深水重力流类型、沉积特征及成因机制——以济阳坳陷沙河街组三段中亚段为例

以济阳坳陷沙河街组三段中亚段(沙三中亚段)深水重力流沉积为研究对象,结合其沉积物成分结构、浓度、搬运沉降方式及流体流变学特征的差异,对该深水重力流类型、沉积特征及成因机制进行了研究。济阳坳陷沙三中亚段深水重力流包含碎屑流和浊流2种类型,碎屑流沉积根据杂基含量和结构差异,分为起结构杂基作用的泥质碎屑流和起成分杂基作用的砂质碎屑流;浊流根据其触发机制、沉积相序特征,分为沉积物滑塌成因的似涌浪浊流和洪水成因的准稳态浊流(异重流)。泥质碎屑流沉积物多为厚层块状杂基支撑砾岩、含碎屑砂质泥岩等,顶、底面与泥岩突变接触;砂质碎屑流沉积多为厚层块状砂岩、含砾砂岩,顶、底面与泥岩突变接触,可见逆粒序,泥岩撕裂屑和漂浮泥砾多在沉积相序中上部发育。似涌浪浊流沉积以中细砂岩、粉砂岩为主,发育完整或不完整的鲍马序列,可见冲刷充填构造;准稳态浊流沉积以含砾粗砂岩、中细砂岩、粉砂岩为主,逆正粒序、正粒序沉积发育,相序内部可发育突变接触面或侵蚀界面,上攀层理、炭质纹层发育。滑塌成因深水重力流沉积以碎屑流和似涌浪浊流沉积组合为主,包含部分的滑动滑塌伴生沉积;洪水成因深水重力流沉积以碎屑流和准稳态浊流沉积组合为主。     

天然气水合物成藏机理及主控因素

天然气水合物在世界范围内分布广泛,主要分布在海洋和冻土带地区,并与地质构造环境密切相关。目前已发现的天然气水合物矿点,主要是通过似海底反射地震显示进行识别的。天然气水合物的甲烷来源主要有生物气、热解气和无机成因气,大多数研究主要立足于甲烷气的成因来探究天然气水合物的聚集和成藏机理。分析了天然气水合物形成的主控因素,包括气源、沉积、构造、温压等条件,这些条件控制着天然气水合物的赋存状态、形成规律和规模大小,并对墨西哥湾天然气水合物成藏有利条件进行了分析,对我国天然气水合物的勘探有借鉴意义。     

海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律研究进展

对国内外有关海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律方面的研究进行了详细调研,得到如下结论:天然气水合物的生成和分解条件在海底沉积物中与在井筒、管道中有明显不同,其主要原因是多孔介质中流体与孔隙壁面间的界面效应对海底沉积物中天然气水合物的形成条件会产生明显影响;在海底沉积物中天然气水合物生成和分解条件的数值模拟技术研究方面,研究者大都假设以天然气水合物作为盖层的成藏类型,借助常规油气藏数值模拟技术进行模拟研究;影响海底沉积物中天然气水合物生成和分解条件的因素很多,因此海底沉积物中天然气水合物生成和分解规律研究必须借助试验模拟、数值模拟和现场测试相结合的综合方式进行。该调研成果可为今后天然气水合物经济有效开采技术方案选择和进行天然气水合物危害控制等提供参考。     

海底天然气水合物及与其有关的地震反射

天然气水合物可能成为未来石油天然气的替代能源,主要分布在深海沉积物和永久冻土带中,海底天然气水合物蕴藏量约为永久冻土带的9倍。三维地震是研究天然气水合物直观有效的方法,本文在综合现有研究的基础上,系统提出天然气水合物的形成条件及地震识别方法,认为似海底反射(BSR)为天然气水合物底界,顶界为地震速度开始增大的位置,并介绍了与天然气有关的两种(气烟囱、麻坑)特殊地震反射。最后指出利用地震参数、属性对天然气水合物进行定量化研究是今后工作的重点。     

