南海天然气水合物资源勘查战略接替区初步分析与预测

二十多年来,南海天然气水合物勘查评价均主要集中在南海北部大陆边缘陆坡深水区,且先后在珠江口盆地神狐、珠江口盆地东部海域调查区和琼东南盆地陵水-松南调查区取得了天然气水合物勘查试采的重大突破及进展,陆续发现了两个大规模的天然气水合物藏,初步评价预测南海天然气水合物资源规模达800亿吨油当量左右,取得了南海天然气水合物勘探的阶段性重大成果.然而,南海天然气水合物资源进一步深化和拓展勘探的有利领域在哪里？尤其是可持续滚动勘探的战略接替区及选区在何处？其与目前陆坡深水油气及水合物勘探紧密相邻的外陆坡-洋陆过渡带（OCT）乃至洋盆区是否具有天然气水合物形成的地质条件？根据海洋地质调查及初步的地质综合分析研究,认为外陆坡-洋陆过渡带乃至洋盆区具备天然气水合物成藏的基本地质条件,可作为南海未来天然气水合物勘查的战略接替区和可持续滚动勘探的战略选区及资源远景区.针对这些影响和决定将来天然气水合物勘探决策部署及走向等关键问题进行初步分析与探讨,抛砖引玉希望能够对未来南海天然气水合物资源勘查评价及战略接替区之选择有所裨益！      

南海北部天然气水合物成藏地质条件及成因模式探讨

中国南海北部陆坡区是天然气水合物成藏的理想场所,资源潜力巨大。文章基于天然气水合物勘探成果,结合南海北部天然气水合物成藏地质背景,从天然气水合物成藏的温压稳定条件、气源形成条件、构造输导条件和沉积储集条件4方面,系统分析了南海北部天然气水合物成藏的基本地质条件,探讨了南海北部陆坡中部神狐海域、南海北部陆坡西部海域和南海北部陆坡东北部海域天然气水合物的成藏类型与成因模式。结果认为,南海北部陆坡中部神狐海域主要发育扩散型水合物,而南海北部陆坡西部海域主要发育渗漏型水合物,南海北部陆坡东北部海域则发育兼具扩散型与渗漏型特征的复合型水合物。     

中国近海天然气水合物找矿前景

天然气水合物是一种新型能源，在海底沉积物和陆上永远冻土带中均有广泛分布。西太平洋是全球三大天然气水合物成矿带之一，在其中已发现许多水合物矿床或矿点。中国近海，包括南海、东海和台湾东部海域，具备良好的天然气水合物成矿条件和找矿前景，并已在这些海域中发现了一系列的找矿标志。南海的西沙海槽、台湾西南陆坡和台西南盆地、笔架南盆地及其东缘增生楔、东沙群岛东南坡、南部陆坡区，东海的冲绳海槽和台湾东北部海域是中国近海最有利的天然气水合物找矿远景区。     

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。     

基于ArcGIS的天然气水合物矿产资源分布估计

建立与天然气水合物相关的成矿综合信息空间数据库,运用ArcGIS空间分析工具处理相关数据,从海量地学信息中甄别与成矿关系密切的致矿信息,以判别矿床的存在;选取勘探程度较深的墨西哥湾北部陆坡作为模型的训练区,运用数量化理论、证据权理论以及多元统计等方法建立水合物资源评价模型,结合ArcGIS图件处理功能实现墨西哥湾北部陆坡天然气水合物区域矿产资源分布估     

