海洋底水原位探测技术与中国南海天然气水合物勘探

在分析研究国内外海洋底水原位探测技术的前提下,详细阐述了自主研发的"海水溶解气甲烷原位探测技术成果"的研发思路、关键技术和与国外技术的区别;结合该技术在我国南海北部水合物赋存区获得海洋底水原位甲烷测试数据以及现有分层海水技术在南海北部表层海水和台西南盆地底层海水中甲烷测试数据,进行了水合物勘探中分层海水甲烷指标地球化学特征和不同海水测量方法技术在天然气水合物勘探中指示作用的研究和评价,旨在为天然气水合物中海水地球化学勘探方法的选择和发展方向提供参考依据。结果表明:(1)表层海水溶解气甲烷异常在区域水合物远景区中具有10~50nmol·L^(-1)的绝对甲烷浓度和面积较大(上千km^2)的区域地球化学特征;(2)底层海水甲烷异常背景值一般具有100nmol·L^(-1)以上的绝对甲烷浓度和面积较确定的局部地球化学异常特征;(3)海洋底水原位甲烷地球化学异常数据在水合物赋存区上的异常具有300~800nmol·L^(-1)的绝对甲烷浓度并具有高衬度异常特征。勘探技术成果显示:(1)常规技术和CTD技术获取的表层海水异常能够筛选水合物勘探远景区;(2)底水原位技术和台湾的岩心钻探技术(core top water)获取的底水地球化学异常与地下烃类聚集体渗漏相关,并有以生物成因气为主的同位素特征,因此该异常能够显示与水合物相关的甲烷渗漏地,为水合物赋存区段的识别提供依据。海水原位地球化学勘探技术在水合物海水地球化学勘探中具有广阔的应用前景。

广域电磁法在洞庭盆地北部生物气勘探中应用及远景靶区预测

洞庭盆地地处湘西古生界边缘,经历了中生代晚白垩世盆地基本成型和新生代断块运动为主的两期构造旋回,为终成于燕山(中生代)延续于喜马拉雅(新生代)的断陷盆地。盆内局部凹陷白垩系之上存在着持续砂泥岩沉积及第四纪河流湖泊相现代沉积,具备了形成一定规模生物气藏的地质条件。2013—2015年笔者通过洞庭盆地浅层沉积物系统地球化学勘探,基本搞清了盆地内渗漏甲烷气体异常的分布状况。根据各指标地球化学异常特征,发现洞庭盆地北部沅江凹陷北部斜坡、青树嘴—河坝镇一带是洞庭盆地内生物气资源最有可能突破的远景区。为了追索渗漏甲烷气体来源,深化地球化学异常解释评价以及浅层生物气系统研究,2015—2016年在发现的生物气远景区,部署完成5条广域电磁测深和两条汞气测量剖面。本研究旨在通过实测地球物理和地球化学综合剖面的对比研究,揭示本区第四系构造分布和地球化学异常机制,为洞庭盆地生物气资源远景和气藏靶区的预测划分提供科学依据,也为勘探第四系生物气资源方法技术的选择提供了建议。勘探成果表明:(1)本区第四系能够满足生物气系统"生储盖"条件,具有生物气资源潜力;(2)沉积物游离烃甲烷地球化学异常是下伏第四系内气体聚集沿断裂带或沉积层向表层渗漏运移所致。酸解烃指标是识别有利于生物气体生储环境的敏感因子之一;(3)洞庭盆地工区西北部,P2剖面南段和P2线北部与P3、P4剖面交汇区域,具有良好的"自生自储"型生物气藏资源远景,是本区勘探生物资源天然气最有希望的靶区;(4)洞庭湖北部工区东部,P6测线南部接近沅江凹陷中心的四季红一带,是本区寻找"自生自储"和"下生上储"型气藏的有利地带和资源远景区;(5)浅层沉积物地球化学勘探,有利于发现与生物气有关的气体渗漏、评价下伏沉积体系特性、缩小地球物理勘探靶区。地球化学与广域电磁剖面测量的结合是勘探生物成因天然气经济快速的方法技术。

