南海东北部陆坡天然气水合物富集特征及成因模式

南海东北部陆坡具有良好的天然气水合物(以下简称水合物)成藏条件,其水合物资源的成因模式明显不同于2007年在神狐海域钻探发现的分散型水合物成矿区。为探讨前者的成藏特征与成因模式,利用钻探区的地震、测井、现场钻探取心及测试分析等资料进行了综合研究,以期加深对南海东北部陆坡水合物富集规律的认识。研究结果表明:(1)在纵向上,该区发育浅、中、深3套水合物层,构成既相对独立又有一定成因联系的成藏系统,区内存在扩散型、渗漏型和复合型3种成因模式的水合物矿藏;(2)扩散型水合物呈层状分布在稳定域底部,其底界与海底反射界面(BSR)分布吻合;(3)渗漏型水合物呈块状、脉状等形式充填在沉积物裂隙或裂缝中,在稳定域不同部位形成多个矿体;(4)复合型水合物矿藏兼具扩散型和渗漏型水合物的成藏特征,在稳定域底部发育扩散型水合物矿层,而在稳定域上部发育渗漏型水合物体,共同构成复式成藏系统。结论认为:南海东北部陆坡是目前中国水合物资源最为丰富、成藏地质条件最为复杂的成矿区之一。     

南海北部陆坡天然气水合物地震识别研究

天然气水合物的存在改变沉积地层的声学特征，使得多道地震勘探成为发现天然气水合物的主要手段。地震识别首先通过地震剖面上独特的地震反射特征初步判断，然后经过地震反演获得地层的速度场分布，从而确定天然气水合物的存在及分布。南海北部陆坡是天然气水合物形成并稳定存在的有利区域，其多道地震反射剖面上具有明显的天然气水合物存在标志，包括强振幅的似海底反射（BSR）、振幅空白带、BSR与地层斜交等典型地震反射特征。文章以南海北部陆坡区的多道高分辨率地震数据为基础，探讨了天然气水合物地震识别的地震成像和波阻抗反演这二个方面的关键技术；研究结果不但突出了含天然气水合物地层的地震反射特征，并得到与天然气水合物最相关的地层岩性参数--声波速度；地震反射特征与速度场异常分别为天然气水合物的识别提供了定性和定量的地球物理证据；根据声波速度场的分布，可以推断存在于研究区地层的天然气水合物主要分布在靠近BSR的上覆沉积地层中。     

南海神狐暗沙海区天然气水合物地震识别特征

地震方法是识别海洋天然气水合物的主要手段之一.根据实测的高分辨率多道地震资料,探讨南海北部神狐暗沙海区可能赋存的天然气水合物的地震识别特征,以及该方法在实际工作中的应用.地震反射特征反映神狐暗沙海区存在多处似海底反射(BSR)分布区,总面积约5970 km2.可分为S-BSR、W-BSR和I-BSR三类,以W-BSR为主.此外,地震剖面上还发现弱振幅或振幅空白带、极性反转及低速异常等指示标志.根据BSR及振幅空白带分布状况,估算该区含水合物层的厚度可能为10～264m,具有较好的资源潜力.     

BSR及其下伏游离气区的分布特征与控制因素

拟海底反射层（Bottom Simulating Reflector,简称BSR）是水合物底界的地震反射标志,其上部的振幅空白带是含水合物地层的反射特征,下部的高振幅异常区代表了下伏的游离气区（Free Gas Zones,简称FGZs）。利用高分辨率三维地震资料,精细描述了毛里塔尼亚滨海地区的BSR和FGZs的地震反射特征及其与周边沉积构造单元的关系。BSR在底辟构造上部出现上拱现象,在靠近峡谷两壁时BSR位置快速变深。据分析,在底辟构造带,沿断裂体系向上运移的热流体改变了此处的水合物稳定条件,导致水合物稳定底界向上变浅。而峡谷对周边沉积物的冷却作用使当地的水合物稳定条件发生与底辟构造带处相反的变化,导致水合物稳定底界向下发生移动,在地震上表现为BSR深度的增加。另外,研究发现BSR和FGZs在流体运移通道较发育的地区,如断层、气烟囱和底辟构造带地区更加发育,证明流体运移体系在该地区对水合物和FGZs的形成具有十分重要的作用,提供了水合物体系的气源供给。     

