南海北部陆坡区典型峡谷陡坡群地震稳定性

南海北部陆坡是一个呈条带状分布的大规模海底斜坡,西起海南岛东南部海域,向东延伸至中国台湾岛西南部海域。该区域分布了多个峡谷陡坡群,地质构造复杂、地震易发多发,滑坡地质灾害活跃。特别是该区域地形起伏较大,地震灾害可能诱发区域大面积的海底滑坡,科学评估其地震稳定性显得十分重要。本文以南海北部陆坡区神狐海域典型峡谷陡坡群为例,基于Scoops3D和GIS技术建立了三维计算模型,开展了海底陡坡群的地震稳定性研究,获得了峡谷区不同陡坡的地震稳定性安全系数及其分布特征。结果表明:峡谷剖面大多呈“U”字形,推断研究区峡谷为Ⅱ型海底峡谷系统;强震作用可以大幅削弱海底斜坡稳定性,其中对于C1峡谷区陡坡群,随着水平拟静力地震系数增大至0.40,区域最小安全系数则陡降至0.50;地震作用下西部峡谷陡坡群的失稳范围明显高于东部区域,大部分滑坡发生在两侧谷壁靠近峰顶的位置,另有相当一部分滑坡位于C1和C2峡谷区南段的东侧谷壁,整体呈带状分布。

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成藏条件及其控制因素

南海北部陆坡区天然气水合物(以下简称水合物)资源潜力虽然巨大,但影响该区水合物成藏的地质因素却异常复杂。为此,从水合物成藏的稳定域、气体来源、气体疏导体系以及储集层特征等宏观地质条件的视角,剖析了水合物成藏的地质条件及主要控制因素。结果表明:1南海北部热流分布较复杂,影响着水合物稳定域的空间分布,而区域构造地质演化则控制着水合物成矿气体来源、气体疏导体系、富集空间及储层物性特征;2南海北部陆坡从西部—中部—东部,水合物成藏条件及控制因素具有明显的差异性,对水合物成藏模式和空间分布都产生了深刻影响;3总体而言,从陆坡的东段到西段新构造活动渐次减弱,水合物稳定域厚度由东而西、由南向北厚变薄,东部以台西南盆地深水斜坡带成藏条件最为优越,兼具扩散型和渗漏型水合物发育的地质条件,水合物矿藏在稳定域内呈多层、多形式富集的特点,中部以神狐海域白云凹陷南坡为典型代表,为扩散型水合物发育的有利区,水合物矿藏在稳定域底部呈单层发育特点,西南部以琼东南盆地的陆坡深水区成藏条件最为优越,有利于发育渗漏型水合物矿藏。

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。

南海北部陆坡深水区的海底原位热流测量

海底热流数据是开展海洋地球动力学研究和油气资源评价的基础数据.南海北部陆坡深水区蕴含有丰富的油气和水合物资源,而该区热流站位很少.为了解陆坡深水区水合物有利区块的地热特征,利用剑鱼1型海底原位热流探针,在南海西沙海域和神狐海域成功获得了16个站位的热流值.测量结果表明,西沙海槽与白云凹陷都具有较高的热流值,西沙海槽区除1个站位结果不可信外,另2个站位所测海底表层地温梯度分别为105.3和99.9℃·km,原位热流分别为89±1和87±1 mW·m^(-2);白云凹陷中部区域1 3个站位测得表层地温梯度变化于58.5～100.7℃·km^(-1),热流值除4个站位低于70 mW·m^(-2)外,其余都变化于75土2～101±4 mW·m^(-2)范围,比前人在白云凹陷东部获得的热流高.分析认为,西沙海槽和白云凹陷区域的高地热特征与陆坡深水区的高热背景、晚期断裂发育、底辟、岩浆侵入和热流体活动等有关.

基于天然气水合物地震数据计算南海北部陆坡海底热流

天然气水合物是一种由水的冰晶格架及其间吸附的气体分子 (以甲烷为主 ) 组成的固态化合物, 地震剖面上的似海底反射BSR是天然气水合物赋存的重要地球物理标志。相同气体成分水合物的相对稳定的温压关系是根据BSR的赋存深度计算海底热流的理论基础。选择南海北部陆坡有典型BSR反射的地震剖面, 计算了南海北部陆坡天然气水合物发育区的压力、温度、地温梯度、热导率及热流等地热参数。通过计算热流值与实测热流值的对比可以大致推测,在南海北部陆坡海底运用该方法计算的热流值误差可能在 12%以内。本研究不仅可以为海底热流等理论研究提供一定信度的数据资料, 而且通过实测热流值校正后的热流数据以及经验公式, 可以反过来用于BSR深度的计算以及天然气水合物稳定域的预测, 具有重要的实践意义。

