青藏高原多年冻土区天然气水合物形成条件模拟研究

基于野外气体地球化学调查研究,以及前人有关冻土表层温度、冻土层内地温梯度、冻土层下地温梯度等的资料,对青藏高原多年冻土区天然气水合物的形成条件开展了模拟研究. 结果显示：研究区冻土条件能够满足天然气水合物形成的基本要求;气体组成、冻土特征（如冻土厚度或冻土表层温度、冻土层内地温梯度、冻土层下地温梯度等）是影响研究区天然气水合物稳定带厚度的最重要因素,其在不同点位上的差异性可能导致天然气水合物分布的不均匀性的主要原因;研究区最可能的天然气水合物为甲烷与重烃（乙烷和丙烷）的混合气体型天然气水合物;在天然气水合物分布的区域,其产出的上临界点深度在几十至一百多米间,下临界点深度在几百至近一千米间,厚度可达到几百米. 与Canadian Mallik三角洲多年冻土区相比,青藏高原多年冻土区除了冻土厚度小些外,其他条件,如冻土层内地温梯度、冻土层下地温梯度、气体组成等条件较为相近,具有一定的可比性,预示着良好的天然气水合物潜力.     

南海北部东沙海域天然气水合物的初步研究

利用地震、测井与地温资料综合分析了南海北部东沙海域可能存在的天然气水合物的分布特征.研究表明,在东沙海域地震剖面上出现似海底反射层、弱振幅带等天然气水合物分布标志,在声波测井曲线上呈现高速、速度倒转等天然气水合物存在特征.似海底反射层的深度与1144站位,及平均地温梯度资料得出的稳定带厚度较吻合.1144站位与1148站位似海底反射层距海底较深,分别为654m与475m.在1144站位附近,弱振幅带的顶界可能代表含天然气水合物沉积层的顶界,约在450m左右.     

海洋天然气水合物发育顶界的模拟计算

天然气水合物顶界的确定对于其资源评价十分重要,但目前还没有很好的方法来确定.本文利用在甲烷-硫酸根（SMI）界面硫酸根与甲烷所消耗的量相等和水-天然气水合物二相体系甲烷溶解度模型,建立了水合物顶界埋深计算的数学模型,并考虑硫酸根氧化有机质和微生物原位甲烷生成的影响.计算的ODP1245和IODP1327站位水合物顶界埋深分别为53 mbsf和83 mbsf,与钻探获得的水合物顶界埋深相吻合.     

南海东北部973剖面BSR及其热流特征

对南海东北部973项目采集的地震测线进行了处理，阐明了恒春海脊处天然气水合物似海底反射（BSR）的特征.不同类型剖面的分析表明，单道地震剖面可以揭示南海东北部地区BSR一定的分布，但地震处理对揭示BSR分布全貌起重要作用.南海东北部的BSR具有世界大陆边缘BSR典型的特征，切穿了沉积层理反射，与海底起伏大体平行，为一强振幅的负极性反射.该BSR特征明显，意味着南海东北部地区存在含天然气水合物沉积.利用甲烷水合物与多组分天然气水合物相平衡曲线，计算了稳定带底界的埋深，并与BSR深度进行了对比分析.无论是甲烷水合物稳定带底界还是多组分天然气水合物稳定带的底界，单一地温梯度计算的结果不可能与BSR深度在整个剖面上对应.可知本区横向上地温梯度变化较大.利用BSR资料估算了地温梯度并求得热流值.计算表明，地温梯度与热流值由西向东，随着离海沟距离的增大、离岛弧距离的减小而减小.BSR计算得到的热流值为28～64 mW/m²，与台湾西南实测热流值的结果基本可以对比.     

南海琼东南盆地天然气水合物稳定域分布特征及资源预测

琼东南盆地油气地质显示盆地内具有生物成因和热成因天然气的巨大生成能力和远景. 地震剖面显示盆地内发育有泥底辟和气烟囱、沟通泥底辟和气烟囱与海底的断裂及可能正在活动的天然气冷泉,这些特征非常有利于天然气水合物的发育. 通过天然气水合物热力学稳定域预测,确定了琼东南盆地天然气水合物的平面和剖面分布特征. 生物成因甲烷水合物分布于水深大于约600m的海底,稳定带最大厚度约314m;热成因天然气水合物分布于水深大于约450m的海区,稳定带最大厚度约410m. 盆地内天然气水合物远景总量约10×109m3,水合物天然气远景为1.6×1012m3.     

