南海北部神狐陆坡区灾害地质因素特征

南海北部神狐陆坡区富含海洋油气资源和天然气水合物, 其海底地质环境对于各项资源开采活动和工程建设尤为重要, 但目前专项研究较少.在大量二维地震资料解译的基础上, 结合浅地层剖面和多波束测深资料, 对该区海底地质环境进行整体研究, 识别出20种灾害地质因素.按照动力来源, 将该海域地质灾害归纳为构造应力、重力、水动力、气动力和土动力5大类灾害地质类型, 每种类型包含多种灾害地质因素.依据各灾害因素总体平面分布特征, 划分出埋藏三角洲密集区、海底滑坡密集区、火山密集区、软弱层密集区、浅断裂密集区和浅埋基岩面密集区6个灾害大区.还对主要灾害因素的地震反射特征和灾害性进行了研究, 为该区未来工程建设的顺利开展提供科学的参考.      

南海北部神狐海域天然气水合物成藏特征

天然气水合物作为一种新型、洁净、潜在的新能源,越来越引起世界各国科学家的重视,对天然气水合物研究也进一步深入,但天然气水合物作为一种能源矿产,对其成藏机制的研究相对较少。针对我国天然气水合物调查研究相对较为详细的神狐海域,从其物质来源、气体运移通道、成藏条件等角度探讨神狐海域天然气水合物的成藏特征,指出白云凹陷古近纪埋藏的巨厚烃源岩是其成藏的主要物质基础;底辟构造发育区是形成水合物流体向上运移的主要通道;新近纪晚期大面积发育的滑塌体是水合物的主要赋存区。神狐海域具备天然气水合物成藏的优越条件,是进一步勘探水合物的远景区。     

南海北部陆坡区神狐海域构造特征及对水合物的控制

通过对南海北部陆坡区神狐海域高精度2D和3D地震资料的精细解释,在研究区共识别出4种构造类型,分别为气烟囱(流体底辟)、区域大尺度断层、深水扇中的正断层和滑移体中的滑脱断层。气烟囱具有直立的通道形态,其内部结构可划分为杂乱反射带、模糊反射带和顶部强振幅区域。大尺度断层位于水合物钻探区的西北部和东北部,断层规模大,对深部地层表现出明显的控制作用。深水扇中的正断层广泛发育于上新世的深水扇中,特别是在水合物钻探区西部进积特征明显的深水扇中,正断层的数量更多。滑移体中的滑脱断层在神狐海域的第四纪地层中非常常见,在剖面上呈雁列式分布。研究结果表明,大尺度断层由于和水合物钻探区的距离较远,对于水合物的成藏可能不起控制作用。气烟囱和规模小数量多的断裂体系为含气流体的运移提供了垂向和侧向的输送通道,构成了水合物的流体运移体系。当富含甲烷气体的流体通过这些垂向-侧向的运移通道时,在合适的温压条件下,被适于水合物聚集的沉积体所捕获,就有可能形成水合物。水合物钻探区内东西部构造特征的差异,使得研究区内形成了不同的流体运移体系,这可能是控制钻探区水合物不均匀性分布的一个关键因素。     

南海神狐海域天然气水合物声波测井速度与饱和度关系分析

利用南海北部神狐海域A站位的地震和测井资料综合分析神狐海域含天然气水合物沉积层的声波测井速度及水合物饱和度的分布特征和变化规律,并对水合物饱和度的理论计算值和实测值进行对比分析,同时对水合物稳定带的纵波速度特征与饱和度的关系进行了综合研究。结果表明：神狐海域A站位的水合物层厚度约20 m,纵波速度在1 873～2 226m/s之间,水合物饱和度在15.0%～47.3%之间变化,水合物饱和度值相对较高;受海底复杂地质因素的影响,根据岩心孔隙水的氯离子淡化程度实测的水合物饱和度随声波速度的变化并不是单一的正比例关系,而是随声波速度的升高而上下波动,波动幅度在10%～20%之间,总体趋势上随声波速度的升高而升高,并集中分布在理论曲线附近;利用热弹性理论速度模型计算并校正后的水合物饱和度随声波速度的增加而有规律地增加,水合物饱和度的理论计算值与实测数据比较吻合,说明所建立的岩石物理模型正确,模型参数选取合理。根据声波速度计算水合物饱和度这一方法可扩展到整个研究区域,并为研究区的水合物资源量评价提供基础数据。     

