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.

南海神狐海域天然气水合物及气源条件海洋可控源电磁成像

地震剖面的似海底反射(BSR)指示了天然气水合物的底边界,并已得到钻探的验证。南海神狐海域是天然气水合物(简称水合物)研究的热点区域。然而,由于地质构造的复杂性且钻井数量有限,仅仅依靠地震与钻探研究不能完全描述区内天然气水合物及气源通道的分布。含水合物地层比围岩具有更高的电阻率,海洋可控源电磁(MCSEM)数据获得的电阻率能为水合物和气源通道检测提供重要依据。本文在神狐海域开展MCSEM探测研究,沿一条测线采集了15个站位的海洋可控源电磁场数据,通过数据处理与二维反演,实现了研究区海底二维电阻率成像。然后,通过灵敏度分析,检验了MCSEM反演结果的可靠性。结合SH-W07-2016随钻测井(LWD)和地震数据,对二维电阻率剖面进行解释,推断了剖面上水合物和游离气分布,划分了两种形式的水合物储层结构,分析了其构造成因。

南海北部神狐海域GMGS1和GMGS3钻探区天然气水合物运聚成藏的差异性

为了探究南海北部陆坡神狐海域GMGS1与GMGS3天然气水合物(以下简称水合物)钻探区的钻探结果存在差异的原因,在分析区域地质背景的基础上,基于高分辨率准3D地震资料,结合实际钻探结果,从"水合物运聚体系"的角度,对上述两个钻探区含气流体运移疏导通道类型、发育演化特点及其对水合物成藏的控制和影响等方面进行了对比研究。结果表明:(1)两个钻探区相距甚近且地质背景相同,但含气流体运移通道类型、组合样式、发育演化特点和运移效能却存在着差异,使得二者气体来源不同;(2)GMGS1钻探区以气烟囱模糊带和中小尺度断层作为主要运聚通道系统,缺乏沟通古近系烃源岩与浅层水合物稳定域的沟源断裂,深部热成因气运移效能低,水合物气源以浅层生物气占绝对优势;(3)GMGS3钻探区靠近白云凹陷东部泥底辟及断层发育区,通道运移效能较高,源自深部古近系烃源岩的热成因气能够通过疑似泥底辟、气烟囱模糊带及断层垂向运移至水合物稳定域,热成因气对其水合物成藏的贡献要大于前者。结论认为,含气流体运聚通道的差异可能是使得上述两个钻探区水合物气体来源及运聚富集程度等出现较大差异的重要原因。

南海北部神狐海域天然气水合物钻探区地热分布

2007年我国在南海北部陆坡神狐海域成功钻取到天然气水合物样品,标志我国在此领域获得新的突破。天然气水合物作为一种未来新型能源,它的成藏模式与常规油气田不同。由于海底浅层圈闭条件的缺失,天然气水合物成藏需要在特定的沉积作用、构造背景、烃类富集和温压条件等因素下才能形成,尤其适宜的温压环境是其能够持久稳定的主要因素。本文首先应用钻探区附近两批次地热数据描述该区热流分布,然后结合俘获天然气水合物实物的钻位分布浅析热流场对水合物聚集的控制作用。结果显示存在天然气水合物实物样品的SH2、SH3和SH7钻位全部分布在研究区热流值相对较低区域,但热流值仍介于66～75 mW/m^2,与卡斯凯迪亚增生楔和日本南海海槽相近,皆属于高热流背景。

