天然气水合物系统特征及其对我国水合物勘查的启示

油气资源在能源结构中具有举足轻重的作用,其成因机制及勘探思路已发展出了完善的系统理论——含油气系统理论,而天然气水合物作为潜在替代清洁能源,其勘探理论尚处于探索阶段。借鉴含油气系统理论,注重与常规油气成藏的差异性分析,在系统分析全球已发现天然气水合物主要研究区的天然气水合物特征基础上,从气体来源、气体运移通道、有利储层等方面对天然气水合物成藏机理进行了系统梳理,以探究天然气水合物系统特征。提出天然气水合物系统应包括气源、储层和天然气水合物稳定带3个基本要素以及气体生成-运移过程和天然气水合物形成过程2个基本作用;冻土带内气体来源以热解气为主,海洋环境中则以生物气或热解气和生物气的混合气为主;气体运移通道主要为流体底辟、气烟囱、大尺度断层、裂缝、滑塌构造及高渗透性地层等;天然气水合物储层在冻土带以砂岩为主,在海域则以黏土质粉沙及粉沙质黏土为主;综合全球各区域天然气水合物成藏特征,提出了9种类型天然气水合物系统,同时以我国神狐海域天然气水合物系统为例总结出了天然气水合物系统成藏事件表。     

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！     

青海木里三露天井田煤系天然气水合物成藏模式与勘查开发建议

天然气水合物因其能量密度巨大、使用方便、燃烧值高、清洁无污染等特点,被誉为21世纪最有希望的战略资源,是常规油气资源的潜力巨大的一种替代能源.青海木里地区三露天井田天然气水合物的发育是该区含煤岩系的充足气源和高寒山区适宜的水合物稳定带耦合作用的结果.将赋存在煤系中的天然气水合物定义为煤系天然气水合物,并将其纳入煤系非常...     

21世纪能源与环境的前沿问题——天然气水合物

天然气水合物资源极为丰富。据国外专家估算，水合物中的天然气总资源超过了包括煤炭、石油与常规天然气在内的所有已知可燃矿产的储量。天然气水合物层是油气聚集的极好盖层，可以作为勘探油气藏的标志。天然气水合物还是影响全球气候变化的重要温室气体之一的甲烷的重要源和汇。因此，进行天然气水合物研究对开拓２１世纪能源、完善油气成藏理论、解决天然气工业生产和输送过程的管进堵塞问题，以及探讨其与全球气候变化的关系问题均有重大意义。目前应开展的研究内容与重点课题包括：天然气水合物的成因机制与油气成藏演化规律；分布规律及有利蕴藏地区；物化特性及其生成与消除的方法；天然气水合物与全球气候变化的关系等。     

我国海域发现天然气水合物

我国地质工作者在中国南海西沙海槽区开展的天然气水合物前期调查中,发现了多处存在天然气水合物的可靠证据.这是在我国海域首次发现和证实天然气水合物这一新的矿产资源的存在.天然气水合物是20世纪发现的一种新的矿产资源,产出的天然气能够满足能源、经济、环境和效率的需要,被称为21世纪具有商业开发前景的战略资源,是新世纪的理想替代能源.我国的石油资源战略后备严重不足,这一资源的发现将对我国国民经济的可持续发展提供很重要的能源基础.目前,中国地质调查局已将这一资源的调查列入国土资源大调查项目之一.     

未来能源的选择

对人类目前面临的能源现状进行了客观分析,提出人类在经历了生物质（以木材为主）、煤和石油三代能源之后,天然气将是人类第四代能源的最佳候选对象。在天然气资源中,除常规天然气以外,非常规天然气将会在人类未来的能源构成中扮演越来越重要的角色,其中非生物成因天然气、深成油气、天然气水合物及煤层甲烷将是未来能源勘探和开发的重要研究领域和发展方向。基于对未来能源的选择和对中国能源现状的分析,提出了我国未来能源发展的若干建议,即：近期开展西北油气地质基础理论研究;中期开展天然气,特别是非生物成因天然气研究;远期开展月球³ He同位素资源（核聚变原料）开发技术预研究。     

青海省木里煤田天然气水合物资源量估算

天然气水合物是一种新型的清洁能源矿产资源,据估算其资源量是全球煤炭、石油、天然气资源总量的两倍。青藏高原北部祁连山木里煤田天然气水合物的发现,是我国天然气水合物研究的重大突破。基于煤炭地质勘查工作及其相关研究成果,采用煤炭总量理论产气量法、天然气水合物体积法、天然气水合物稳定带体积法等三种方法,首次估算了木里煤田天然气水合物的潜在资源量,这对于评价该区天然气水合物资源前景具有重要意义。     

