南海琼东南盆地两种不同成因天然气水合物赋存的深层沉积物地球化学特征对比

对来自琼东南盆地W03和W09站位的天然气水合物分解气及其赋存沉积物的地球化学特征进行对比研究。结果表明, W03和W09站位的天然气水合物分解气分别对应以生物气为主和以热成因气为主的混合成因气, 2个站位水合物赋存的深层沉积物的地球化学特征具有显著差异。以生物成因气为主的W03站位沉积物表现出较高的总有机碳(TOC)、较低的硫酸盐含量以及较高的孔隙度,这些是产甲烷菌活跃的有利条件;同时天然气水合物富集层沉积物的饱和烃中显示出强度很高的低碳数未分离复杂化合物(UCM)鼓包(C_(12)~C_(19)),推测该站位沉积物中产甲烷菌活跃。以热成因气为主的W09站位沉积物中轻重烷烃指数(L/H)、姥鲛烷/植烷(Pr/Ph)和n-C_(17)/Pr等多种生物标志物特征表明,该站位在天然气水合物富集层有明显的油源烃浸染的痕迹,推测来自深部油气藏的天然气将油源烃携带到天然气水合物层位,同时该站位部分样品色谱图中显示出与油源烃微生物降解活动相关的UCM鼓包(C_(17)~C_(21)),表明油源烃在沉积物中也受到了微生物降解活动的影响。

地震火山地层学研究综述

上个世纪60年代开始的深海钻探计划与其后的大洋钻探计划掀起了海洋研究的热潮。而研究被动大陆边缘,进而研究大陆张裂及至海底扩张的过程一直是这些计划的核心内容。挪威奥斯陆大学的Sverre Planke教授等在研究火山裂谷边缘时,提出了地震火山地层学的概念,用于分析火山沉积在地震上的响应。研究方法主要集中在对火山地震相单元的识别与描绘,并用火山岩知识对这些相单元进行解释。经过数年对大西洋沿岸和西澳大利亚裂谷边缘的地震反射数据的研究,Sverre Planke等先后识别出16种典型的火山岩地震相单元,本文选取其中8种研究得较为成熟的地震相单元来阐述地震火山地层学,分别为:近端向海倾斜反射体,②远端向海倾斜反射体,③外部隆起,④向陆熔岩流,⑤熔岩三角洲,⑥内部熔岩流,⑦穹隆,⑧岩席侵入。地震火山地层学为我们了解火山型裂谷边缘,分析该区大型火成岩省的形成过程提供了重要的技术和方法。

中国南海天然气水合物第二次试采主要进展

泥质粉砂型天然气水合物被认为是储量最大开采难度亦最大的水合物储层,2017年南海天然气水合物试采,初步验证了此类水合物储层具备可开采性。在总结前次试采认识的基础上,对试采矿体进行优选、精细评价、数值与试验模拟和陆地试验,中国地质调查局于2019年10月-2020年4月在南海水深1225 m神狐海域进行了第二次天然气水合物试采。本次试采攻克了钻井井口稳定性、水平井定向钻进、储层增产改造与防砂、精准降压等一系列深水浅软地层水平井技术难题,实现连续产气30 d,总产气量86.14×104m3,日均产气2.87×104m3,是首次试采日产气量的5.57倍,大大提高了日产气量和产气总量。试采监测结果表明,整个试采过程海底、海水及大气甲烷含量无异常。本次成功试采进一步表明,泥质粉砂储层天然气水合物具备可安全高效开采的可行性。

