西沙海槽研究区天然气水合物地球化学勘探.docx
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西沙海槽研究区天然气水合物地球化学勘探
地球科学——中国地质大学学报第29卷
2000--03、GH一01航次有关天然气水合物大洋科学调查,基于海上实际工作和目前承担国家“863”计划、“973”计划的课题研究成果完成了本论文.论文首次发表了南海西沙海槽现场实测得到的多种地球化学实测数据成果;结合室内研究和地球物理资料预测评价了西沙海槽天然气水合物勘探远景区;依据地球化学异常特征和碳同位素数据,探讨了该区气态烃甲烷的成因.
1西沙海槽工作区位置和地质概况
1.1工作区地理位置和研究程度
研究调查工作区位于西沙海槽海域内的一个菱形区域,具体位置如图1所示.由于该区处在陆坡深水区,工作程度较低.1999年10月,国土资源部广州海洋地质调查局完成了以天然气水合物资源前期调查为目的的530km多道高分辨率地震勘探,发现了多段似海底反射界面(BSR,累计达100多km.2000年9—10月,“探宝号”船和“海洋四号”船分别在该区进行了天然气水合物资源调查(HYl26—2000--03航次,完成了约1500km的多道地震和15个站位的地球化学取样、气态烃的现场分析等工作.2001年7—8月,“海洋四号”大洋科学考察船在西沙海槽区域进行了中国首次天然气水合物资源调查专项(GH~01航次,主要勘探方法有单道地震、浅层剖面、海底摄像、沉积物取样、现场地球化学分
图1研究工作区位置
Fig.1Locationofworkingarea析、多波束测深、重磁测量等.
1.2西沙海槽研究区有关水合物形成的地质条件
工作区的中部区域属于新生代沉积盆地,经过有关部门调查,该区域单独划为西沙海槽盆地.该盆地基本为半地堑型盆地,深部沉积了较厚的浅海相、海陆交互相碎屑沉积,快速埋藏了新生代大量的有机质物质,具有较好的石油和能源气藏发育条件,能够为形成天然气水合物提供充足的物质来源.通过对ODPl84航次1146站位顶空气中烃类组分及其甲烷碳同位素分析,发现东沙群岛南部陆坡的气体以热解气为主(蒋国盛和王达,2002.德国“太阳号”调查船发现,海槽附近沉积物中的气体也为热解气,而南海南部陆坡区的气体则以微生物气为主.
工作区位于准被动大陆边缘断层褶皱构造带,具有良好的地貌条件.受断裂构造即水流底蚀作用,陆坡地形复杂多变,整体呈阶梯状下降,发育海槽、海谷、海山、海丘、陡坡、陡坎、海底高原、海底滑塌以及海底扇等各种构造地貌.这与国外发现水合物地震BSR特征地区的海底地貌条件具有一定的相似性.国外勘探经验表明,被动大陆边缘地区的断裂一褶曲构造、底辟构造、海底扇状地形、麻坑地形(pockmark和海底地滑等多种形式的海底浅表层构造环境往往有利于水合物的形成,并且成为海洋天然气水合物勘探的重点地区.因此,从相似地质条件对比分析上推测,本区应该是天然气水合物赋存的有利区块.另外本区构造条件、沉积条件、地温状况等均有利于天然气水合物矿藏的形成.
由此,海上工作区水合物物资来源发育,构造条件及断层性质有利于形成流体运移,具有形成水合物赋存的浅部稳定环境和温压条件,具备了水合物成藏的地质条件.在大的区域上,该地区应该为南海具有天然气水合物赋存前景的地区之一(周蒂等,2000;孙春岩等,2001;蒋国盛和王达,2002;王宏语等,2002;孙春岩等,2003.
2工作区地球化学勘探
2.1样品采集和现场测试
西沙海槽工作区现场取样由广州海洋地质局“海洋四号”科学调查船于2000年10月和2001年8月分2次完成.采用随船重力柱状管、大型重力活塞管、箱式及抓斗等取样工具主要采集了表层沉积
物和底层水样品,同时有少量表层海水样品和零海
138地球科学——中国地质大学学报第29卷
图2西沙海槽(距海底1.3~1.5m沉积物甲烷含量等值线
Fig.2ConcentrationcontourofmethaneforsedimentsatXishaoceantrough
图3西沙海槽(距海底1.3~1.5m沉积物乙烷含量等值线
Fig.3ConcentrationcontourofethaneforsedimentsatXishaoceantrough
探测天然气水合物矿藏中主要组分垂向渗漏、运移的信息和证据,进而鉴别筛选地球物理BSR和BZ指示的有利地段,解决地球物理方法技术的多解性问题,发现天然气水合物远景区,指导勘探工作.