南海北部深水盆地油气渗漏系统及天然气水合物成藏机制研究

深水盆地往往为天然气水合物和深水油气的共存区域。天然气水合物既是一种重要的油气资源,又是深水油气开发中引起地质灾害的重要因素。如果能实现深水油气和天然气水合物联合开发,将具有重要的经济价值;然而,目前尚不知两者的共存规律。根据南海北部白云凹陷高分辨率地震资料的综合解释成果,识别出大量的深部油气渗漏现象,包括有利于流体运移的气烟囱构造、深水水道砂体、海底滑坡、多边形断层等渗漏构造,提出了该区天然气水合物可能的成藏模式,指出了天然气水合物富集模式及其与游离气和深水油气渗漏的共存规律。     

天然气水合物,新世纪一种重要的接替资源

分析了我国油气资源的现状，要实现经济可持速发展，急需开发新的接替资源。天然气水合物在世界范围内有广泛分布，是新世纪接替油气的一种重要资源。     

日本天然气水合物研发进展与技术方向

日本是能源资源紧缺型国家,能源高度依赖进口.天然气水合物作为一种新型能源,促进其商业化开发已成为日本能源战略的重要部分.20世纪90年代以来,日本通过开展三轮国家级天然气水合物研发计划,实施了两轮海域天然气水合物试采,基本完成了周边海域资源调查评价,形成了一套基于降压法的试采技术体系和环境监测体系.为推动天然气水合物商...     

天然气水合物开发的现状和商业化的技术关键

天然气水合物作为一种新型替代能源，其勘探开发越来越受到世界各国的重视。介绍了各国勘探开发天然气水合物的现状，分析了将其商业化的难度，提出了我国天然气水合物勘探开发钻探计划的思路，建议我国应藉修建青藏铁路之机，勘探开发沿线永冻层中蕴藏的天然气水合物资源。     

西藏鸭湖地区天然气水合物调查井钻探施工技术

西藏羌塘盆地是公认的天然气水合物有利找矿区,钻探取心是鉴别天然气水合物最直接、最准确的手段。为满足天然气水合物钻探需求,制定了大直径取心、低温泥浆护心的技术方案。试制了跟管取心钻具和大直径绳索取心钻具;逐步完善低温泥浆配方;研制出新型高效泥浆冷却装置。在鸭湖地区天然气水合物调查井施工中,克服地层复杂、环境恶劣等难题,完成钻探取样施工,终孔深度700.70 m,岩心采取率满足地质要求。查明了地层岩性、冻土厚度、气源、岩石物性特征等,不仅为天然气水合物资源评价也为其他油气资源调查提供了地质资料、技术支撑和人才储备。     

斯维尔德鲁普盆地天然气水合物成藏条件及分布预测

斯维尔德鲁普盆地是北极地区最重要的含油气盆地之一,研究者普遍认为这一地区可能具有良好的水合物资源潜力,已有的钻井勘探成果也显示了大量天然气水合物存在的迹象;目前国内对北极地区油气的研究尚处于起步阶段,对斯维尔德鲁普盆地也缺乏系统的认识。结合测井资料解释及国内外理论研究成果,介绍了斯维尔德鲁普盆地的油气地质背景,综合分析了盆内水合物成藏的气源条件、温压条件、构造条件和沉积条件,对水合物的分布范围做出了预测并初步估算了盆内水合物所含天然气的资源量。结果表明,斯维尔德鲁普盆地较好地满足了天然气水合物的成藏条件,盆内主要有3个水合物勘探远景区,资源潜力巨大。这一结论对未来在北极地区进行的油气勘探具有重要的参考价值。     

非常规油气储层特征分类研究

近年来,常规油气勘探难度越来越大,产量不断下降,但世界油气需求量持续增长,而非常规油气具有较大的资源潜力,因此非常规油气资源日益引起全世界的高度重视,油气勘探开发从常规向非常规跨越是现如今石油工业发展的趋势。本文对储层孔隙度、渗透率、源储特征、沉积相、相态、地震响应及测井响应进行分类研究。发现中国主要非常规油气资源主要为页岩油、煤层气、页岩气、致密气、致密油和天然气水合物等,在孔隙度,渗透率,沉积相以及测井响应等方面都有区别。在我国石油、天然气短缺将长期存在情况下,开发丰富的非常规油气资源对缓解我国日益严峻的能源压力,保证能源安全方面具有重要的意义。     