含天然气水合物介质地震空白带成因研究

基于弹性波动方程,结合随机介质理论,以渗透型天然气水合物地震空白带的研究为背景,建立了含天然气水合物的非均匀双相孔隙介质模型。利用高阶交错网格有限差分方法,正演计算了地层孔隙度一定时天然气水合物饱和度分别为2%,10%,15%,20%,25%,30%,40%,50%,60%,70%,80%等11种模型的地震响应。通过对正演偏移剖面作定性分析以及相对能量、频率衰减梯度的定量分析可知:当天然气水合物在地层中的赋存状态为不均匀分布时,水合物对反射波的散射效应使反射波能量减弱,形成地震空白带。当赋存的天然气水合物饱和度达到一定值时,由于水合物不均匀体产生的散射波能量增大,在地震空白带内出现"亮点"。同时,地层中非均匀分布的天然气水合物会影响地震剖面中似海底反射(BSR)的形成,这也可以用于解释为什么会在一些勘探实例中存在天然气水合物而无似海底反射的现象。     

深水沉积研究进展及前缘问题

深水沉积模式的发展很大程度上代表了深水沉积研究的重要进展和主要方向。浊流理论形成与建立以来的60余年里,伴随深水油气勘探技术手段的进步,深水沉积研究取得了长足进展;与此同时,深水沉积模式也经历了2个重要阶段,即基于浊流理论的鲍玛序列和海底扇模式的建立与发展阶段,以及基于碎屑流的斜坡沉积模式建立与发展阶段。关于浊积岩和鲍玛序列问题以及砂质碎屑流与高密度浊流问题,一直都是争议的热点与难点。针对这些问题的广泛讨论,也正说明了深水沉积作用和内在机理的复杂性。深水沉积研究只有综合考虑构造、气候、沉积物源、海平面升降等诸多外在影响因素,才能从源-渠-汇等3个方面更加系统客观地研究与预测深水沉积储层,并在实践中不断完善深水沉积理论与认识。     

神狐海域08CF7岩心沉积物的自生矿物特征及其对甲烷渗漏的指示

神狐海域是南海北部深水油气和天然气水合物的重点研究区域。为评价该区冷泉活动与天然气水合物分布情况,利用神狐海域08CF7岩心沉积物,对其自生矿物组成及其碳同位素进行测定,并观察自生矿物形貌特征,结合沉积物岩性特征及研究区地质构造背景,探讨了沉积物中的自生矿物及其碳同位素组成对该区泥火山构造背景下的甲烷渗漏活动及其甲烷厌氧氧化的指示意义。研究表明:在08CF7岩心埋深188cm以上和以下的沉积物中,自生矿物的组成、含量和碳同位素值均有明显差异,188cm以下的特殊沉积段可能反映了该区泥火山构造背景,自生碳酸盐矿物属于冷泉成因,其形成指示了海底甲烷渗漏及甲烷厌氧氧化(AOM)过程。进而提出了利用细粒组分的自生矿物及碳同位素组成识别AOM的方法,该方法有助于我国南海渗漏型天然气水合物的探查工作。     

海洋天然气水合物的形成机理探讨

综述了国内外对天然气水合物成因机理的研究现状和天然气水合物的气体成因类型。重点探讨了海底之下天然气水合物的形成机理,提出了强渗漏和弱渗漏系统的概念和分析了基于这两种系统的水合物形成模式和特点。认为:强渗漏系统是指海洋底部由地壳构造活动产生的挤压或拉伸等变形作用,或者由于海洋沉积物的侧向挤压变形作用而出现断层,许多圈闭的烃类气体由此向上渗流并大量漏出,形成较稳定的水合物形成所需的气源,该系统形成的天然气水合物分布集中,储量密度大,具有实际开采价值;弱渗漏系统是指以甲烷为主的烃类气体由微生物和热作用生成后散布于原地的海底之下较为松散的多孔沉积物中,这些沉积物因温压变化可形成天然气水合物,但这类水合物分布分散,不能成藏,不利于开采。另外还探讨了我国南海天然气水合物成藏的可能性。     

湖相重力流沉积特征及发育模式——以苏北盆地高邮凹陷深凹带戴南组为例

以苏北盆地高邮凹陷深凹带戴南组一段-戴南组二段五亚段为研究对象,以岩心精细观察和岩石薄片镜下鉴定为主要手段,结合测录井资料解释等描述重力流沉积特征和岩相特征,综合考虑沉积特征、形成过程、支撑机理及沉积机理等因素划分重力流类型,根据古构造和古地理背景、重力流类型和转化特征综合分析建立重力流发育与转化模式。研究结果表明:高邮凹陷深凹带戴南组主要发育碎屑流、浊流和液化流3种沉积物重力流和滑动-滑塌这一重要的斜坡沉积物重力流触发机制;其中以碎屑流最为常见,根据其沉积物粒度构成特征划分为砾质碎屑流、砂质碎屑流和泥质碎屑流,根据其物质来源划分为外源型碎屑流和内源型碎屑流。识别出8种重力流沉积岩相和4类重力流沉积典型岩相组合。建立了不同物源条件下的重力流发育与转化模式,包括断阶带物源方向的双断阶混源型、多断阶混源型和斜坡带物源方向的内源型模式。断阶带重力流来自物源老山,以砾质碎屑流、砂质碎屑流、泥质碎屑流、浊流为主,所属沉积相类型包括扇三角洲、近岸水下扇和湖底扇;斜坡带重力流物源为三角洲前缘沉积物,以滑动-滑塌、液化流、砂质碎屑流、浊流为主,形成风暴浪基面之上的事件沉积体和深湖区的湖底扇。     