ODP/IODP典型水合物站位稳定带界限和水合物分布的地球化学识别标志

本文采用ODP/IODP典型站位样品实测和相关数据搜集对比研究的方法,进行了多种游离烃甲烷及相关指标在水合物形成过程中的地质作用和地球化学特征研究,以及酸解烃甲烷与围岩组分和沉积中自生碳酸盐、浊积岩的关系及地球化学特征的研究,据此筛选出判识水合物稳定带(GHSZ)的地球化学标志。结果显示:(1)下伏地层中游离甲烷异常是天然气水合物稳定带孔隙中赋存动态甲烷的反映,由于指标测试方法和沉积物状态的差异,深部水合物稳定带上呈现出特定的两种游离烃甲烷指标HS和VAC正负拆离分隔的异常模式;(2)酸解烃与地层吸附甲烷能力和围岩组分性质密切相关,对应于水合物最佳赋存条件的自生碳酸盐和浊流岩,酸解烃甲烷具有显著的量化异常特征;(3)水合物形成过程中甲烷通量促进了甲烷厌氧氧化反应(AMO)和自生碳酸盐的生成。酸解烃甲烷与浅层自生碳酸盐具有显著的对应关系,弥补了浅部沉积中游离烃甲烷异常具多源和多解性的不足;(4)游离烃甲烷异常组合模式和酸解烃甲烷量化异常分布是GHSZ和有利水合物赋存条件的综合反映,能够为水合物稳定带和带内水合物聚集的判识提供依据。

深海甲烷电化学原位长期监测技术及其在海洋环境调查和天然气水合物勘探中的意义

深海溶解甲烷浓度数据连续获取的方法技术,对于海洋环境和天然气水合物开发过程中甲烷扩散作用及通量的动态监测,具有重要的科学意义和实际应用价值。本文较详细地介绍了依据"海水脱气、气体样品定量输入、电化学高精度检测"技术思路,采用"增压排液整机系统控制的海水循环、减压稳流、气液分离、烃类组分高精度检测技术改进"方法,研发"深海甲烷电化学原位长期监测技术"的关键环节和技术方法。结合原位传感器在胶州湾港口为期94天底水长期监测实验获取的数据成果,对原位传感器的技术性能、数据质量、地质效果进行了研究评价。结果表明:(1)原位传感器量程甲烷指标达到0.01～10 000 nmol/L,灵敏度达到0.01 nmol/L,对烃类组分检测具有较好的稳定性和选择性;(2)监测水域溶解甲烷数值范围19.01～106.87 nmol/L,正常甲烷背景32.41 nmol/L,局部异常甲烷背景80.60 nmol/L,资料显示异常与污水排放过程对海水环境污染有关;(3)实测甲烷数据成果地球化学特征与胶州湾海域海水环境以往调查研究成果符合,证明了实测数据的客观性和科学性;(4)海试监测试验成果证明,原位传感器测试性能可靠、结构设计合理、设计思路科学,基本具备了海洋科学调查中对海水甲烷浓度数据获取的能力,在未来海洋天然气水合物开发过程中对甲烷扩散作用的动态监测及深海甲烷浓度通量的长期监测中,具有实际应用价值和科学意义。

洞庭盆地生物气地球化学勘探及资源远景评价

湖南省洞庭盆地具备形成一定规模生物气藏的条件。针对生物气资源勘探,2013~2016年在盆地内开展了以地球化学为主的勘探工作,进行了比较系统的地表沉积物测量。勘探涉及面积2 060 km2,采集样品1 498个,采用现场顶空气游离烃、室内酸解烃和少量微量甲烷同位素指标测试。研究结果表明:(1)洞庭盆地甲烷地球化学异常由游离烃(顶空气)和吸留烃(酸解烃)组成。游离烃是现存地下生物气的动态反映,酸解烃与沉积相造成的碳酸盐沉积和古河道分布有关。(2)洞庭盆地为甲烷指标高背景区域,异常分布与第四纪断陷盆地分布基本吻合,尤以沅江凹陷显著。(3)酸解烃河坝镇异常与中部NE向串珠状和东南部次级局部异常组成的环状异常围绕着沅江凹陷,表明其可能是洞庭盆地潜在生物气烃源区。(4)沅江凹陷北部青树嘴—河坝镇一带是盆地内游离烃甲烷特高值异常区,是下覆生物成因天然气在浅表层直接渗漏的反映;酸解烃甲烷高值异常环绕着游离烃甲烷高值异常,构成了酸解烃环状异常和游离烃顶端异常最佳油气藏组合模式。青树嘴—河坝镇区块是洞庭盆地下覆生物气的"烟囱",是本区生物气勘探最有可能突破的地区。