神狐海域高饱和度天然气水合物储层特征及其分布

2017年,中国地质调查局在南海北部神狐海域进行了水合物试验开采,累计产气30.9×10^(4)m^(3),平均日产超5000 m^(3),甲烷含量最高达99.5%,实现了水合物勘察领域的历史性跨越。在水合物试验开采前,精细剖析研究区的测井数据和地震资料,并通过对研究区的区域地质背景和钻井岩芯样品的分析研究,含水合物地层的沉积、断裂、气体成分、碳同位素等特征以及水合物饱和度数据分析,总结研究区高饱和度水合物的储层特征及分布规律。结果表明:①研究区中—高饱和度水合物主要分布在迁移峡谷群的峡谷脊部,而低饱和度水合物站位则主要分布在峡谷群的谷底位置;②海底峡谷水道是陆源物质向深海运移的重要通道,研究区浊积水道和天然堤发育,与水合物富集成藏密切相关;③研究区高饱和度水合物层对应的电阻率和声波速度值显著升高,而中子孔隙度、密度和自然伽马值则有所降低;④高饱和度水合物在地震反射剖面上具有似海底反射(BSR)、穹状反射和模糊杂乱反射特征,BSR之下气烟囱和断裂通道发育,碳氢气体容易运移到温度和压力稳定区域形成高饱和度水合物储集层;⑤研究区水合物聚集和赋存的地层沉积骨架主要为细粒沉积,水合物以均匀颗粒和扩散的形式分布于沉积物中;⑥研究区水合物气源主要为混合成因气,热成因气通过断裂、裂隙、气烟囱构造向浅层运移,降解并与原位生物气混合为水合物形成共同提供气源。

神狐海域气烟囱发育特征及其对天然气水合物分布的影响

天然气水合物不仅是未来潜在的清洁能源,同时对全球气候变化也有着显著影响,已受到世界各国的广泛关注。神狐海域作为天然气水合物研究热点区域,至今已涌现大量成果,但有关气体运移通道对天然气水合物分布的研究还较为薄弱。为了进一步揭示该区天然气水合物成藏机理,本文综合运用高精度三维地震资料、测井资料以及气体地球化学数据,精细刻画了气烟囱的地震反射特征、发源层位及发育时间,分析了典型钻井天然气水合物赋存特征,阐明了气烟囱发育对水合物分布的影响。气烟囱从底到顶呈现出复杂多样的特征,包括底部杂乱反射带、体部振幅空白带以及顶部强振幅反射带。根据其根部延伸层位,气烟囱主要发源于古近系,部分发源于新近系,并且绝大多数气烟囱顶部终止于第四系。结合测井数据,可发现气烟囱的发育对天然气水合物的分布具有明显的控制作用。天然气水合物赋存在发源于古近系文昌组—恩平组并终止于第四系的气烟囱发育区域。结合天然气水合物气体地球化学数据,证实了研究区热成因气对天然气水合物成藏的贡献,表明了断层和气烟囱在垂向气体运移输导体系中的重要性,并在此基础上建立了天然气水合物成藏模式,为早日实现天然气水合物的商业化开采提供了坚实的地质基础。

南海北部神狐海域细粒储层矿物组分对天然气水合物储集赋存的影响

为了探明矿物类型对于天然气水合物成藏的影响,笔者等利用南海北部神狐海域W07站位样品及其水合物饱和度数据,进行XRD全岩和黏土矿物测试分析、比表面积分析以及束缚水能力综合分析。结果表明,海床下110~127 m(即110~127 mbsf,meters below sea floor,海床以下深度)为非水合物储层段,海床下127~156 m为水合物储层段。通过XRD分析可知,高石英及长石含量,低伊蒙混层含量的层段,比表面积与束缚水能力较低,说明其具有相对较好的孔渗条件,为水合物的运移与储集提供了良好的空间条件,因此形成水合物储层段;而在高伊蒙混层的层段中,比表面积较大,束缚水能力较强,其对甲烷气体及流体的吸附和束缚能力较强,对水合物成藏起到潜在的封隔作用,成为非储层段,储层与非储层段纵向叠置序列有利于优质水合物储层的形成。本次研究总结了矿物组分与优质水合物储层之间的关系,并揭示两者存在的潜在成因联系,以期丰富水合物富集成藏的基础理论,对未来南海北部天然气水合物的商业化开发提供支持。

神狐海域天然气水合物测井-地震响应特征

天然气水合物储层分布特征及物性的准确评估直接影响天然气水合物资源量的估算,也是天然气水合物开发利用和环境影响研究的基础。本文基于神狐海域高精度三维地震和测井资料,探讨了水合物层、游离气层及共存层的测井-地震响应的综合判别方法。结果表明,通过叠后处理的地震剖面结合测井曲线分析,可准确判别W17站位的天然气水合物层与游离气层。在BSR上方为速度相对较高的水合物层,强振幅带、地层横向连续性差,具有高电阻率和速度等响应特征;而在下方则聚集低速游离气层,低频、弱振幅带,具有低电阻率和速度等响应特征。本研究对于水合物储层识别、资源评价及勘查试采等决策提供依据和重要参考。