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。

南海北部神狐海域含天然气水合物沉积层的速度特征

2007年在南海北部神狐海域对天然气水合物(以下简称水合物)的钻探结果表明,仅依靠似海底反射(BSR)和振幅空白不能揭示沉积层内水合物的赋存状态,不能准确地圈定水合物的分布面积和储层厚度。为准确判定水合物储层情况,对南海北部神狐海域声波测井及地震资料进行了精细分析,研究了含水合物沉积层的声波速度、地震速度的分布特征和变化规律。结果认为:①地震反射剖面上,由于水合物饱和度、厚度增大,引起含水合物沉积层的速度增大而产生上拉构造,其下方同时显示出因低速含气层引起的速度下拉构造,即"眼球状"的速度振幅异常结构;②含水合物层的层速度大小与沉积物孔隙度和水合物饱和度密切相关,水合物饱和度随声波速度升高而上下波动,总体趋势上随声波速度的升高而增高;③在含水合物带内部,高速层呈平行于海底的带状分布,底部速度最高,从底部往上速度逐渐降低;④利用上述特征,结合其他地质和地球物理资料,依据层速度可识别地层中水合物的存在,计算水合物的饱和度,确定含水合物层的厚度、分布范围,并可进一步计算水合物的资源量。

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。

南海北部神狐海域高饱和度天然气水合物分布特征

神狐海域是我国天然气水合物勘探的一个重点区域,2015年在该区域执行的GMGS3天然气水合物钻探,不仅发现了高饱和度天然气水合物,而且发现了热成因的Ⅱ型天然气水合物。其中的W11井在细粒泥质沉积物中获得了厚度达70多米的水合物层,饱和度平均值达40%,局部层高达53%。本文分析了神狐海域W11井的随钻测井资料,利用各向同性的电阻率模型,基于阿尔奇公式估算了天然气水合物饱和度,并与岩心资料中孔隙水氯离子异常估算的水合物饱和度进行对比,查明水合物在垂向上的变化,再结合地震资料反演的声波阻抗来获得水合物横向分布特征,发现水合物空间分布与储层变化、流体运聚和深部热成因气有关。

海底峡谷侵蚀-沉积作用与天然气水合物成藏

近年来海底峡谷和海域天然气水合物的调查和研究表明,二者在空间分布上具有一定的相似性,同时海底峡谷强烈的侵蚀作用和良好的内部建造,与海域天然气水合物的聚集、分布和成藏具有直接或间接的关联。通过对目前海底峡谷和海域天然气水合物的资料调研和系统分析,指出海底峡谷和海域天然气水合物的相关性主要表现在3个方面:侵蚀-沉积作用与有利沉积体的分布、侵蚀-沉积作用与含烃流体渗漏的相互作用、侵蚀-沉积作用与海域天然气水合物的动态成藏。将海底峡谷和水合物的关联性应用到珠江口盆地海底峡谷群,初步分析了二者的关联。研究认为该区域的海底峡谷将会对有利沉积体进行破坏和改造,使其表现为"斑状/补丁状"的平面分布特征,影响了水合物的分布和实际产出;此外,峡谷侵蚀-沉积作用导致了先前形成的水合物的分解,一部分的甲烷等气体将会进入到海水之中,而受有利沉积体上部细粒均质层的遮挡,大部分的含气流体将被"继续"限制在有利沉积体之中而形成新的水合物,这可能是该区域内细粒沉积物中水合物饱和度较高的原因。

南海北部神狐海域输导体系特征及其对天然气水合物成藏的影响

基于地震解释和二维盆地模拟,从输导体系的类型、断层的活动性、古压力演化历史等方面综合研究南海北部神狐海域输导体系的特征,并结合生烃条件和天然气水合物稳定域条件,综合探讨输导体系对天然气水合物成藏的影响,进而预测神狐海域天然气水合物有利聚集区。结果表明:神狐海域输导体系类型主要有"断层"型和"气烟囱"型2种,并以"断层"型为主;"断层"型输导体系主要分布在神狐海域北部和中东部,断层性质为正断层,组合样式包括鹿角状、反"y"字型和阶梯型,断层主要活动期为珠江期-韩江期;该区域经历了3期超压旋回,其中第3次超压旋回与深部烃类流体的生成-排放有关;该区域浅层形成了较厚的天然气水合物稳定域,深部具备充足的气源;该区域主要生排烃期与断层主要活动期、第3次超压旋回匹配良好,有利于深部烃类气体通过"断层"型输导体系向浅层运移;该区域北部和中东部是未来天然气水合物勘探的有利区。