南海北部陆坡神狐海域浅地层与单道地震剖面联合解释--水合物区沉积地层特征

本文通过南海北部陆坡神狐海域浅地层、单道地震剖面联合解释,发现了一系列与天然气水合物密切相关的海底异常地貌、地层结构。在精细浅地层剖面上发现了陆坡丘状体、浅部断层以及由连续强反射层、声空白补丁、局部增强反射和声空白带构成的海底浅部含气带。浅部含气带位于海底之下34—82m,通过其空间分布位置判断,认为气体来源于深部天然气水合物的分解。在单道地震剖面上识别出麻坑、气体渗漏柱、褶皱、模拟海底反射(BSR,bottom simulating reflector)等结构。BSR位于我国首次钻取的天然气水合物样品深度之下,判断其为该区水合物稳定带底界。依据ODP1148站深海钻井的地层厚度、沉积速率、测年等资料进行地层划分,识别出渐新世、中新世等地层界面,初步建立了神狐海域水合物区沉积地层年代标尺。地层年代划分结果表明BSR、褶皱、首次钻取的水合物样品位于晚中新世至上新世地层内,以上地层成为南海北部神狐海域天然气水合物勘探重点目标层位。

南海北部陆坡水合物勘探区典型站位不同类型热流对比

随着南海北部陆坡天然气水合物勘探工作的深入开展,在南海北部陆坡天然气水合物勘探区典型的集中了钻孔、探针和BSR三种测量方式获得的热流数据.为了解海底热流不同测量方式的差异,以及南海北部陆坡水合物勘探区的热流特征,文章以SH-2和SH-5孔作为典型站位,分别介绍三种热流测量方法并对两个站位的不同类型热流进行对比分析,结果表明:(1)在SH-2孔处探针热流与钻孔热流基本一致,但在SH-5孔处探针热流明显低于钻孔热流;采用钻孔实测沉积物平均热导率计算的SH-2和SH-5两个站位处的BSR热流都与相应钻孔热流基本一致.(2)根据地震剖面及相邻位置探针热流特征分析,SH-5站位处探针热流明显偏低,可能是受到流体活动的影响.(3)相对SH-2孔,SH-5孔具有较高的地温梯度和热流特征,可能是SH-5钻孔未钻到水合物的重要原因,而晚期泥底辟侵入可能是造成SH-5孔具有较高的温度场并导致原本赋存的水合物分解的原因.

南海北部陆坡气源条件对水合物成藏影响的模拟研究

南海北部陆坡包括神狐海域在内无论在横向上还是纵向上影响水合物形成与分布的地质因素差异较大,其气源条件的变化是否为一种重要因素值得探索.本文将前人南海北部陆坡气源类型和气体组成概括为14种情况,分别运用模拟手段定量-半定量地分析它们对水合物成藏可能带来的影响.模拟结果显示,与神狐海域已知水合物相比,不同气体组成形成水合物所需温度条件增大0.49～5.44℃,多数增大2℃以上.可以看出,不同气体组成明显改变水合物的形成条件,暗示着不同类型气源可能是影响南海北部陆坡水合物形成与分布的重要因素.

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区地质灾害类型及其分布特征

南海北部陆坡区存在着有利天然气水合物的成藏条件,综合调查及钻探结果揭示南海北部陆坡区蕴藏着丰富的天然气水合物资源,天然气水合物多发育在构造活动复杂地区,同时也是灾害地质因素高发区,潜在的灾害地质因素对水合物的赋存及商业开发是极大的威胁。本文基于广州海洋地质调查局多年来在南海北部天然气水合物发育区采集的大量2D、3D、浅地层剖面及多波束测深资料对南海北部水合物发育区进行海底灾害地质研究,对研究区地形地貌特征、灾害地质因素类型、特征、成因及分布特征进行了综合分析,同时阐述了灾害地质因素与水合物的形成与分解之间的关系,研究结果对南海北部陆坡区天然气水合物区成矿预测、试采井布置及未来灾害风险评价提供了基础数据和决策依据。

南海东北部陆坡区天然气水合物成矿作用

南海东北部陆坡区具有准被动大陆边缘构造特征,新生代含油气沉积盆地发育,具备天然气水合物发育的一系列有利地质构造背景。基于该区已有的调查资料,从构造、沉积、成矿气体来源和水合物相平衡及其热力学特征等方面,综合分析了南海东北陆坡区有利的天然气水合物成矿条件。结果表明,研究区完全具备形成水合物的海底温度、地温梯度和压力条件,存在底辟和泥火山构造、斜坡-断层构造组合等特殊地质构造环境及构造部位,浅部沉积层具有合适的岩石学条件和较高的沉积速率,并存在丰富的生物气和热解气。因此,南海东北部陆坡区具有潜力极大的天然气水合物成矿远景。

