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。

南海东北部陆坡水合物钻探区海底表层热导率分布特征

依据获取的热导率测量数据和多波束数据所反映的海底地貌特征,分析了南海东北部陆坡天然气水合物钻探区表层沉积物矿物组成、粒级以及区域地貌特征对热导率分布的控制作用。研究结果表明,钻探区表层沉积物热导率平均值为(1.26±0.12)W/(m·k),相对于南海北部陆坡热导率背景偏高,沉积物组分中既含有陆源浊流沉积体中的高热导率矿物,也含有由甲烷等为主要气源的生物化学反应而形成的具有高热导率特性的碳酸盐。钻探区表层沉积物热导率区域细节分布具有非常明显的特征,2区和5区属于海台地貌,海底表层分布有大面积的碳酸盐结壳,由于底流的剥蚀作用导致沉积物粒级相对较粗,呈现高值热导率(1.32±0.06)W/(m·k)和(1.34±0.06)W/(m·k),并以此为中心向周缘逐级降低;位于海底海槽处的1区和8区则属于海槽地貌,海底表层易于接受来自海台的过滤沉积物,粒级相对较细但压实程度较低,呈现低值热导率,分别为(1.10±0.06)W/(m·k)和(1.01±0.06)W/(m·k)。钻探区表层沉积物热导率偏高主要受控于内生地质作用控制下高流体疏导所携带的化学组分,而热导率的非均匀分布则受控于外生地质作用诸如地貌地形变化导致的粒级分布状况。

南海东北部陆坡海底微地貌特征及其天然气渗透模式

海底天然气渗漏是海洋环境中广泛分布的自然现象,在世界各大洋中都有发现。海底渗漏可以极大地改变海底地貌特征,形成多种与之相关的微地貌类型。海底渗漏和天然气水合物的赋存具有密切的关系,海底渗漏区常伴有埋藏浅、饱和度高的天然气水合物。对南海东北部陆坡海域浅地层剖面、多波束测探和地震反射剖面等资料进行综合研究,识别出海底麻坑、海底丘状体、大型海底圆丘、泥火山等与海底天然气渗漏有关的微地貌类型,且麻坑、海底丘状体/大型海底圆丘、泥火山微地貌分别代表了浅覆盖层快速天然气渗漏、浅覆盖层中等速度天然气渗漏和厚覆盖层快速天然气渗漏3种天然气渗漏模式。具有海底丘状体微地貌及声空白反射特征的浅层天然气聚集带,成为块状水合物最理想的发育场所,这可能称为南海北部陆坡勘察块状水合物的重要识别标志。

南海东北部陆坡水合物钻探区BSR推导流体运移速率研究

2013年广州海洋地质调查局在我国南海东北部陆坡海域实施天然气水合物钻探,获取了多种类型的高纯度水合物实物样品,进一步表明了南海存在丰富的天然气水合物资源前景。在此钻探之前,通过多年的地球物理、地球化学以及地质综合调查工作,积累了大量与天然气水合物赋存相关的各种地质数据。本文利用1D流体运移模型,结合热流站位的温压场数据以及多道地震数据所反映的BSR信息,计算了各个有效热流站位的流体运移速率,并结合钻探区的地质构造背景和钻探井位天然气水合物层位的分布情况,分析了流体运移速率分布特征,初步阐释了流体运移速率、构造背景以及与天然气水合物形成的相互关系。计算结果表明,钻探区流体运移速率数据分布区间为-25^+38cm/a,反映了钻探区构造背景相对复杂。流体运移速率分布具有规律性,主要受到断层和气烟囱的类别控制,可分为两大类。第一类为位于钻探区北部高地的继承性断层,断面直立陡倾并部分切穿海底,伴有大型气烟囱顶部或数量众多的侧翼小型活动正断层,为深部大规模流体运移提供了充足通道。受此类地质条件控制的流体运移速率表现为幅值波动较大,天然气水合物多发育在海底浅层,且呈现多层分布。第二类为位于钻探区西南部以及东部较大水深的滑动断层以及小型气烟囱,断层主体表现断层面清晰,断面较缓,刺穿尺度较短,气烟囱发育也比较晚,一定程度上限制了来自深部流体运移的规模。受此类地质条件控制的流体运移速率表现较为缓和,流体运移速率波动范围小,天然气水合物多发育在海底深层。

