海底天然气水合物地球化学探测技术

海底天然气水合物是未来的新型能源，地球化学探测与分析技术在天然气水合物勘探、研究和开发中发挥巨大作用。简要介绍了天然气水合物地球化学探测方法及相关的分析测试技术，包括海底沉积物、海水、海面低层大气中烃类气体(主要为甲烷)、孔隙水中阴阳离子和同位素地球化学异常等。并对发展天然气水舍物地球化学探测与分析新技术提出建议。     

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。     

新一代卫星遥感技术在国际海底天然气水合物勘查中的应用

利用新一代卫星遥感数据所提供的天然气水合物的特殊标志信息：海表温度热异常、海表大气层甲烷成分异常和特殊的构造环境等，在综合分析水合物已知区的地质、地球物理、地球化学与卫星遥感之间的耦合关系基础上，通过对综合分析模型的认真分析和各种方法的相互验证，可以初步建立一套识别国际海底天然气水合物的标准，以指导国际海底天然气水合物的勘探。     

东海天然气水合物的地球化学标志与找矿远景

利用大量的海底沉积物样品，开展了东海天然气水合物卫星热红外遥感和沉积物酸脱气地球化学找矿研究。根据卫星热红外增温异常和海底浅表层沉积烃类异常及其他各种异常标志，可以预测冲绳海槽中南部海域为最可能的水合物赋存区。     

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。     

海洋潜在的能源一天然气水合物

天然气水合物广泛分布在海洋和极地沉积物中。在这种沉积物中具备足够低的温度和足够高的压力使得甲烷气结晶变成水合物。由于水合物的广泛分布和其潜在的能源潜力—据估计其约为地球上所有化石燃料能源的两倍．引起了全世界科学界的关注。然而。至今为止对水合物的性质和分布还了解不够，还没有合适的技术能对水合物进行定量的评价。根据地形、海底温度、沉积条件以及有机碳等资料指出在印度近海具备天然气水合物形成的条件。因此有必要在印度大陆边缘系统开展地质、地球化学和地球物理分析，以识别和估算天然气水合物的储量，评价其资源潜力。类似“气烟囱”或气体溢出持征、地震剖面上的BSR、氯化物或硫化物异常都是识别水合物的有用标志。层析成像、AVO、波形反演是定量分析水合物和游离气含量的重要手段。此外，在地震方法无法识别的地方，电阻率异常也有助干天然气水合物的识别。本文给出一些划出水合物赋存区边界和定量分析水合物及其下伏游离气含量的重要研究成果和技术。     

珠江口和琼东南盆地天然气水合物形成和稳定分布的地球化学边界条件及其分布区

通过对南海北部陆缘珠江口和琼东南盆地气田的天然气形成水合物的地球化学计算模拟及地质地球化学条件分析，对珠江口和琼东南盆地天然气形成水合物的地球化学边界条件及分布区进行了研究。认识到南海北部陆缘琼东南和珠江口盆地内的断裂构造是天然气向海底渗漏的通道，为天然气水合物在海底的形成提供了物源；盆地内巨厚的第四纪富有机质沉积也为天然气水合物形成提供了充足的细菌成因生物气源。在海底温度2－16℃范围内，琼东南盆地气田10种天然气和珠江口盆地气田18种天然气形成水合物的压力有比较大的范围，随温度增高，天然气水合物形成的压力增高；盆地间和各天然气样品之间形成水合物的压力均是不一致的。在南海海水平均盐度3．4％条件下，结合海底温度与水深变化资料，珠江口和琼东南盆地天然气水合物形成和稳定分布的海区是不同的，珠江口盆地小于230m水深的海区没有天然气水合物的形成，在230－760m水深的海区可能有天然气水合物的存在，天然气水合物的稳定分布区应该在大于860m水深的深水区；在琼东南盆地水深小于320m的海区不可能有天然气水合物的形成，在320－650m水深的海区可能有天然气水合物的存在，大于650m水深的海区是天然气水合物的稳定分布区。     