南海北部陆坡海域中层渔业生物群落结构特征

根据2015年7—8月(夏季)和2015年12月—2016年1月(冬季)对南海北部陆坡海域(111°00′E^120°00′E,18°00′N^22°00′N)的中层拖网调查,对该海域的夏季和冬季的渔业资源种类组成、优势种和生物多样性特征进行了初步研究。结果表明,南海北部陆坡海域夏、冬季共出现渔业生物273种,其中鱼类205种,甲壳类50种,头足类18种。相对性重要指数(IRI)分析表明,尾明角灯鱼(Ceratoseopelus warmingii)和典型刺虾(Oplphorus typus)为该海域的优势种类(IRI≥500);主要种为条带眶灯鱼(Diaphus brachycephalus)、菲氏眶灯鱼(D.Phillipis)、短距眶灯鱼(D.mollis)、马来眶灯鱼(D.malayanus)、长鳍虹灯鱼(Bolinichthys longipes)和天纽珍灯鱼(Lampanyctus tenuiformis)(100≤IRI<500)。夏季和冬季的Shannon-Wiener多样性指数(H′)平均值分别为4.34和5.26,Margalef丰富度指数(D)平均值分别为3.41和4.03,Peilou均匀度指数(J′)平均值分别为0.70和0.79,冬季各多样性特征指数均大于夏季。多样性特征指数与水深呈显著正相关,与水温呈负相关,说明该海域群落多样性分布存在一定的环境梯度特征。

南海北部陆坡天然气水合物的地震速度研究

采用D ix公式法和速度反演法分别对南海北部陆坡测线A和B的层速度及纵波速度进行计算,结合BSR、振幅空白带以及波形极性反转等多种水合物赋存信息的分析,对水合物成矿带的速度特征进行了综合研究。结果表明:低速背景中的高速异常,是天然气水合物赋存的重要特征;高速异常体一般呈平行于海底的带状分布;在高速异常体的内部,速度也是不断变化的,一般在异常体的中心速度最高,由中心到边缘速度逐渐降低,反映在水合物矿带内部,水合物饱和度由矿体中心向边缘逐渐降低的特征。研究结果表明高精度速度分析不仅可以帮助寻找水合物矿点,还可以进一步判定水合物的富集层位。

南海北部陆坡琼东南盆地晚中新世以来沉积物来源及输送样式

为了更好地揭示南海北部陆坡琼东南盆地晚中新世以来的沉积物输送样式,本次研究将盆地裂后期加速沉降阶段以来的沉积物充填样式作为研究对象,基于前人对这一区域潜在物源区的分析,通过对已有勘探成果的总结和归纳,对深水沉积体的类型进行识别,建立具有成因关系或相同来源的深水沉积体组合,尝试对沉积物输送样式进行划分和归类。研究结果认为,晚中新世以来,琼东南盆地主要存在海南岛物源、莺西物源、南部隆起带物源和神狐隆起物源等4个潜在物源区,沉积物输送样式可划分为垂向沉积物输送、轴向沉积物输送和转向沉积物输送3种类型。

南海北部陆坡神狐海域HS-373PC岩心表层沉积物古菌多样性

利用分子生物学技术分析南海北部神狐海域天然气水合物潜力区HS-373PC岩心表层沉积物中古菌多样性,从沉积物中提取总DNA并扩增古菌16SrRNA基因序列,对克隆文库进行系统发育分析。结果显示所有古菌序列均属于泉古菌(Crenarchaeota)和广古菌(Euryarchaeota)。其中泉古菌以C3为主要类群,另有少量序列属于Marine Benthic Group(MBG)-B,MBG-C,Marine Crenarchaeotic Group I(MGI),Marine Hydrothermal VentGroup(MHVG)和Novel Group of Crenarchaea(NGC);广古菌以MBG-D为主,其它序列分别属于UnclassifiedEuryarchaeotic Clusters-1/2(UEC-1/2)。