智控型化探样品预处理系统及其在海洋天然气水合物勘查中的应用

酸解烃、水溶烃、热释烃等地球化学勘探方法中,样品预处理工作是必不可缺的环节,但是目前我国化探样品预处理装备技术仍然停留在30年前建立的手工化学处理阶段,与当前高精度分析仪器普遍应用的现状极不匹配。笔者基于自主研发的智控型化探样品预处理系统,分别介绍了工作原理、控制结构、实现技术、性能指标及测试检验结果,并将该技术应用于国际大洋钻探ODP(Ocean Drilling Program)204航次岩芯样品酸解烃测试和我国南海北部海水水溶烃指标测试,验证了其在天然气水合物地球化学勘探中的效果。实践证明,该系统具有自动快速、精密安全、便携简洁的特点,促进了化探样品预处理技术装备的进步,在我国化探样品实验室预处理和野外现场工作中具有广泛的应用前景。

深海原位溶解甲烷传感器(METS)的原理及应用研究

近年来,海水中溶解甲烷的探测技术成为国内外学者的研究热点。与传统的实验室利用气相色谱法检测离散海水甲烷浓度的方法相比,基于膜脱气技术的METS甲烷传感器具有体积小、操作简便、原位实时连续观测等特点,并且可与其他化学、物理传感器集为一体进行甲烷探测。主要介绍了METS传感器的基本原理、特点,给出了技术指标和规格参数,分析了其性能制约因素与校正方法,并总结了METS传感器在性能测试、麻坑成因、潮汐作用机理等方面的应用成果。

天然气水合物数值模拟中基于mVIEW的多分支井建模

天然气水合物分布广、埋藏浅、清洁无污染、储量巨大,是极具发展潜力的清洁能源。为实现天然气水合物商业化开采,急需探索基于多分支井的高效开采技术。在使用TOUGH+HYDRATE模拟器开展数值模拟中,复杂结构井建模是研究工作的难点。为此提出了基于mVIEW的复杂结构井快速建模方法,以多分支井为例简要介绍了建模流程;此外,结合TOUGH+HYDRATE模拟器,以中国地质调查局2017年在南海北部陆坡深水区白云凹陷神狐海域SHSC-4试采井测井曲线数据为基础,建立理想水合物藏分层地质模型,开展单一水平井和多分支井在水合物Ⅱ层中部的降压开采数值模拟。模拟结果表明:该建模方法提高了模拟器在复杂建模方面的能力,对天然气水合物高效开采数值模拟具有较好效果和参考意义;相较于单一水平井降压开采,多分支井开采技术能最大限度地增加天然气水合物藏的裸露面积和深度,有效提高水合物藏储量动用程度,是值得探索的高效开采技术方法。

基于室内实验的海底渗漏甲烷气泡运动行为及吸附回收研究

海底甲烷渗漏可能会影响海洋环境,乃至影响全球气候和碳循环,但目前人们对渗漏甲烷在海水中的运动行为了解有限。本文基于水体甲烷释放室内实验,研究了不同甲烷渗漏条件下的甲烷气泡行为及其运动特征。结果显示,甲烷气泡在上浮过程中发生合并、分离和破碎,运动轨迹呈“S”形;气泡尺寸及上浮速度随释放气体流量增大而增大;气泡运动还受水中障碍物影响,具体作用与释放气体流量、障碍物表面粗糙度及形态有关。采用日本水合物试采数据开展甲烷喷发式释放模拟实验发现,短期释放大量甲烷会引起水流速度和动压力显著增大。此外,水体甲烷吸附实验表明,经白炭黑疏水处理后,活性炭吸附甲烷能力可提高5%。