东海陆坡及相邻槽底天然气水合物的稳定域分析

利用实测的海底温度和海底热流资料对东海陆坡和冲绳海槽中轴以西的槽底地区的海底温度场和热流场进行了分析. 利用地震声纳浮标和OBS（Ocean Bottom Seismometer）资料将本研究区的地层划分为6层，自上而下地层的速度分别为1.8(1.8～2.2) km/s、2.2（2.0～2.5）km/s、2.8（2.7～3.2）km/s、3.4～3.6km/s、4.2（4.1～4.7）km/s、5.1km/s. 上部的1.8～2.2 km/s的速度层相当于第四纪的地层，2.8 km/s的速度层相当于上新世上部的地层，3.4～4.2 km/s的速度层相当于上新世下部的地层. 天然气水合物稳定域覆盖的面积从水深约500m的陆坡下缘到冲绳海槽的中轴部分约70000km2，相当于整个东海海域面积的十分之一. 稳定带的厚度从400m（研究区中部）到1100m（研究区北部和南部）不等. 适合水合物稳定赋存的地层主要是第四纪（1.8km/s、2.2km/s）和上新世的地层（2.8km/s）. 根据热流、构造活动性和稳定带的厚度分析，研究区北部和南部更适合天然气水合物的稳定赋存.     

海洋天然气水合物的地球物理研究(Ⅲ):似海底反射

对天然气水合物研究中与似海底反射有关的一些观点进行讨论，以推动天然气水合物地震研究的认识．30年的似海底反射研究表明，似海底反射仍然是指示天然气水合物沉积存在的最好手段之一．有似海底反射，是可以认为存在天然气水合物的．虽然存在“游离气带速度模型”与“水合物楔速度模型”，但似海底反射主要由天然气水合物稳定带底界下方的游离气引起．BSR上方的天然气水合物、下方的游离气与天然气再循环和含甲烷的流体流有关．由于天然气水合物稳定带计算控制因素难以准确确定等因素，似海底反射与天然气水合物稳定带底界只是近似的对应关系．需从动态的观点考虑天然气水合物．天然气体系及其与似海底反射的关系．     

东海冲绳海槽地质地球物理调查回顾与研究现状

系统介绍了国内外对东海海域的地质地球物理调查历程与研究状况，并对国内外学者的有关东海冲绳海槽地壳性质的主要观点及结论进行了分析对比和归纳，希望能对今后东海及邻近地区的地质地球物理研究工作起到借鉴作用。     

海洋天然气水合物的地球物理研究(Ⅳ):双似海底反射

由于双似海底反射可望指示一个动态演化的天然气水合物-游离气体系特征，这一重要问题的研究非常有意义。目前在世界上有两个双似海底反射分布区最为典型，一是挪威西部大陆边缘，另一个为东南海海槽大陆边缘，对双BSR的解释，主要有两种，一种是残留BSR，对应古温压条件下天然气水合物稳定带底界的反射，另一种是混合气体水合物沉积的底界反射。阐明双似海底反射层空间分布特征与其成因，建立动态演化的天然气水合物-天然气体系模型，可为深入了解天然气水合物形成机制、分布规律及其地质历史中的演变提供重要的科学基础。     

日本南海海槽天然气水合物研究现状

本文介绍日本在其周围海域特别是南海海槽的海洋天然气水合物研究工作，首先介绍其研究简史，研究计划，研究队伍及早期研究成果，其次，介绍了西南海海槽天然气水合物的勘探、研究状况，然后,介绍了五年计划实施的东南海海槽地球物理勘探、钻探状况，最后指出，南海海槽的一些新资料深入的综合研究无疑会给世界水合物研究增添新的内容。     

西南海海槽地震资料处理及其似海底反射层特征

对西南海海槽的NT2-2地震测线进行了重新处理,突出了天然气水合物似海底反射层(BSR)的特征.比较了近炮检距剖面、叠加剖面、偏移剖面、瞬时振幅剖面与瞬时相位剖面上BSR的显示特征.指出了BSR在炮道集与共中心点道集上的分布.虽然在近炮检距剖面上能分辨部分BSR,但通过叠加与偏移可以得到BSR较清晰的图像.BSR的高振幅特征在瞬时振幅剖面上最为明显,而在瞬时相位剖面上容易勾画BSR的横向展布.     

