南海北部神狐海域水合物赋存层位古环境和古生产率

天然气水合物作为一种新型的清洁能源,其形成需要稳定的有机质供应。南海北部神狐海域为天然气水合物成藏的有利区域,2017年中国地质调查局在神狐海域水合物试采获得突破性成功。为了进一步了解古环境和古生产率对形成水合物有机质供应的影响,对南海北部神狐海域水合物钻探区SH3站位180～215mbsf(meters below the sea floor)层位,尤其是水合物主要赋存层位190～200mbsf的古环境、古生产率以及陆源碎屑物质的地球化学指标进行分析研究。研究表明水合物主要赋存层位陆源碎屑物质(TDM)输入增加,较高的陆源碎屑物质输入和次氧化的沉积环境共同造就了比较好的有机质的外部保存条件;同时较强的水动力条件,有利于藻类生物的繁殖,因此,生物成因有机质比较丰富,再加上神狐海域有比较良好的热解气的形成条件,这3个层面共同保证了神狐海域具有比较充足的有机质供应。     

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。     

南海北部神狐海域天然气水合物分布的主控因素

针对天然气水合物沉积成矿因素不明确等问题,通过利用南海北部神狐海域的高分辨率三维地震、测井和岩心等资料,对晚中新世以来的地层进行了高分辨率层序划分和精细的沉积解释。从温压、沉积、构造等方面探讨了神狐海域天然气水合物分布的主控因素,认为:BSR上部附近处于水合物稳定温压范围内;粗粒沉积物有利于天然气水合物的富集;在含水合物层段内,孔隙度与天然气水合物饱合度成正比关系;滑塌体是天然气水合物赋存的有利相带;气烟囱形成过程中产生的断裂系统可为富含甲烷流体向上运移提供通道,并在其上部滑塌体富集成矿。因此,神狐海域具备天然气水合物成藏的优越条件,是天然气水合物勘探开发的有利区块。     

南海神狐海域天然气水合物样品的基本特征

我国于2007年在南海神狐海域成功地钻获了天然气水合物样品。为了深入了解这些样品的结构、气体组成及饱和度等基本特征,在实验室内采用不同的技术手段对其进行了系列的分析测试研究,主要包括水合物结构鉴定、气体组分分析、含气量及饱和度计算等。结果表明,南海神狐海域水合物是典型的I型结构,主要组成气体是甲烷,占99.3%以上;甲烷分子在大笼的占有率99%以上,在小笼中86%左右,水合指数5.99。沉积物中水合物的饱和度为21%左右,低于野外观测的数值,主要是由于沉积物岩心样品中存在部分自由水,使测定结果偏低。     

神狐海域水合物沉积层稀土元素地球化学特征

利用ICP-MS对神狐海域天然气水合物SHW2和SHW7两钻孔柱状样品含水合物层沉积物中的稀土元素进行了分析和研究,结果表明:SHW2及SHW7两钻孔各12个样品的ΣREE丰度平均值与上陆壳的平均值接近;沉积物中轻稀土和重稀土存在显著分异,两钻孔稀土元素配分模式相近,与上陆壳和代表上地壳平均值的澳大利亚后太古代页岩(PAAS)的稀土元素分布形态相似,并继承了源区母岩性质,显示出物源主体为陆源岩。两钻孔稀土参数剖面图显示,稀土总量(ΣREE)和轻稀土总量(LREE)、重稀土总量(HREE)具有很好的正相关性,δCe与δEu基本显示负相关,推测其沉积物源具有相似性。     

南海北部神狐西南海域天然气水合物成矿远景

通过对南海北部神狐西南海域的构造、沉积及气源环境研究,探讨了神狐西南海域天然气水合物的成矿条件,认为该区具有天然气水合物良好的成矿环境;通过穿越神狐西南海域陆坡深水区的典型高分辨率地震剖面资料的解释,初步判识出天然气水合物的可能分布区,预测了天然气水合物的成藏远景。     

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。     

基于声波速度分析神狐海域水合物垂向分布特征

在分析了等效介质理论提出的2种模式的异同点后,结合神狐海域水合物钻井的测井数据与沉积物样品分析数据,基于物理模型的等效介质理论,计算了在不同水合物饱和度条件下的纵波速度,并估算了神狐海域某钻井沉积物孔隙空间中水合物的饱和度,进而分析水合物在沉积物层中的垂向分布特征.研究表明,神狐海域水合物主要分布在190～220 m之...     

南海北部神狐海域SH37岩芯浊流沉积及其物源分析

为了分析南海北部神狐海域的浊流沉积,对SH37岩心进行了沉积物粒度测试、AMS~(14)C测年和地球化学元素测试等工作。根据粒度特征和C-M图等分析认为,200～300 cm层位属于浊流沉积,该层沉积物粒度较粗,分选较差,敏感粒级端元EM3与Zr/Rb元素比值在该层均含量较高,且有地层年龄倒转现象。推测浊流成因为海平面的变化或重力作用引起的陆坡滑坡。稀土元素含量与(La/Sm)_(UCC)-(Gd/Yb)_(UCC)、(Gd/Yb)_(UCC)-(Gd/Lu)_(UCC)散点图结果显示,SH37岩心沉积物来源较为一致,主要来自于珠江和台湾岛内河流。     

南海神狐海域天然气水合物地震资料采集脚印分析与压制

在三维地震资料采集中,由于观测系统本身的原因及采集条件等因素在地震数据体上形成了采集脚印,在海域资料中表现为条带状的振幅异常。采集脚印的存在,影响着地震资料的成像质量以及后续的地震反演、属性分析和AVO研究。尤其在水合物地震资料分析中,精确的成像以及可靠的地震反演、地震属性分析关乎精确识别水合物分布。因此本文详细分析了神狐海域地震资料的采集脚印现象并采取了有效的压制技术,为后续通过地震反演、属性分析和AVO反演研究精细刻画、描述构造形态、预测天然气水合物储层分布和预测天然气水合物有利富集区带提供了可靠的地震资料。     