按照此种思路,考虑了海水深度和下部断层的发育情况等因素,将地球化学气态烃甲烷异常分布同地震BSR、BZ识别带叠合,获得西沙海槽工作区物化探指标综合异常,并依此筛选推断预测出水合物勘探远景区(图4.本区预测存在5个比较有利的勘探区域:
工区域为B07站位周围区域,该区域位于北部斜坡地带上,水深500
m左右.有较为典型的BSR
第2期孙春岩等:
西沙海槽研究区天然气水合物地球化学勘探139
图4水合物重点勘探远景区预测Fig.4Favorableprospectingareaofmarinegashydrate
现象,VAMP较明显,浅部的空白模糊带BZ比较厚,浅部地层沉积物中气态烃含量高.但只有2条地震测线控制,所以面积较小.
Ⅱ区域为位于北部斜坡上较大面积的区域,水深从5002300m不等,考虑BZ厚度因素和地震剖面BSR识别时所预测的范围略有不同.除了BSR现象和较厚的BZ带外,部分测线上还有比较明显的VAMP现象、亮点现象、极性反转现象、瞬时频率异常现象及AVO属性异常等现象.该区域下部具有较大厚度的沉积地层和较为发育的正向断层。
浅部和其他区域相比具有较快的沉积速率.并且B20站位通过海底摄像发现了碳酸岩介壳状沉积物.该区的B12点位(水深约1700m表层沉积物气态烃含量低于背景值,甲烷碳同位素测试值为51×10一,这也一定程度上说明该区域可能有固体水合物的赋存,并且聚集成层.该聚集层起到了阻挡深部气体继续向上渗逸到海底地表的作用,使局部区域表层沉积物中气态烃含量减少,也使少量的生物成因在海底地表沉积物中占了较大的比例,形成表层沉积物的甲烷气热解、生物混合成因.
Ⅲ区域位于西沙海槽北部斜坡的下部,水深2500m左右.该区域有较为典型的BSR、VAMP特征,由于水深较大,压力相对较大,BSR发育的层位更浅,BZ发育也就会较薄.气态烃测试该区内的A14、B28、B24、B18点位的沉积物都有较高的甲烷气浓度.
Ⅳ区域为南部隆起带上的一个局部区域,该区域水深在1700m左右.地震剖面上BSR现象特征比较明显,但发育较局限.由于水深较大,BSR发育较浅,空白带较薄.虽然该区域附近大断层比较发育,但在表层沉积物的甲烷含量并不高.
V区域为B33和B30点位的周围区域,该区域水深在1200~1800m之间.地震BSR现象不明显,其有可能是因为游离气聚集性较差,或水合物分解的气体量较少,没有形成BSR反射.但在浅部其空白反射还是比较明显的,海底表层沉积物甲烷含量浓度较大.也有可能存在大量比较分散的水合物矿产.
总之,这几个区域水深均为大于300m的海域,具有水合物保存温度和压力条件;下部分布有区内的次级凹陷,有良好的气体物源条件;下部地层或附近地层都发育有较大断层,有烃类来源通道;特别是北部斜坡上的几个区域,上第三系地层及第四系地层沉积速率较快,沉积较为稳定,厚度较大,具有较大的孔隙度;具有水合物矿藏形成的“运”、“储”、“保”条件.
3形成水合物的气态甲烷成因探讨
据吴必豪等“南海潜在天然气水合物矿藏的成因及形成模式初探”一文提出:
南海烃类气体的来源复杂,并非单一成因.北部陆坡(莺歌海一西沙海槽一东沙群岛一台西南区域烃类气体主要来源于深部热解成因气,可能还有浅部微生物气的}昆合.对南海南部海域,烃类气体主要以浅部微生物气为主,同时还有热解成因气的混合(蒋国盛和王达,2002;孙春岩等,2003a.