陆坡海底水道类型与沉积构型模式——以尼日尔三角洲盆地的深水研究区为例

海底水道是深水油气地质研究的热点,其复杂多变的内部结构制约了该类油气藏的勘探与开发。以尼日尔三角洲盆地陆坡区为例,利用三维地震、测井和岩心资料,分析了典型水道与同期陆坡间的相对位置关系以弥补研究区面积有限的不足,建立了陆坡海底水道沉积构型分布与演化模式。研究结果表明,研究区内主要发育两种典型海底水道。侵蚀型水道以大型下切谷为边界,两侧不易形成天然堤,具有相对顺直的平面形态,内部可出现由碎屑流向浊流的过渡。沉积型水道以多个水道复合体的包络线为边界,两侧天然堤相对发育,弯曲度通常较高,内部主要为浊流沉积。地形坡度和搬运距离是海底水道沉积构型的两点主控因素。地形坡度越大,重力流能量越强,导致海底水道对下伏地层的侵蚀能力越强,细粒物质不易溢出水道形成天然堤。搬运距离较近处,水道内部可先后发育碎屑流和浊流沉积;随着搬运距离的增加,水道中碎屑流沉积物减少。故侵蚀型水道多出现于地形坡度较陡的陆坡近端,而沉积型水道常发育于地形平缓的陆坡远端。由于搬运距离较近,理想的侵蚀型水道体系内部依次发育碎屑流水道复合体(强制海退早期)、富砂质浊积水道复合体(强制海退晚期)和浊积水道-天然堤复合体(低位期),反映了一次完整的海平面升降旋回。沉积型水道由于远离物源,较少受到强制海退早期碎屑流沉积的影响,水道体系主要由搬运能力较强的浊积水道-天然堤复合体(强制海退晚期+低位期)组成。     

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。     

我国台西南附近构造沉降与沉积作用对气水合物成藏的可能控制

南中国海东北部大陆斜坡带上的海相沉积有适当的沉积厚度，处于适宜形成气水合物的温压域内，有一定的甲烷生成潜力。从台西南盆地的地震反射记录中，可以观察到气水合物存在的证据——似海底反射(BSR)，暗示了气水合物的广泛分布。台西南盆地的构造沉积格架与甲烷的生成和大量气水合物沉积可能存在直接联系；各种快速堆积的沉积体系(如滑塌块体、等深流沉积、浊积扇及三角洲)前缘，是天然气水合物富集的有利沉积相带，其中等深流沉积和滑塌块体推测为最有利气水合物聚集的沉积体。     

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。     

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。     

天然气水合物裂隙输导系统地震表征

南海是世界4大海洋油气聚集中心之一,南海北部陆坡已发现多个油气田和天然气水合物（以下简称水合物）矿藏。依靠高精度的地震探测技术,近年南海水合物矿藏的勘探大有进展,但是地震检测技术的成功率有待提高。科学钻探证实,单纯依靠稳定带中识别BSR寻找水合物有多解性,而水合物成藏系统的研究,尤其是对运聚输导系统的研究目前还不够深入。裂隙是南海北部水合物成藏成矿的主要输导体系,为有效表征水合物的裂隙输导系统,该文结合油气藏运聚系统研究的成功经验,将常规油气勘探中已成功应用的裂隙识别技术,应用到琼东南海域似海底反射区,成功雕刻表征出了水合物裂隙输导体系,并基于结果讨论了其运移效能。裂隙地震表征可作为水合物输导体系的研究手段应用于其成藏系统的研究。      