南海北部神狐陆坡限制型滑塌体特征及成因机理

滑塌体是深水沉积的重要组成部分,研究滑塌体沉积有助于揭示深水沉积过程。利用高精度多道地震资料,首次在南海北部神狐陆坡段发现了规模逾千平方千米的限制型滑塌体,它在顺坡滑塌时,未能超越下坡地层的围限,突然终止于下坡未变形地层中,因此陡冲斜坡两侧的地震相特征发生截然的变化。滑塌体整体呈楔形,内部呈杂乱反射,前端存在逆冲断层以及挤压褶皱。由于顺坡滑塌距离较短,因此与非限制型滑塌体相比,限制型滑塌体内部地层连续性较好。结合神狐滑塌体地震反射特征并通过与世界典型滑塌体的对比,可知滑塌体的厚度、地形坡度二者共同控制了神狐滑塌体的发育类型,前端地形突起对其发育没有影响。     

波阻抗反演在南海北部神狐海域天然气水合物勘探中的应用

针对神狐海域的地质构造和天然气水合物的赋存特征,以重点测线三维地震数据为基础,分析讨论了基于宽带约束的模拟退火波阻抗反演方法、流程和关键技术问题,定量获得了含天然气水合物沉积物的波阻抗特征。结果表明:基于宽带约束的模拟退火波阻抗反演数据具有较高的有效垂向分辨率和较好的横向连续性;神狐海域高波阻抗异常反映了含天然气水合物沉积层,而不连续异常低波阻抗层是水合物层之下游离气的表现,这与钻探结果吻合。由此可见,基于宽带约束的模拟退火波阻抗反演可为天然气水合物层识别和预测、勘探目标圈定、钻探井位选择提供重要依据。     

南海神狐海域天然气水合物地球物理测井评价

我国南海北部神狐海域的天然气水合物钻探过程中采用电缆测井来识别水合物储层,使用了自然伽马、电阻率、密度、声波全波列、井温—井方位、井径及中子等7种测井仪器,测量的参数主要包括地层的自然放射性、深(浅)探测电阻率、密度、纵波速度、温度、井径、长(短)源距中子计数率及井眼方位,这些参数对于确定天然气水合物的赋存位置起到非常重要的作用。详细介绍了神狐海域天然气水合物测井的工作方法和基本步骤,参照国外相关分析,针对其中某站位钻孔ZK1的地层孔隙度及天然气水合物饱和度进行初步评价。结果表明密度测井和电阻率测井两种方法求出的地层孔隙度的一致性较好,而计算的天然气水合物饱和度值则高于孔隙水淡化分析得到的值,因此尚需结合研究区岩心分析数据来提高解释精度。研究结果对未来我国的天然气水合物测井评价具有指导意义。     

The Relationship between Tectonic Subsidence and BSR of Upper Neogene in the Deep-Water Area of the Northern Continental Slope, South China Sea

BSR (Bottom Simulating Reflector) occurs widely in the strata since the late Miocene in the deep-water area of the northern continental slope of South China Sea (SCS). It is an important seismic reference mark which identifies the gas hydrate and its distribution influenced by the tectonic movements. Single-point basin modeling was conducted using 473 points in the study area. To discuss the relationships between the tectonic subsidence and BSR, the volume and rate of tectonic subsidence in each geological time have been simulated. The results show that there are three tectonic accelerate subsidence processes in the study area since the late Miocene, especially since 1.8Ma the tectonic subsidence accelerates more apparently. Since the Late Miocene to Pleistocene, the rate of tectonic subsidence in deep-water underwent a transformation from weak to strong. The ratio of tectonic subsidence to the total subsidence was relatively high (65-70%). Through the superposition of the BSR developed areas and the contours of tectonic subsidence in this area, it was discovered that more than 80% of BSR tend to be distributed at the slope break or depression-uplift structural transfer zone and the average tectonic subsidence rate ranges from 70 m/Ma to 125 m/Ma.     