西南海海槽地震资料处理及其似海底反射层特征

对西南海海槽的NT2-2地震测线进行了重新处理,突出了天然气水合物似海底反射层(BSR)的特征.比较了近炮检距剖面、叠加剖面、偏移剖面、瞬时振幅剖面与瞬时相位剖面上BSR的显示特征.指出了BSR在炮道集与共中心点道集上的分布.虽然在近炮检距剖面上能分辨部分BSR,但通过叠加与偏移可以得到BSR较清晰的图像.BSR的高振幅特征在瞬时振幅剖面上最为明显,而在瞬时相位剖面上容易勾画BSR的横向展布.     

海洋天然气水合物的地球物理研究(III):似海底反射

对天然气水合物研究中与似海底反射有关的一些观点进行讨论 ,以推动天然气水合物地震研究的认识 .30年的似海底反射研究表明 ,似海底反射仍然是指示天然气水合物沉积存在的最好手段之一 .有似海底反射 ,是可以认为存在天然气水合物的 .虽然存在“游离气带速度模型”与“水合物楔速度模型” ,但似海底反射主要由天然气水合物稳定带底界下方的游离气引起 .BSR上方的天然气水合物、下方的游离气与天然气再循环和含甲烷的流体流有关 .由于天然气水合物稳定带计算控制因素难以准确确定等因素 ,似海底反射与天然气水合物稳定带底界只是近似的对应关系 .需从动态的观点考虑天然气水合物 天然气体系及其与似海底反射的关系 .     

天然气水合物似海底反射层的全波形反演

建立了天然气水合物似海底反射层(BSR)研究的全波形反演方法. 这是一种将 水平层状弹性介质的反射共中心点道集转换为截距时间-水平慢度域的反演方法. 反演过程 中采用了全局搜索方法与非线性局部搜索方法. 分两步进行. 第一步是根据走时数据应用非 常快速模拟算法求得速度结构的长波长分量. 第二步,利用波形资料用共轭梯度法求得速度 的短波长扰动分量. 这样,最后反演得到的速度结构模型包含了长波长与短波长分量. 反演 中利用了多网格参数化技术. 日本东南海海槽双BSR的速度结构的反演表明,全波形反演是 天然气水合物BSR研究的重要手段之一.     

海洋天然气水合物的地球物理研究(Ⅱ):地震方法

从野外观测手段、数据处理分析、振幅随炮检距变化分析、波形反演4个方面综述海洋天然气水合物地震研究的最新进展。     

冲绳海槽南部基底构造特征

利用最新的重磁数据对冲绳海槽南部的基底构造进行了推断解释,研究表明,在冲绳海槽南部,莫霍面构造为一南北两端高,中间低的鞍状构造,地壳厚度在15.5~21 km之间变化.基底深度一般在4~6 km之间变化,表现为南段深度大,北段深度小,在北西向断裂系的作用下,基底局部构造大都成北西向展布,说明冲绳海槽早期的北东向带状构造受到了后期的北西向构造活动的强烈改造作用.在冲绳海槽南部发育有两条沿北北东向展布的火成岩带,一条分布在冲绳海槽扩张轴以东及琉球岛弧西侧下坡;另一条分布在冲绳海槽与琉球岛弧隆褶带的结合部位,火成岩主要是由北东向构造活动产生的,而与北西向断裂关系不密切.     

Gas hydrate saturation at Site C0002, IODP Expeditions 314 and 315, in the Kumano Basin,Nankai trough

The degree of gas hydrate saturation at Integrated Ocean Drilling Program (IODP) Site C0002 in the Kumano Basin, Nankai Trough, was estimated from logging‐while‐drilling logs and core samples obtained during IODP Expeditions 314 and 315. Sediment porosity data necessary for the calculation of saturation were obtained from both core samples and density logs. Two forms of the Archie equation (‘quick‐look’ and ‘standard’) were used to calculate gas hydrate saturation from two types of electrical resistivity log data (ring resistivity and bit resistivity), and a three‐phase Biot‐type equation was used to calculate gas hydrate saturation from P‐wave velocity log data. The gas hydrate saturation baseline calculated from both resistivity logs ranges from 0% to 35%, and that calculated from the P‐wave velocity log ranges from 0% to 30%. High levels of gas hydrate saturation (>60%) are present as spikes in the ring resistivity log and correspond to the presence of gas hydrate concentrations within sandy layers. At several depths, saturation values obtained from P‐wave velocity data are lower than those obtained from bit resistivity data; this discrepancy is related to the presence of free gas at these depths. Previous research has suggested that gas from deep levels in the Kumano Basin has migrated up‐dip towards the southern and seaward edge of the basin near Site C0002. The high saturation values and presence of free gas at site C0002 suggest that a large gas flux is flowing to the southern and seaward edge of the basin from a deeper and/or more landward part of the Kumano Basin, with the southern edge of the Kumano Basin (the location of site C0002) being the main area of fluid accumulation.     