南海东北部陆坡天然气水合物藏特征

2013年下半年,国土资源部中国地质调查局、广州海洋地质调查局在南海东北部陆坡水深664~1 420m范围内钻探13个站位,取心获取了大量、多种类型的天然气水合物(以下简称水合物)实物样品,其中甲烷气体含量超过99%。对南海东北部陆坡天然气水合物成藏特征的研究结果表明:1地震反射剖面上具有多道似海底反射层(BSR)、振幅空白带(BZ)、BSR与地层斜交、速度反转等地震异常;2测井曲线揭示含水合物沉积层具有高电阻率(200Ω·m)、高纵波速度(2 700m/s)的特征;3地震和测井异常特征暗示该区具有单、双层水合物藏组合特征;4该区域水合物藏位于海底之下埋深220m以内的粉砂质黏土及生物碎屑灰岩沉积物中,水合物饱和度为45%~100%;5自然状态下,水合物呈块状、层状、瘤状、脉状、分散状等5种赋存形式;6研究区天然气水合物赋存类型多、饱和度高、甲烷纯度高,初步估算该区天然气水合物地质储量约为1 250×108 m3(50%概率条件下),是有利的勘探目标区。     

气体水合物反射层的速度结构研究

地震反射剖面的成像特征反映了海底模拟反射层(BSRs)与海底底面平行特征,人们通常称该反射层就是甲烷水合物稳定带的基底。本文根据地震反射数据的波形反演技术,分析了用于估算BSR层的反射速度结构特点和水合物层厚度。通过大洋钻探计划(ODP)验证结果表明,BSR层下部的沉积物孔隙层中含有大约30m厚的游离甲烷气。水合物层和其下部的气体代表着巨大的甲烷气藏,它将有着重要的经济意义和影响全球气候变化。     

南海北部天然气水合物成矿区的地球物理异常特征

以南中国海北部天然气水合物勘探区的实际地球物理资料为依据,探讨了天然气水合物矿区的地震反射异常特征、地球物理测井异常特征、地热特征及其之间的关系。研究结果表明,常规地震剖面结合叠后地震属性剖面解释能够有效识别水合物成矿带;水合物声波速度、电阻率与密度等测井曲线的组合分析是判断水合物层赋存的有效途径;通过地震、测井及地热等多种地球物理特征联合分析与融合,能够优化、集成有效的地球物理技术,提高天然气水合物识别的有效性,形成可靠的水合物矿藏预测技术方法。     

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天然气水合物作为一种新的烃类资源在人类未来能源中具有极大的潜力，由于天然气水合物大多储藏在水深300 m以下的海底沉积物及冻土地带中，因此研究的重要内容之一就是利用地震准确地识别和预测其分布与资源量。地震识别的特征有似海底反射（BSR）标志特征、BSR强反射界面之上的高速异常带、BSR附近存在的弱振幅或振幅空白带、AVO的正负异常和BSR的极性反转。文章在综合分析的基础上，指出了天然气水合物研究中存在的主要问题，并论述了该项研究在地震资料的特殊处理技术研究、海底地球化学探测技术、水合物高保真度取心技术、人工源海底电磁探查技术和遥感图像信息处理技术等方面的发展趋势。     

珠江口盆地白云凹陷天然气水合物与浅层气识别及成藏控制因素

珠江口盆地已进行大量水合物钻探,是水合物研究的热点区域。结合白云凹陷研究区三维地震数据、均方根振幅属性切片和相干属性切片等资料的综合分析,在典型地震剖面上识别了强振幅异常、似海底反射、块体搬运沉积、空白反射带、多边形断层及局部构造高地等特征,认为识别的气烟囱、正断层、多边形断层等与发现的珠海组气层相连通,且强振幅异常可以反映水合物在该区的分布。结合钻井资料对水合物及浅层气成藏的控制因素进行了分析,认为白云凹陷研究区发现的天然气水合物及浅层气的分布主要受深部气藏和流体运移通道影响,深部热成因气为气藏的重要气体来源,流体运移通道主要包括起源于下部气藏的气烟囱、正断层以及浅层渗透性地层。     