南海北部陆坡海底火山活动对天然气水合物成藏的影响

南海北部陆坡发育海底火山。海底火山的发育是否有利于天然气水合物的成藏是该区进行水合物勘探首先要考虑的一个关键问题。通过地震剖面解释、建立地质模型,并通过模型温度场计算,认为发生岩浆底侵时,高温岩浆使水合物稳定域的厚度变薄。随着热量的散失,水合物稳定域的厚度逐渐恢复。底侵的深度较浅时,水合物稳定域减薄的幅度增大,恢复周期变短。对海底火山喷发的情况,水合物稳定域将完全不存在,但其恢复的时间更短。岩浆底侵深度为6 km时,其对水合物稳定域的影响周期为1 Ma左右。南海北部东沙运动和流花运动都伴随着规模性的火山活动,两次构造运动期间岩浆侵入、侵出引起的热效应到目前为止已对该区水合物稳定域的发育没有影响,但海底火山活动对增大地层的孔隙与通道,从而对甲烷气体的运聚和水合物的成藏都能起到积极的作用。火山活动引起的高地温梯度,对生物甲烷的产生也将起到一定的帮助,从而有利于水合物的形成。南海北部陆坡火山区仍是天然气水合物勘探的有利靶区。     

南海北部神狐海域细粒储层矿物组分对天然气水合物储集赋存的影响

为了探明矿物类型对于天然气水合物成藏的影响,笔者等利用南海北部神狐海域W07站位样品及其水合物饱和度数据,进行XRD全岩和黏土矿物测试分析、比表面积分析以及束缚水能力综合分析。结果表明,海床下110~127 m（即110~127 mbsf,meters below sea floor, 海床以下深度）为水合物储层段,海床下127~156 m为非水合物储层段。通过XRD分析可知,高石英及长石含量,低伊蒙混层含量的层段,比表面积与束缚水能力较低,说明其具有相对较好的孔渗条件,为水合物的运移与储集提供了良好的空间条件,因此形成水合物储层段;而在高伊蒙混层的层段中,比表面积较大,束缚水能力较强,其对甲烷气体及流体的吸附和束缚能力较强,对水合物成藏起到潜在的封隔作用,成为非储层段,储层与非储层段纵向叠置序列有利于优质水合物储层的形成。本次研究总结了矿物组分与优质水合物储层之间的关系,并揭示两者存在的潜在成因联系,以期丰富水合物富集成藏的基础理论,对未来南海北部天然气水合物的商业化开发提供支持。     

南海北部神狐海域细粒储层矿物组分对天然气水合物储集赋存的影响

为了探明矿物类型对于天然气水合物成藏的影响,笔者等利用南海北部神狐海域W07站位样品及其水合物饱和度数据,进行XRD全岩和黏土矿物测试分析、比表面积分析以及束缚水能力综合分析。结果表明,海床下110~127 m（即110~127 mbsf,meters below sea floor, 海床以下深度）为水合物储层段,海床下127~156 m为非水合物储层段。通过XRD分析可知,高石英及长石含量,低伊蒙混层含量的层段,比表面积与束缚水能力较低,说明其具有相对较好的孔渗条件,为水合物的运移与储集提供了良好的空间条件,因此形成水合物储层段;而在高伊蒙混层的层段中,比表面积较大,束缚水能力较强,其对甲烷气体及流体的吸附和束缚能力较强,对水合物成藏起到潜在的封隔作用,成为非储层段,储层与非储层段纵向叠置序列有利于优质水合物储层的形成。本次研究总结了矿物组分与优质水合物储层之间的关系,并揭示两者存在的潜在成因联系,以期丰富水合物富集成藏的基础理论,对未来南海北部天然气水合物的商业化开发提供支持。     

