IODP 311航次底栖有孔虫碳稳定同位素对天然气水合物地质系统的指示

为了探索海洋天然气水合物背景下有孔虫特征的响应,对综合大洋钻探计划(IODP) 311航次岩芯沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Bulimina mexicana进行了初步研究。通过对冷泉站位U1328和毗邻的非冷泉站位U1327沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Bulimina mexicana的显微形貌特征和碳、氧稳定同位素测试等,证实有孔虫壳体未受到后期成岩作用的改造和自生碳酸盐岩的交代影响,有孔虫壳体的碳稳定同位素呈现明显的负偏。其中U1327站位中U.peregrina δ¹³C为-0.67‰～-2.75‰（PDB）,B.mexicana δ¹³C为-0.51‰～-1.52‰（PDB）;U1328站位中U.peregrina δ¹³C为 -0.72‰～-2.71‰（PDB）,B.mexicanaδ¹³C为 -0.58‰～-1.45‰（PDB）。底栖有孔虫壳体的碳稳定同位素负偏成因可能与水合物不稳定分解释放的甲烷厌氧氧化作用和食物源有关,因而可较好地指示海底天然气水合物系统地质背景。     

IODP 311航次底栖有孔虫碳稳定同位素对天然气水合物地质系统的指示

为了探索海洋天然气水合物背景下有孔虫特征的响应,对综合大洋钻探计划(IODP)311航次岩芯沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Bulimina mexicana进行了初步研究。通过对冷泉站位U1328和毗邻的非冷泉站位U1327沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Buliminamexicana的显微形貌特征和碳、氧稳定同位素测试等,证实有孔虫壳体未受到后期成岩作用的改造和自生碳酸盐岩的交代影响,有孔虫壳体的碳稳定同位素呈现明显的负偏。其中U1327站位中U.peregrinaδ13C为-0.67‰~-2.75‰(PDB),B.mexicanaδ13C为-0.51‰~-1.52‰(PDB);U1328站位中U.peregrinaδ13C为-0.72‰~-2.71‰(PDB),B.mexicanaδ13C为-0.58‰~-1.45‰(PDB)。底栖有孔虫壳体的碳稳定同位素负偏成因可能与水合物不稳定分解释放的甲烷厌氧氧化作用和食物源有关,因而可较好地指示海底天然气水合物系统地质背景。     

综合大洋钻探计划311航次沉积物中自生黄铁矿及其硫稳定同位素研究

对综合大洋钻探计划(IODP)311航次652个岩心沉积物样品进行了自生黄铁矿颗粒筛选、显微形貌特征及其硫稳定同位素组成等初步研究。扫描电镜(SEM)照片显示黄铁矿以微球粒状和立方体状形貌产出,其成因与微生物作用和无机作用有关。黄铁矿的δ34SCDT值变化范围较大,从-35.4‰到+53.6‰,其成因与甲烷厌氧氧化作用(AOM)的关系密切。海水源为主的硫酸盐参与了沉积物上部的AOM过程,黄铁矿硫稳定同位素正偏的原因可能与较强的AOM作用和较多的残余硫酸盐参与有关。冷泉背景站位中黄铁矿的δ34SCDT值随着深度增加而增加,从浅表层的-35.83‰增加到深处的32.49‰,反映深处沉积物内黄铁矿形成过程中曾有过较多的残余硫酸盐参与还原,暗示其背景曾经是更高的甲烷通量和更强的AOM作用。研究结果提供了现代海洋天然气水合物背景下沉积物中自生黄铁矿及其硫稳定同位素特征记录,对于寻找我国海域天然气水合物资源,探索地史时期古海洋沉积物中甲烷事件记录具有重要的意义。     

综合大洋钻探计划311航次沉积物中自生碳酸盐岩碳、氧稳定同位素特征

为了探索水合物背景下沉积物中自生矿物响应,对采自综合大洋钻探计划（IODP）311航次沉积物中自生碳酸盐岩颗粒进行了矿物组成、形貌特征和碳、氧稳定同位素特征等研究。X光粉晶衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）结果显示碳酸盐岩颗粒的主要矿物成分是铁白云石和方解石,呈多孔状结核和不规则状集合体产出。碳酸盐岩颗粒的碳稳定同位素δ¹³C_PDB低至-41.50‰,证实其碳源源自甲烷,其成因与甲烷厌氧氧化过程有关,印证了研究区存在海底甲烷渗漏现象,是甲烷水合物赋存区重要的识别标志之一。碳酸盐岩颗粒的氧稳定同位素δ¹⁸O_PDB总体上随着沉积物深度增加而减小,可能指示沉积物的背景温度由下而上（从早到晚）逐渐降低。研究结果提供了现代海洋天然气水合物背景下沉积物中自生碳酸盐岩的碳、氧稳定同位素记录,对于寻找我国海域天然气水合物资源,探索地史时期古海洋沉积物中类似的甲烷事件记录具有重要的理论和实践指导意义。     