青藏高原多年冻土退化过程及方式

气候变暖势必引起多年冻土的退化,基于数值模拟结果,将多年冻土退化过程按地温的深度剖面曲线形态划分为初始阶段、升温阶段、0梯度阶段、不衔接阶段和消失阶段．青藏高原多年冻土多是晚更新世残留,而全新世期间总体上是一个退化过程．根据青藏高原几个典型地区多年冻土深孔测温数据,判断目前高原多年冻土在其退化历史中所处的地位：高山地区处于升温阶段;中低山地区处于升温阶段末期;高平原和河谷盆地的多年冻土处于0梯度阶段;连续多年冻土下界附近及岛状冻土地区,正处于由0梯度向不衔接阶段过渡,多年冻结层边缘在萎缩,处于消失阶段．多年冻结层消融（消失）存在自下而上和自上而下两种方向．在升温阶段,多年冻土层中的热通量小于来自下伏地层中的地热通量时,部分地热流用于多年冻土底板相变耗热,发生自下而上的消融,随着多年冻土层中的地温梯度减小,用于底板消融的热量增加,直到地温曲线完全达到0梯度时,所有的地热流都用于多年冻土层融化潜热消耗,但其上部同时存在“热补偿”和“季节补偿”作用可以延缓多年冻土的消失;对于低温厚层多年冻土,当地面温度升高至可以抵消热补偿效应时,活动层中出现热积累,厚度增加,直至出现不衔接现象,同时存在“季节反补偿”作用,加剧了这一过程．     

外界条件变化对天然气水合物相平衡曲线及稳定带厚度的影响

目前，有关天然气水合物的相关研究越来越多，而天然气水合物相平衡曲线和稳定带厚度的研究也变得越来越重要.本文利用Sloan的CSMHYD程序研究了外界条件变化对天然气水合物相平衡曲线及稳定带厚度的影响.研究结果表明：当天然气水合物中含有其他气体时，除了氮气会使水合物稳定存在的区域变小外；其他气体都会使稳定区域变大，且甲烷含量越少，水合物越容易形成；对于本文中所提到的几种气体，丙烷和硫化氢对相平衡曲线的影响最大；另外，水合物稳定存在的区域会随着盐度增加而变小.地温梯度、水深、海底温度、气体组成和孔隙水盐度对稳定带厚度的影响不同，其中稳定带厚度与地温梯度呈指数相关关系，与水深呈对数相关关系，与海底温度、水合物中甲烷含量及气体组成呈线性相关关系.水深从1 000 m增加到4 000 m时，稳定带厚度增加了大约400 m；水深2 000 m情况下，地温梯度从0.02℃/m到0.1℃/m变化时，稳定带厚度减薄了大约660 m；底水温度从0~17℃的变化过程中，稳定带厚度减薄了大约1000m；在水合物中气体组成从纯甲烷到含20%乙烷时，稳定带厚度增加了大约170m；盐度在0~4.5 wt％的变化中，稳定带厚度减薄了大约130 m.由此可见，在这几种因素中，地温梯度和底水温度对稳定带厚度的影响较大.     

利用测井和地震资料分析木里盆地天然气水合物形成特征

天然气水合物产于海底沉积物和陆上永久冻土带中.祁连山木里盆地位于青藏高原北部,该地区属于永久冻土带,是形成天然气水合物的理想区域.关于冻土带天然气水合物的研究,国外起步较早,并取得了一定的研究成果;而国内研究较晚,大多是借鉴国外的研究方法,虽然也获得了部分成果,终归还是没有形成一套适合国内地质情况的、比较成熟的方法.在满足一定温压条件和其他因素时,构造等地质作用对沉积矿产天然气水合物的形成具有重要影响.本文根据研究区的地质特征和地形地貌等,结合测井资料及三维地震探测所得地震资料,分析木里盆地深部地质结构和构造情况,研究该区天然气水合物存在与构造的关系.木里盆地天然气水合物或解析气主要贮存在泥岩裂隙及砂岩层中,且在其出现的层段,密度、速度(相对围岩)等地球物理属性出现了降低.利用三维地震剖面进行的构造分析表明,该地区断裂发育且以逆断层为主.该区构造控制着水合物的形成和贮存,构造和水合物形成之间存在着必然联系,水合物异常区都位于构造较为发育的地方.     

