南海北部陆坡热流与天然气水合物赋藏研究

天然气水合物逐渐成为科学界研究焦点,内容包括能源、温室效应以及灾害预防等课题。我国的南海沉积盆地富含有机质烃源岩,气源条件和海底物理条件有利于水合物的生成,尤其2007年在南海发现了样品实物进一步证明了其广阔前景。通过南海北部陆坡获取的127个地热数据,采用静态模式研究其赋存状况。特征指标为天然气水合物的稳定带厚度,主要受控于地温梯度、相变曲线及气源中重烃的组成比例等参数,同时依据南海北部陆坡3种可能气源组成情况计算稳定带厚度分布,对上述参数变化因素影响气水合物量值关系做出解析及数值解释。计算结果表明地热是重要的天然气水合物控制因素,地热数据是天然气水合物重要的寻矿指标。      

天然气水合物的形成条件及勘探现状

天然气水合物(又称可燃冰)作为特定区域的新型烃类资源,是在一定温压条件下,由水与天然气(主要是甲烷气)结合形成的一种外观似冰的白色结晶固体。它主要赋存于深海陆坡和陆隆的浅部沉积层内。作为未来能源,它具有清洁、能量密度高、分布广、规模大、埋深浅、成藏物化条件好等特点。我国的南海陆坡、陆隆区,具有被动大陆边缘构造特征,分布有许多含油气沉积盆地。晚中新世以来,这些盆地的区域沉降剧烈,构造活动平静,沉积速率大,海洋有机物沉积十分丰富,具有天然气水合物形成的物源、温度压力、构造等地质和成矿条件。1999年以来,广州海洋地质调查局在南海北部东沙、神狐、西沙和琼东南4个海域实施了9年的水合物专项调查,完成18个航次的综合调查与研究,相继发现多处天然气水合物的地震标志(拟海底反射层,即BSR)、地质标志和地球化学标志,于2007年5月成功钻获天然气水合物样品,成为继美国、日本、印度之后第4个采到水合物实物样品的国家。     

南海北部神狐海域天然气水合物成藏动力学模拟

为进一步了解南海北部神狐海域天然气水合物的成藏匹配条件,利用典型二维地震剖面,构建了该区的地质模型,并对其进行了天然气水合物成藏动力学的模拟。研究结果表明：神狐海域具备天然气水合物成藏的温度、压力条件;生物气和热解气的资源潜力巨大,满足水合物形成的气源条件;运移条件优越,有利于天然气水合物的聚集成藏。并提出了该区天然气水合物的成藏模式。     

中国在南海北部成功钻获天然气水合物“可燃冰”

国土资源部中国地质调查局在中国南海北部成功钻获天然气水合物。这是中国海域天然气水合物资源调查获得的重大突破，验证了中国有关基础地质工作的可靠性，证实了中国南海北部蕴藏有丰富的天然气水合物资源，也标志着中国天然气水合物调查研究水平一举步入世界先进行列。     

南海天然气水合物项目纳入973计划

我国南海北部陆坡是天然气水合物发育的理想场所。近年来，在中国地质调查局统一组织下，广州海洋地质调查局经过9年的调查研究，发现了天然气水合物赋存的地质、地球物理、地球化学和生物证据，圈定了有利远景区，初步评价认为南海北部具有良好的天然气水合物资源前景，并于2007年5～6月经钻探在南海北部神狐海域获取了天然气水合物的岩心样品。     

南海北部陆坡天然气水合物沉积成藏特征

指示天然气水合物存在的重要地球物理标志--BSR（似海底反射）在南海北部陆坡晚中新世以来的地层中广泛分布。根据BSR在晚中新世以来3个三级层序地层内的分布特点,结合区域热动力背景、沉积特征（沉积相、沉积速率、含砂率、岩性特征等）和典型沉积体（构造坡折带、滑塌体、沉积物波）的综合分析,系统研究了南海北部陆坡天然气水合物的沉积成藏特征。研究表明,BSR的分布在满足温压、气源的基础上更明显地受沉积体系展布和所处构造部位的控制,气源和温压条件只是影响BSR分布的必要条件而非充分条件。建立了南海北部陆坡典型沉积成藏模式,总结了在陆架、陆坡、陆基上随着水深的增加各种沉积体的分布及其与BSR和水合物稳定带的关系,展示了水合物成藏的典型要素。BSR与构造坡折、深水重力流及等深流沉积密切相关,大多数BSR分布区均位于地貌变化陡峭、地形起伏较大、长期继承性隆升与沉降交汇的黏土质粉砂和粉砂等沉积物中。在陆架三角洲前缘,BSR侧向较连续但延伸距离短,水合物成藏的关键在于深部气源的沟通条件;在陆坡海槽与底辟发育区,BSR受断层与底辟切割往往呈断续分布,沉积物的快速卸载可为水合物的赋存提供较好的沉积储层条件;在陆基至深海区海底扇、浊流、等深流发育的位置,BSR侧向连续延伸距离远,气源主要为浅部生物气,以侧向运移为主。     

