的沉积单元1表现为薄层杂乱透镜状的地震反射特征,对应于粒度C-M图版中与C=M基线近似平行的含水合物层段的样品,被解释为峡谷群脊部的细粒浊积体。选取穿过神狐海域峡谷群中第16条海底峡谷的8条测线为研究对象,能够揭示沉积单元1(细粒浊积体)自北向南的空间变化特征,从而进行分布范围的确定。神狐海域沉积过程分析表明,峡谷群脊部的细粒浊积体是北部小型水道侵蚀下伏沉积物并发生再搬运和再沉积的结果。利用区域性覆盖的二维地震资料,本次研究确定了小型水道的北部侵蚀边界。综合GMGS01区块细粒浊积体的地震反射特征、穿过神狐海域东部第16号海底峡谷自北向南的地震反射差异、研究区北部小型水道的侵蚀边界,本次研究利用两点确定一线和相似平行的方法,在整个神狐海域初步确定了峡谷群脊部细粒浊积体的分布范围。细粒浊积体沉积边界的识别,将为从深水沉积的角度探讨神狐海域水合物不均匀性分布提供依据,同时也能进一步揭示该区域峡谷群脊部水合物的成藏机制和富集规律。