南海北部神狐海域天然气水合物形成及分布的地质因素

从天然气水合物发育的地质构造条件、沉积条件、气源条件、温压条件等分析了神狐海域影响水合物形成及分布的地质因素.指出神狐海域处在洋陆壳的过渡带上,断裂-褶皱构造及流体底辟构造发育,对水合物的形成具有重要的控制作用.受等深流和海底滑塌双重作用,研究区沉积异常体发育,沉积厚度大、沉积速率高,有利于水合物发育.通过对神狐海域附近钻探结果及区内地质调查站位资料的分析表明:目标区具有含巨量的生物气和热成因气资源潜力,具备形成天然气水合物的气源条件,气源为文昌-恩平组烃源岩.此外,受热流值北高南低的分布格局的影响,神狐海域BSR埋深也表现为北部浅南部深,且BSR分布区整体处在天然气水合物稳定存在的温压范围内,满足水合物形成及保存所需的温压条件.神狐海域的地质构造条件、沉积特征、气源条件、温压条件等都非常有利于天然气水合物发育.     

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。     

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。     

神狐海域与西沙海槽天然气水合物成藏模式对比

南海北部神狐海域与西沙海槽天然气水合物资源量丰富,但两地区天然气水合物成藏条件及成藏机制存在一定的差异。通过两海域水深、温度压力、气源、气体运移、储层等水合物成藏要素与成藏模式的分析对比,获取了3点新认识：①两地区海域水深、温压条件、气源类型、气体运移条件、水合物储层类型和成藏模式基本类似;②综合天然气水合物气源及供给运聚系统类型剖析,提出神狐海域主要以“自源与他源渗漏复合型”水合物成藏模式为主;③西沙海槽水合物成藏模式属典型的“他源渗漏型”。研究结果表明,落实气源与不同类型气体运移通道的时空耦合匹配关系是该区水合物勘探评价的关键。     

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。     

南海神狐海域非均质性天然气水合物储层的分频反演

南海北部陆坡神狐海域天然气水合物钻探结果显示,这一区域水合物储层具有纵横向分布不均质性、规模小且变化快的特点,使得精确评价水合物资源量面临诸多困难。根据井震数据分析了水合物分布特点,利用分频反演方法对该区水合物的空间分布进行预测。分频反演是利用测井和地震资料,采用支持向量机（SVM）的方法研究不同探测频率下的振幅响应（AVF）,将AVF作为独立信息引入反演,建立起测井和地震波形间的非线性关系,充分利用地震中全频带信息,实现高分辨率的反演结果。采用该方法进行预测的结果与实际钻井情况非常吻合,验证这一技术适用于预测非均质性天然气水合物空间分布。基于预测结果并结合区域地质特征综合分析表明：水合物分布不均匀的主控因素除温压条件外,晚中新世之后的频繁构造运动使较深部的热解气沿着断层、气烟囱向上运移,形成厚块状“流体运移通道型”天然气水合物藏,而浅部沉积物中以扩散方式在渗透性良好的储层形成薄层状天然气水合物藏。     

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。     

南海北部神狐海域现代沉积物正构脂肪酸来源:加权平均碳同位素的建立与应用

对南海北部神狐海域表层沉积物中脂肪酸组分进行了分析,检测到的总正构脂肪酸含量为1.80~10.16 μg/g(μg脂肪酸/g干沉积物),碳数分布为C12—C32,呈偶奇优势分布,以C16和C18为主峰碳。将90 cm以上层位样品进行归一化,建立加权平均碳同位素讨论正构脂肪酸来源,结果表明,短链脂肪酸(n-C14~18)具有较正的碳同位素组成(加权平均为-26.7‰~-28.2‰),反映了化学自养细菌来源;大部分长链脂肪酸(n-C21~23,n-C25,n-C29~32)具有偏负的碳同位素组成(加权平均为-29.6‰~-34.1‰),反映了陆源C3高等植物来源;而另外的长链脂肪酸(n-C24&n-C26~28)和n-C19~20中链脂肪酸(加权平均碳同位素为-26.1‰~-29.3‰)则可能反映了混合来源输入。沉积物75~80 cm层位陆源输入和海洋输入含量达到最低,可能和Younger Dryas冷期旋回事件有关。     

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。     

南海神狐海域试采区天然气水合物精细速度建模方法

底辟、高角度的断裂、滑塌等构造在南海神狐海域广泛发育,它们为天然气水合物的形成提供了良好的流体运移通道。为了提高试采区内天然气水合物地震数据的成像精度,尤其是断层及断裂结构的成像精度,开展了一套专门针对天然气水合物的精细速度模型构建方法,初始速度模型建立以CVI约束速度反演为基础,通过时间偏移域内剩余速度分析与拾取方法进行初始速度模型优化,采用基于层速度的弯曲射线叠前时间偏移来提高信噪比,在初始速度模型优化的基础之上,以剩余曲率法为基础的层析速度反演来完成深度域层速度的迭代与更新,最后通过叠前深度偏移实现试采区天然气水合物精细地震成像。通过对南海神狐海域试采区的实际应用结果表明：BSR的连续性更好;波组特征更加明显,同相轴连续性增强,利于解释人员进行层序划分;复杂构造成像清晰,有明显的强反射特征,底辟构造成像清晰;浅层小断层更加清楚,层间反射清晰,大断面归位合理,细节更清楚;能为新的成藏模式及现场钻井风险提示提供必要的数据依据。