特约主编致读者

随着我国经济的快速发展,对能源资源尤其是油气资源的需求正在急剧增加,油气产量已远远不能满足经济发展的需求。因此,解决我国的能源短缺、选择新的替代能源不仅是当务之急,而且是一项长期的国家能源战略任务。正是在这一背景下,天然气水合物作为未来一种清洁高效的能源走进我们的视野。天然气水合物为冰状固体,是在低温、高压条件下,由气体充填于水分子中而形成的三维笼状结构的固态物质。由于在自然界中,形成天然气水合物的气体主要为甲烷,因此 通常称为甲烷天然气水合物,俗称“可燃冰”。天然气水合物主要赋存于具有低温、高压环境的海洋大陆边缘和高纬度冻土带。 我国从1999年正式启动西沙海槽天然气水合物资源调查,经过近20年的调查研究,取得一系列的重大找矿突破。中国地质调查局广州海洋地质调查局分别于2007年、2013年、2015及2016年4次在南海北部陆坡海域实施天然气水合物钻探,均成功钻获天然气水合物,证实了我国南海北部陆坡蕴藏着丰富的天然气水合物资源,标志着我国天然气水合物调查研究水平步入世界先进行列。钻探和调查研究结果证明,南海北部陆缘从西部-中部-东部具有不同的地质构造特点,天然气水合物成藏条件的差异性明显,对其成藏过程、成藏模式及时空分布产生深刻影响。 通过深入分析天然气水合物成藏特征及其成藏主控因素,揭示地球物理和地球化学异常特征,探讨天然气水合物成藏的机制、地质模式、赋存状态及天然气水合物主要灾害地质因素特征,可为我国海洋天然气水合物资源勘探和开发在基础地质研究方面提供重要的理论指导和技术支撑。为此,《地学前缘》决定组织出版一期“南海天然气水合物研究进展”主题的专辑。 本专辑共收录论文11篇。广州海洋地质调查局总工程师杨胜雄等介绍了我国南海北部神狐海域钻探区天然气水合物成藏特征及主控因素,通过随钻成像测井、电阻率频谱及相对饱和度讨论了神狐海域天然气水合物的赋存状态及其开采价值。广州海洋地质调查局副局长张光学等介绍了南海东北部天然气水合物成藏演化地质过程,认为上新世以来的地质事件是天然气水合物形成分解的诱发因素,冰期、 间冰期变化与天然气水合物形成分解有一定耦合关系。天然气水合物形成时代应早于上覆的自生碳酸盐岩,晚于其赋存的母岩沉积层,研究区上部天然气水合物矿层的上段形成于晚更新世,下段形成于中更新中期-晚更新世,下部天然气水合物矿层形成中更新世早期-中更新世中期。刘昌岭研究员等则在实验室内,采用现代分析仪器对南海北部陆坡神狐、珠江口盆地东部海域钻探区天然气水合物及其赋存的沉积物样品进行了系统的分析测试,研究了天然气水合物的微观结构、水合指数、气体组成等基本特征。陈芳教授等研究了珠江口盆地东部陆坡末次冰期天然气水合物冷泉活动的记录与时间。徐华宁教授等研究了珠江口盆地东部海域近海底天然气水合物地震识别及地质成因。郭依群教授等介绍了南海北部神狐海域高饱和度天然气水合物分布特征。梁前勇博士等对南海北部陆坡天然气水合物区海水甲烷含量分布特征及其影响因素进行了探讨。马云博士等介绍了南海北部东沙陆坡主要灾害地质因素特征。梁劲教授等介绍了台西南盆地含天然气水合物沉积层测井响应规律特征及其地质意义。苏丕波博士等分析了神狐海域扩散型天然气水合物在地震剖面上的亮点与暗点显示。王力峰博士等研究了南海东北部陆坡天然气水合物钻探区BSR推导的流体运移速率。 本专辑论文在天然气水合物成矿机理、找矿标志、实验测试及环境评价上取得了一系列新的认识。首次将随钻成像测井引入对天然气水合物赋存状态、成藏序列、成藏模式和主控因素的研究;首次提出天然气水合物矿藏共经历了3次天然气水合物藏发育期和2次天然气水合物藏破坏期;首次查明天然气水合物冷泉甲烷渗漏活动的时间及其发生的可能机制;获得了实验室沉积物对天然气水合物赋存形式及微观分布的影响;建立了“亮点”与“暗点”技术对天然气水合物的地震识别模式。希望本专辑的出版,能为中国天然气水合物基础研究起到一定的推动作用。 感谢所有作者、审稿专家和编辑部人员为本专辑出版所付出的辛勤努力！     