神狐钻探区天然气水合物成藏地质条件分析

以天然气水合物成藏系统理论为指导,对神狐钻探区天然气水合物成藏地质条件进行了系统研究。研究结果表明:神狐钻探区具有优越的烃类生成体系和流体运移体系。天然气水合物气源以生物气-热成因气混合气为主,气源岩生烃潜力大;断层、气烟囱以及断层滑脱面可以为含烃流体在纵向和横向上的运移提供优势运移通道。地温特征和成藏就位体系-沉积物岩性及其岩性组合特征是控制该区水合物层在空间尺度上分布不均匀的主要原因,地温和地温梯度越低,沉积物粒度越粗,且具备"上细下粗"的沉积物岩性组合更有利于水合物的形成。

南海北部陆坡流体运移差异性的原因分析——以神狐天然气水合物钻探区和LW3-1井区为例

神狐天然气水合物(以下简称水合物)钻探区和LW3-1井区均位于南海北部陆坡珠江口盆地,平面相距约25km,但其天然气(水合物)的成因却不相同。为此,首先对神狐海域高精度2D/3D地震资料进行了精细解释,共识别出底辟构造(气烟囱)、大尺度断层、上新世中尺度正断层和更新世滑脱断层等4种含气流体的运移通道。在此基础上,对比分析了神狐水合物钻探区和LW3-1井区运移通道的平面分布特征。结果表明:气烟囱虽在两个区域内都有发育,但在形态、规模、内部结构、与围岩接触关系等方面却存在着明显的不同;晚中新世以来,神狐水合物钻探区以上新世正断层和更新世滑脱断层为主,前者被认为是流体侧向运移的通道,后者则沟通了气烟囱和海底,可被视为流体的逃逸通道,而LW3-1井区则主要发育沟通深部的大尺度断层,且剖面上呈现为地堑/地垒的特征。结论认为:LW3-1井区中沟通深部烃源层的气烟囱和大尺度断层,其垂向的流体输送能力要强于神狐水合物钻探区,这便是造成这两个相邻区域流体运移条件不同的主要原因。

南海神狐海域试采区天然气水合物精细速度建模方法

底辟、高角度的断裂、滑塌等构造在南海神狐海域广泛发育,它们为天然气水合物的形成提供了良好的流体运移通道。为了提高试采区内天然气水合物地震数据的成像精度,尤其是断层及断裂结构的成像精度,开展了一套专门针对天然气水合物的精细速度模型构建方法,初始速度模型建立以CVI约束速度反演为基础,通过时间偏移域内剩余速度分析与拾取方法进行初始速度模型优化,采用基于层速度的弯曲射线叠前时间偏移来提高信噪比,在初始速度模型优化的基础之上,以剩余曲率法为基础的层析速度反演来完成深度域层速度的迭代与更新,最后通过叠前深度偏移实现试采区天然气水合物精细地震成像。通过对南海神狐海域试采区的实际应用结果表明:BSR的连续性更好;波组特征更加明显,同相轴连续性增强,利于解释人员进行层序划分;复杂构造成像清晰,有明显的强反射特征,底辟构造成像清晰;浅层小断层更加清楚,层间反射清晰,大断面归位合理,细节更清楚;能为新的成藏模式及现场钻井风险提示提供必要的数据依据。

南海神狐海域天然气水合物成藏系统初探

天然气水合物成藏系统是一个非常复杂的系统,过去的有关研究不多。为此,根据天然气水合物成藏基本条件、浅表层沉积物孔隙水地球化学特征及其所反映的气源和天然气水合物分布特征,结合刚刚结束的南海北部天然气水合物首次实钻采样成果,初步探讨了我国南海北部陆坡神狐海域天然气水合物成藏系统。结果认为:研究区温度、压力和气体组分有利于天然气水合物形成;天然气水合物在空间尺度上不均匀分布,纵向上主要分布于天然气水合物稳定带底界以上一定深度范围内;形成天然气水合物的甲烷气体很可能来源于原地微生物成因甲烷;扩散型原地生物成因甲烷产生低甲烷通量,形成了具有明显不同的分布和饱和度特征的分散型天然气水合物系统。

