构造控制型天然气水合物矿藏及其特征

构造环境是天然气水合物富集成藏的重要控制因素,增生楔、断裂体系、褶皱、(泥)底辟、滑塌等特殊构造体是影响天然气水合物成藏的主要地质载体。通过对这些特殊构造体与天然气水合物成藏关系的研究,结合流体活动对水合物形成的影响,总结出陆缘地区有增生楔型、盆缘斜坡型、埋藏背斜型、断褶型、滑塌型及底辟型等六类构造控制型水合物矿藏。南海位于欧亚板块、太平洋板块及印澳板块的交汇处,早期为活动陆缘,晚期演化为被动陆缘,其构造活动具有早期张裂、后期挤压的特点,这既不同于被动陆缘,也有别于活动陆缘,可视为“复合型”大陆边缘,兼具了“被动陆缘沉积速率高、活动陆缘构造活跃”的优点,从而形成了“增生楔型、断褶型、底辟型、滑塌型、盆缘斜坡型”等多种构造控制型水合物矿藏,是“复合型”大陆边缘水合物成藏地质模式的典型代表。     

底辟构造与天然气水合物的成矿关系

世界上天然气水合物发现地区的地质构造特征研究表明,底辟构造和水合物的形成与聚集有较为密切的关系。底辟构造可能是地层内部圈闭气体由于压力释放上冲的结果,也可能是气体向上运移的通道。初步总结了被动大陆边缘中典型底辟构造与天然气水合物的成矿关系,认为被动陆缘内巨厚沉积层、塑性物质与高压流体、陆缘外侧的火山活动及张裂作用,为底辟构造发育提供了条件,形成了水合物成矿的有利空间。文中对南海底辟构造发育的地质背景进行了分析,并对南海天然气水合物的发育和赋存进行了预测。笔者在进行综合分析的基础上,对底辟构造中天然气水合物的成矿模式进行了进一步的分析和探讨。     

南海北部陆坡坳隆断裂带中水合物赋存的温压场环境

天然气水合物的发育和赋存明显受构造条件控制,一些活动和非活动大陆边缘的特殊构造单元,如增生楔、泥火山、泥底辟、海底滑塌体均有利于水合物的发育和赋存。南海北部陆坡天然气水合物调查研究表明:南海北部陆坡的坳隆断裂带是有利于天然气水合物发育和赋存的重要构造之一。选择穿过坳隆断裂带的地震剖面A,根据南海北部陆坡海水深度和海底温度的关系曲线,计算了沉积物的温度;并在拟合沉积物深度与体密度关系曲线的基础上,计算了沉积物中的净岩压力,进一步探讨了测线A的温压场环境。结果表明:坳隆断裂带中存在连续变化的温压场环境,当气体在其中运移时,总能遇到有利的温压场环境,从而形成天然气水合物;另一方面,坳隆断裂带中也不是处处均有利于水合物的发育和赋存,需要进行具体的温压条件分析,从而对水合物稳定域进行准确定位。     

东海陆坡及邻近槽底天然气水合物成藏条件分析及前景

在西太平洋边缘海中,东海是唯一没有获得天然气水合物样品的边缘海。利用已有的地震资料、海底温度资料等,从沉积物来源、沉积地层厚度、烃源岩条件、沉积速率、海底温度—压力条件等方面对东海水合物成藏条件进行了分析。认为冲绳海槽沉积物源丰富,沉积厚度大,且发育烃源岩地层。冲绳海槽较高的沉积速率主要分布于冲绳海槽槽底沉积中心,以及西部陆坡连接海底峡谷底部的三角洲区域。根据冲绳海槽实测的海底温度数据,整个冲绳海槽地区600m以深的范围都能够满足水合物发育的温度、压力条件。以温度梯度为30℃/km计算,冲绳海槽中水合物稳定域的最大厚度为650m。冲绳海槽盆地中普遍发育的底辟构造、背斜构造等局部构造,以及网格状断裂系统,为烃类气流体的向上及侧向运移创造了有利条件,成为天然气水合物发育的有利区带。根据已经发现的BSR特征来看,东海地区天然气水合物前景广阔。     

