海域天然气水合物成藏理论

天然气水合物

本文为中国地质调查百项理论中的水合物部分——海域天然气水合物成藏理论。

主要由广海局资深专家梁金强、苏丕波撰写，以中国南海北部陆坡水合物研究为基础总结出的海域天然气水合物成藏理论。

中国地质调查百项理论之

海域天然气水合物成藏理论

一、基本情况

海域天然气水合物成藏理论是由中国地质调査局广州海洋局天然气水合物研究团队在持续深入开展南海天然气水合物资源勘查评价和成矿规律研究基础上奠基创立的。

自1999年我国率先在南海西沙海域开展天然气水合物资源调查开始,近20年来，从水合物形成的稳定条件、气体来源、气体运移、储集条件及其时空演化匹配五大要素出发，对天然气水合物成藏系统进行深入研究,掲示了南海北部大陆边缘天然气水合物成藏地质条件及控矿机制、异常特征及响应机理、富集特征及分布规律。

在此基础上形成了南海北部陆坡天然气水合物成矿区带、成藏控制因素、成因模式以及动态成藏过程等重要理论成果。其核心内容来源于有关地质调查 1项,国家“973”重大基础研究项目“我国天然气水合物富集规律与开采基础研究”(负责人:杨胜雄)，“国土资源部公益基金项目天然气水合物的控制因素研究”(负责人:梁金强、王宏斌)等。

二、主要内容

海域天然气水合物成藏理论体系主要包含南海北部陆坡天然气水合物成矿区带理论、天然气水合物成藏地质控制因素、天然气水合物成因模式及天然气水合物成藏系统分析理论等方面内容。

1 南海北部陆坡水合物成矿区带理论

从南海北部大陆边缘水合物成藏地质条件、异常响应、天然气水合物富集特征及分布规律出发,创新性地提出了南海北部两个成矿帯。

天然气水合物第一富集带为现今水深800-1300m、新生代大型沉积盆地发育的区域。该富集带以热解气源水合物为主要类型.部分有混合气源水合物型,富水合物地段多受盆地边缘断层控制。由东而西分3个区域,东区为台西南盆地北坡带,中间区域为珠江口盆地南缘的白云凹陷南坡,西区则为琼东南盆地的深水带。

天然气水合物第二富集带为现今水深大于2000m、新生代中小型沉积盆地发育的古斜坡区域,以生物气源的水合物为主要类型,该富集带东起台西南盆地、笔架盆地,往西到尖峰北盆地、双峰北盆地、双峰南盆地,一直到西沙海槽盆地。

2 南海北部陆坡水合物成藏地质控制因素

南海北部陆坡从东到西天然气水合物成矿条件及成藏控制因素具有明显的差异性。

南海北部新构造活动从陆坡的东段到西段新次減弱,在陆坡的东部和中部,断裂体系作为气体的有效疏导体系,对天然气水合物成藏控制明显。在陆坡的西部,泥底辟和气烟囱作为气体的有效疏导体系,对天然气水合物成藏控制明显。

同时沉积体系对水合物的分布有明显的控制作用，重力流、等深流、三角洲前缘及深水扇等为天然气水合物储层发育的有利相带。

天然气水合物主要赋存于晩、中新世和上新世8-32μm,和32-63μm粒级的沉积物中,与世界其他海域的含天然气水合物层相比,含天然气水合物层沉积物相对偏细而且富含钙质生物、钙质超微化石和有孔虫。

有孔虫的大量存在增加了沉积物中由颗粒支撑形成的原始粒间空隙,同时有孔虫房室内的空隙为天然气水合物的形成提供了更有效的成核空间。

3 南海北部陆坡水合物成因模式

提出南海北部陆坡扩散型、渗漏型和复合型3种天然气水合物成因模式及其成藏机制。

对于扩散型水合物藏,天然气主要以溶解气的形式在孔隙流体中扩散迁移。温度压力场的变化通过控制气体溶解度来影响天然气水合物的富集,海底深层温度较高、压力较大,孔隙水溶解气体较多,当由下向上扩散至海底浅部温度较低、压力较小的环境中时,气体溶解度变小,从而释出富集。

对于渗漏型水合物藏,天然气主要以游离气的形式沿裂隙上升,进入过冷区域后,天然气水合物在气泡边界的成核以及天然气水合物膜的生长控制了天然气水合物的富集速率。

在国际上首先提出了天然气水合物成核机制的笼子吸附假说,指出天然气水合物的成核主要由水分子笼子对气体分子的吸附作用诱发,局部气体浓度需要达到临界值0.05摩尔分数,主要受控于温度而不是压力。

依据天然气水合物膜生长模型和气泡捕获方程可知气泡数量趣多,体积越大,携带天然气水合物趣多,上升速度越慢,越容易被捕获富集。

4 海域天然气水合物成藏系统理论

针对南海天然气水合物资源勘査实践,提出海域天然气水合物成藏系统理论分析及方法。海域天然气水合物成藏系统复杂,反映了天然气水合物从形成到保存的地质作用过程及地质要素组合。

它包含烃类生成体系、流体运移体系和成藏储集体系,它们彼此之间在时间和空间上的有效匹配将共同决定天然气水合物的成藏特征,烃类生成体系、流体运移体系和成藏储集体系三方面要素都相当重要,它们互相作用共同控制着天然气水合物的形成与分布。

三、重要意义及应用情况

1 重要意义

海域天然气水合物成藏理论在我国海域天然气水合物资源勘探工程中发挥了重要的指导作用,为天然水合物源勘査部署、钻探目标的确定以及与占探井位的部署提供了理论依据,也为下一步的水合物试采开发提供了重要的理论指导。

2 应用情况

(1) 成功应用于我国天然气水合物资源勘査。海域天然气水合物成藏理论已成功应用于南海天然气水合物资源勘查评价,为勘查选区和部署提供了科学的依据。

(2) 成功应用于我国天然气水合物钻探井位部署。海域天然气水合物成藏理论为南海水合物钻探目标优选和井位部署提供了理论指导。相继为我国2007年在南海首次钻探成功获取水合物实物样品,2013年再次钻探获取可视水合物样品,20l5年第三次钻探获得100%的成功率奠定了基础。

(3) 为海域水合物资源调査评价规范的制定提供了理论依据。在海域水合物成藏理论指导下,首次编制了天然气水合物资源勘查规范，为我国海域天然气水合物资源调査评价提供了技术标准。

天然气水合物

详细内容请参阅地调局地调百年专题：http://www.cgs.gov.cn/ddztt/cgs1 ... 0161125_417814.html