琼东南盆地典型渗漏型天然气水合物成藏系统的特征与控藏机制

为了深入探究渗漏型天然气水合物(以下简称水合物)运聚成藏的机制,基于高分辨率地震、海底观测、水合物钻探、随钻测井、岩心资料及钻后地球化学分析结果,从气源、运聚、储集、封盖等成藏条件入手,剖析了南海北部琼东南盆地渗漏型水合物成藏系统的特征与控藏机制。研究结果表明:①渗漏型水合物富集成藏受控于松南低凸起构造及其上发育的气烟囱,气烟囱构成的天然气运聚通道与水合物稳定域空间匹配决定了水合物的主要分布范围;②海底冷泉系统及地震剖面上出现的天然气渗漏地震反射异常,是渗漏型水合物分布与赋存的有力指示标志;③渗漏型水合物差异分布特征明显,横向上水合物聚集在具有明显渗漏通道构成的储集空间内部,而没有通道沟通水合物稳定域的区域仅聚集薄层水合物,垂向上水合物的分布厚度、产状及饱和度等也表现出差异性;④水合物气源具有生物气及热解气双重供给特征,热解气与深部中央水道岩性气藏及古近纪烃源岩有着密切的成因联系;⑤充足的天然气通过气烟囱及水道边界断层等通道运移聚集,并在海底浅层块体流沉积(MTDs)细粒黏土质粉砂封盖条件下富集水合物,MTDs内部的裂缝构成了渗漏型水合物主要的储集空间。结论认为,在低凸起及富生烃凹陷成藏的背景下,充足的天然气通过低凸起上气烟囱高效运聚成藏,气烟囱上覆MTDs内部是否出现渗漏通道是能否形成和富集水合物的关键,也是渗漏型水合物差异运聚成藏的主要控制因素。     

东沙海域天然气水合物特征分析及饱和度估算

构造控制天然气水合物的赋存,在底辟构造、海底滑坡、活动断层和挤压脊等特殊地质体发育区是天然气水合物成藏的有利区域。不同地质体附近含水合物地层反射振幅强度和连续性各不相同,仅从地震剖面上难以进行准确识别。声波阻抗可以提供丰富的岩性信息。在东沙海域,以大洋钻探1148井的测井资料和叠加速度作为约束条件,采用约束稀疏脉冲反演方法,基于地震资料进行了波阻抗反演,获得了声波阻抗剖面,在声波阻抗剖面上水合物层表现为高声波阻抗异常,水合物层之下出现低声波阻抗异常。通过最小二乘法建立了1148井的声波阻抗与饱和水孔隙度之间的拟合关系式,计算出饱和水地层的孔隙度为40%~50%。基于阿尔奇方程,通过反演的声波阻抗计算了0101地震测线水域的水合物饱和度,其占孔隙空间的比例为10%~20%,含水合物地层呈横向部分连续分布特征。     

天然气水合物储层吸收衰减机制及岩石物理理论研究进展

似海底反射(BSR)特征作为天然气水合物存在的重要标志，虽能指示水合物的底部位置，却难以用于水合物含量的定量解释。近年来天然气水合物勘探技术的迅速发展，使人们认识到BSR上方存在的地震振幅“空白”带与地震波吸收衰减直接相关，故可将其作为天然气水合物分布及量化的一项指标。本文首先回顾了世界不同水合物探区(加拿大Mallik冻土带、日本南海海槽、阿拉伯海Makran增生楔、墨西哥湾、中国南海神狐海域)以及人工含水合物岩样的地震波吸收衰减特征，发现对于不同的水合物样品、使用不同的资料，地震波表现出不同的衰减特征。进而总结了水合物储层可能存在的衰减机制及相关岩石物理理论，主要包括：全局流动衰减(Leclaire模型)、喷射流(改进的Leclaire模型、亚微米水合物颗粒喷射的HEG模型或微米流体喷射的HBES模型)、骨架摩擦衰减(改进的Leclaire模型)等。目前存在的主要问题在于，虽然多个地区的水合物地层呈现较明显的吸收衰减特征，但由于不同地区水合物生成条件和地质环境存在差异，水合物在沉积物中的赋存状态不同，导致吸收衰减随水合物饱和度的变化关系尚不明确。另外，目前的实际观测资料和岩石物理实验测试的频带范围有限，难以全面地体现衰减随频率变化的特征。因此，需要进一步地开展岩石物理实验研究，并充分结合实际探区资料和人工岩心的制作及实验测量结果，深入研究水合物储层微观结构对衰减机制的附加作用，明确水合物储层地震波衰减的原因，以此为基础研发水合物饱和度的定量地震解释方法。     