南海北部陆坡细粒沉积物天然气水合物系统的形成模式初探

我国在南海北部陆坡的细粒沉积物中首次钻获水合物样品,为深入了解这一特殊成藏体系的形成机制,本研究以钻探区域高精度的二维和三维多道地震资料为基础,通过精细的地球物理解释和地质分析,探讨了该天然气水合物系统的成藏控制因素.细粒沉积物天然气水合物系统中水合物的富集过程存在着三个特殊的控制因素：（1）大面积丰富的含甲烷流体的参与.南海北部深水盆地广泛存在的异常热流体活动促使深部的热解成因天然气或浅层的生物成因气运移到水合物稳定带,有利于水合物的发育.热流体活动表现为底辟和气烟囱构造,在地震剖面上,表现为地震声学模糊带、同相轴下拉或中断、顶部出现反射亮点,这些构造直抵水合物稳定带.在气烟囱或底辟构造顶部通常有BSR伴生,说明热流体活动与水合物成藏具有密切关系;（2）断裂构造的发育在水合物稳定带中细粒沉积物的成核和生长过程中具有重要的作用,一方面促进稳定带流体的垂向和侧向运移,另一方面,构造裂缝可能成为成核和生长过程的空间;（3)大型海底滑坡导致了地层中超压流体活动和构造裂缝的发育,从而促进了水合物富集.在上述研究基础上,提出了南海北部水合物钻探区高饱和度水合物成藏模式.     

南中国海神狐海域天然气水合物地震识别及分布特征

南中国海北部陆坡神狐海域是天然气水合物发育的有利地区,钻井取芯表明此区域的天然气水合物以细颗粒状分布于水合物稳定带内.以三维地震数据为基础,讨论海洋天然气水合物调查的高分辨率地震成像关键技术,综合利用不同的地球物理方法(阻抗反演、属性聚类分析及神经网络方法等),以钻井结果为约束分析不同方法对天然气水合物识别的适用性,确定利用属性聚类方法来获得神狐海域天然气水合物与游离气的三维空间展布特征.将钻井取芯结果与地质条件相结合,综合多方面地球物理信息,分析产生这一分布特征的地质原因,指出断层与裂缝是南海北部陆坡神狐海域水合物、游离气的分布模式及天然气水合物形成的主要地质控制因素.     

南海北部陆坡水合物勘探区典型站位不同类型热流对比

随着南海北部陆坡天然气水合物勘探工作的深入开展,在南海北部陆坡天然气水合物勘探区典型的集中了钻孔、探针和BSR三种测量方式获得的热流数据.为了解海底热流不同测量方式的差异,以及南海北部陆坡水合物勘探区的热流特征,文章以SH-2和SH-5孔作为典型站位,分别介绍三种热流测量方法并对两个站位的不同类型热流进行对比分析,结果表明:(1)在SH-2孔处探针热流与钻孔热流基本一致,但在SH-5孔处探针热流明显低于钻孔热流;采用钻孔实测沉积物平均热导率计算的SH-2和SH-5两个站位处的BSR热流都与相应钻孔热流基本一致.(2)根据地震剖面及相邻位置探针热流特征分析,SH-5站位处探针热流明显偏低,可能是受到流体活动的影响.(3)相对SH-2孔,SH-5孔具有较高的地温梯度和热流特征,可能是SH-5钻孔未钻到水合物的重要原因,而晚期泥底辟侵入可能是造成SH-5孔具有较高的温度场并导致原本赋存的水合物分解的原因.     

南海北部陆坡块体搬运沉积体系的地震响应与成因机制

块体搬运沉积体系是一种重力作用下形成的深水沉积体系,在全球大陆边缘沉积体系中扮演着重要角色.块体搬运沉积作用不仅造成危害极大的深水地质灾害,而且与海洋天然气水合物和深水油气的形成过程与富集有密切联系.根据新获得的海底地形地貌资料和地震资料,揭示了块体搬运沉积体系识别特征,明确了其分布范围.这些块体搬运沉积体系具有明显的滑坡形态和沉积构造;头部表现张性断裂构造,内部有旋转断块和流动构造,趾部表现为挤压和逆冲构造.块体搬运沉积体系表现出不同的成因类型.通过白云凹陷天然气水合物的分布模式和白云块体搬运沉积体系有限元数值模拟研究,认为白云块体搬运沉积体系与天然气水合物分解密切相关,进一步给出6种水合物分解模型情况下海底稳定性的安全因子,随着水合物分解量的增加,斜坡的稳定性逐渐减弱,当水合物的分解达到一定数量时,就会发育海底块体搬运沉积体系.     

