孔隙水中NH_4~+和HPO_4~(2-)浓度异常:一种潜在的天然气水合物地球化学勘查新指标

在海洋天然气水合物的勘查与研究中地球化学方法发挥了重大作用。利用海洋沉积物孔隙水中各种离子含量和同位素异常可以有效示踪天然气水合物的存在, 其中Cl-浓度异常、SO42-浓度梯度和氧同位素组成异常已成为指示天然气水合物存在的灵敏示踪剂。通过对比有和没有天然气水合物存在的海域浅表层沉积物中孔隙水的NH4+和HPO42-含量, 发现有天然气水合物区的孔隙水中NH4+和HPO42-浓度明显偏高, 且存在与SO42-类似的浓度梯度曲线, 认为孔隙水中NH4+和HPO42-浓度异常有可能成为一种新的地球化学示踪剂, 指示天然气水合物的存在; 探讨了引起孔隙水中NH +和HPO 2-浓度异常的可能机理及精确测定这些离子含量的方法。     

海洋沉积物孔隙水硫酸盐浓度和碳同位素对天然气水合物的指示

硫酸根离子（SO42－）是海洋沉积物孔隙水中的重要组分之一。硫酸盐还原菌利用孔隙水中SO42－作为氧化剂氧化沉积物中有机质或甲烷，造成孔隙水中SO42－离子浓度降代，同时使溶解在孔隙水中CO2的碳同位素组成降低。研究表明，在有天然气水合物出现的地区，强烈的甲烷缺氧氧化作用使孔隙水SO42－浓度急剧下降，表现为海底沉积物中硫酸盐－甲烷界面（SMI）较浅。如布莱克海台区，SMI界面为5.1～23.9m，界面附近深解于孔隙水中CO2的δ13C值低达－39％。笔者发现南海北京海区几个站位具有类似于布莱克海台区的较浅的SMI界面（7.5～17.2m）和极低的δ13C值（－29‰），结合其他地质、地球物理和地球化学证据，推测这些站位处可能赋存有天然气水合物，值得开展进一步详查工作。     

南海北部孔隙水碘与天然气水合物成藏关系研究

天然气水合物是一种重要的新型能源。然而,深海水合物具有埋藏深、作业难度大等特点,水合物难以被高效准确地识别,这已成为制约南海水合物地质调查的瓶颈之一。针对这一问题,本文结合近年来国际上新兴的碘及碘同位素方法,对南海北部台西南盆地两个站位的柱状沉积物(HD-86V和HD-109)开展了水合物成藏识别的研究。该沉积物孔隙水中碘离子含量分别介于8.3~132.0μmol/L和7.4~118.1μmol/L之间,远高于正常海水值(0.44μmol/L)。结合区域水合物勘查结果及甲烷含量特征,发现孔隙水碘离子含量与甲烷含量表现为显著的正相关关系。对比琼东南盆地及神狐工区等区域数据,均表明沉积物孔隙水碘离子含量在南海水合物成藏示踪方面具有良好的应用前景和推广价值。     

南海北部海区海底沉积物中孔隙水的Cl-和SO42-浓度异常特征及其对天然气水合物的指示意义

硫酸根含量是天然气水合物孔隙水中重要的参数之一,硫酸根与水合物的赋存关系已成为天然气水合物地球化学异常研究的重要组成部分。为了更深入地了解硫酸根浓度异常产生的原因和机制,建立一种实时、快速的测定方法就显得尤为重要。本文利用自行设计的天然气水合物反应装置,建立了海水中硫酸根在高压低温环境下的拉曼光谱定量测定方法。硫酸根的浓度（ρ）在2.0~70.0 g/L范围内,与其拉曼光谱参数（R）有良好的线性关系,线性回归方程为R=0.0013ρ-0.000066,相关系数r = 0.9998。方法检出限为0.2 g/L,精密度（RSD,n=12）为2.5%~3.4%,回收率为102.1%~123.8%。测试结果表明,采用拉曼光谱法可在线检测天然气水合物-水体系中硫酸根的浓度变化;相对于离子色谱法,具有不破坏原样品和方便快捷等优点。通过对硫酸根浓度变化的初步分析,发现其浓度呈阶梯状升高,认为天然气水合物的形成是一个气体溶解-成核-生长反复进行的过程,直至整个反应体系达到平衡。