南海北部陆坡高饱和度天然气水合物气源运聚通道控藏作用

气源运聚通道与天然气水合物富集成藏关系密切。利用准三维地震资料并结合钻探成果,深入研究了神狐海域GMGS3钻探区高饱和度水合物站位气源运移疏导通道地质地球物理特征及其控藏作用。结果表明:高饱和度水合物产出站位发育多种类型运移疏导通道,且与BSR空间耦合关系较好;紧邻BSR之下为强振幅反射,强振幅下部游离气体充注现象明显,表明水合物稳定域下部存在气体运移的通道,且深部气体向浅层发生了运移。深大断裂、底辟及气烟囱构成了沟通深部热解气及浅层生物气与浅层温压稳定域的垂向通道,在这些通道上方可以直接形成水合物;浅部滑塌面、水道砂及海底扇构成的高孔渗连续性砂体为浅层生物气及深部运移而来的部分热成因气横向运移通道,气体的侧向运移扩大了气体供给范围,增加了矿体横向展布规模。文章认为,天然气运移疏导系统与其他成藏要素匹配良好的构造和区域是勘探高饱和度水合物的有利目标。     

南海北部陆坡天然气水合物的地震速度研究

采用D ix公式法和速度反演法分别对南海北部陆坡测线A和B的层速度及纵波速度进行计算,结合BSR、振幅空白带以及波形极性反转等多种水合物赋存信息的分析,对水合物成矿带的速度特征进行了综合研究。结果表明:低速背景中的高速异常,是天然气水合物赋存的重要特征;高速异常体一般呈平行于海底的带状分布;在高速异常体的内部,速度也是不断变化的,一般在异常体的中心速度最高,由中心到边缘速度逐渐降低,反映在水合物矿带内部,水合物饱和度由矿体中心向边缘逐渐降低的特征。研究结果表明高精度速度分析不仅可以帮助寻找水合物矿点,还可以进一步判定水合物的富集层位。     

南海神狐海域X区块天然气水合物的控制因素

为了探讨南海神狐海域X区块天然气水合物的控制因素,开展了高分辨地震资料精细解释和天然气水合物地震相研究。结果显示,X区块存在3条主控断层和众多滑塌断层;预测的稳定带内水合物呈多层分布,稳定带底部水合物层厚度较大、连续性较好。结合地震反射特征和可能的气源讨论初步认为,X区块天然气水合物的成藏模式主要有两种类型:在断裂或滑塌构造发育区,水合物的气源以热解成因气为主,水合物呈多层分布;在构造平缓地区,水合物的气源以生物成因气为主,水合物呈单层分布,且主要分布在似海底反射(BSR)之上一个狭窄的范围内。     

南海北部神狐海区的自生碳酸盐岩烟囱--海底富烃流体活动的记录

大陆边缘海的流体喷流活动或水合物分解都会导致自生碳酸盐岩的形成。南海北部神狐海区出现的自生碳酸盐岩主要为烟囱状,以铁白云石、文石、方解石碳酸盐矿物为主;稳定同位素研究显示,烟囱的δ^13CPDB值在-40．18‰～-38．69‰、δ^18OPDB值在3．75‰～4．31‰之间变化,显示了导源于甲烷厌氧氧化作用的特征,是海底富含甲烷的流体活动的最终产物。持续或间断的流体喷流活动,使神狐海区碳酸盐岩烟囱发生单阶段或多阶段沉淀。     