东太平洋水合物海岭BSR以上沉积物粒度变化与气体水合物分布

文中对国际大洋钻探204航次在太平洋水合物海岭8 个站位BSR深度以上气体水合物稳定带的沉积物进行了粒度分析和对比研究。结果表明,该稳定带内沉积物总体粒径变化特征为:粉砂质量分数在60%~75%之间,为气体水合物稳定带内沉积组分的主体组分。粘土质量分数一般小于35%,砂质量分数小于5%。该结果获得的粒径变化范围,与204 航次中沉积学研究所确定的粘土质粉砂、粉砂质粘土夹含砂质粉砂、含砂质粘土岩性特征一致。各站位沉积粒径变化和代表气体水合物存在的岩心红外照相IR异常低温记录之间的初步对比说明,气体水合物主要富集在沉积组分较粗,相当于粉砂或者砂级质量分数较高的粒度层。统计学的相关性研究结果定量地揭示了各个站位沉积物粒径变粗与气体水合物的存在有不同的相关关系。归纳起来发现,不同构造部位沉积物中气体水合物赋存层段的粒径范围不同。坡后盆地由于当地总体沉积物颗粒细,气体水合物赋存在极细粉砂粒级(8~26μm)的沉积物中。水合物海岭南峰顶部附近站位气体水合物主要赋存在粗粉砂和细砂(50~148μm)之间。     

甲烷水合物在人工毛细管沉积物柱中的形成和分解

天然气水合物在海底的形成与沉积物性质密切相关,沉积物的粒度、孔隙度、矿物组成等都可以影响到水合物的成核生长。通过拉曼测试和显微镜下观察人工毛细管模拟沉积物中CH4水合物的形成和分解过程,实验发现无论是在气液界面还是在溶有过饱和CH4的流体内,水合物都能够成核形成,但水合物更容易在气液和固液界面成核,并迅速生长;水合物在较大粒径石英砂(39~53μm)形成的孔隙内的成核机会比在粘土粒级的砂粒孔隙中的机会更大;水合物晶体主要呈发丝状附着于沉积物颗粒表面。     

天然气水合物沉积物力学性质的试验研究

利用研制的天然气水合物沉积物合成及力学性质一体化试验设备,以粉细砂土作为土骨架,分别对冰沉积物以及对四氢呋喃(THF)、二氧化碳(CO2)和甲烷3种水合物沉积物进行了室内合成和三轴剪切试验,分析和比较了这4种沉积物样品的应力-应变和强度特性,初步探究了冰和不同气体在水合物沉积物强度中所起的作用。试验结果表明：4种沉积物均表现为塑性破坏;围压越大,水合物沉积物强度越高;在水合物含量相同条件下,不同气体水合物会使水合物沉积物的强度不同。     

泥河湾盆地沉积物磁化率及粒度参数对沉积环境的响应

在野外工作的基础上,选取泥河湾盆地郝家台、小长梁和东谷索三个典型剖面,采集１５７４块样品,进行产化率的测定和颗粒分析的结果表明,湖相沉积物的磁化率值和粒度参数在一定程度上反映了沉积环境的变化。磁化率值的高峰和细粒物质含量的低值代表相对较为寒冷干燥的气候或盆地的相对抬升,反之亦然。另外,０．２～７．５μｍ的细粒悬垢百分含量与深海氧同位素曲线也显示出一定的可对比性,这为陆相湖泊沉积高叔年龄的确定和研究     

高压环境下流体非饱和渗流对含水合物沉积物的影响

沉积物与流体流动的性质是影响水合物形成和聚集的两个重要因素,为研究水合物在沉积地层中的赋存机制必须探明高压环境下含水合物沉积物在非饱和渗流条件下的相互影响关系。以逸度差为水合物反应驱动力,反应动力学常数为Arrhenius类型,建立了包括非饱和流体流动-沉积物特征-水合物形成动力学耦合的二维模型,从理论上研究了多孔介质内流体与沉积物参数如含水率、去饱和系数、水力分布和水合物饱和度等在孔隙内的相互影响规律。结果表明,在设定的条件下,随着反应的进行孔隙水压力随时间逐渐大,在相同条件下水合物饱和度与温度增加导致孔隙水压力变大,其中水合物饱和度的影响较小,而沉积物基质吸力、去饱和系数与本征动力学常数则与孔隙水压力成反向变化,其中本征动力学常数的影响较大。     