东海与泥底辟构造有关的天然气水合物初探

根据所获得的高分辨率地震资料分析,发现冲绳海槽南部西侧槽坡附近以及海槽内部发育有一系列泥火山（底辟）构造,在地形上表现为泥火山地貌,在穿过泥火山的地震剖面上,表现出典型的泥底辟构造。对穿过泥底辟构造的DMS01-5地震剖面进一步的处理和解释发现,泥底辟构造顶部存在明显的似海底反射（BSR）,其与海底反射波组极性相反,在BSR之上存在振幅空白带,在速度谱上出现速度异常,指示存在与泥火山有关的天然气水合物。从世界广泛发现的与泥底辟构造有关的天然气水合物来看,天然气水合物既可以在泥底辟构造的丘状外围成藏,也可以在其外围的海底沉积物中产出。在泥底辟构造的丘状外围附近,天然气水合物的形成机制类似于传统的矿物低温热液的形成;在泥底辟构造外围海底沉积物中,其形成过程类似于传统的矿物交代形成机制。冲绳海槽泥底辟构造的发育与很高的沉积速率和槽坡的活动断层有关。在冰期期间,长江携带大量的陆源物质直接输送到大陆坡地区,沉积速率达300 m/Ma,产生异常高压,同时张性断层极为发育,为流体的迁移提供了良好的通道,在异常压力以及上覆地层压力作用下大量流体向上运移,从而发育大量的泥底辟构造。富含甲烷的流体易在其外围及外围海底沉积物中形成天然气水合物藏。     

南海东北部陆坡区天然气水合物成矿作用

南海东北部陆坡区具有准被动大陆边缘构造特征,新生代含油气沉积盆地发育,具备天然气水合物发育的一系列有利地质构造背景。基于该区已有的调查资料,从构造、沉积、成矿气体来源和水合物相平衡及其热力学特征等方面,综合分析了南海东北陆坡区有利的天然气水合物成矿条件。结果表明,研究区完全具备形成水合物的海底温度、地温梯度和压力条件,存在底辟和泥火山构造、斜坡-断层构造组合等特殊地质构造环境及构造部位,浅部沉积层具有合适的岩石学条件和较高的沉积速率,并存在丰富的生物气和热解气。因此,南海东北部陆坡区具有潜力极大的天然气水合物成矿远景。     

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。     

泥火山——天然气水合物存在的活证据

海底天然气水合物大多与通过切穿沉积盖层的断裂的上升烃类流体相关，这些高渗透带包括泥火山和底辟等侵入构造，所以泥火山、底辟和海底断裂等构造周围可能赋存水合物；实际钻探结果也证实，泥火山和水合物的形成与聚集有较为密切的关系。泥火山，它是地层内部圈闭气体由于压力释放上冲的结果，也是气体向上运移的通道。文章初步总结了泥火山与水合物的成矿关系，认为泥火山是水合物赋存的标志之一，是水合物存在的活证据。本文对我国泥火山与水合物的发育和赋存进行了分析预测，并对泥火山构造中水合物的成矿模式进行了初步探讨。     

晚期泥底辟控制作用导致神狐海域SH5钻位未获水合物的分析

海底泥底辟构造与天然气水合物成藏关系密切,泥底辟既能为水合物提供充分的气源物质,同时又能促使地层温度场改变进而影响水合物成藏稳定性。南海北部神狐海域SH5站位虽然BSR明显,但钻探证实不存在天然气水合物。该钻位温度剖面异常高,温度场上移,同时在其下伏地层中发现泥底辟构造和裂隙通道。根据上述事实并结合泥底辟发育各个阶段中的特点,认为泥底辟构造对天然气水合物成藏具有控制作用。泥底辟发育早期和中期阶段,低热导率和低热量有机气体有利于天然气水合物生成;而在晚期阶段,高热量液体上侵稳定带底界,导致水合物分解迁移。SH5站位很可能由于受到处于晚期阶段的泥底辟上侵而未能获取天然气水合物。     