     

神狐海域沉积物孔隙水卤素浓度及碘同位素特征对天然气水合物成藏的示踪研究

对南海北部神狐海域SC-02钻孔沉积物孔隙水开展卤族元素浓度和I同位素研究。根据沉积物孔隙水中Cl^-、Br-和I-浓度特征,该钻孔可分为2层:上层沉积物孔隙水中卤族元素浓度随深度增加呈递增趋势;下层沉积物孔隙水卤素浓度则出现大幅波动,可能与该层赋存的水合物在钻取采样时发生分解有关。下层沉积物孔隙水的¹²⁹I/I年龄为20.77±2.4 Ma,明显老于其赋存地层的年龄,暗示该站位的天然气水合物中CH₄可能来自下伏的深部地层。     

东沙群岛海域沉积物游离烃和孔隙水特征及其地球化学意义

对东沙群岛海域HD170和HD196A两个站位，通过系统的顶空气和孔隙水离子取样测试，对柱状样沉积物和底层水中游离甲烷的含量和沉积物孔隙水的离子组成特征以及孔隙水的来源进行了分析。游离气的分析表明，多数沉积物样品中游离甲烷的含量小于20μL／kg，但在HD196A站位，随着沉积物在海底以下埋深的增加，其中的游离甲烷含量迅速增加，在754～774cm，沉积物中游离甲烷的含量达到了7468．66μL／kg，推测其下存在巨大的烃类供应源。孔隙水的^86St／^87Sr同位素测试显示，本文所研究的两个站位沉积物孔隙水来源于正常的海洋沉积过程，而δ^11B的特征表明，沉积物中存在着与海水交换的吸附水，并且HD170站位的交换更多。柱状样沉积物孔隙水中，Ca^2＋、Mg^2＋与SO4^2-浓度表现出随着深度增加而明显降低的趋势，其中HD196A站位的硫酸盐甲烷界面小于10mbsf，暗示了该站位深部很可能赋存天然气水合物。     

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。     

南海北部陆坡西沙海槽XS-01站位沉积物孔隙水的 地球化学特征及其对天然气水合物的指示意义*

天然气水合物是近年来国际上发现的一种新型能源,大量赋存在海底沉积物中。西沙海槽位于南海北部陆坡区,周边有多个大型深水油气田区。对该区地形地貌、地质构造和沉积条件分析以及地球物理BSR分布表明,西沙海槽是我国海洋天然气水合物资源勘查的一个有利远景区。文章主要研究了位于西沙海槽最大BSR区内的XS-01站位沉积物孔隙水的地球化学特征,发现该站位孔隙水阴阳离子浓度和微量元素组成特征变化显示出可能与天然气水合物有关的明显地球化学异常,与国际上己发现有天然气水合物地区的异常相类似。因此,认为该站位是西沙海槽区最有利的天然气水合物赋存区,值得进一步的勘查工作。     

南海北部陆坡聚集流体活动系统及其对天然气水合物成藏的指示意义

利用台西南盆地三维高精度地震资料,对南海北部陆坡聚集流体活动系统进行了分析和研究.在研究区识别出了断层、气烟囱、泥火山、泥底辟等聚集流体活动系统.研究区聚集流体活动系统主要特征包括:①断层与气烟囱相伴生;②气烟囱发育的区域与似海底反射(BSR)分布区域基本吻合,在气烟囱上方可以识别出一定长度的BSR;③泥底辟/泥火山导...     