中国海域的天然气水合物资源

天然气水合物是甲烷等天然气在高压、低温条件下形成的冰状固体物质。据估算,全球天然气水合物中碳的含量等于石油、煤等化石能源中碳含量的2倍。在人类面临化石能源即将枯竭的时候,各国科学家和政府都把目光投向这一未来能替代化石能源的新能源。新生代构造演化历史、沉积条件、沉积环境等显示,南海具有生成和蕴藏巨大天然气水合物资源的条件;南海海域的地震反射剖面多处显示存在BSR反射波;2007年已钻探见到水合物样品。东海冲绳海槽在第四纪的沉积速率高(10~40cm/ka),槽坡存在泥底辟构造和断裂活动,从上新世以来发生过两次构造运动,这些对天然气水合物的形成是十分有利的;因此,中国海域的天然水合物资源是十分丰富的,在不远的将来它可能成为新的替代能源。     

百字短讯

<正> 方针与方向未来100年世界能源供应充足世界能源委员会(WEC)报道,全球矿物燃料资源,包括常规石油、非常规石油、天然气、天然气水合物、煤炭,总计为267900亿吨油当量(天然气水合物187000亿吨油当量)。至1990年已采出常规石油、天然气和煤炭共计2560亿吨油当量;除天然气水合物以外的其它可采资源量合计尚达43150亿吨油当量。另外,核燃料尚可提供155400亿吨油当量的能源资源。     

世界能源转型背景下的地质调查工作建议

为应对全球气候变化,以新能源替代化石燃料和核燃料为特征的世界能源转型正快速推进,绿色、低碳、环保成为时代发展的代名词。在这场能源变革中,世界各国由于资源禀赋、能源消费结构、政策法律等方面的差异,应对能源转型的方式、做法也各不相同。英国以页岩气、地热等地下能源资源的利用及其相关基础设施建设和技术开发为重点;美国继续推进页岩气革命,加强天然气水合物预研究,同时强化传统化石能源利用的基础研究;欧盟则主要从整合区内市场、建立能源联盟的角度,增强自身能源安全保障。各国地调机构作为技术支撑力量,多聚焦于非常规能源资源的潜力评价、开发技术研究、关键技术装备研发、水力压裂的环境影响等,支撑服务于各国能源转型。鉴于中国的资源国情,提出以页岩气、天然气水合物、地热资源调查为重点,建世界顶级研发中心,推动非常规油气科技攻关,做好非常规油气开发前期技术储备,同时加强天然气定价机制研究,推动上海建立国际LNG交易中心等建议。     

西藏羌塘盆地天然气水合物地球物理特征识别与预测

天然气水合物是21世纪的新能源，对它的研究受到世界上许多国家的高度重视。青藏高原北部的羌塘盆地分布着一套我国唯一的海相侏罗系，油气资源潜力巨大，具有丰富的天然气来源和圈闭构造及永久冻土层。在详细论述天然气水合物形成条件、羌塘盆地构造及永久冻土特征的基础上，重点讨论了羌塘盆地天然气水合物地球物理特征的识别与预测。得出羌塘盆地地质条件较好，是寻找永久冻土带天然气水合物的有利地区的结论。并指出应尽快全方位的开展羌塘盆地及青藏高原其他地区天然气水合物的研究。     

中国地质调查局海洋地质调查计划成果丰硕天然气水合物试采成功举世瞩目

<正>中国地质调查局紧密围绕"海洋强国"战略,面向国家能源资源保障、生态文明建设、国土资源管理等重大需求,设立"海洋地质调查计划",统筹部署和实施海洋地质调查工作,取得了一批重大突破和重要进展。1.海域天然气水合物资源勘查与试采取得历史性突破。一是成功实施中国南海神狐海域天然气水合物试采。2017年5月10日14时52分点火成功,从水深1266 m海底以下203~277 m的天然气水合物矿藏开采出天然气。至5月18日10时,连续产气近8天,平均日产超过1.6万m~3,超额完成"日产万方、持续—     

羌塘盆地雀莫错地区天然气水合物成藏条件分析

基于天然气水合物钻探试验井QK-8井的调查成果,以雀莫错地区发现的高烃类气体显示为线索,从影响高山冻土区天然气水合物成藏的关键地质因素出发,系统分析了影响天然气水合物成藏的冻土厚度、烃源岩特征、储集空间、疏导系统、矿物特征及盖层条件等地质因素,明确了该区天然气水合物成藏潜力。结果显示: 雀莫错地区冻土厚度较大(约100 m); 上三叠统主力烃源岩整体表现为有机质丰度高,为Ⅱ₂型干酪根,成熟度较高(R_o为1.3%~1.5%); 储集空间以缝洞型储层为主,裂隙、孔隙型次之; 具备有效的运移通道和良好的区域盖层,同时多层段发育方解石和黄铁矿等天然气水合物伴生矿物。综合分析认为,雀莫错地区具有一定的天然气水合物成藏潜力,是下一步天然气水合物含油气系统综合能源资源调查的主要方向。