南海北部二氧化碳对天然气水合物形成与分布的影响

南海北部天然气富含CO2等非烃气体,非烃气体对于水合物既有建设性,也有破坏性。含CO2的天然气向上运移渗漏到浅层,条件适当时,CO2可作为碳源,被还原成CH4,在浅层形成水合物成藏。选取南海北部的几组不同CO2、N2含量的气体组分进行的实验表明,含CO2的天然气形成水合物的温度比纯甲烷水合物要高,致使水合物的赋存深度增加,从而拓展了水合物稳定带的厚度。高含CO2的天然气藏发生强渗漏并运移至上覆甲烷水合物层时,CO2可能会置换甲烷水合物中的甲烷,使原有的水合物矿藏遭受破坏或甲烷饱和度下降。

西伯利亚冻土区储存二氧化碳的可能性评价

本文研究探讨了在西伯利亚冻土区储存二氧化碳的可能性问题。主要利用地热数据编制了反映冻土区和冻土区中二氧化碳、甲烷水合物稳定区参数的系列图件。研究表明，在冻结断面中可以储存二氧化碳，并且合理地向位于较深的相对稳定的储集层注入。在这种情况下，粘土层、二氧化碳水合物稳定带，以及上部的冻结岩层将是二氧化碳的盖层。

大洋蛇纹岩化无机成因甲烷水合物稳定带底界模拟

随着深海调查研究的不断深入,发现大洋基性和超基性岩与水相互作用可发生蛇纹岩化作用产生无机成因甲烷等烃类气体,可能在大洋区海底形成水合物.为评估大洋蛇纹岩化无机成因甲烷水合物生成热力学条件及水合物稳定带分布特征,本文利用实测的原位温度、水深等条件,结合甲烷水合物-水-游离气三相平衡温压条件,计算了马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山、北大西洋Fram海峡超慢速扩张脊和Lost City慢速扩张脊3个不同地质构造环境的蛇纹岩化发育的大洋区海底环境甲烷水合物稳定带底界,并对其水合物发育潜力进行了评估.研究表明马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山和北大西洋Fram海峡超慢速扩张脊满足天然气水合物发育的热力学条件,可能发育有甲烷水合物,相应的水合物稳定带底界深度分别约为858~2515和153~232 mbsf.大西洋Lost City喷口附近发育甲烷水合物可能性较小.

马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山无机成因甲烷–氢气水合物形成条件与稳定带发育特征

海洋水合物的成藏不仅需要合适的温度、压力条件,而且需要充足的气源。一般认为大洋区海底沉积物缺乏丰富的有机质,不具备天然气水合物发育的气源条件。然而最近研究表明洋壳广泛的蛇纹岩化作用可以产生大量的无机成因甲烷,并找到了与蛇纹岩化有关的水合物发育证据。蛇纹岩化过程中不仅有甲烷生成,还生成大量的氢气,很可能形成甲烷–氢气水合物。本文根据IODP 366航次钻探资料,应用甲烷–氢气水合物的热力学模型,计算了马里亚纳弧前三个蛇纹岩泥火山钻探实测获得的不同氢气含量条件下的甲烷–氢气水合物稳定带分布特征。结果显示氢气比例越高,计算获得的甲烷–氢气水合物稳定带底界深度越浅。研究的6个马里亚纳弧前蛇纹岩泥火山站位中, IODP 1491、1492、1496、1498四个站位可能具备甲烷–氢气水合物发育温压和气体成分组成条件;IODP 1493、1497站位几乎不具备甲烷–氢气水合物的温压和气体组成条件。

海底天然气水合物稳定带的特征分析

水合物稳定带 (HSZ)控制着海底天然气水合物的成矿作用和分布规律 ,其厚度及分布范围决定了天然气水合物的蕴藏量 ,所以水合物稳定带的分析对天然气水合物的成矿与分布规律、成因与演化机制以及资源评价研究具有重要的指导意义。水合物稳定带本身受海底温度、压力和甲烷量等因素的影响 ,其变化会影响水合物稳定带的范围、稳定带底界的位置 。