神狐钻探区天然气水合物成藏地质条件分析

以天然气水合物成藏系统理论为指导,对神狐钻探区天然气水合物成藏地质条件进行了系统研究。研究结果表明:神狐钻探区具有优越的烃类生成体系和流体运移体系。天然气水合物气源以生物气-热成因气混合气为主,气源岩生烃潜力大;断层、气烟囱以及断层滑脱面可以为含烃流体在纵向和横向上的运移提供优势运移通道。地温特征和成藏就位体系-沉积物岩性及其岩性组合特征是控制该区水合物层在空间尺度上分布不均匀的主要原因,地温和地温梯度越低,沉积物粒度越粗,且具备"上细下粗"的沉积物岩性组合更有利于水合物的形成。

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

文章分析了台西南盆地渗漏型和扩散型天然气水合物沉积层的测井曲线特征,并通过对比DSDP 84航次570号钻孔含天然气水合物层段测井资料,结合研究区的区域地质条件、水合物饱和度、钻井岩心资料以及地震反射剖面特征,总结出台西南盆地天然气水合物沉积层的测井响应规律及其地质意义,结果表明:研究区含水合物沉积层的测井曲线有高电阻率、高声波速度、高中子孔隙度、低补偿密度和低自然伽马的"三高两低"的异常特征,渗漏型水合物层测井曲线"三高两低"特征较扩散型明显,渗漏型水合物沉积层内水合物碳氢气体浓度高,在断层通道内高度聚集形成块状水合物,水合物的饱和度最高达到100%,水合物分解后形成碳酸盐层,部分碳氢气体沿裂隙向上运移后再次形成的水合物层,扩散型水合物主要分布在水合物稳定带的底部,水合物呈分散状存在于沉积物中,水合物分布范围较大,气体容积扩散,碳氢气体浓度下降,水合物的最高饱和度为31%,水合物气源主要为微生物成因气,裂解气可能以生物降解气的形式与微生物气为水合物的形成共同提供气源。研究区断层、断裂和气烟囱等构造发育,地震反射剖面上具有似海底反射(BSR)、振幅空白带、BSR与地层斜交、穹状反射(速度振幅异常而形成的眼球状结构)等水合物响应特征。

南海北部神狐海域峡谷层序结构差异与控制因素

南海北部陆坡神狐海域峡谷作为我国水合物首次试采区,其沉积层序特征控制和影响着富含水合物沉积体的展布。海域峡谷区沉积作用复杂,影响因素较多,对比难度较大一直是全球深海沉积研究的难题之一。研究采用井震综合分析的方法识别出层序界面,并结合峡谷侵蚀—充填过程,刻画出不同级次的层序界面在空间上的展布。研究划分出6个四级层序,但是各层序内部同相轴发育特征不同:层序Ⅲ和层序Ⅳ的底界可见明显的下切谷和峡谷定向迁移现象,层序Ⅴ和层序Ⅵ层序可见明显的同相轴错断现象。依据层序结构样式存在的差异,将研究区层序类型分成物源驱动型层序和沉降驱动型层序。然后统计层序Ⅰ—Ⅳ内部的沉积参数,根据陆坡滨岸线的演化过程将物源驱动型层序和沉降驱动型层序进行体系域划分。最后将两种类型的层序进行解剖并提出对应的演化模式:物源驱动型层序可以再划分成3个体系域,即低位域、海侵域和高位域,整体物源供给较充足,沟谷侵蚀现象明显,陆坡滨岸线多呈上超结构;沉降驱动型层序划分成4个体系域,即低位域、海侵域、高位域和海退域,其中海退体系域为最大海泛面和峡谷侵蚀面间的规则前积体,层序发育过程伴随断裂沉降,陆坡滨岸线多呈S型结构。