南海北部陆坡高速堆积体的构造成因

南海北部陆坡是南海海域沉积活动最为活跃的地区之一,发育着迄今为止所发现的南海最高沉积速率堆积体。构成该堆积体的沉积物究竟来自何方,仍是南海沉积学研究中未解决的问题之一。通过对南海北部多道地震剖面的解释和海底底流观测资料的分析,指出南海北部中新统披覆层是南海北部断陷阶段结束后开始沉积的一套地层,直到上新世开始前,该地层在很大一个区域内是保持水平的;上新世后,由于构造抬升,中新统披覆层随之隆起,并在东沙隆起的部位遭受很大程度的剥蚀,其剥蚀量和南海北部珠江、韩江以及台湾西南部高屏溪和曾文溪向南海的输沙量相当,为南海北部一个非常重要的沉积物来源。研究分析指出,如果珠江和韩江所携带的沉积物全部沉积到南海北部陆坡区,则可获得的沉积速率为12 cm/ka,这一数值远低于该高速堆积体上的沉积速率值。从南海北部现今的沉积动力条件和地形上看,来自珠江和韩江的沉积物几乎不可能经过平坦的陆架区,再绕过东沙岛,优先沉积到该高速堆积体上。本研究中的高速堆积体的沉积物也不可能主要来自台湾西南的高屏溪和曾文溪,因为台西南河流所携带的沉积物被特殊的洋流体系圈闭于台湾周边一个较小的范围内沉积下来。观测数据表明,南海北部东沙隆起区有足够强的水动力环境能够剥蚀海底隆起的沉积地层,并将剥蚀下来的沉积物向南经陆架输运到陆坡区;该高速堆积体紧邻东沙隆起剥蚀区,其沉积物来源应该主要来自东沙隆起剥蚀区。

南海东北部陆坡天然气水合物区的滑塌和泥火山活动

本文研究了南海东北部陆坡天然气水合物区滑塌和泥火山活动的特征及表现形式,探讨了滑塌和泥火山活动对天然气水合物成藏的影响,提出了滑塌主导和滑塌、泥火山共同作用两种控制模式。根据地震数据、浅层剖面和海底地形数据解释,将研究区划分为规则滑塌区和泥火山活动影响区,并识别出泥火山、泥火山脊、凹槽、凹坑等特征地形。滑塌和泥火山活动是陆坡天然气水合物发育区重要的地形控制因素,两种活动共同作用产生复杂的地形特征。综合多条地震测线中似海底反射层(BSR)形态、连续性和滑塌、泥火山活动的关系,认为滑塌控制的区域,BSR连续,天然气水合物储藏较完整,泥火山活动区天然气水合物储藏也仅受到局部破坏。同时指出滑塌和泥火山活动对研究区长期天然气渗漏活动具有重要作用。

南海北部陆坡泥底辟/气烟囱基本特征及其与油气和水合物成藏关系

以南海北部陆坡深水区琼东南盆地南部及珠江口盆地白云凹陷地质地震资料为基础,综合分析了泥底辟及气烟囱分布特征、发育演化特点、成因机制及其与油气和水合物成藏的关系。研究结果表明:泥底辟及气烟囱主要相对集中发育于凹陷中心或凹陷与凸起构造转换带,具有杂乱模糊地震反射特征且其模糊带形态各异;泥底辟及气烟囱展布规模大小不一,刺穿层位及幅度亦存在明显差异,且常常伴生强烈的热流体活动;泥底辟及气烟囱形成受控于沉积充填的巨厚欠压实泥页岩及其伴生的高温超压潜能、断层裂缝及构造薄弱带和有机质生烃增压等地质因素;泥底辟与气烟囱及其伴生断层裂隙是深部气源向浅层运移聚集的优势通道,通过这些流体运聚的高速通道,可以将其运移至上覆新近系储层和深水海底浅层高压低温稳定域,最终形成深部常规油气藏与海底浅层天然气水合物矿藏纵向叠置复式聚集的组合特点。

南海北部陆坡海底火山活动对天然气水合物成藏的影响

南海北部陆坡发育海底火山。海底火山的发育是否有利于天然气水合物的成藏是该区进行水合物勘探首先要考虑的一个关键问题。通过地震剖面解释、建立地质模型,并通过模型温度场计算,认为发生岩浆底侵时,高温岩浆使水合物稳定域的厚度变薄。随着热量的散失,水合物稳定域的厚度逐渐恢复。底侵的深度较浅时,水合物稳定域减薄的幅度增大,恢复周期变短。对海底火山喷发的情况,水合物稳定域将完全不存在,但其恢复的时间更短。岩浆底侵深度为6 km时,其对水合物稳定域的影响周期为1 Ma左右。南海北部东沙运动和流花运动都伴随着规模性的火山活动,两次构造运动期间岩浆侵入、侵出引起的热效应到目前为止已对该区水合物稳定域的发育没有影响,但海底火山活动对增大地层的孔隙与通道,从而对甲烷气体的运聚和水合物的成藏都能起到积极的作用。火山活动引起的高地温梯度,对生物甲烷的产生也将起到一定的帮助,从而有利于水合物的形成。南海北部陆坡火山区仍是天然气水合物勘探的有利靶区。