2005~2015年青藏高原多年冻土稳定性制图

连续性分类系统的适用性与数据匮乏是过去青藏高原多年冻土制图的两个主要问题.文章基于高海拔多年冻土稳定性分类体系,在模型对比基础上,利用支持向量回归模型集合模拟了划分多年冻土稳定性的年平均地温,生产了空间分辨率为1km的青藏高原多年冻土稳定性分布图.制图中使用了青藏高原2005~2015年间共237个钻孔年平均地温(年变化深度处温度)观测数据,利用统计学习方法融合了地面观测与遥感冻结指数、融化指数、积雪日数、叶面积指数、土壤容重、高程和高质量的土壤水分再分析资料.该图显示,青藏高原多年冻土面积约115.02(105.47~129.59)×10⁴km²,其中,极稳定型(?0.5℃)多年冻土面积分别为0.86×10⁴、9.62×10⁴、38.45×10⁴、42.29×10⁴和23.80×10⁴km²,分别占青藏高原多年冻土的0.75%、8.36%、33.43%、36.77%和20.69%.以模拟的多年冻土稳定性分布图为基础,定义了划分多年冻土稳定型的遥感年平均地表温度和冻结数标准,这两个标准对于多年冻土稳定型的划分结果一致性分别达到69.6%和75.3%,对于多年冻土范围划分的一致性分别达到了90.1%和91.8%.     

青藏公路沿线冻土的地温特征及退化方式

青藏高原多年冻土(以下简称冻土)具有地域分布广、厚度薄及稳定性差等特征. 过去几十年的气候变暖背景下, 冻土广泛退化, 地温升高, 夏季最大融化深度加深, 冬季冻结深度减小. 冻土已经产生下引式、上引式和侧引式退化. 冻土层厚度减薄, 或者在某些地区彻底消失. 冻土退化模式研究在冻土学、寒区工程和寒区环境管理方面具有重要意义. 由南至北穿越560 km冻土区的青藏公路沿线(简称青藏线)冻土在青藏高原腹地具有很好的代表性. 在水平方向上, 冻土退化在多年冻土下界附近的零星冻土分布区、融区边缘和岛状冻土区表现得更为明显. 当最大季节融化深度超过最大季节冻结深度时, 冻土开始下引式退化; 通常形成融化夹层, 造成多年冻土和季节冻结层不衔接. 当多年冻土层中地温梯度减小到小于下伏或周边融土层时, 则产生上引式或侧引式退化. 下引式退化进程可分为4个阶段: (1) 初始退化阶段, (2) 加速退化阶段, (3) 融化夹层阶段, (4) 最终多年冻土彻底融化为季节冻土阶段. 当多年冻土中地温梯度降至下伏融土层地温梯度以下时, 则产生上引式退化. 3种类型冻土温度曲线(稳定型、退化型和相变过渡型)展现了这些退化模式. 虽然存在不同地段和类型的地温特征, 三种退化模式的各种组合最终将使多年冻土消融, 转变成季节冻土. 过去25年来, 青藏线冻土年平均下引式退化速率变化在6~25 cm, 年平均上引式退化速率在12~30 cm, 零星多年冻土区年平均侧引式退化速率为62~94 cm. 这些观测结果超过所报道的过去20年来阿拉斯加亚北极不连续冻土区4 cm的年平均退化速率, 蒙古国不连续冻土区的4~7 cm的年平均退化速率, 以及雅库悌共和国亚北极和阿拉斯加北极稳定性冻土区退化速率.     

琼东南盆地天然气水合物及其成藏模式的海洋可控源电磁研究

南海琼东南盆地是天然气水合物重要远景区之一.由于盆地大部分地区海底地形平缓、地层近于水平，增加了利用地震反射剖面识别似海底反射（BSR，bottom simulating reflector）的难度，从而影响了对水合物的评价.为了进一步开展琼东南盆地水合物调查研究，本文在研究海域进行了海洋可控源电磁探测试验，将自主研发的10台接收机以500 m的间距，投放至水深约为1360 m的海底，完成了一条4.5 km剖面的电磁数据采集.通过对采集的数据进行处理与二维（2D）反演，获得了研究剖面海底的电阻率断面图.反演结果显示，研究区海底60~330 mbsf（meter bottom of seafloor）的地层中，存在多个横向不连续分布的高阻异常体，电阻率介于2~10 Ωm之间；在海底330 mbsf之下，横向上发育了电阻率为2~4 Ωm的3个高阻体.根据研究区热力学条件，本文估算了生物成因气与热成因天然气的水合物稳定带（GHSZ，gas hydrate stability zone）厚度，结合高阻体的分布特征推断了地震剖面上BSR的位置.在此基础上，对反演的电阻率断面进行解释，推断了研究区水合物的分布及游离气运移通道.研究表明，勘探区具有形成天然气水合物矿藏的地质与地球物理条件，其成藏模式可能属于"断层、裂隙输导的下生上储型"，水合物的气源为生物成因气.     