布莱克海脊底辟处与天然气水合物稳定带有关的甲烷圈闭与运移—来自地震资料的新发现

Bkake脊底辟位于Carolina海槽沿海线一系列盐底辟的最南面，底辟引发上覆沉积物断裂，使得流体和气体向海底运移。通过分析位于天然气水合物富集区的Blake脊底辟处的地震反射资料，得知底辟中心的天然气水合物稳定基底非常浅：底辟处海底向上挠曲了近100m，由2300m左右变为2200m左右。由BSR指示的天然气水合物稳定基底BGHS在底辟两侧约为4.5s，中心上升为4.15s。底辟上部BGHS至海底以下0.05s(40-50m)出现一系列垂向断裂，这一断裂系列分化成一些陡的小断裂，成为通向海底的裂口，它覆盖了大约700m的直径范围。另外还有一些由主断裂及位于底辟中心BGHS附近的分化的次生断裂。气体及其它流体可以沿这些断裂向上运移。本文做了复杂的示踪分析比较不同反射面的反射强度及瞬时频率。底辟中心的低频异常显示强烈的地震衰减，是由流体沿断裂通道（可能是甲烷）的运移引起的。气体（主要是甲烷）沿天然气水合物稳定带的运移目前还无法解释其原因。我们推断断裂中的孔隙流体温度及盐度太高以至不能形成天然水合物，即使在远离底辟的天然气水合物稳定深度。另外天然气水合物可能堵住断裂墙以至水的供给太少不能将所有的气体转化为天然气水合物。BSR变浅反映出底辟增加的热流要么由下伏盐的高热导率引起，要么是由流体的热对流引起。孔隙水的高盐度降低天然气水合物的稳定性，对BSR变浅也起到重要作用。通过调查发现BSR变浅理论上是由于底辟处盐度增加，虽然地质学上似乎难于理解。这一发现表明高盐度的孔隙水对盐结构以上BSR深度的侧向变化起到重要作用。

卡斯卡迪亚大陆边缘甲烷水合物稳定带地震层折研究

1993年6月，对在ODP第889B孔周围的BSR作了深入的地震研究。在两个航次中采用海底地震仪（OBHs）收集了大量的广角反射资料和单道地震资料。我们对工区内的一条测线的资料进行了新的2D旅行时反演。4个OBHs（广角反射资料）和单道地震资料的联合反演获得了在BSR上方P波的速度特征，结果发现这些速度略高于垂直地震（VSP）获得的速度和889B井声波测到的速度，BSR上方速度大约1．83－1．95km/s。两种不同方法估计的气体水合物含量大约为孔隙空间2％到24％。速度模型提供了该区BSR上方BSR反射强度和水合物含量之间关系。

海洋环境甲烷水合物溶解度及其对水合物发育特征的控制

除合适的温度和压力条件外，甲烷水合物的形成还需要有充足的甲烷供给，沉积物孔隙水中的甲烷浓度必须大于甲烷水合物的溶解度.本文建立了水合物-水-游离气三相体系、水合物-水二相体系、气-水二相体系的甲烷溶解度计算优选方法，计算确定了水合物系统的甲烷溶解度-深度相图，依此划分出游离气、溶解气、水-水合物、水-水合物-游离气四个甲烷不同相态分布区.对水合物脊ODP1249和1250钻位、布莱克海台ODP997钻位稳定带甲烷水合物含量和稳定带之下游离气含量进行了计算.ODP1249浅部13.5-72.4 mbsf（mbsf表示海底以下深度）的甲烷水合物是沉积物孔隙体积的10%-61%，ODP1250钻位35-106.5 mbsf的甲烷水合物约为孔隙体积的0.7%-1.9%，水合物层之下游离气层厚约22 m，游离气含量约占孔隙的4%.布莱克海台ODP997钻位的浅部146.9 mbsf处无水合物发育，202.4-433.3 mbsf之间水合物占孔隙体积的约5%-7%，水合物层之下游离气层厚约80 m，游离甲烷含量为孔隙的0.2%-28%.

