日本南海海槽砂岩型水合物成藏模式

天然气水合物

       南海海槽位于太平洋板块和亚欧板块交界处，从日本静冈县骏河湾延伸至至九州以东海面约700公里，深约400公里。南海海槽因为处于太平洋板块向亚欧板块的俯冲带上，地震频发，同时，在其大陆架和大陆坡的砂岩储层发育高饱和度的天然气水合物。由于日本国内化石燃料贫乏，南海海槽沉积层中的甲烷水合物成为能源研究的热点，日本希望可以开发这些潜在的能源满足未来国内对能源的需求。南海海槽的水合物钻探，为深入理解海洋环境中天然气水合物在砂岩储层中成藏提供依据，而且，南海海槽水合物研究被认为是提高技术水平实现商业开采、开发利用水合物作为长期的能源的先行试验。
       美国能源部和能源部国家实验室确认南海海槽地区是亚太地区的重要水合物赋存区。据美国能源部试验室的估算，南海海槽天然气水合物储量达到16-27Gm3（NETL,2011）。研究确认在两个不同的地方发现水合物，分别是四国和东海外的增生楔、日本西北面的弧后盆地。南海海槽区域内，几乎所有水合物出现在海底以下290-300米（海平面以下1240米）的深度范围内。中新世以来，菲律宾海板块向欧亚板块俯冲，在海槽靠近大陆一侧形成增生楔。俯冲带使海槽成为地球上最活跃的地震带之一。菲律宾板块的沉降带又称为“四国盆地”，其实是一个之前充填海底扇沉积物的弧前盆地，后来被粗粒陆源碎屑增生楔沉积物覆盖。
       水下机器人（ROV）调查和水中流体分析发现与南海海槽平行的断层带存在大量以微生物烃类为主的冷泉。海底采样的岩芯中含有微生物成因的甲烷。对南海海槽钻探得到的岩芯地化分析也证明天然气水合物所含甲烷也主要为微生物成因。所以，Waseda and Uchida（2004）认为深层的热解气对水合物生成贡献不大。

在BSR之上的一个天然气水合物高富集带

       在南海海槽附近采集的地震剖面显示BSR在该地区广泛分布。2004年在水深720-2030米深度范围内钻探了16个站位，测井结果显示在BSR出现的地方发现天然气水合物层，但分布和厚度差别较大，而且在一些BSR不明显的地方也发现水合物。钻探过程中由测井分析出六种不同的储层分布特征，分别为：
（1）孔隙充填水合物的砂岩，
（2）孔隙充填水合物的粉砂岩，
（3）结核状或者裂隙充填的大块水合物，
（4）未固结的砂岩，
（5）泥岩，
（6）碳酸盐岩。
       水合物充填的砂岩储层电阻率比其他层高大约10 Ohm m。测井曲线上出现尖峰作为砂岩和泥岩的转换，伽马测井值偏低，声波速度明显偏高，密度测井显示孔隙度大约40%，中子孔隙度得到的值比密度孔隙度略小，高富集水合物的层段，孔隙度接近于零。充填水合物的粉砂岩电阻率没有尖峰，比正常值偏高2-5 Ohm m，伽马测井未出现明显异常，声波速度略偏高，密度测井没有太大变化，中子孔隙度约为密度孔隙度的一半。结核或者裂隙充填的水合物层电阻率明显偏高，密度值比上下的层要小，声波速度很大。
       钻探中发现最厚的水合物砂岩储层达到105米。在某些井中，高富集的水合物层段的底与水合物稳定带的底并不一致。某些钻探到水合物的井附近没有BSR。但是厚层的高富集砂岩水合物储层与反演得到的高速层是一致的。