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。     

时间域可控源电磁法探测海底天然气水合物可行性分析北大核心CSCD

海底天然气水合物储层和低阻沉积围岩之间存在明显的电阻率差异,观测这种电阻率差异所产生的电磁异常,有可能确定天然气水合物的分布范围和饱和度。通过建立不同孔隙度和天然气水合物饱和度的一维地电模型,分析时间域海洋可控源电磁(CSEM)响应和有效异常的特征,探讨时间域海洋CSEM法探测海底天然气水合物的可行性。     

静力触探在水合物勘探中的应用

水合物的勘探方法主要有地球物理方法、地球化学方法、微生物方法和地质学方法等,三维地震为主要而且也是最重要的手段。含有游离天然气和天然气水合物的海底沉积物在物理性质上存在明显差异,三维地震利用这些差异性可以确定天然气水合物的分布,但有些沉积物如碳酸盐岩也可以表现出类似的异常。对于精确确定海底沉积物物性及沉积物类型,静力触探具有非常突出的优势。静力触探可以开展土力学测试、土体摄像、定点地质取样、波速测试、热力学测试、磁力观测、电导率测试、放射性同位素测试和化学分析测试等,调查范围非常广泛。用CPT配合其他方法来联合勘探水合物是精确计算水合物分布及储量的非常有前景的方法。     

冲绳海槽天然气水合物综合异常特征及成藏地质条件

从冲绳海槽的地质条件来看,该区有利于天然气水合物的稳定存在,从沉积厚度和沉积速率来看,位于冲绳海槽盆地西侧的陆架前缘坳陷最有利于有机质的保存和转化,可以为冲绳海槽水合物的形成提供充足气源。通过对冲绳海槽区域地质条件和地球化学异常的综合分析以及地震特殊处理资料的精细解释,认为冲绳海槽南段很可能更适宜水合物的形成和聚集,因而可能会有很好的远景。     

A seismic study to investigate the prospect of gas hydrate in Mahanadi deep water basin,northeastern continental margin of India

The presence of gas hydrates, one of the new alternative energy resources for the future, along the Indian continental margins has been inferred mainly from bottom simulating reflectors (BSR) and the gas stability zone thickness mapping. Gas hydrate reserves in Krishna Godawari Basin have been established with the help of gas-hydrate related proxies inferred from multidisciplinary investigations. In the present study, an analysis of 3D seismic data of nearly 3,420 km² area of Mahanadi deep water basin was performed in search of seismic proxies related with the existence of natural gas hydrate in the region. Analysis depicts the presence of BSR-like features over a large areal extent of nearly 250 km² in the central western part of the basin, which exhibit all characteristics of a classical BSR associated with gas hydrate accumulation in a region. The observed BSR is present in a specific area restricted to a structural low at the Neogene level. The coherency inversion of pre-stack time migration (PSTM) gathers shows definite inversion of interval velocity across the BSR interface which indicates hydrate bearing sediments overlying the free gas bearing sediments. The amplitude versus offset analysis of PSTM gathers shows increase of amplitude with offset, a common trend as observed in BSR associated with gas hydrate accumulation. Results suggest the possibility of gas hydrate accumulation in the central part of the basin specifically in the area of structural low at the Neogene level. These results would serve as preliminary information for selecting prospective gas hydrate accumulation areas for further integrated or individual study from geophysical, geological, geochemical and microbiological perspectives for confirmation of gas hydrate reserves in the area. Further, on the basis of these results it is envisaged that biogenic gas might have been generated in the region which under suitable temperature and pressure conditions might have been transformed into the gas hydrates, and therefore, an integrated study comprising geophysical, geological, geochemical and microbiological data is suggested to establish the gas hydrate reserves in Mahanadi deep water basin.     