琼东南盆地南部梅山组丘状体沉积特征及成因机制

琼东南盆地南部梅山组具有独特的丘状反射特征,关于其成因机制引起了广泛关注和讨论。以琼东南盆地大量二维地震资料和高分辨率三维地震资料解释为基础,在深水钻井标定下,从地震相特征、沉积物物源、沉积搬运通道、古地貌特征以及海平面变化和构造活动6个方面,阐明了梅山组丘状体的沉积特征,并讨论了其成因机制。研究结果表明,中中新统梅山组沉积时期,受强制性海退影响,琼东南盆地范围内海平面下降至低水位,南部隆起局部暴露剥蚀,提供了大量沉积物源;上中新统黄流组沉积时期,盆地局部构造活动使得南部隆起物源发生重力失稳,通过深水水道向盆地中央以重力流方式搬运沉积物。琼东南盆地梅山组地层的丘状反射特征是黄流组沉积时期以南部隆起沉积物为物源的浊流侵蚀下伏梅山组地层所致。对该丘状体成因机制的深入研究,不但有助于丰富对丘状地震反射现象的认识,而且揭示了其沉积构成为粗碎屑沉积物而非生物礁滩沉积,对深水油气勘探储层特征及评价具有重要意义。

南海北部神狐海域不同类型水道及其天然气水合物成藏的差异

2007年和2015年,我国在南海北部神狐海域的水合物钻探结果揭示,水合物在赋存空间上表现为不均匀性。该区域发育多种类型的深水水道,基于水道特征开展不同类型水道的描述,并分析其对水合物成藏差异性的影响,将对该区域水合物的勘探和后续开采具有重要意义。通过地震剖面的综合解释和井震心综合分析,对神狐海域的水道类型进行了划分,探讨了水合物成藏的差异。结果表明,研究区的水道可划分为"V"型、迁移"V"型、"U"型和碟型等4种类型,不同类型水道的水合物赋存特征各异。"V"型和迁移"V"型水道的水合物主要富集在峡谷壁垮塌沉积中,但富存程度较低;"U"型水道的水合物主要富集在谷底沉积和两侧天然堤中;碟型水道的水合物主要富集在水道末端朵体及越岸扇体中。综合解释认为,沉积速率和水流侵蚀速率是造成神狐海域不同类型水道中水合物成藏差异的主要因素。

神狐海域天然气水合物地质建模及有利区预测

针对目前天然气水合物沉积成矿因素复杂、预测难度大的问题,通过利用高分辨率三维地震、测井和岩心等资料来分析南海北部神狐海域BSR分布及天然气水合物成矿带的沉积特征、地震属性和物性特征,表明研究区天然气水合物分布在一定沉积相带、地震属性和物性范围内;然后根据实际资料情况,选择合理的建模方法,建立了天然气水合物沉积相、地震属性和物性模型;综合考虑3种模型中天然气水合物分布有利区,对层序Ⅴ天然气水合物分布的有利区带进行了预测,主要分布在S2和S3以南至S5之间,S4井周围少量分布,这种预测方法具有一定的科学意义和较好的实际参考价值。

运聚体系——天然气水合物不均匀性分布的关键控制因素初探

海域天然气水合物的聚集和分布呈现出明显的不均匀性。本文运用"天然气水合物油气系统"的理论和斱法,从墨西哥湾、布莱克海台、水合物脊、南海海槽等国际典型水合物赋存区的稳定条件、气体组分和来源、流体运移、沉积条件四个斱面解剖各区水合物的成藏控制因素。通过分析和对比认识到水合物赋存区的范围相对较小,海底温度和压力可视为均一条件,热成因气和生物成因气均可作为水合物的气体来源,同一个区域内的气体组分相对稳定,但有利沉积体和为含气流体运移提供通道的运移条件,也即"天然气水合物运聚体系"是控制水合物分布的关键因素。南海北部陆坡神狐海域水合物储集于颗粒相对较粗、孔隙空间相对较大沉积体中,而下部的气烟囱和断层极成了神狐海域的含气流体运移通道,这种有利的运聚体系有机结合可能是天然气水合物富集的关键因素。因此,针对水合物储集体的精细沉积学解释和流体运移通道的解剖,可能是南海北部陆坡天然气水合物勘探中需要引起重视的一个斱向。