青海木里冻土区水合物稳定带的特征研究——模拟与钻探结果对比

基于青海木里冻土区的气体组成、钻孔泥浆的温度测量数据等对该区水合物稳定带的顶底深度进行了模拟计算,并将计算结果与钻探揭示的水合物产出深度进行了对比.模拟计算的水合物顶深在148.8～122.7 m 间,底深在324.6～354.8 m间,水合物厚度在175.8～232.2 m间,钻探揭示水合物及其异常产出在133～39...     

Processes and modes of permafrost degradation on the Qinghai-Tibet Plateau

Climate warming must lead the mainly air temperature controlled permafrost to degrade.Based on the numerical simulation,the process of permafrost degradation can be divided into five stages,i.e.,starting stage,temperature rising stage,zero geothermal gradient stage,talic layers stage,and disappearing stage,according to the shape of ground temperature profile.Permafrost on the Qinghai-Tibet Plateau (QTP) is generally considered a relic from late Pleistocene,and has been degenerating as a whole during Holocen...     

哈拉湖地区低频可控震源天然气水合物地球物理响应特征研究

我国陆域天然气水合物主要分布于青藏高原和漠河地区.由于永久冻土层的存在,地震勘探很难获得高品质的资料,给天然气水合物勘探带来了诸多困难.为解决冻土层对地震信号的衰减问题,在哈拉湖地区采用低频可控震源进行地震资料采集试验,通过提高覆盖次数,获得了较高信噪比的地震资料.在高质量地震资料基础上,进行精细速度分析,获得了较准确的叠加速度谱资料;然后以层速度剖面为基础建立正演模型,开展天然气水合物地震正演模拟研究;最后利用叠后偏移地震数据进行地震属性分析.通过正演模拟和地震属性综合研究,总结了天然气水合物的地球物理响应特征,速度突变和空白反射带可作为哈拉湖地区陆域天然气水合物识别的敏感因素.     

南海北部神狐海域天然气水合物形成聚集的数值模拟研究

利用2D数值方法对南海北部陆坡神狐海域水合物形成聚集过程进行了模拟,对气烟囱、泥底辟与水合物成藏间的关系进行研究.模拟结果表明,来自深部的甲烷热解气在向上运移过程中以垂向运动为主,且局限在某一狭窄的范围内,故在地震剖面上显示为气烟囱及顶部BSR.只有当其越过水合物稳定带底界,才能形成水合物,此时BSR等于水合物稳定带底...     

海底天然气水合物层界面反射AVO数值模拟

本文采用AVO数值模拟方法，共选取水合物系统分层结构6个模型，对水合物、游离气和饱水沉积物接触界面的反射特征进行了数值模拟，研究了BSR及双BSR的存在条件与水合物体系垂向分布的关系，对一些现象从理论上进行了阐明.主要结论是：（1）强的似海底反射界面BSR与游离气体的存在密不可分，实际地震剖面中的“BSR”可能不对应水合物而只对应气体，无明显BSR的地方可能有水合物.（2）水合物顶部有可能存在游离气体，它可以在正常BSR（BSR1）之上形成另一个具有正极性的似海底反射界面BSR2.（3）正常BSR之下的双BSR（BSR0）其弹性机理有两种可能，一是水合物之下游离气上升迁移遇到某种阻隔层或不同气体组分的自然分层所造成的气体垂向分布的梯度性差异；二是当水合物之下的游离气体中存在残存的水合物时，同样会形成一定强度的似海底反射，在这种情形下BSR0的极性比较难以判断，取决于残存水合物上下游离气的饱和度和残存水合物的厚度.     

Application of AVO analysis to gas hydrates identification in the northern slope of the South China Sea

Amplitude versus offset (AVO) analysis is a conventional seismic exploration technique in geophysical and lithological interpretation and has been widely used in onshore and offshore exploration. Its use in marine gas hydrate research, however, is still in initial stages. In this study, AVO analysis is applied to seismic profiles at drilling sites where hydrate samples have been recovered. The AVO responses of free gas, bottom simulating reflector (BSRs), and gas hydrates are discussed, and the AVO attributes in relation to gas hydrates are summarized. The results show that changes in intercept, gradient, fluid factor and Poisson’s ratio clearly reflect: (i) location of free gas and the BSR, and (ii) spatial relations between blank zone, BSR, gas hydrate, and free gas.