中国天然气水合物赋存特征

中国陆上冻土区和海域深水区都拥有丰富的天然气水合物（以下简称水合物）资源，二者虽在同盆共生、运聚机理上有相似之处，但差异也十分明显。为了给地质—工程—环境一体化开发水合物提供准确的基础地质数据，从构造与沉积、地温、热流、地球化学、地球物理响应、赋存类型、孔渗、力学强度、饱和度等9个方面，对比分析、总结了二者在分布规律与赋存特征上的差异性。研究结果表明：①陆上冻土区水合物主要赋存于中生代地层，以热成因气为主，受断层裂隙构造控制，具有较好的圈闭条件，其储层温度、地温梯度、热流、压力表现为“四低”特征，水合物多数分布在砂岩孔隙和泥页岩裂隙中；②陆上冻土区水合物测井响应总体显示“两高两低”特征（高电阻率、高波速、低自然伽马、低密度），储层岩石力学强度高，具有低孔隙度、低渗透率和低水合物饱和度特征；③海域水合物主要赋存于新生代第四纪地层，热成因或生物成因气皆有，受泥底辟、气烟囱、断层裂隙控制，无明显圈闭，其储层温度、地温梯度、热流和压力表现为“四高”特征；④海域水合物多数分布在富含有孔虫的黏土质粉砂和粉砂质黏土中，地震反射波显示明显的BSR特征，测井响应则总体表现为“两高”特征（高视电阻率、高波速），其储层沉积物力学强度低，具有高孔隙度、低渗透率和相对较高的水合物饱和度。结论认为：①海域是中国水合物富集的主要区域，后续应突破海域水合物甜点识别与评价技术，统筹考虑整个水合物油气系统的资源禀赋特征；②应重点攻关水合物储层精细表征技术和富集矿体—储层系统的精细刻画，加强海陆联合和全球比对研究。     

天然气水合物沉积层的AVA特征

本文首先分析了天然气水合物沉积的三种微观模式,根据其不同的岩石物理模型特点,研究了弹性参数随水合物饱和度的变化规律;以精确Zoepprize方程为基础,研究随饱和度变化的AVA特征;最后,利用不同的理论模型模拟了BSR现象,分析BSR产生的三种客观条件以及调谐作用对BSR的影响。研究结果表明:天然气水合物饱和度、下伏层游离气的存在与否与水合物沉积层孔隙的变化是影响BSR特征的重要因素。本文的研究结果可为天然气水合物的深度研究提供一种思路。     

大洋钻探天然气水合物储层测井评价研究进展

国际科学大洋钻探计划自1970年首次在布莱克海脊钻遇天然气水合物（以下简称水合物）以来，迄今已在全球三大洋（太平洋、大西洋、印度洋）的大陆边缘总共53个站位钻遇了水合物，采集了大量的地球物理测井资料，为理解水合物及其宿主沉积物原位特性提供了关键信息。水合物所具有的不导电、低密度、高声波速度、高含氢量等特性，为根据测井资料识别水合物并预测其分布提供了重要的依据。目前已提出的一系列根据测井资料估算水合物饱和度的方法，主要包括阿尔奇公式、密度—核磁共振测井联合、各种形式的三相声波方程以及基于不同岩石物理模型的弹性波速度模拟等方法。海底水合物具有明显的非均质分布特性，主要表现在水合物分布对宿主沉积物岩性的选择性以及在相同岩性宿主沉积物内部对成核部位的选择性上。尽管测井资料在评价水合物分布的非均质性、推断水合物生长习性方面已经得到了初步应用，但仍然存在着一些不足：①大洋钻探水合物测井解释中所依赖的地层模型还是过于简单，大多数都是两组分或三组分模型；②高分辨率随钻测井资料的应用还很有限；③测井解释与岩心地质研究的结合还不够紧密。结论认为，将水合物与宿主沉积物视为一个整体，基于更为复杂的地层模型，在岩心标定的基础上，依据多种高分辨率随钻测井资料，联合反演地层的岩性组分、孔隙度和水合物饱和度，或许是未来水合物储层测井评价发展的一个重要方向。     

南海沉积物天然气水合物饱和度与电阻率的关系

在天然气水合物勘探中,阿尔奇公式是由电阻率测井数据估算沉积层含水合物饱和度的基本公式,是对含油(气)岩心进行实验总结出的规律。但是对于水合物填充于多孔介质孔隙的沉积物,其电阻率与沉积物的物性以及水合物在孔隙的微观分布状态有关,可能存在一定的非阿尔奇现象,因此采用电阻率估算饱和度需要进行一定的校正。采用交流电桥法测量了3.5 % 盐水饱和的南海沉积物以及水合物在水饱和的沉积物中形成过程中的电阻率数据。水合物形成过程中其电阻率随着含水合物饱和度的增大而增大,尤其在低水合物饱和度(S_h<22 % ),其电阻率随着水合物的生成异常增大,含水合物沉积物的电阻率由水饱和的1.667Ω·m增大到含水合物饱和度为45 % 的2.661Ω·m。对于含水合物的沉积物,其双对数坐标系的电阻率增大指数和含水饱和度并不是阿尔奇公式所描述的直线关系,其饱和度指数n不是定值1.938 6,而随水饱和度S_w的增加而增加。当54.8 % w<78.6 % 时,n小于1.938 6;当S_w>78.6 % 时,n大于1.938 6。     

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。