南海神狐海域MIS12期以来的碳酸盐旋回与水合物分解

对南海神狐海域水合物钻探区SH1B和SH5C等2个钻孔顶部0~39.41 m和0~23.85 m的连续沉积物开展高分辨率碳酸盐旋回研究,结合浮游有孔虫氧同位素地层学、AMS¹⁴C年代学和生物地层学进行地层划分。结果表明：SH1B孔MIS12期以来CaCO₃曲线总体上具有明显的冰期和间冰期旋回,表现为较典型的冰期低、间冰期高的“大西洋型”旋回特征,具有良好的地层意义;SH5C孔除MIS1-MIS2期外,MIS3-MIS8期的CaCO₃含量较SH1B孔的要低,冰期和间冰期旋回性较差,MIS3-MIS 4和MIS7期出现明显的低钙事件;同时,SH5C孔MIS3-MIS5期浮游有孔虫G.ruber的δ¹³C值明显负偏,平均值为-0.11‰;两孔MIS1期的沉积速率是MIS2期的近2倍,与前人的研究结果相反,为MIS2期部分地层缺失所致。SH1B孔受水合物分解影响不大,而SH5C孔受水合物分解影响明显。SH5C孔MIS2期的地层缺失事件和MIS3-MIS4、MIS7期的低钙事件以及MIS3-MIS5期δ¹³C值负偏事件主要发生在末次冰期,推测与下伏水合物分解产生的海底滑塌、海水酸化等环境效应有关。     

南海北部陆坡白云深水区深水沉积结构要素

在回顾深水沉积结构要素研究的基础上,结合白云深水区的勘探实践,对白云深水区深水沉积的结构要素进行了研究。将白云深水区深水沉积划分为4种结构要素,分别为水道、天然堤-溢岸沉积、席状砂和块体搬运沉积。水道是白云深水区深水沉积的主要组成部分,也是重要的储层;水道按成因可分为侵蚀型、侵蚀/加积型和加积型;水道充填沉积物的岩性变化较大,有砾岩、砂岩、泥岩以及几种岩性的混合。天然堤-溢岸沉积主要以泥岩、粉砂岩为主,平面上,天然堤-溢岸沉积与水道走向平行,横向上远离水道扩散,侧向连续性好但垂向连续性差。席状砂位于水道末端,具有朵叶状外形,分为层状和合并状2种类型：层状席状砂具有相对低的砂岩体积分数,泥岩和砂岩互层;而合并状席状砂岩体积分数高,砂层和砂层接触,夹有少量的泥。块体搬运沉积包括滑塌、滑块、块体流、碎屑流、坡身失稳复合体、块体搬运复合体等;块体搬运沉积常直接位于层序界面上,对下伏地层侵蚀明显,分布广泛,可作为良好的油气封盖层。     

南海北部天然气水合物钻探区烃类气体成因类型研究

南海北部天然气水合物钻探区水合物气、顶空气样品和沉积物样品烃类气体组分和甲烷同位素特征测试结果表明,气体样品中烃类气体以甲烷为主,含微量乙烷和丙烷,C1/(C2+C3)值均大于或接近1 000。甲烷的碳同位素值为-54.1‰~-62.2‰,氢同位素值为-180‰~-255‰,属于微生物气或是以微生物气为主的混合气,甲烷由CO2还原生成,由原地提供或侧向运移而来。沉积物样品酸解烃分析显示多数样品甲烷丰度大于90%,含一定量的乙烷、丙烷及少量的丁烷,C1/(C2+C3)值均小于50。甲烷的碳同位素值为-29.8‰~-48.2‰,呈现典型的热解气特征,显示由深部运移而来。     

南海北部陆坡区新近系沉积体系特征与天然气水合物分布的关系

南海北部陆坡区新生界含有丰富的油气资源和各种矿产资源，对其沉积体系的分析可以指导资源勘探和开发。笔者在对南海北部陆坡区的西沙海槽和东沙海域的地震剖面解释与研究的基础上，依据“外部形态＋内部属性”的分类原则，在中新世以来的沉积层中共识别出8种典型的地震相：席状平行相、席状波形相、席状空白相、席状杂乱相、席状前积相、帚状前积相、透镜状前积相和丘状杂乱相。结合地震相分析，在南海北部陆坡区识别出6种典型的沉积体系：三角洲体系、等深流、低位扇、滑塌块体、浊积扇和扇三角洲体系；其中等深流、滑塌块体和各种扇体的前缘与BSR分布的吻合率最高，是最有利于天然气水合物聚集成矿的相带。