浅表层天然气水合物区的海底地形特征——以鄂霍次克海为例

使用重力取样器、渔网、深潜器等手段已经在海底及以下浅表层区域采获天然气水合物样品。但关于浅表层水合物的发育机制、分布规律及与海底地形的关系等问题还缺乏基本认识。根据2006年鄂霍次克海天然气水合物调查航次的调查数据,介绍了浅表层天然气水合物区的海底地形特征。萨哈林东北陆坡区,特别是中、下陆坡区发育大量海底凸起,这些凸起一般呈不对称的丘形,宽几百米,高几十米。不同于海底沙波、沙脊,海底凸起为孤立海底地形,在南北方向上并不连续。海底凸起和浅表层天然气水合物的发育密切相关。在海底剖面仪测量结果剖面上清楚地显示古陆坡凸起的发育。普遍地,现今海底陆坡凸起的幅度要小于古陆坡凸起的幅度,个别地方古、今陆坡凸起的形态有所变化,但大部分古、今陆坡凸起是一一对应的,基本形态没有根本变化。在萨哈林陆坡地区存在两个方向的挤压应力场,分别是由德鲁根盆地向萨哈林陆坡方向的挤压应力场、萨哈林陆坡沿萨哈林走滑断裂向南的挤压应力场。海底陆坡凸起是这两大应力场复合作用的结果。浊反射区中的游离气是底辟构造中的超高压多相物质向上迁移形成的。浊反射区上方对应的海底凸起应该是宏观构造挤压和局部底辟发育叠合的结果。浊反射区上方的海底凸起,在形态等方面应该和其他仅由挤压构造原因形成的凸起有所区别,比如顶部发育裂口等。在底辟构造中,由于游离气体的向上迁移,在整个水合物稳定域中从下到上,直至海底都可能形成水合物,从而使我们有机会使用重力采样器这样的设备也能采获天然气水合物样品。     

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。     

海底可视技术在天然气水合物勘查中的应用

海底可视技术是一种可以直观地对海底地形地貌、表层沉积物类型、生物群落等进行实时观察的调查手段。本文介绍了海底摄像、电视抓斗、深拖系统和ROV四种海底可视技术，并对海底可视技术在南海北部陆坡天然气水合物勘查中的应用进行阐述。利用海底可视技术，在南海北部陆坡发现了天然气水合物气体“冷泉”喷溢形成的自生碳酸盐岩和活动于天然气水合物冷喷溢口或渗流口周围的菌席、双壳类、管状蠕虫等化能自养生物群，圈定出该陆坡由天然气水合物气体“冷泉”喷溢形成的巨型碳酸盐岩面积达430km^2。     

天然气水合物调查：2006年钻探获取实物样品

2005年10月13日，中国地质调查局在广州组织召开了我国海域天然气水合物资源调查与评价专项技术专家组第二次会议。记者从本次会议获悉，广州海洋地质调查局已经在南海北部陆坡圈定出天然气水合物分布范围，并在此基础上圈定出钻探目标区，将于2006年实施钻探工作，以实现天然气水合物资源调查的实质突破。     

南海北部神狐海域新近系以来沉积相及水合物成藏模式

广州海洋地质调查局自2000年以来在南海北部陆坡区相继开展了多个航次的天然气水合物资源的调查及研究工作, 取得了非常丰富的地震资料.在对这些地震资料精细解释的基础上, 识别出了6种典型的地震相: 透镜状前积相、丘状前积相、V字型充填相、席状平行相、底辟—气烟囱状杂乱相、丘状杂乱相; 并由此分析出3种类型的沉积相: 深水浊积相、滑塌相、峡谷水道相.结合似海底反射(BSR) 在研究区范围内的分布, 研究BSR与各沉积相之间的空间位置关系, 由此分析出了3种水合物成藏模式: 断层沟通浊积扇体成藏模式、断层沟通峡谷水道成藏模式、断层沟通峡谷水道及滑塌扇体成藏模式.      