南海北部陆坡气源条件对水合物成藏影响的模拟研究

南海北部陆坡包括神狐海域在内无论在横向上还是纵向上影响水合物形成与分布的地质因素差异较大,其气源条件的变化是否为一种重要因素值得探索.本文将前人南海北部陆坡气源类型和气体组成概括为14种情况,分别运用模拟手段定量-半定量地分析它们对水合物成藏可能带来的影响.模拟结果显示,与神狐海域已知水合物相比,不同气体组成形成水合物所需温度条件增大0.49~5.44℃,多数增大2℃以上.可以看出,不同气体组成明显改变水合物的形成条件,暗示着不同类型气源可能是影响南海北部陆坡水合物形成与分布的重要因素.     

南海北部神狐海域天然气水合物分解的测井异常

南海北部神狐海域GMGS-1钻探揭示SH3井天然气水合物位于稳定带上部,厚度约为10 m.氯离子异常计算的水合物饱和度最高达26%,高水合物饱和度层出现高电阻率和低纵波速度.为分析该低纵波速度异常,本文基于简化的三相介质理论计算了饱和水纵波速度,在深度195 m附近,测量的纵波速度小于饱和水纵波速度.利用阿尔奇公式,基于原位温度、盐度、密度孔隙度和测量的电阻率,利用交会分析确定了该井的阿尔奇常数为a=1.1和m=2.3.基于该参数,利用阿尔奇方程计算的水合物饱和度占孔隙空间5%~20%,局部地层水合物饱和度达26.8%,在垂向上分布不均匀.由于钻探可能导致水合物发生分解而产生游离气,原位游离气和水合物分解产生的气体都能造成低纵波速度异常.由于地震资料采集在测井之前完成,利用不同速度制作合成地震记录并与地震资料进行对比,能够确定水合物稳定带上部的低速异常形成原因.     

Geochemistry and genesis of authigenic pyrite from gas hydrate accumulation system in the Qilian Mountain permafrost,Qinghai, northwest China

A type of authigenic pyrites that fully fill or semi-fill the rock fractures of drillholes with gas hydrate anomalies are found in the Qilian Mountain permafrost; this type of pyrite is known as “fracture-filling” pyrite. The occurrence of “fracture-filling” pyrite has a certain similarity with that of the hydrate found in this region, and the pyrite is generally concentrated in the lower part of the hydrate layer or the hydrate anomaly layer. The morphology, trace elements, rare earth elements, and sulfur isotope analyses of samples from drillhole DK-6 indicate that the “fracture-filling” pyrites are dominated by cubic ones mainly aligned in a step-like fashion along the surfaces of rock fractures and are associated with a circular structure, lower Co/Ni and Sr/Ba, lower ΣREE, higher LREE, significant Eu negative anomalies, and Δ³⁴S_CDT positive bias. In terms of the pyrites’ unique crystal morphology and geochemical characteristics and their relationship with the hydrate layers or abnormal layers, they are closely related with the accumulation system of the gas hydrate in the Qilian Mountain permafrost. As climate change is an important factor in affecting the stability of the gas hydrate, formation of fracture-filling pyrites is most likely closely related to the secondary change of the metastable gas hydrate under the regional climate warming. The distribution intensity of these pyrites indicates that when the gas hydrate stability zone (GHSZ) is narrowing, the hydrate decomposition at the bottom of the GHSZ is stronger than that at the top of the GHSZ, whereas the hydrate decomposition within the GHSZ is relatively weak. Thus, the zone between the shallowest and the deepest distribution of the fracture-filling pyrite recorded the largest possible original GHSZ.     

井震联合分析预测神狐海域天然气水合物可能的垂向分布

已有的地质与地球物理信息表明南中国海北部陆坡神狐海域存在天然气水合物,2007年钻井和取样结果证实其以细颗粒均匀存在于水合物稳定带内,但区域分布范围极不规则.由于测井记录长度和取样深度的范围有限,天然气水合物垂向分布特征难以确定.为了深入了解此区域天然气水合物深度上的分布规律,对SH7井的多种测井数据进行综合分析并与地震反射特征建立联系,得到三个主要的沉积物性变化层位并以此为基础进行叠后数据的伪井约束反演,结果表明在已证实的含水合物层之下还存在高速层.而AVO叠前正演模拟分析结果与实际地震数据对比表明,研究区的天然气水合物稳定带可能由含水合物沉积物与饱水沉积物的薄互层组成,这就意味着在取样获得天然气水合物样品的深度之下,很可能存在另一个含水合物层.