天然气水合物饱和度的预测方法

天然气水合物饱和度预测是天然气水合物资源评价的基础,饱和度预测研究有利于了解天然气水合物作为地质灾害和引发全球气候变化所起的作用,同时对了解天然气水合物的成藏规律和指导天然气水合物的勘探开发具有重要的指导意义,因此,准确预测天然气水合物饱和度非常重要。目前电阻率和氯离子浓度异常、氯离子剖面以及声阻抗测井数据均可预测水合物饱和度。     

Gas migration through Opouawe Bank at the Hikurangi margin offshore New Zealand

This study presents 2D seismic reflection data, seismic velocity analysis, as well as geochemical and isotopic porewater compositions from Opouawe Bank on New Zealand’s Hikurangi subduction margin, providing evidence for essentially pure methane gas seepage. The combination of geochemical information and seismic reflection images is an effective way to investigate the nature of gas migration beneath the seafloor, and to distinguish between water advection and gas ascent. The maximum source depth of the methane that migrates to the seep sites on Opouawe Bank is 1,500–2,100 m below seafloor, generated by low-temperature degradation of organic matter via microbial CO₂ reduction. Seismic velocity analysis enabled identifying a zone of gas accumulation underneath the base of gas hydrate stability (BGHS) below the bank. Besides structurally controlled gas migration along conduits, gas migration also takes place along dipping strata across the BGHS. Gas migration on Opouawe Bank is influenced by anticlinal focusing and by several focusing levels within the gas hydrate stability zone.     

硫酸盐-甲烷界面与甲烷通量及下伏水合物赋存的关系

硫酸盐-甲烷界面在富甲烷和含天然气水合物的海洋沉积区已经成为一个重要的生物地球化学识别边界.在硫酸盐-甲烷界面之上,沉积物中的硫酸盐因参与分解有机质和甲烷厌氧氧化反应而被消耗,而界面之下沉积物中的甲烷则不断生成,含量逐渐增加.根据该界面附近硫酸盐浓度和甲烷浓度的变化特征,可以判断该区甲烷流体通量的大小,从而指示下伏天然气水合物的可能赋存状况.南海北部陆坡的柱状沉积物孔隙水数据的分析显示,其硫酸盐-甲烷界面埋深比较浅,表明该海域的甲烷通量较高.这种高甲烷通量很可能是由下伏的天然气水合物所引起的,并暗示着该区下伏海底可能有天然气水合物沉积层赋存.     

Structural-stratigraphic control on the Umitaka Spur gas hydrates of Joetsu Basin in the eastern margin of Japan Sea

Integrated geological, geochemical, and geophysical exploration since 2004 has identified massive accumulation of gas hydrate associated with active methane seeps on the Umitaka Spur, located in the Joetsu Basin on the eastern margin of Japan Sea. Umitaka Spur is an asymmetric anticline formed along an incipient subduction zone that extends throughout the western side of the Japanese island-arc system. Seismic surveys recognized chimney structures that seem strongly controlled by a complex anticlinal axial fault system, and exhibit high seismic amplitudes with apparent pull-up structures, probably due to massive and dense accumulation of gas hydrate. Bottom simulating reflectors are widely developed, in particular within gas chimneys and in the gently dipping eastern flank of the anticline, where debris can store gas hydrates that may represent a potential natural gas resource. The axial fault system, the shape of the anticline, and the carrier beds induce thermogenic gas migration to the top of the structure, and supply gas to the gas hydrate stability zone. Gas reaching the seafloor produces strong seepages and giant plumes in the sea water column.     

Structural-stratigraphic control on the Umitaka Spur gas hydrates of Joetsu Basin in the eastern margin of Japan Sea

Integrated geological, geochemical, and geophysical exploration since 2004 has identified massive accumulation of gas hydrate associated with active methane seeps on the Umitaka Spur, located in the Joetsu Basin on the eastern margin of Japan Sea. Umitaka Spur is an asymmetric anticline formed along an incipient subduction zone that extends throughout the western side of the Japanese island-arc system. Seismic surveys recognized chimney structures that seem strongly controlled by a complex anticlinal axial fault system, and exhibit high seismic amplitudes with apparent pull-up structures, probably due to massive and dense accumulation of gas hydrate. Bottom simulating reflectors are widely developed, in particular within gas chimneys and in the gently dipping eastern flank of the anticline, where debris can store gas hydrates that may represent a potential natural gas resource. The axial fault system, the shape of the anticline, and the carrier beds induce thermogenic gas migration to the top of the structure, and supply gas to the gas hydrate stability zone. Gas reaching the seafloor produces strong seepages and giant plumes in the sea water column.