台西南盆地天然气水合物甲烷量估算

南海北部陆坡区的台西南盆地是天然气水合物潜在分布区之一,水合物稳定带的研究对天然气水合物成矿与分布规律以及资源评价都具有重要意义,根据SO-177中德合作航次南海北部陆坡天然气水合物地质的调查资料,结合天然气水合物的相平衡条件和相应的压力-温度方程,计算了台西南盆地A区和B区的水合物稳定带厚度,并讨论了水合物稳定带厚度的分布特征。另外,对A区和B区天然气水合物中甲烷资源量进行了初步估算,估算结果为:A区甲烷资源含量为8.5739×1011～5.1443×1012m3,B区甲烷资源含量为1.4518×1012～8.7111×1012m3,A区和B区甲烷资源总量约2.3029×1012～13.8544×1012m3。初步估算结果显示,台西南盆地天然气水合物甲烷资源量潜力巨大。

南海北部神狐海域甲烷水合物BHSZ与BSR的比较研究

天然气水合物（主要是甲烷水合物）因其重要的资源、环境意义越来越受人们关注.其在海底沉积物中的稳定存在及分布受温度、压力、甲烷供应量等因素的控制.勘探工作中,经常把似海底反射层（BSR）对应于甲烷水合物的稳定带底界（BHSZ）.通过对南海北部地区甲烷水合物BHSZ与BSR的对比研究,我们发现在南海北部部分地区二者并不一致,二者之间的误差较大且呈一定的规律性分布.在神狐地区北部,水深较浅、沉积速率较快,BHSZ与BSR的误差为负,绝对值达192%;而在水深较深、基底为隆起的、沉积速率相对慢的神狐东南部,BHSZ与BSR的误差逐渐过渡到为正值,误差约为45%.我们综合分析了由速度-深度关系、BSR深度处反射时间、海底温度、平均热导率、静水/静岩压力模型、水合物稳定P-T方程等参数、流体活动性等计算参数可导致的的误差范围,最后认为导致BHSZ与BSR之间误差的主要因素可能是对BSR的理论认识上,在南海北部地区地震反射识别的部分BSR对应的可能是游离气带顶界（TFGZ）或古BSR或仅仅是由近水平地层或不整合面封存的含气层,而非传统意义上对应于BHSZ的BSR.而造成BHSZ与BSR规律性分布的基础地质因素则可能为在张裂基底上不同构造部位发育的不同的沉降、沉积过程及其热响应,进而造成不同的甲烷生成量、聚集量以及不同的水合物系统相对沉积物的迁移速率,最后产生不同深度的游离气顶界或不同深度的残留异常“古BSR”或含气层.

南海北部神狐海域天然气水合物成因模式研究

位于南海北部陆坡的神狐海域被认为是天然气水合物勘探开发的有利靶区。然而，该区天然气水合物仅富集于水合物稳定带的底部，且具有高饱和度，其特征有别于以低甲烷通量为主的典型水合物。该区水合物的成藏机制和控制因素目前尚不明确。

加拿大天然气水合物分布和数量

气体水合物，一种天然水和气体的固体形式，广泛出现在加拿大极地和大陆架区并且在外陆架边缘的沉积物中。尽管水合物直接指示是很少。并且很分散，根据有利于气体水合物形成和稳定的条件。尤其是在永久冻土层或深海下的低到中温。结合气体产生和储存的有利地质条件，区域广泛，显示了在加拿大许多沉积盆地2km之上。天然气资源潜力巨大。我们已分析了加拿大辽阔的大陆架和北极冻土区天然气水合物的潜力(波弗特海麦肯齐三角洲、北部的北极群岛和戴维斯海峡、拉布拉多磕架、斯科舍陆架以及治加拿大大西洋边缘和太平洋边缘纽芬兰的大岛)。保守计算表明。上述区域存在lO^12——lO^12m^3气体水合物。相应的甲烷潜力估计界于lO^12—lO^14m^3。加拿大天然气水合物中甲烷的数量地理分布如下：麦肯齐三角洲-波弗特海为0．24—8．7×lO^l3m^3。北极圈O．19—6．2×lO^13m^3。在大西洋边缘为lO．25×lO^13m^3而在太平洋边缘则为O．32—2．4×10^13m^3。加拿大天然气水合物中甲烷的现场总量估计为O．44—8．1×10^14m^3，相应地。常规的烃类气体潜力接近O．27×10^14m^3。这种比较暗示着。如果天然气水合物中的气体能被释放和分解，气体水合物可以保证将来北美能源的供应。