南海北部陆坡聚集流体活动系统及其对天然气水合物成藏的指示意义

利用台西南盆地三维高精度地震资料,对南海北部陆坡聚集流体活动系统进行了分析和研究。在研究区识别出了断层、气烟囱、泥火山、泥底辟等聚集流体活动系统。研究区聚集流体活动系统主要特征包括：①断层与气烟囱相伴生;②气烟囱发育的区域与似海底反射（BSR）分布区域基本吻合,在气烟囱上方可以识别出一定长度的BSR;③泥底辟/泥火山导致周围和上覆地层形成了大量小尺度断层和微裂隙,中、深部流体可沿破裂带向上运移至天然气水合物稳定带内形成天然气水合物。因此,研究区聚集流体活动系统为天然气水合物发育成藏提供了流体来源,有利于天然气水合物的聚集,对于揭示天然气水合物的富集规律意义重大,能够为其他区域天然气水合物勘探提供借鉴。     

Lipid Distribution in Marine Sediments from the Northern South China Sea and Association with Gas Hydrate

The distributions of lipids in surface and subsurface sediments from the northern South China Sea were determined. The n-alkanes were in bimodal distribution that is characterized by a centre at n-C16 –n-C20 with maximum at C18(or C19) and n-C27 –n-C31 as well as at C29(or C31). The short-chain alkanes suffered from significant losses due to their slow deposition in the water column, and their presence with a slight even carbon predominance in shallow seafloor sediments was ascribed mainly to the direct input from the benthos. The long-chain alkanes with odd predominance indicate transportion of terrigenous organic matter. Immature hopanoid biomarkers reflect the intense microbial activity for bacteria–derived organic matter and the gradual increase of maturity with burial depth. Abundant n-fatty acid methyl esters(n-FAMEs) that are in distributions coincident with fatty acids were detected in all samples. We proposed that the observed FAMEs originated from the methyl esterification of fatty acids; methanol production by methanotrophs and methanogenic archaea related to the anaerobic oxidation of methane, and sulfate reduction provided an O–methyl donor for methylation of fatty acids. The CH4 released from hydrate dissociation at oxygen isotope stage II of Cores ZD3 and ZS5, which had been confirmed by the occurrence of negative δ13C excursion and spherical pyrite aggregates, could have accelerated the above process and thus maximized the relative content of FAMEs at ZD3-2(400–420 cm depth) and ZS5-2(241–291 cm depth).     

南海北部东沙群岛HD196站位地球化学特征及其对水合物的指示

南海北部是中国海上油气的重要基地,也是中国天然气水合物调查的首选地区。对南海北部东沙群岛附近具有BSR特征的HD196站位沉积物样品的地球化学特征进行综合分析,得到以下结果:柱状样沉积物的常量元素的分布具有分段性,且与沉积物孔隙水中的离子浓度和甲烷含量的变化趋势相一致,可能对其下面是否存在天然气水合物有指示意义;同时柱状样沉积物孔隙水中离子浓度的变化与世界上发现天然气水合物地点的孔隙水离子浓度的变化一致。HD196站位的地质条件表明本站位具有天然气水合物形成的温压条件、气源条件和构造条件,因此在本站位的下面赋存天然气水合物的可能性比较大,在此进一步工作有可能取得天然气水合物勘查的突破。     

南海北部神狐海域天然气水合物成藏特征

天然气水合物作为一种新型、洁净、潜在的新能源,越来越引起世界各国科学家的重视,对天然气水合物研究也进一步深入,但天然气水合物作为一种能源矿产,对其成藏机制的研究相对较少。针对我国天然气水合物调查研究相对较为详细的神狐海域,从其物质来源、气体运移通道、成藏条件等角度探讨神狐海域天然气水合物的成藏特征,指出白云凹陷古近纪埋藏的巨厚烃源岩是其成藏的主要物质基础;底辟构造发育区是形成水合物流体向上运移的主要通道;新近纪晚期大面积发育的滑塌体是水合物的主要赋存区。神狐海域具备天然气水合物成藏的优越条件,是进一步勘探水合物的远景区。     