海域天然气水合物钻探研究进展及启示(I):站位选择

本文通过对国外海域天然气水合物钻探的调研，选取布莱克海台、水合物脊、墨西哥湾、日本南海海槽、韩国郁龙盆地、印度大陆边缘等区域，从水合物站位选择目的和站位选择依据这两个方面进行归纳总结和系统对比。研究指出，根据水合物的实际产出和赋存，可将其划分为两大类型：赋存于海底浅表层的水合物（一般在海底之下100m范围内）和赋存于海底之下中一深层的水合物（一般在海底之下100～400m范围内）。前者的主要识别依据为海水异常、含气流体运移通道和异常地形地貌特征，而后者的主要识别依据为地球物理异常反射特征、含气流体运移通道和有利沉积体。因此，如果将水合物的形成、聚集和分布比喻为一个有机的整体，那么“运”和“聚”就构成了这个系统的“骨骼”和“血液”，它们将控制远景区内的水合物分布。将“水合物识别标志”、“有利沉积体展布”和“流体运移通道”三者有机地结合在一起，可以达到更准确地预测和描述水合物矿体的目的，这是今后海域水合物钻探站位选择依据的主要发展方向。

南海北部陆坡流体运移差异性的原因分析——以神狐天然气水合物钻探区和LW3-1井区为例

神狐天然气水合物(以下简称水合物)钻探区和LW3-1井区均位于南海北部陆坡珠江口盆地,平面相距约25km,但其天然气(水合物)的成因却不相同。为此,首先对神狐海域高精度2D/3D地震资料进行了精细解释,共识别出底辟构造(气烟囱)、大尺度断层、上新世中尺度正断层和更新世滑脱断层等4种含气流体的运移通道。在此基础上,对比分析了神狐水合物钻探区和LW3-1井区运移通道的平面分布特征。结果表明:气烟囱虽在两个区域内都有发育,但在形态、规模、内部结构、与围岩接触关系等方面却存在着明显的不同;晚中新世以来,神狐水合物钻探区以上新世正断层和更新世滑脱断层为主,前者被认为是流体侧向运移的通道,后者则沟通了气烟囱和海底,可被视为流体的逃逸通道,而LW3-1井区则主要发育沟通深部的大尺度断层,且剖面上呈现为地堑/地垒的特征。结论认为:LW3-1井区中沟通深部烃源层的气烟囱和大尺度断层,其垂向的流体输送能力要强于神狐水合物钻探区,这便是造成这两个相邻区域流体运移条件不同的主要原因。

海域天然气水合物钻探研究进展及启示:储集层特征

本文基于世界范围内天然气水合物勘探的研究成果,系统回顾和总结了含水合物的沉积体类型,即水合物的储集体。根据水合物的实际分布和产出特征,将水合物藏划分为非渗透的细粒泥质沉积物中浸染状水合物、含裂隙的细粒泥质沉积物中裂缝充填型水合物或结核结壳型水合物、流体喷口附近海底浅表层水合物、粗粒砂质沉积物中孔隙充填型水合物四类。其中细粒沉积物孔隙度较小,渗透率较低,水合物饱和度低,开采难度大;流体喷口附近浅表层水合物分布范围十分局限,开采风险大;裂缝充填型水合物的分布主要受活动断层或微裂隙的控制,其形成机制和原位资源量仍不清楚;粗粒沉积物孔隙度较大、渗透率较高、水合物以高饱和度的孔隙充填型为主,矿体展布集中、开采难度较小。根据水合物原位资源量和开采难度,它们分别自下而上位于水合物资源金字塔的底部到顶部。以水合物油气系统思想为指导,寻找砂体中的水合物藏是现在和将来水合物勘探的重要方向之一。

南海北部神狐海域天然气水合物分布的主控因素

针对天然气水合物沉积成矿因素不明确等问题,通过利用南海北部神狐海域的高分辨率三维地震、测井和岩心等资料,对晚中新世以来的地层进行了高分辨率层序划分和精细的沉积解释。从温压、沉积、构造等方面探讨了神狐海域天然气水合物分布的主控因素,认为:BSR上部附近处于水合物稳定温压范围内;粗粒沉积物有利于天然气水合物的富集;在含水合物层段内,孔隙度与天然气水合物饱合度成正比关系;滑塌体是天然气水合物赋存的有利相带;气烟囱形成过程中产生的断裂系统可为富含甲烷流体向上运移提供通道,并在其上部滑塌体富集成矿。因此,神狐海域具备天然气水合物成藏的优越条件,是天然气水合物勘探开发的有利区块。