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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

南海北部陆坡神狐天然气水合物开发潜力

天然气水合物作为一种新型替代能源,已成为当前研究的热点,但目前对于南海北部陆坡神狐天然气水合物的开采效率和经济可行性仍没有清楚的认识。以南海北部陆坡神狐海域SH2站位的天然气水合物产出特征为依据,构建了神狐天然气水合物垂直单井开发的物理模型,利用TOUGH+HYDRATE程序,数值模拟研究了对神狐天然气水合物藏进行降压开采的潜力,并以水合物分解效率和气体产能为绝对标准,以产水量和气水体积比为相对标准,评价了神狐天然气水合物在垂直单井开发中的经济可行性。在整个模拟开采过程中没有发生冰阻现象,未见次生水合物发育,水合物分解速率和井孔产气速率持续降低,并在开采进行1 300 d时出现跳跃性衰减,而产水量持续增长,气水体积比维持较低水平。研究显示,对神狐天然气水合物采用简单的垂直单井开发不具有经济可行性。     

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。     

南海北部陆坡神狐海域水合物调查区新近系地震相与沉积相

根据晚中新世以来南海发生的构造运动和莺琼盆地、珠江口盆地及全球海平面相对变化,结合地震反射终止关系将神狐海域水合物调查区新近系划分为8个地震层序。根据"外状内形"的基本原则,从地震波阻内部反射构造加上外部几何形态,辅以地震物理属性(视振幅、视频率、连续性)特征,在研究区共识别出充填状、丘状、席状、透镜状、滩状、楔状6类19种地震相。根据地震反射参数与沉积作用的对应关系,结合单井测井相,将本区地震相与沉积相进行转换,作出了T2以上4个三级层序平面沉积相展布图,并推断出底部4层地层的平面沉积相展布。对比已钻探的水合物深度,发现水合物主要围绕滑塌体富集。     

海域天然气水合物地震识别标志——以南海北部神狐海域为例

进入二十一世纪以来,由于世界各国工业化程度的进一步提高,能源匮乏问题更显突出,各国对勘探有潜力的替代新能源的需求呼声越来越强烈,天然气水合物作为一种清洁、高效、储量巨大的未来能源备受关注,世界各国对天然气水合物理论研究、实际勘探活动正方兴未艾。据前人研究天然气水合物的经验表明,用反射地震进行研究是先期研究的重点工作。     

频率衰减梯度属性在南海北部神狐海域天然气水合物检测中的应用

为了准确识别和预测天然气水合物的矿体特征,利用频率吸收衰减属性开展水合物矿体定量分析是十分必要的。在实际地震资料中,天然气水合物段对应的高频段能量衰减受随机噪音的影响较大,容易导致计算结果出现误差。改进的频率衰减属性提取方法能够减小随机干扰对地震频谱斜率拟合的影响,得到有效信号的频率吸收衰减属性。将该方法应用到南海北部神狐海域的天然气水合物检测中,计算的结果能够准确刻画天然气水合物矿体的边界,满足定量预测的需要,证实该方法能够对天然气水合物定量预测提供更多信息。     

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。