南海神狐海域地震——沉积相分析与沉积环境演化

应用高分辨率层序地层学方法在南海北部陆坡神狐海域天然气水合物的有利聚集区二级层序划分基础上共可划分出7 个三级层序,且在三级层序格架控制下,神狐海域可识别出席状、楔状、透镜状、丘状、充填状等5 个地震相和16 个地震亚相,沉积相发育以浊流和泥流为主。神狐海域沉积环境演化的总体特征以海平面下降为主,从层序C 到A 发育半深海--深海相到浅海相的地层,从上陆坡到下陆坡主要发育半深海--深海相地层。     

我国东海及邻近海域气体水合物可能的分布范围

由气体水合物稳定存在的温度-压力条件,根据我国东海及其邻近海域的海底温度、地壳热流和地温梯度的分布,指出了该海区气体水合物可能的分布范围。主要在东海陆坡即冲绳海槽的西坡、冲绳海槽的东坡、和琉球海沟的西坡、琉球海沟和菲律宾海盆。分析指出,目前并不能肯定东海陆架区不存在气体水合物稳定存在的区域。由于冲绳海槽的热流值较高,特别是冲绳海槽的中部轴区,那里有较高的地温梯度,因而,海槽两坡的气体水合物主要分布在南部冲绳海槽.     

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。     

Coexistence of natural gas hydrate,free gas and water in the gas hydrate system in the Shenhu Area,South China Sea

Shenhu Area is located in the Baiyun Sag of Pearl River Mouth Basin, which is on the northern continental slope of the South China Sea. Gas hydrates in this area have been intensively investigated, achieving a wide coverage of the three-dimensional seismic survey, a large number of boreholes, and detailed data of the seismic survey, logging, and core analysis. In the beginning of 2020, China has successfully conducted the second offshore production test of gas hydrates in this area. In this paper, studies were made on the structure of the hydrate system for the production test, based on detailed logging data and core analysis of this area. As to the results of nuclear magnetic resonance (NMR) logging and sonic logging of Well GMGS6-SH02 drilled during the GMGS6 Expedition, the hydrate system on which the production well located can be divided into three layers: (1) 207.8–253.4 mbsf, 45.6 m thick, gas hydrate layer, with gas hydrate saturation of 0–54.5% (31% av.); (2) 253.4–278 mbsf, 24.6 m thick, mixing layer consisting of gas hydrates, free gas, and water, with gas hydrate saturation of 0–22% (10% av.) and free gas saturation of 0–32% (13% av.); (3) 278–297 mbsf, 19 m thick, with free gas saturation of less than 7%. Moreover, the pore water freshening identified in the sediment cores, taken from the depth below the theoretically calculated base of methane hydrate stability zone, indicates the occurrence of gas hydrate. All these data reveal that gas hydrates, free gas, and water coexist in the mixing layer from different aspects.     

A distinct element simulation including surface tension – towards the modeling of gas hydrate behavior

Gas hydrate bearing sediments are an integral part of the world’s continental margins. Several tsunamigenetic continental slope failure events have been triggered by gas hydrates, but their mechanical behavior is poorly understood. In this work, we propose a method to simulate a surface tensed medium such as gas hydrate in soil, using distinct element method (DEM). For implementation in sediment pore size, we scaled up attractive particle interactions governing surface tension on molecular level. Several virtual experiments are used to benchmark the proposed method. A simulation of gas hydrate growth in sediment with differing grain sizes demonstrates the potential of the new approach.     