本次在本区海底沉积物样品中挑选了具有代表性(空间分布上,值异常程度上的14个点位,共计17个样品,进行了甲烷碳同位素测试,发现选取的17个样品值范围在一51×10一3~一34.18×10~,为热解成因范围.由于带回实验室的样品量少,脱气甲烷量不满足测定碳同位素的要求,所以有几个点位是将同点不同深度样品混合脱气而测得的同位素值.但总体上该结果和德国人Berner、卢振权等人测试的西沙海槽区域甲烷碳同位素在--22×10q~--38×10q之间的结果基本一致.图5是甲烷碳同位素和甲烷干燥系数散点图.图中的其他区域的数据来自于Bernard、Matsumotod等人,中国南海前期数据来自于德国人Berner1992年的测试结果.
甲烷碳同位素将西沙海槽研究区海底沉积物气态烃甲烷限定为热解成因,但个别数值接近混合成
因.联系到前面所述,笔者认为此区来源于浅部生物 万方数据
万方数据
西沙海槽研究区天然气水合物地球化学勘探
作者:
孙春岩,王宏语,牛滨华,黄新武
作者单位:
中国地质大学工程技术学院,北京,100083
刊名:
地球科学-中国地质大学学报
英文刊名:
EARTHSCIENCE-JOURNALOFCHINAUNIVERSITYOFGEOSCIENCES
年,卷(期:
2004,29(2
被引用次数:
23次
参考文献(16条
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首先使用遗传算法进行旅行时,反演得到背景速度模型;然后用其作为初始模型,使用共轭梯度算法进行全波形反演.通过对含噪数据的数值试验,算法表现出了较高的稳定性,并确定了进行全波形反演的遗传算子.将这种波形反演方法应用于我国南海北部海域的天然气水合物研究,反演得到了分辨率高于常规速度分析的似海底反射层速度结构,并识别出似海底反射层的速度异常.利用纵波速度反演的结果,计算出沉积物中游离气的含量,认为BSR下方的低速层可以解释为含至少1%游离气的薄层.并分析了研究区内甲烷气的来源,认为该区域游离气兼有生物气和热解气.
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8.学位论文徐华宁南中国海存在天然气水合物的地球物理证据2005
天然气水合物是由碳氢化合物与水在低温高压条件下形成的,主要分布在海洋大陆斜坡和永久冻土带的地层中,被认为是21世纪的清洁能源。
地质研究表明:
我国南海海域也广泛分布天然气水合物,本文研究目的是为天然气水合物在南中国海的存在提供准确可靠的地球物理证据,并研究其在地层中的空间展布。
论文首先从地质上讨论了天然气水合物在南中国海存在的可能性,并分析了天然气水合物的地球物理响应特征和BSR形成机理,然后研究了可能含天然气水合物地层的地震成像问题,提出针对性的多道地震数据成像的关键步骤及技术,突出了含天然气水合物地层具有的地球物理反射特征——似海底反射(BSR、空白带等,首次从地球物理证据上定性预测了天然气水合物的存在。
为了进一步定量研究天然气水合物的特征,本文采用基于AVO理论的叠前地震反演,利用反演的AVO属性和三参数岩性参数变化量,进一步证实了异常的存在。
同时,我们还发现叠前时间偏移处理所建立的速度场异常也能间接证明天然气水合物的存在。
此外,论文还研究了叠后地震数据的属性反演和波阻抗反演,得到可能含天然气水合物地层的速度模型以及其在地层的分布,为天然气水合物的识别提供了更精确的证据。
根据叠前叠后反演结果,首次明确了本区天然气水合物的形成和BSR的发育属于第二种模式,即天然气水合物主要聚集在BSR附近的地层中,呈层状分布。
文中提出的以地震数据成像、叠前反演、叠后反演为核心的研究思路和技术,有效解决了在南中国海识别天然物水合物的难点。
9.期刊论文宋海斌.松林修.仓本真一西南海海槽地震资料处理及其似海底反射层特征-地球物理学报2001,44(6对西南海海槽的NT62-2地震测线进行了重新处理,突出了天然气水合物似海底反射层(BSR的特征.比较了近炮检距剖面、叠加剖面、偏移剖面、瞬时振幅剖面与瞬时相位剖面上BSR的显示特征.指出了BSR在炮道集与共中心点道集上的分布.虽然在近炮检距剖面上能分辨部分BSR,但通过叠加与偏移可以得到BSR较清晰的图像.BSR的高振幅特征在瞬时振幅剖面上最为明显,而在瞬时相位剖面上容易勾画BSR的横向展布.
10.期刊论文邓辉.阎贫.刘海龄.DENGHui.YANPin.LIUHai-ling台湾西南海域似海底反射分析-热带海洋学报
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