中国在南海北部成功钻获天然气水合物“可燃冰”

国土资源部中国地质调查局在中国南海北部成功钻获天然气水合物。这是中国海域天然气水合物资源调查获得的重大突破，验证了中国有关基础地质工作的可靠性，证实了中国南海北部蕴藏有丰富的天然气水合物资源，也标志着中国天然气水合物调查研究水平一举步入世界先进行列。[第一段]     

天然气水合物资源量的一种估算方法——以南海北部陆坡为例

根据天然气水合物物理化学相图平衡的基本原理,运用微积分学的基本理论,尝试一种新的天然气水合物资源量计算方法,并以南海北部陆坡为例对天然气水合物资源量进行了初步估算。天然气水合物稳定分布区可看成由许多微体积单元组成,对所有微体积单元进行累积积分计算出天然气水合物的分布体积;然后结合世界上已知天然气水合物分布的有关参数(如天然气水合物沉积层的孔隙度、天然气水合物的饱和度和水合系数)估算南海北部陆坡天然气水合物的潜在资源量。估算结果为,南海北部陆坡天然气水合物资源量约相当于标准条件下6.3×1013m3的天然气,这与美国Blake海底高原、日本Nankai海槽、美国墨西哥湾北部天然气水合物资源甲烷量的数量级(1013m3)一致,显示了南海北部陆坡天然气水合物资源的巨大前景。当然,南海北部陆坡天然气水合物的潜在资源量还有待于进一步调查核实。      

白云凹陷天然气水合物成藏条件

针对珠江口盆地白云凹陷，应用地质勘探法、速度法及地震似海底反射（BSR）法对该凹陷的天然气水合物沉积进行了预测研究。结果认为，该凹陷具备有利于天然气水合物成藏的水深、温度、压力条件及配套地质条件：①发育两套主要的烃源岩（文昌组和恩平组），有机碳含量和镜质体反射率值都较高，以生气为主，生烃潜力极大，为天然气水合物成藏提供了充足的气源；②运移条件优越，有两类运移通道，一是沟通气源的断层，二是底辟作用所形成的通道；③运移模式有三种，一是单一断层运移，二是单一底辟构造运移，三是先底辟构造运移再断层运移。近期的实钻也在该凹陷首次发现了两类天然气水合物沉积：一是有地震BSR标志的天然气水合物，二是无BSR标志的天然气水合物。该凹陷不但存在单BSR天然气水合物沉积，而且还存在双BSR天然气水合物沉积。该凹陷天然气水合物沉积层厚度一般为250～450 m。初步预测认为，白云凹陷的天然气水合物资源潜力极大。     

南海南部天然气水合物稳定带厚度及资源量估算

为了估算南海南部天然气水合物资源量,文章分析了中外科学家的研究成果,认为南海南部具有天然气水合物形成、发育的有利条件：发育的沉积盆地、有利的水深和充足的物源供应,地震剖面揭示的BSR、泥底辟和断裂构造等印证了这一点；同时利用相关的计算公式，对南海南部4个重点区域的水合物稳定带厚度进行了计算，并在此基础上对南海南部的水合物资源前景进行了预测。结果表明，4 个研究区域内的绝大部分海域具有天然气水合物形成的温度、压力条件，水合物稳定带厚度67~833 m。各个海域差异较大，南海南部水合物体积及甲烷资源量分别为2.32×10¹³m³和4.78×10¹⁵m³。     

南海神狐海域天然气水合物成藏系统初探

天然气水合物成藏系统是一个非常复杂的系统，过去的有关研究不多。为此，根据天然气水合物成藏基本条件、浅表层沉积物孔隙水地球化学特征及其所反映的气源和天然气水合物分布特征，结合刚刚结束的南海北部天然气水合物首次实钻采样成果，初步探讨了我国南海北部陆坡神狐海域天然气水合物成藏系统。结果认为：研究区温度、压力和气体组分有利于天然气水合物形成；天然气水合物在空间尺度上不均匀分布，纵向上主要分布于天然气水合物稳定带底界以上一定深度范围内；形成天然气水合物的甲烷气体很可能来源于原地微生物成因甲烷；扩散型原地生物成因甲烷产生低甲烷通量，形成了具有明显不同的分布和饱和度特征的分散型天然气水合物系统。     