含天然气水合物沉积物分解过程的有限元模拟

温度和压力的变化会引起含天然气水合物沉积物的分解,其过程伴随着相态转换、孔隙水压力和气压力耗散、热传导、骨架变形等过程的相互耦合作用。基于多孔介质理论建立了描述含天然气水合物沉积物分解过程的数学模型,考虑了水合物分解产生的水、气流动、水合物相变和分解动力学过程、热传导、骨架变形等过程的耦合作用。基于有限元法,建立了模拟水合物分解过程的数值模型,并编制了计算机分析程序。通过对降压法和升温法开采过程的数值模拟,揭示了在水合物分解过程中沉积物储层的变形、压力、温度等因素的变化规律。结果表明：降压法和升温法都会导致储层变形以及产生超孔隙压力,但两种方法作用效果不同;同时,水合物分解过程包含渗流及热传导作用。     

海底天然气水合物分解与甲烷归宿研究进展

综述了近年来天然气水合物分解与甲烷归宿等方面的研究成果。天然气水合物的汇聚与地质构造或地层圈闭有关,其溶解受物质转换控制,分解则受热转换控制。水合物释放甲烷的运移方式包括分散式、中心式和大规模排放式。缺氧氧化和耗氧氧化是甲烷在海洋环境中的2种主要转化方式。天然气水合物释放甲烷的最终归宿主要为：①重新形成天然气水合物;②形成化能自养生物群落和沉淀出碳酸盐沉积;③与氧发生氧化后转变为CO2;④直接排放进入到大气中。沉积物中的微构造、化能自养生物群落、自生碳酸盐矿物及其碳氧同位素组成是水合物释放事件的指纹记录。     

加拿大马更些冻土区天然气水合物试生产进展与展望

马更些（Mackenzie）冻土区位于加拿大西北地区,是世界上最著名的天然气水合物产地之一,也是加拿大最重要的含油气盆地之一。在Mallik地区已相继钻探了L 38、2L 38、3L 38、4L 38和5L 38共5个钻孔,并进行了地质、地球物理、地球化学、微生物学和试生产等方面的多学科多方法研究,是目前全球天然气水合物研究程度最高、资料最丰富的地区。“Mallik 2002”项目开展了天然气水合物的短期试生产,共对6个水合物层位进行了降压法试生产并在其中的4个层位取得了成功,同时利用注入约80℃的热流体进行了5天多的加热法试生产,共生产出468 m3的天然气。“Mallik 2002”项目的成功实施是天然气水合物开发利用史上的里程碑,为将来的长期试生产和最终开发利用奠定了基础。随着开发利用研究的不断深入,天然气水合物这一规模巨大的潜在能源有可能在不久的将来为人类社会所用。     

崇明东滩表层沉积物的粒度空间分布特征

经对崇明东滩45个现代表层沉积物样品粒度分析表明：潮滩沉积物绝大部分以淤泥质粉砂为主，平均粒径16．1—46．5μm。沉积物粒度组成具有明显的空间分布特点：高—中—低潮滩依次出现细粉砂、中粉砂和粗粉砂；从潮滩北部至南部，沉积物粒度由细变粗。上述特征与水动力条件基本对应，同时也受到植被分布状况的制约。     