南海北部陆坡神狐海域天然气水合物成藏的流体运移体系

通过新近纪断裂体系和底辟构造特征综合分析认为,底辟构造、高角度的断裂和垂向裂隙系统构成了南海北部神狐海域天然气水合物成藏的主要流体运移体系.神狐海域断层发育,可分为晚中新世活动的NW(NNW)向断层和上新世以来活动的NE(NNE)断层两组.NE向断层活动强度小,规模大,从下至上切穿上新世以来沉积层,组成高角度断裂和垂向裂隙系统.底辟构造在地震剖面上呈直立的、上小下大的烟囱状通道,局部横向扩张呈囊状、花状,形成大型的反射模糊带.底辟构造的发育在上覆沉积层产生了树枝状、似花状组合形态的高角度断裂和垂向裂隙系统,构成了良好的流体运移通道和疏导体系.当富含甲烷气体的流体通过底辟构造、断裂及裂隙系统垂向或侧向运移时,在合适的温压条件下形成天然气水合物.

中国南海北部神狐海域高饱和度天然气水合物成藏特征及机制

基于中国南海北部神狐海域GMGS3钻探区内岩心、测井、二维及三维地震数据综合分析,对黏土质粉砂储集层高饱和度扩散型天然气水合物分布特征、差异聚集机理及其成藏机制进行研究。研究结果表明:高饱和度水合物通常对应着高电阻率、低声波时差,强似海底反射(BSRs),且在BSRs下部可能存在泥底辟及气烟囱等形式的流体渗漏现象;水合物储集层以黏土质粉砂细粒沉积物为主,局部存在具有较高孔渗性的粉砂细粒沉积物;水合物类型以Ⅰ型为主,在Ⅰ型水合物层的底部可能存在Ⅱ型水合物;水合物气源为热解气、微生物气混合成因,来自白云凹陷中心深部的热成因气通过断层和泥底辟及气烟囱向浅层运移并与原位生物气混合,直至运移至水合物温度、压力稳定区域中富集形成高饱和度水合物;流体运移输导系统影响和控制了高饱和度水合物差异聚集成藏。

南中国海神狐海域天然气水合物地震识别及分布特征

南中国海北部陆坡神狐海域是天然气水合物发育的有利地区,钻井取芯表明此区域的天然气水合物以细颗粒状分布于水合物稳定带内.以三维地震数据为基础,讨论海洋天然气水合物调查的高分辨率地震成像关键技术,综合利用不同的地球物理方法(阻抗反演、属性聚类分析及神经网络方法等),以钻井结果为约束分析不同方法对天然气水合物识别的适用性,确定利用属性聚类方法来获得神狐海域天然气水合物与游离气的三维空间展布特征.将钻井取芯结果与地质条件相结合,综合多方面地球物理信息,分析产生这一分布特征的地质原因,指出断层与裂缝是南海北部陆坡神狐海域水合物、游离气的分布模式及天然气水合物形成的主要地质控制因素.

南海北部神狐海域天然气水合物成藏动力学模拟

为进一步了解南海北部神狐海域天然气水合物的成藏匹配条件,利用典型二维地震剖面,构建了该区的地质模型,并对其进行了天然气水合物成藏动力学的模拟。研究结果表明:神狐海域具备天然气水合物成藏的温度、压力条件;生物气和热解气的资源潜力巨大,满足水合物形成的气源条件;运移条件优越,有利于天然气水合物的聚集成藏。并提出了该区天然气水合物的成藏模式。

南海北部神狐海域高饱和度天然气水合物分布特征

神狐海域是我国天然气水合物勘探的一个重点区域,2015年在该区域执行的GMGS3天然气水合物钻探,不仅发现了高饱和度天然气水合物,而且发现了热成因的Ⅱ型天然气水合物。其中的W11井在细粒泥质沉积物中获得了厚度达70多米的水合物层,饱和度平均值达40%,局部层高达53%。本文分析了神狐海域W11井的随钻测井资料,利用各向同性的电阻率模型,基于阿尔奇公式估算了天然气水合物饱和度,并与岩心资料中孔隙水氯离子异常估算的水合物饱和度进行对比,查明水合物在垂向上的变化,再结合地震资料反演的声波阻抗来获得水合物横向分布特征,发现水合物空间分布与储层变化、流体运聚和深部热成因气有关。