南海北部陆坡大型气田区天然气水合物的成藏地质构造特征

南海北部被动大陆边缘是板块活动相对较弱的地区,业已证实是巨大天然气田形成的有利场所,同时也是水合物发育的有利地区。对被动大陆边缘水合物的富集规律研究表明:热解成因天然气水合物在被动大陆边缘占有重要地位,被动陆缘的活动断裂、底辟构造、滑塌堆积、断裂坡折带和海底扇砂体对天然气水合物的富集过程具有重要的控制作用。从南海北部陆坡的研究实例看,断裂坡折带作为重要的疏导系统,有利于天然气向水合物稳定带运移,同时控制着海底扇和滑塌堆积等水合物有利成矿相带。断裂的幕式活动促进热解气体向上渗漏,并在水合物稳定带中形成水合物。在天然气田与天然气水合物的共存区域,可以形成两种类型的水合物:一种是构造渗漏型,它是以高浓度的深部热解气为主、以浅层生物气为辅的水合物;另一种是地层扩散型,这类水合物以低浓度的浅层生物气为主,以深部热解气为辅。     

东海中、新生代盆地成因机制和演化(上)

文章宏观地论述了东海中、新生代盆地成因机制和构造演化。该文对盆地成因机制和构造演化的动力学背景、盆地演化的动力学特征、冲绳海槽的地质特征、冲绳海槽盆地成因机制以及太平洋板块向欧亚板块俯冲所产生的火山弧等作了详细的探讨 ,认为东海岩石圈是西部陆地华南岩石圈向海区的延伸 ,冲绳海槽是一个地壳和岩石圈急剧变薄的地区。海槽最引人注目的特点是热流值异常高且热流值高低相差悬殊 ,菲律宾海的构造演化影响冲绳海槽北段的形成 ,中国台湾东部的弧陆碰撞影响冲绳海槽南段的形成 ,而东海大陆架上的龙井运动又是冲绳海槽拉张的产物。作者通过研究得出以下结论 :( 1 )东海盆地的发生、发展和演化是欧亚板块与太平洋板块的碰撞、俯冲和弧后拉张的结果 ;印度板块与欧亚板块之间的碰撞、楔入、隆升成山的远程效应和中国台湾与菲律宾之间的弧陆碰撞所产生的构造动力场在东海地区形成叠加、复合 ,从而在东海产生了不同时期 ,不同力学性质和不同发展历史的盆地 ;( 2 )东海海域内有两个不同时代、不同类型、不同结构、不同成因机制和不同演化历史的沉积盆地 ;( 3)冲绳海槽是欧亚板块东缘上的一个独具地质风格的构造单元 ,是太平洋板块向欧亚板块俯冲所造成的一个弧后盆地 ,属陆缘上的一个发展到高级阶段?     

东海中、新生代盆地成因机制和演化(下)

文章宏观地论述了东海中、新生代盆地成因机制和构造演化。该文对盆地成因机制和构造演化的动力学背景、盆地演化的动力学特征、冲绳海槽的地质特征、冲绳海槽盆地成因机制以及太平洋板块向欧亚板块俯冲所产生的火山弧等作了详细的探讨,认为东海岩石圈是西部陆地华南岩石圈向海区的延伸,冲绳海槽是一个地壳和岩石圈急剧变薄的地区。海槽最引人注目的特点是热流值异常高且热流值高低相差悬殊,菲律宾海的构造演化影响冲绳海槽北段的形成,中国台湾东部的弧陆碰撞影响冲绳海槽南段的形成,而东海大陆架上的龙井运动又是冲绳海槽拉张的产物。作者通过研究得出以下结论(1)东海盆地的发生、发展和演化是欧亚板块与太平洋板块的碰撞、俯冲和弧后拉张的结果;印度板块与欧亚板块之间的碰撞、楔入、隆升成山远程效应和中国台湾与菲律宾之间的弧陆碰撞所产生的构造动力场在东海地区形成叠加、复合,从而在东海产生了不同时期,不同力学性质和不同发展历史的盆地;(2)东海海域内有两个不同时代、不同类型、不同结构、不同成因机制和不同演化历史的沉积盆地;(3)冲绳海槽是欧亚板块东缘上的一个独具地质风格的构造单元,是太平洋板块向欧亚板块俯冲所造成的一个弧后盆地,属陆缘上的一个发展到高级阶段的裂谷;(4)冲绳海槽的北     