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。     

一种新型底流与浊流交互作用形成的储集砂体——以北礁凹陷为例

目前地质学家对垂直于大陆斜坡发育的浊积水道研究已较为成熟,而对平行于大陆斜坡水道的研究还处于起步阶段。在深水环境中,底流与浊流交互作用较为普遍,但研究少且程度较低,与这种交互作用相关的平行斜坡水道亟待深入研究。通过二维地震资料对北礁凹陷的古地貌进行研究,再利用三维地震资料的时间域构造、均方根振幅等,结合三维区的地震剖面和该区沉积环境及海平面升降、古气候等因素对平行斜坡强振幅水道进行综合研究。结果表明：北礁凹陷中中新世具有狭窄通道古地形特征,东北部发育一条近平行斜坡水道,且主要分布在该狭窄通道的右侧,该水道呈指状或锥状展布。沿水道方向有前积现象,且水道头部也有前积现象,而中部、尾部均以平行充填为主,该水道下方不发育大型断层。该平行斜坡水道是垂直于斜坡的浊流与沿斜坡的底流在狭窄通道处交互作用的沉积结果,该水道是一种新型的岩性储集砂体,具有潜在的高孔、高渗特征,该水道形成时的古气候和狭窄通道的古地形是其主控因素,并提出了这种新型储集砂体的沉积模式,丰富了我国深水砂体的类型。该水道具有重要的古海洋、古气候意义,可能在深水环境下的狭窄通道处广泛分布,是南海深水油气勘探的潜在接替新区,应引起石油地质工作者的重视。     

南海天然气水合物的形成条件和分布特征

从物理海洋、古气候、沉积环境和构造环境分析入手,研究了南海天然气水合物的形成条件。研究结果认为,在整个南海海域,天然气水合物生成的条件是存在差别的。南海东北部,在氧同位素2、4、6期,由于菲律宾海的高盐度海水的注入,使这里的生物生产率特别高,陆坡上沉积了丰富的有机物质,加上此期间该处的沉积速率高,为天然水合物的生成具备了物质条件;另外,自中新世末以来,由于菲律宾海板块与欧亚板块在台湾地区发生碰撞,对南海北部产生北西向挤压,加快了流体在沉积物中的活动,为天然气水合物的生成具备了良好的构造环境。因此,研究认为南海东北部陆坡应是南海天然气水合物最丰富的地区。     

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。     

珠江口盆地深水区伸展陆缘地壳减薄背景下的沉积体系响应过程及油气勘探意义

珠江口盆地白云深水区（包括白云凹陷和荔湾凹陷）位于南海北部陆缘地壳薄化带上,地壳厚度从北侧的29 km迅速减薄至17~18 km。地壳岩石圈强烈伸展薄化使得陆缘深水区具有特殊的断裂结构样式与沉降特征,对沉积体系产生重要的控制作用,并导致深水区成藏组合特征的差异性。通过调研全球典型伸展陆缘盆地的伸展破裂过程、断裂结构样式对沉积体系的控制作用,开展了对白云深水区凹陷结构、断裂构造样式、构造沉降史与沉积体系的耦合分析,揭示出珠江口盆地深水区特殊的沉积体系响应特征与发育机制。研究结果显示：地壳内脆韧性变形过程产生的大型低角度拆离断裂活动是裂陷期陆缘岩石圈伸展、薄化、破裂的主要机制,裂陷期地壳的均衡抬升、断裂带上盘块体的旋转和大型低角度主控断裂转换带的发育导致始新世文昌组-恩平组沉积期深水区具有宽深断陷结构与大型三角洲-湖相沉积响应体系;裂解期的缓慢沉降和丰富的单边物源供给导致渐新世珠海组沉积期陆架坡折带的发育,并形成海退型进积层序组合,大型海相陆架边缘三角洲和陆坡深水峡谷/深水扇体系分别发育在白云凹陷及其南部凹陷区;裂后热沉降期,台阶式沉降和充足的北侧单边物源体系控制了陆架坡折带由南往北的迁移,并使得陆架坡折带稳定分布在白云北坡,形成海侵加积型层序组合,陆架边缘三角洲和深水扇体系呈现垂向叠置分布特征。在新生代陆缘地壳拆离薄化背景下,裂陷期宽深断陷结构、裂陷后期台阶式沉降和单边物源体系供给等特征使得陆缘深水区发育裂陷期大型三角洲-湖相沉积体系到裂后期大型陆架坡折带的古珠江陆架边缘三角洲和陆坡深水重力流响应体系,最终导致规模烃源岩集中分布、纵向台阶式储-盖组合和两大陆架坡折带控制大型有利油气聚集带的分布格局。