南海东北部陆坡海底甲烷渗漏及水合物成藏特征

根据近年天然气水合物地质、地球化学和地球物理调查资料,结合2013年钻孔成果,分析南海东北部陆坡海底甲烷渗漏特征及其对水合物成藏的影响,探讨了水合物成因模式。研究表明,南海东北部陆坡海底存在高通量甲烷渗漏体系,甲烷渗漏引起的地质、地球化学指标异常非常明显。大量块状、脉状、结核状渗漏型水合物也被发现,其成因应与高通量甲烷渗漏有关。其典型成因模式是高通量甲烷以游离态渗漏方式沿断层或裂缝体系向浅部地层运移,以气烟囱形式在稳定带的不同部位形成渗漏区,甲烷在气烟囱顶端或侧翼聚集而形成水合物矿藏。影响水合物成藏的断层主要为长期活动的继承性正断层、层间断层以及与海底滑塌密切相关的活动断层,气烟囱对渗漏型水合物成藏有明显的控制作用。

南海东北部陆坡天然气水合物钻探区生物地层与沉积速率

2013年我国首次在南海东北部东沙陆坡实施天然气水合物钻探,并获取块状等可视天然气水合物样品.为了解钻区地层、天然气水合物产出带（the zone of gas hydrate occurrence）或天然气水合物储层的地层时代和沉积速率特征,对其中5个站位（GMGS05、GMGS07、GMGS08、GMGS09和GMGS16）的岩心沉积物进行钙质超微化石、有孔虫生物地层学和沉积速率变化的研究.钻孔取心最大深度为213.55m.共识别出第四纪中更新世以来3个钙质超微化石事件和2个有孔虫事件,确定了钻探区所钻达最老地层为中更新统;天然气水合物产出带的地层时代为中更新世-全新世约0.44Ma以来.钻区0.12Ma以来的沉积速率介于36.9~73.3cm/ka之间,平均值高达54.2cm/ka,0.44Ma以来平均沉积速率为47.4cm/ka,表明东沙海域天然气水合物钻探区位于一高沉积速率堆积体上,高沉积速率更有利于天然气水合物的成藏,该结论与前人研究结果一致.

南海东北陆坡海底微地貌特征及其天然气渗漏模式

海底天然气渗漏是海洋环境中广泛分布的自然现象,在世界各大洋中都有发现。海底渗漏可以极大地改变海底地貌特征,形成多种与之相关的微地貌类型。海底渗漏和天然气水合物的赋存具有密切的关系,海底渗漏区常伴有埋藏浅、饱和度高的天然气水合物。对南海东北部陆坡海域浅地层剖面、多波束测深和地震反射剖面等资料进行综合研究,识别出海底麻坑、海底丘状体、大型海底圆丘、泥火山等与海底天然气渗漏有关的微地貌类型,且麻坑、海底丘状体/大型海底圆丘、泥火山微地貌分别代表了浅覆盖层快速天然气渗漏、浅覆盖层中等速度天然气渗漏和厚覆盖层快速天然气渗漏3种天然气渗漏模式。以海底丘状体微地貌及声空白反射特征的浅层天然气聚集带,成为块状水合物最理想的发育场所,这可能成为南海北部陆坡勘察块状水合物的重要识别标志。

南海北部陆坡渗漏天然气的声学特征及其对水合物勘探的指示意义

海底天然气渗漏是海洋环境中广泛存在的自然现象，在世界各大洋中都有发现。海底渗漏的气体赋存于浅部地层，可以改变近表层沉积物的物理性质，使其在声学剖面上得以反映。通过对南海东北部陆坡浅地层剖面和地震反射剖面资料进行分析，在浅地层剖面上发现了声空白、声混浊、增强反射层、速度下拉等特征，在地震反射剖面上识别出气烟囱或泥底辟、亮点、速度下拉、增强反射层等特征。似海底反射层（BSR）作为地震剖面上明显的含气层标志，划分了两套含气层。通过浅地层剖面与地震剖面联合解释认为，BSR之下气烟囱／泥底辟的发育导致亮点、速度下拉、增强反射层等声学特征的发生，BSR之上水合物层的存在则可能起到封堵天然气而使其发生侧向运移的作用，气体封堵相对薄弱的位置天然气向上运移形成声空白、声混浊、增强反射层、速度下拉等特征。以声空白代表的天然气聚集带可能成为块状水合物的潜在赋存区。