南海北部琼东南盆地天然气水合物气源及运聚成藏模式预测

南海北部琼东南盆地南部深水区流体活动强烈,天然气水合物（以下简称水合物）气源岩类型多,气源供给系统及运聚条件良好,是我国深水水合物资源的重要远景区之一。为深入研究该区水合物的形成条件及资源潜力,根据盆地构造沉积演化及油气地质条件与多年来的油气勘探成果,分析了该区天然气的成因类型和资源潜力;根据高分辨率地震解释资料,重点剖析了气源供给的运聚通道系统与水合物成藏的耦合关系;最后结合水合物成藏地质条件,探讨了水合物的成藏模式。结果表明：①该区热解气和生物气气源充足、资源潜力大,能够为水合物的形成提供充足的烃源供给;②天然气运聚系统较优越,存在生物气源自生自储型、热解气源断层裂隙下生上储型和热解气源底辟及气烟囱下生上储型3种类型的水合物成藏模式;③深水区热解气源下生上储型水合物,其热解气源输送运聚通道主要为断层裂隙和泥底辟及气烟囱所构成的纵向运聚供给系统,其形成展布及优劣,主要取决于构造沉积演化、断裂活动和活跃地质热流体异常侵入活动。     

南海北部陆坡天然气水合物成藏条件及其控制因素

南海北部陆坡区天然气水合物（以下简称水合物）资源潜力虽然巨大,但影响该区水合物成藏的地质因素却异常复杂。为此,从水合物成藏的稳定域、气体来源、气体疏导体系以及储集层特征等宏观地质条件的视角,剖析了水合物成藏的地质条件及主要控制因素。结果表明：①南海北部热流分布较复杂,影响着水合物稳定域的空间分布,而区域构造地质演化则控制着水合物成矿气体来源、气体疏导体系、富集空间及储层物性特征;②南海北部陆坡从西部—中部—东部,水合物成藏条件及控制因素具有明显的差异性,对水合物成藏模式和空间分布都产生了深刻影响;③总体而言,从陆坡的东段到西段新构造活动渐次减弱,水合物稳定域厚度由东而西、由南向北厚变薄,东部以台西南盆地深水斜坡带成藏条件最为优越,兼具扩散型和渗漏型水合物发育的地质条件,水合物矿藏在稳定域内呈多层、多形式富集的特点,中部以神狐海域白云凹陷南坡为典型代表,为扩散型水合物发育的有利区,水合物矿藏在稳定域底部呈单层发育特点,西南部以琼东南盆地的陆坡深水区成藏条件最为优越,有利于发育渗漏型水合物矿藏。     

南海北部天然气水合物潜在区973-3岩心古菌多样性

海底微生物产甲烷和甲烷厌氧氧化作用对全球甲烷循环有着重要影响。在全球升温的背景下,海底天然气水合物作为地球上的一个巨大甲烷库,具有重要的环境效应。利用基于16S rDNA的分子生物学技术,对南海北部台西南盆地天然气水合物潜在区沉积物中古菌多样性进行了分析,探讨了成岩环境因素对古菌种群分布的影响。结果显示：在973-3岩心20～450 cm深度段,Methanosaeta为优势菌群,所占比例为32.9%;Methanosarcinales在542～870 cm深度段所占比例最高,达到28.3%;Methanomicrobiales在1 075～1 162 cm深度段所占比例高达20.7%。973-3岩心古菌种群分布与甲烷产生、氧化密切相关,预示其下部赋存天然气水合物。973-3岩心成岩环境参数垂向变异与天然气水合物成藏有着明显响应关系：pH值随岩心深度增加而变大,E_h（氧化还原电位）值、盐度和沉积物粒径的变化趋势则相反。973-3岩心与日本海、南海神狐海域等天然气水合物赋存区、非赋存区古菌群落结构明显不同,这是由于pH值、E_h值和沉积物粒径等成岩环境参数对973-3岩心古菌种群分布有着显著影响,故必须深入研究微生物代谢甲烷活动的生态位,以提高古菌群落结构对天然气水合物的指示性。     

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天然气在海底沉积层多孔介质中可能存在分形扩散行为,在此基础上，分析了沉积层中天然气水合物的形成原因。在公认的水合物形成的地质模型的基础上,提出了一个海底沉积层中天然气水合物的形成过程由气体的分形扩散过程主导的基本假设，并综合运用分形几何理论及经典扩散理论建立了一个新的水合物生成动力学模型。该模型描述出天然气水合物在分形介质中的扩散特性及生成动力学特性，并通过对分形维数的修正，进一步对水合物的形成速率方程进行了数值求解，分析了分形维数及扩散半径的改变对水合物形成速率的影响，并将所得结果与实验室数据及实地勘测数据进行了比较。预测了我国南海海下天然气水合物的储量，得到了一个比目前常规方法所预测结果偏小的储量预测值，并进一步对此进行了分析。