南海北部陆坡构造坡折带中的天然气水合物

构造坡折带是由同沉积构造长期活动引起的沉积斜坡明显突变的地带,对盆地充填的可容纳空间和沉积作用可产生重要的影响,构造坡折带和油气资源分布有着较为密切的关系。本文首次把“构造坡折带”概念引入到天然气水合物调查研究中,认为:构造坡折带是天然气水合物发育和赋存的重要构造单元。论文从海底坡降、断层发育以及温压场环境等角度讨论了构造坡折带对天然气水合物的控制作用,发现BSR发育位置的海底坡降一般在10×10-2～30×10-2之间;利用论文中设计的相对构造强度的算法计算了南海北部陆坡D区的相对构造强度,发现相对构造强度的次高值区有利于水合物赋存;根据高分辨率地震数据计算的构造坡折带的温压场环境,发现构造坡折带中连续变化的温压场环境能够使游离气运移到适宜的温压场中并形成水合物。在对上述研究进行总结归纳的基础上,初步提出了南海北部陆坡构造坡折带中天然气水合物的成藏模式。     

中国近海天然气水合物的研究进展

南海、东海具有形成天然气水合物的良好动力学环境和丰富的烃类气体来源。根据卫星对海面增温异常的观测、底水气体地球化学、标志矿物和流体组成的研究表明 ,南海、东海海底存在强烈的烃流体活动和排气作用 ;南海南北陆坡区海底气体主要由CH4组成 ,前者多为微生物成因气 ,后者多为热解气 ;冲绳海槽热液沉积区的气体 ,主要为CO2 (86 % ) ,其次为CH4、H2 、H2 S(14 % ) ,分别来自岩浆流体及陆源有机质的降解 ,也属热解成因气。地震地球物理的研究主要集中于南海东北部、北部、南部陆坡区和冲绳海槽中南部 ,测线长度还很有限 ,虽然都有BSR标志的发现 ,但质量比较好 ,研究程度也比较高的还只有南海东北部主动陆缘和北部被动陆缘的一些海域。通过沉积物烃含量和热释光的研究 ,南海、东海共获得 6个地球化学异常区。在综合对比物化探、地热等项资料的基础上初步认为 :笔架南 (Ⅰ )、台西南—东沙 (Ⅱ )异常区是寻找水合物的最佳远景区 ;琼东南—西沙海槽(Ⅲ )、中建南—中业北 (Ⅳ )和冲绳海槽南部异常区是寻找水合物和常规油气藏的有利地区 ,但Ⅳ区更有利于寻找油气 ,其余 2区更有利于寻找水合物 ;南沙海域的研究程度总体上比较低 ,但在其中的南沙海槽 ,物化探异常标志均优 ,甲烷含量较其它地区高 2个数量级     

天然气水合物与油气成藏的相关性研究

对天然气水合物的形成机理与分布特征、现今和地质历史时期天然气水合物的识别标志及其与油气成藏的相关性等方面的主要研究进展与实例的分析显示,天然气水合物在主动陆缘俯冲带增生楔和被动陆缘的陆隆台地断褶区非常发育,以似海底反射、特殊自生碳酸盐岩矿物、非搬运成因的局部沉积破坏或杂乱堆积、大型圆形凹陷和巨大规模的海底滑坡为识别标志,与油气成藏具有共生组合关系.深部气藏渗漏或油藏裂解形成的大量天然气为浅层外源成藏天然气水合物提供气源;古天然气水合物的形成有利于页岩气的保存和成藏;古天然气水合物分解可为浅层气藏提供气源.     