南海天然气水合物稳定带厚度及资源量估算

中国的南海一直被人们认为蕴藏着丰富的天然气水合物资源,综合中国南海的水深、地热梯度及底部水温等地质资料,运用VisualBasic.Net编程分析在该海域范围内天然气水合物稳定带厚度,讨论其分布特征,并以此来评估该区域的水合物资源量.结果表明当地热梯度为0.06℃/m,在区域1中可能存在天然气水合物,其稳定带的最大厚度可达400 m,天然气水合物分布较为规则,从外向内逐渐增厚.但在区域2中由于受到水深和地热等因素的影响不存在天然气水合物,此时天然气水合物的资源量约为0.55×104 km3;当地热梯度随机取值时,该区的天然气水合物资源量约为0.57×104 km3.通过对地热梯度取不同的值,估算得到在该研究区天然气水合物的资源量约为0.6×104 km3.      

Geological and Geophysical Conditions for Potential Natural Gas Hydrate Resources in Southern South China Sea Waters

The water depth in Nansha(南沙) waters,which is located in the southern South China Sea,varies from 200 to 2 500 m,with a deep-water(>500 m) area of 500 000 km2.In this region,there are many depositional basins with various structural features,prone to the accumulation of organic material.The temperature and pressure conditions in the deep-water environment are suitable for the preservation of gas hydrate.At several sites,we have recognized bottom-simulating reflectors(BSRs) from seismic data.Regional geology...     

张英1，郭依群2，莫午零3，胡玉波4

南海北部神狐海域钻探获得的水合物中天然气组分以甲烷为主,为典型干气,气体甲烷碳氢同位素组成揭示天然气为典型的生物成因,为二氧化碳还原形成。南海北部地区在硫酸盐-甲烷还原界面（SMI）以下进入生物甲烷生成阶段,盐度适中,适宜产甲烷菌等菌群的生存和生物甲烷气的生成,埋深200～1500 m层段是生物甲烷的主要生成阶段。中新世中晚期、上新世和第四纪沉积物以泥为主,部分层段为砂泥岩互层,有机质丰度较高,类型好,热演化程度低,生物气生成条件优越,可为浅部天然气水合物的形成提供充足的气源。     

南海北部天然气水合物钻探区烃类气体成因类型研究

南海北部天然气水合物钻探区水合物气、顶空气样品和沉积物样品烃类气体组分和甲烷同位素特征测试结果表明,气体样品中烃类气体以甲烷为主,含微量乙烷和丙烷,C1/(C2+C3)值均大于或接近1 000。甲烷的碳同位素值为-54.1‰~-62.2‰,氢同位素值为-180‰~-255‰,属于微生物气或是以微生物气为主的混合气,甲烷由CO2还原生成,由原地提供或侧向运移而来。沉积物样品酸解烃分析显示多数样品甲烷丰度大于90%,含一定量的乙烷、丙烷及少量的丁烷,C1/(C2+C3)值均小于50。甲烷的碳同位素值为-29.8‰~-48.2‰,呈现典型的热解气特征,显示由深部运移而来。     

波阻抗反演在南海北部神狐海域天然气水合物勘探中的应用

针对神狐海域的地质构造和天然气水合物的赋存特征,以重点测线三维地震数据为基础,分析讨论了基于宽带约束的模拟退火波阻抗反演方法、流程和关键技术问题,定量获得了含天然气水合物沉积物的波阻抗特征。结果表明:基于宽带约束的模拟退火波阻抗反演数据具有较高的有效垂向分辨率和较好的横向连续性;神狐海域高波阻抗异常反映了含天然气水合物沉积层,而不连续异常低波阻抗层是水合物层之下游离气的表现,这与钻探结果吻合。由此可见,基于宽带约束的模拟退火波阻抗反演可为天然气水合物层识别和预测、勘探目标圈定、钻探井位选择提供重要依据。