天然气水合物典型特征综述

1、作者：樊浩单位： 中国石油辽河油田海南油气勘探分公司 124010作者简介：樊浩（ 1979-），男，湖北潜江市人，硕士，中级工程师，现从事海洋油气勘探。 标题：天然气水合物典型特征综述 摘要：概述国内外天然气水合调查研究的勘探进展情况， 详细地介绍判识天然气水合物的地 球物理和地球化学特征。关键词：天然气水合物；现状；特征0 引言天然气水合物 , 也称“气体水合物” , 是由天然气与水分子在高压、低温条件下形成的 一种固态结晶物质。由于天然气中80%99.9%的成分是甲烷，故也有人将天然气水合物称 为甲烷水合物。 天然气水合物多呈白色或浅灰色晶体 , 外貌似冰状 , 易点燃 , 故也称其为“

2、可 燃冰”。 在天然气水合物晶体化学结构中 ， 水分子构成笼型多面体格架 ， 以甲烷为主的气体 分子包裹于其中。这是一种新型的潜在能源，全球资源量达2.1 >1015m3,是煤炭、石油和天然气资源总量的两倍 ，具有巨大的能源潜力。 因此， 世界各国尤其是各发达国家和能源短缺国 家均高度重视天然气水合物的调查研究、开发和利用研究。1 国内外天然气水合物勘探现状1.1 国外天然气水合物勘探历史及现状天然产出的水合物矿藏首次在 1965 年发现于俄罗斯西西伯利亚永久冻土带麦索亚哈油气 田。 19721974 年，美国、加拿大也在阿拉斯加、马更些三角洲冻土带的油气田区发现了大 规模的水合物矿藏。

3、同期 ，美国科学家在布莱克海岭所进行的地震探测中发现了“拟海底反 射层（BSR）”。1979年，国际深海钻探计划（DSDP）第66、67航次在中美洲海槽危地马拉的钻 孔岩芯中首次发现了海底水合物。此后，水合物的研究便成为 DSDP 和后续的大洋钻探计划（ODP）的一项重要任务，并相继在布莱克海岭、墨西哥湾、秘鲁一智利海沟、日本海东北部奥 尻脊、南海海槽、北美洲西部近海喀斯喀迪亚陆缘等地发现了BSR 或水合物。德国在 20世纪 80 年代中后期以联邦地学与资源研究中心、 海洋地学研究中心为首的一些单位，结合大陆边缘等研究项目， 开展了水合物的地震地球物理、 气体地球化学调查。 在各国科学家的努

4、力下，海底水合物物化探异常或矿点的发现与日俱增，迄今已达 80 处。从 1995 年开始 ，日本、印度、美国、德国先后投巨资 ，实施了大规模的研究发展计划 ，韩国、俄国、加拿大、法国、 英国、挪威、比利时、澳大利亚等国也正在制订计划或积极调查中。1.2 国内天然气水合物勘探历史及现状与国外的发展历程相似 ， 中国天然气水合物也起始于实验室研究 ， 然后再扩展到资源调查领 域。中国在 1999 年正式实施试验性调查前还经历了一段短暂的预研究阶段 ， 中国大洋矿产 资源研究开发协会于 1995年设立了 “西太平洋气体水合物找矿前景与方法的调研” 课题， 这 是中国天然气水合物资源领域的第一个调研课

5、题 ， 中国地质科学院矿产资源研究所等单位 就天然气水合物在世界各大洋的分布特征及找矿方法进行了分析和总结， 并对西太平洋的找矿远景进行了初步评价。 随后原地质矿产部于 1997 年设立了 “中国海域天然气水合物勘 测研究调研”课题 ， 国家 863 计划 820 主题也于 1998 年设立了“海底气体水合物资源勘查 的关键技术”课题 ， 中国地质科学院矿产资源研究所、广州海洋地质调查局、中国科学院地 质与地球物理研究所等单位对中国近海天然气水合物的成矿条件、调查方法、 远景预测等方面进行了前期预研究 ， 为中国开展天然气水合物调查做好了资料和技术准备。2 识别天然气水合物的标志特征2.1 地

6、球物理标志2.1.1 海底模拟反射层 （ BSR ）来自水合物稳定带底面的反射也大致与海底平行，通常称为海底模拟反射层或似海底反射 （ BSR ） 。它是含气水合物存在的第 1 个典型特征。 运用 BSR 来识别天然气水合物要注意：天然气水合物与BSR并不存在一一对应的关系； BSR受到构造作用、 沉积作用、 沉积物的含碳量以及水合物的含量等因素的影响， 要想在地震剖 面上观察到 BSR ，除了满足含量达 20 %的天然气水合物地层以外，还需要存在含量不低 于10%的游离气地层位于水合物地层之下；构造抬升、沉积速率高、沉积物含碳量和水 合物含量高有助于 BSR 的形成。2.1.2 振幅暗点 水

7、合物胶结物存在的第 2 个特征是水合物胶结层的振幅“消隐”现象 （ 振幅暗点 ）。这种现象总是出现在含天然气水合物的沉积物中， 说明层间声阻抗的差异已为水 合物胶结作用所减弱。水合物与沉积物的均匀混合致使BSR 之上的反射振幅减弱，若天然气水合物沉积物中连续出现这一现象， 则称之为空白反射。 空白带的主要特征为： 反射振 幅较之地震记录中正常的反射振幅低； 空白带区域沉积物的层速度较之一般海底沉积物略 高。2.13 速度反转 天然气水合物的第 3 个特征是速度反转， 即当地震波由水合物胶结物向 BSR 下部的沉积物传波时，其速度突然减小。2.2 地球化学2.2.1 直接识别标志a 气体地球化学

8、分析。根据东海深水海域 90 个站位浅表层沉积物烃类气体的分析,可按甲烷测定值将它们划分为:区域背景值组（100卩L/kg）;异常组（100300卩L/kg）;高异常组（300500卩L/kg）;特高异常组 （500卩L/kg）。根据不同异常样品的分布，可以热液活动区为界，将冲绳海槽划分为南北 2区。 在南区有近 70%站位的甲烷值达到异常级别,20%站位达到高异常和特高异常 ;而在北区仅有少数站位属于异常组。也即在南区海底烃类气体的活动远比北区强。b 海面增温异常扫描在瞬时构造活动期间， 海底水合物或常规油气藏因压力的降低或温度的升高可发生分解， 析 出甲烷等烃类气体， 经运移扩散到海面，

9、受瞬变大地电场或太阳光能的作用， 导致激发增温。 利用卫星热红外扫描技术对海面低空大气的温度及时进行记录，便可定性探索海底排气作 用，从宏观上研究其与水合物或油气藏分布的关系， 从而可以在调查早期初步圈定有利区带。2.2.2 间接识别标志a 孔隙水中氯离子浓度异常 浅层沉积物中孔隙水 Cl- 浓度增高 ，水合物附近孔隙水 Cl- 浓度反而降低。 由于水合物形成过 程中的排盐效应以及水合物分解的稀释作用，导致浅表层沉积物孔隙水Cl-质量浓度异常。研究发现，在南海北部琼东南 W-05和W-06站位附近，Cl-质量浓度出现高异常值，且正好 位于BSR显示区内。东沙群岛南坡的 ODP1146站位显示在海底500m处钻孔沉积物孔隙水 Cl-质量浓度有所降低，可能由于天然气水合物分解引起的。b孔隙水中SO42-浓度异常SO42-离子浓度随深度增加而降低。在受CH4渗透活动的影响海域，海底沉积物发生的甲烷缺氧