青海省天峻县木里地区天然气水合物地震响应特征

天然气水合物是一种新型的潜在能源,广泛分布于大陆边缘海底沉积物和陆上永久冻土带中。2008年,在祁连山冻土区首次钻获天然气水合物实物样品。2010年,在木里地区开展了反射地震方法探测天然气水合物的试验研究,通过综合分析解释反射地震资料和地质资料,初步认为含天然气水合物介质形成的反射波在地震剖面上具有低速、弱振幅、高频的特征。在成藏机制上,天然气水合物的分布与深部断裂破碎带有关,天然气沿深部断裂构造向上运移,并受冻土层的封闭而富集,在合适的温压条件下形成天然气水合物矿藏。     

南海北部神狐海域峡谷层序结构差异与控制因素

南海北部陆坡神狐海域峡谷作为我国水合物首次试采区,其沉积层序特征控制和影响着富含水合物沉积体的展布。海域峡谷区沉积作用复杂,影响因素较多,对比难度较大一直是全球深海沉积研究的难题之一。研究采用井震综合分析的方法识别出层序界面,并结合峡谷侵蚀—充填过程,刻画出不同级次的层序界面在空间上的展布。研究划分出6个四级层序,但是各层序内部同相轴发育特征不同：层序Ⅲ和层序Ⅳ的底界可见明显的下切谷和峡谷定向迁移现象,层序Ⅴ和层序Ⅵ层序可见明显的同相轴错断现象。依据层序结构样式存在的差异,将研究区层序类型分成物源驱动型层序和沉降驱动型层序。然后统计层序Ⅰ—Ⅳ内部的沉积参数,根据陆坡滨岸线的演化过程将物源驱动型层序和沉降驱动型层序进行体系域划分。最后将两种类型的层序进行解剖并提出对应的演化模式：物源驱动型层序可以再划分成3个体系域,即低位域、海侵域和高位域,整体物源供给较充足,沟谷侵蚀现象明显,陆坡滨岸线多呈上超结构;沉降驱动型层序划分成4个体系域,即低位域、海侵域、高位域和海退域,其中海退体系域为最大海泛面和峡谷侵蚀面间的规则前积体,层序发育过程伴随断裂沉降,陆坡滨岸线多呈S型结构。     

Diapir structure and its constraint on gas hydrate accumulation in the Makran accretionary prism,offshore Pakistan

The Makran accretionary prism is located at the junction of the Eurasian Plate, Arabian Plate and Indian Plate and is rich in natural gas hydrate (NGH) resources. It consists of a narrow continental shelf, a broad continental slope, and a deformation front. The continental slope can be further divided into the upper slope, middle slope, and lower slope. There are three types of diapir structure in the accretionary prism, namely mud diapir, mud volcano, and gas chimney. (1) The mud diapirs can be grouped into two types, namely the ones with low arching amplitude and weak-medium activity energy and the ones with high arching amplitude and medium-strong activity energy. The mud diapirs increase from offshore areas towards onshore areas in general, while the ones favorable for the formation of NGH are mainly distributed on the middle slope in the central and western parts of the accretionary prism. (2) The mud volcanoes are mainly concentrated along the anticline ridges in the southern part of the lower slope and the deformation front. (3) The gas chimneys can be grouped into three types, which are located in piggyback basins, active anticline ridges, and inactive anticline ridges, respectively. They are mainly distributed on the middle slope in the central and western parts of the accretionary prism and most of them are accompanied with thrust faults. The gas chimneys located at different tectonic locations started to be active at different time and pierced different horizons. The mud diapirs, mud volcanoes, and gas chimneys and thrust faults serve as the main pathways of gas migration, and thus are the important factors that control the formation, accumulation, and distribution of NGH in the Makran accretionary prism. Mud diapir/gas chimney type hydrate develop in the middle slope, mud volcano type hydrate develop in the southern lower slope and the deformation front, and stepped accretionary prism type hydrate develop on the central and northern lower slope. The middle slope, lower slope and deformation front in the central and western parts of the Makran accretionary prism jointly constitute the NGH prospect area.