南海北部神狐海域天然气水合物成藏演化分析研究

南海北部陆坡具备天然气水合物成藏的基本地质条件,神狐海域天然气水合物是当前我国海洋天然气水合物勘探开发研究的重点靶区.然而,神狐海域水合物集中分布在水合物稳定带的底部薄层中,饱和度高,其水合物特征与典型的低甲烷通量控制的水合物分布有很大差异,对其成藏机理和控制因素尚不明确.本文构建了针对神狐水合物成藏过程的一维动力学模型,模型包括沉积压实作用、甲烷溶解度、以及水合物生成和沉积体渗透率,模拟计算的主控参量为海底沉积速率和水流通量,在孔隙水中甲烷浓度一定的情况下,水流速率决定了溶解甲烷的迁移速率和稳定带中甲烷的供给速率,并以此模型计算了神狐海域水合物聚集成藏的动力学过程.模型讨论了特定沉积速率和水流通量条件下水合物成藏与分布特征,并与实际观测数据进行比较研究.研究发现,基于当前沉积速率和水流通量条件模拟的水合物形成演化过程,与神狐海域实际水合物分布特征存在很大差异,但在假定系统中水合物饱和度初值达16～20%时,模拟的水合物饱和度分布特征与观测数据吻合,并因此推测在早期地质历史上,神狐海域存在更加丰富的甲烷水合物,当前的水合物分布特征是在对早期水合物继承基础上发展而成的,而且神狐海域水合物含量正逐渐减少.

神狐海域气源特征及其对天然气水合物成藏的指示意义

为了了解神狐海域天然气水合物成藏的气体来源及聚集特征,根据过SH2井区高分辨率地震剖面构建了该区地质模型,并进行了天然气水合物成藏模拟。在恢复SH2井区地史和热演化史的基础上,利用EASY%Ro模型计算了SH2井区烃源岩的成熟度演化史,结合探区采样成果对水合物的气源特征进行了初步探讨。结果表明:深部发育的2套烃源岩(古近系文昌组和恩平组)演化程度均较高(Ro>2%),处于产干气阶段,热解生气潜力巨大;浅部新近系珠江组、韩江组、粤海组和万山组基本处于未成熟—低成熟阶段(Ro<0.7%),有机质丰度较高,是生物气的烃源岩,具有生物生气的巨大潜力。同时,神狐海域地质构造复杂,断层与底辟发育,这些断裂和底劈构造成为连接浅部水合物稳定域和气源的桥梁,为生物成因气和深部热解气的运移提供了良好的通道。当气源和天然气水合物稳定域的时空匹配得当,在适当的地质条件下便可形成天然气水合物。初步预测该区天然气水合物资源潜力巨大,是勘探远景区。

南海北部神狐海域天然气水合物成藏模式研究

南海北部陆坡神狐海域是我国海洋天然气水合物勘探开发研究的重点靶区,独特的水合物成藏特征,难以利用当前观测到的沉积速率和流体流动条件对其成藏机理进行解释和量化说明,对其形成演化模式和控制因素尚不明确.本文构建了海洋天然气水合物形成演化过程的动力学模型,模型的主控参量为海底沉积速率和水流速率,以此计算了神狐海域天然气水合物聚集演化过程,并与饱和度的盐度测试值进行对比.最后,在研究神狐海域地质构造活动和水合物成藏动力学基础上建立了神狐天然气水合物形成演化模式.认为神狐海域当前的天然气水合物是在上新世末—更新世早期断裂体系水合物基础上继承演化而来的,神狐海域天然气水合物形成演化具有典型的二元模式.第一阶段水合物形成发生在距今1.5Ma之前构造活动形成的断裂体系中,高达50m/ka的孔隙水流动携带了大量的甲烷进入水合物稳定带,导致了水合物的快速生成,在4万年内形成了饱和度达20%的甲烷水合物;第二阶段发生在1.5Ma以来,泥质粉砂沉积使沉积体渗透率骤减,0.7m/ka的低速率水流使甲烷供给不足,在海底浅层新沉积体中无法生成水合物,仅在水合物稳定带底部有缓慢的水合物继承增长,并因此形成了神狐海域当前观测到的水合物产出特征,而且水合物资源量仍在减少.