基于天然气水合物地震数据计算南海北部陆坡海底热流

天然气水合物是一种由水的冰晶格架及其间吸附的气体分子（以甲烷为主）组成的固态化合物,地震剖面上的似海底反射BSR是天然气水合物赋存的重要地球物理标志。相同气体成分水合物的相对稳定的温压关系是根据BSR的赋存深度计算海底热流的理论基础。选择南海北部陆坡有典型BSR反射的地震剖面,计算了南海北部陆坡天然气水合物发育区的压力、温度、地温梯度、热导率及热流等地热参数。通过计算热流值与实测热流值的对比可以大致推测,在南海北部陆坡海底运用该方法计算的热流值误差可能在12％以内。本研究不仅可以为海底热流等理论研究提供一定信度的数据资料,而且通过实测热流值校正后的热流数据以及经验公式,可以反过来用于BSR深度的计算以及天然气水合物稳定域的预测,具有重要的实践意义。     

A 3D basin modeling study of the factors controlling gas hydrate accumulation in the Shenhu Area of the South China Sea

Great advancement has been made on natural gas hydrates exploration and test production in the northern South China Sea. However, there remains a lot of key questions yet to be resolved, particularly about the mechanisms and the controls of gas hydrates enrichment. Numerical simulaution would play signficant role in addressing these questions. This study focused on the gas hydrate exploration in the Shenhu Area, Northern South China Sea. Based on the newly obtained borehole and multichannel reflection seismic data, the authors conducted an integrated 3D basin modeling study on gas hydrate. The results indicate that the Shenhu Area has favorable conditions for gas hydrate accumulation, such as temperature, pressure, hydrocarbon source, and tectonic setting. Gas hydrates are most concentrated in the Late Miocene strata, particularly in the structual highs between the Baiyun Sag and the Liwan Sag, and area to the south of it. It also proved the existence of overpressure in the main sag of source rocks, which was subject to compaction disequilibrium and hydrocarbon generation. It also shown that the regional fault activity is not conducive to gas hydrate accumulation due to excess gas seepage. The authors conjecture that fault activity may slightly weaken overpressure for the positive effect of hydrocarbon expulsion and areas lacking regional fault activity have better potential.©2022 China Geology Editorial Office.     

海上气态烃快速测试与西沙海槽天然气水合物资源勘查

西沙海槽具有适合天然气水合物形成和赋存的地形地貌及地质条件 ,是中国海洋天然气水合物资源勘查的远景区。为配合中国首次天然气水合物资源的调查研究 ,在该区进行了海底表层沉积物甲烷、乙烷等气态烃快速现场测试。研究发现 ,海底沉积物随着埋深的增加气态烃含量具有增高的趋势 ;最佳取样深度应在埋深 1～ 4m处 ;海底沉积物甲烷高含量异常区域主要分布在B33周围、A0 9—A11周围、B17—A0 2周围和B0 1—B0 3周围等区域。西沙海槽北部陆坡比槽底及南部斜坡具有更好的甲烷异常显示。该研究成果为以后该区天然气水合物资源的重点勘查提供了科学依据     

被动大陆边缘构造演化对深水区烃源岩形成的控制

以世界被动大陆边缘含油气盆地构造演化、油气田资料为基础,采用地质综合分析方法,探讨了不同类型被动大陆边缘盆地在不同构造演化阶段深水区烃源岩的形成条件:开阔海型被动大陆边缘盆地群裂谷阶段发育大型局限湖盆,区域分布的厚层湖相富生油黑色泥页岩为主力烃源岩;边缘海型被动大陆边缘盆地群裂谷阶段发育受河流—波浪控制的大型三角洲,海陆过渡相富生气炭质泥页岩和煤系为主力烃源岩;被动大陆边缘阶段盆地群发生持续性海侵,在高水位体系域缺氧环境下的富有机质海相泥页岩为盆地重要的烃源岩。