南海北部神狐海域天然气水合物钻探区第四纪以来的沉积演化特征

南海北部神狐海域是我国首次获取海洋天然气水合物实物样品的海域.然而,陆坡区深水水道和海底峡谷的侵蚀以及频发的沉积物失稳,将会加剧地层对比和沉积相识别的难度,导致目前该区域典型地震相-沉积相特征、沉积体类型、成因机制和空间匹配关系等方面还缺少精细的研究,特别是第四纪以来的沉积演化涉及较少,区域内水合物形成和分布的沉积地质条件尚不清晰.基于海底地形特征的描述、层序地层格架的对比和地震资料的综合解释,本次研究在第四纪以来的沉积充填序列中识别出5种典型的地震相类型,并分析了对应的沉积体类型:进积型的陆坡、第四纪早期发育的小型浊积水道、沉积物失稳(滑移和滑塌)、海底峡谷和伴生的沉积物变形、以及深海沉积-块体流沉积的复合体.通过沉积单元的空间匹配关系,将沉积演化划分为3个阶段:浊积水道侵蚀-沉积物再沉积阶段、陆坡进积-沉积物失稳阶段、海底峡谷的侵蚀-充填阶段.研究结果表明,受第四纪早期小型浊积水道的侵蚀,再沉积的沉积物将在中-下陆坡以"近源"的方式堆积下来,可能具有相对较好的物性条件,从而可被视为适于水合物赋存的有利沉积体.进积型陆坡带来的沉积物易于发生失稳,在研究区内广泛分布,因其具有较小的沉积物颗粒粒度和较好的垂向连续性,可被认为是水合物的区域盖层.大量发育的海底峡谷及伴生的沉积物变形,将会侵蚀和破坏先前沉积的有利沉积体,使其呈现为"斑状/补丁状"的平面展布特征,进而影响了神狐海域水合物的分布.因此,神狐海域第四纪以来的沉积演化是钻探区水合物不均匀性分布的关键控制因素之一.

海洋钻探对甲烷渗漏的影响:以南海北部天然气水合物钻探GMGS2-16站位为例

目前世界上许多国家对海洋天然气水合物开展了调查和试开采,但是对水合物开发与海底甲烷渗漏之间的关系缺乏了解。本文依托我国第二次天然气水合物钻探航次(GMGS2),对GMGS2-16钻孔开展了两次钻后甲烷渗漏调查。第一次使用水下机器人(ROV)在该孔开钻之前、钻探过程中及完钻67天内进行了4次海底观察,其中开钻之前未发现海底甲烷渗漏,而在完钻后的两次海底观察中,发现大量气泡从废弃井口冒出。第二次使用船载多波束在该孔完钻18个月后开展水体调查,发现水体中存在火焰状的高回波强度,表明水体中存在气体羽状流,指示海底发生了甲烷渗漏。地震剖面显示该站位水合物赋存层下伏游离气,甲烷渗漏可能是由于钻探打通了海底与该游离气层,形成了甲烷气体运移的优势通道,造成海底甲烷渗漏。多波束水体数据显示甲烷气泡从海底溢出,在海面以下约650m处消失,表明甲烷气体在通过水体的过程中被完全溶解,因此,钻探导致的甲烷渗漏对大气的影响较小。未来随着井壁的坍塌以及水合物在井内的形成,气体运移的优势通道将会完全关闭,甲烷渗漏终止。

海洋沉积物微量元素地球化学特征对天然气水合物勘探的指示意义

天然气水合物与资源和全球环境变化等重大科学问题密切相关。前期关于甲烷渗漏区地球化学特征的研究主要集中于浅表层沉积物(<20 m),而浅层沉积物(>20 m)地球化学特征知之甚少。为探讨海洋浅层沉积物微量元素特征与天然气水合物勘探的相关关系,对南海神狐海域沉积物进行了4个站位的钻探取样,分析了样品主、微量元素和有机碳地球化学特征,并采用氧化还原状态以及Mo与TOC相关关系的分析方法进行探讨。结果显示,沉积物主量元素特征主要受到陆源碎屑物质输入的主导,与天然气水合物富集无明显关系。水合物赋存段及附近沉积物中Ba和Mo元素高度富集,存在明显的"Ba峰"和"Mo峰",主要是由于天然气水合物分解释放大量甲烷产生的硫化环境所导致。因此,沉积物中的Ba和Mo富集特征可作为识别可能存在天然气水合物分布的重要地球化学指标。

无固相/低固相聚合物钻井液低温流变特性

研究低温条件对钻井液流变性的影响,对保证在冻土地区天然气水合物钻探安全顺利的开展有着重要的意义。通过对实验室研制出的无固相聚合物钻井液与低固相聚合物钻井液流变性进行对比研究,分析两种不同类型的钻井液低温流变性的变化规律。采用赫-巴模式中的参数对无固相与低固相聚合物钻井液的流变性能进行分析比较。对无固相聚合物钻井液与低固相聚合物钻井液建立了预测黏度与温度关系的数学模型。实测数据验证表明,数学模型拟合度高,可在现场根据不同类型的钻井液采用不同的模型进行分析研究。最后采用扫描电镜对两种体系钻井液的低温流变性进行了微观机理分析。

人类活动对木里冻土区水文环境影响的多元同位素示踪

为查明人类活动对木里冻土区水文环境造成的影响,选取高寒冻土区人类活动最为显著的木里煤田聚乎更矿区,以区内大通河支流水系河水为研究对象,基于水化学组成空间特征,利用氢、氧、碳、氮、硫、锶等多元同位素开展示踪研究.研究表明:(1)冻结层上水是河水的主要补给来源,煤矿开采、天然气水合物钻探等人类活动破坏原有冻土结构,增加了冻结层上水对河水的贡献比例;(2)河水中主要溶解性营养物质(SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)和DOC)浓度的增加源于人类活动的影响:硫氧同位素揭示了大规模的煤矿露天开采促进还原硫氧化,是导致冻结层上水和河水中SO_(4)^(2-)升高的主要原因;氮氧同位素表明河水中高浓度的NO_(3)^(-)来源于散养式放牧的牲畜粪便;DOC主要来源于高寒草甸植物降解产生的土壤有机质,人类活动影响下增加了DOC和DIC的输出,增强了源区河水中的微生物活动;(3)除H_(2)CO_(3)风化碳酸盐岩外,受人类活动煤矿开采影响下硫酸参与的碳酸盐岩和硅酸盐岩岩石风化作用增强,进而影响着区域岩石风化的碳汇作用.研究成果为认识人类活动影响下高寒冻土区水文环境的演化提供研究思路,为高寒冻土区生态环境保护提供科学依据.