海域孔隙型储层天然气水合物赋存模式定量化表征：声波和电阻率测井的约束

海域孔隙型天然气水合物储层中,水合物主要以颗粒胶结、包裹胶结、骨架支撑、孔隙悬浮4种赋存模式充填沉积物孔隙,水合物饱和度与赋存模式的不同导致了储层弹性和电性的差异,利用声波和电阻率测井资料联合处理可以进行水合物赋存模式的定量表征。首先利用Simandoux公式计算水合物饱和度,然后通过有效介质模型构建的岩石物理模板识别水合物赋存模式,最后计算储层中不同赋存模式水合物的相对占比。以全球范围内三个典型区域(中国南海神狐海域、北美Blake海台、新西兰Hikurangi边缘)为例,利用水合物储层的实际钻探资料,对水合物赋存模式进行定量分析：(1)中国南海神狐海域SH2站位储层中,水合物主要以骨架支撑模式产出,约占水合物总量的64%;(2)Blake海台994C站位储层中,水合物主要为颗粒胶结和包裹胶结模式,分别占总量的27%和51%;(3)Hikurangi边缘U1518B站位的水合物储层中,水合物主要为包裹胶结和骨架支撑模式,分别占总量的32%和47%。前人针对水合物形成和赋存模式的实验研究显示,水合物更易以颗粒胶结、包裹胶结和骨架支撑模式赋存,从侧面验证了上述分析结果的可靠性。本研究使用...     

Bottom Simulating Reflector and Gas Seepage in Okinawa Trough： Evidence of Gas Hydrate in an Active Back-Arc Basin

To look for gas hydrate, 22 multi-channel and 3 single-channel seismic lines on the East China Sea (ECS) shelf slope and at the bottom of the Okinawa Trough were examined. It was found that there was indeed bottom simulating reflector (BSR) occurrence, but it is very rare. Besides several BSRs, a gas seepage was also found. As shown by the data, both the BSR and gas seepage are all related with local geological structures, such as mud diapir, anticline, and fault-controlled graben-like structure. However, similar structural "anomalies" are quite common in the tectonically very active Okinawa Trough region, but very few of them have developed BSR or gas seepage. The article points out that the main reason is probably the low concentration of organic carbon of the sediment in this area. It was speculated that the rare occurrence of gas hydrates in this region is governed by structure-controlled fluid flow. Numerous faults and fractures form a network of high-permeability channels in the sediment and highly fractured igneous basement to allow fluid circulation and ventilation. Fluid flow in this tectonic environment is driven primarily by thermal buoyancy and takes place on a wide range of spatial scales. The fluid flow may play two roles to facilitate hydrate formation:to help gather enough methane into a small area and to modulate the thermal regime.     

Influence of Gas Hydrate on the Acoustic Properties of Sediment: A Comprehensive Review with a Focus on Experimental Measurements

In recent years, natural gas hydrate has attracted increasing attention worldwide as a potential alternative energy source due to its attributes of wide distribution, large reserves, and low carbon. Since the acoustic characteristics of hydrate-bearing reservoirs clearly differ from those of adjacent formations, an acoustic approach, using seismic and acoustic logging, is one of the most direct, effective and widely used methods among the identification and characterization techniques for hydrate reservoir exploration. This review of research on the influence of hydrate (content and distribution) on the acoustic properties (velocity and attenuation) of sediments in the past two decades includes experimental studies based on different hydrate formation methods and measurements, as well as rock physics models. The main problems in current research are also pointed out and future prospects discussed.     

Origin of the Gas Hydrate and Free Gas in the Qilian Permafrost,Northwest China: Evidence from Molecular Composition and Carbon Isotopes

The Qilian permafrost of the South Qilian Basin (SQB) has become a research focus since gas hydrates were discovered in 2009.Although many works from different perspectives have been conducted in this area,the origin of gas from gas hydrate is still controversial.Molecular composition and carbon isotope of 190 samples related to gas hydrates collected from 11 boreholes allowed exploration of genetic type,thermal maturity, biodegradation,as well as gas-source correlation of alkane gases from gas hydrates and free gases.Results indicate that alkane gases biodegraded after the formation of natural gas.According to differences in carbon isotopes of methane and their congeners (CH4,C2H6,C3H8),the thermal maturity (vitrinite reflectance,VRo) of most alkane gases ranges from 0.6% to 1.5%,indicating a mature to high mature stage.The thermal maturity VRo of a small part of alkane gas (in boreholes DK5 and DK6) is higher than 1.3%,indicating a high mature stage.Alkane gases were mainly produced by secondary cracking,consisting of crude oil-cracking gases and wet gases cracking to dry gases.Genetic types of alkane gases are primarily oil-type gases generated from shales and mudstones in the upper Yaojie Formation of Jurassic,with less coal-type gases originated from the mudstones in the Triassic Galedesi Formation and the lower Yaojie Formation of Jurassic.Carbon dioxides associated with alkanes from gas hydrates and free gases indicate the thermal decomposition and biodegradation of organic matter.The origins of natural gases from gas hydrates and free gases shed light on the evaluation of petroleum resource potential,deeply buried sediments,and petroleum resource exploration in the SQB.