天然氣水合物典型特征綜述

1、作者：樊浩 單位： 中國石油遼河油田海南油氣勘探分公司 124010 作者簡(jiǎn)介：樊浩（1979-），男，湖北潛江市人，碩士，中級(jí)工程師，現(xiàn)從事海洋油氣勘探。標(biāo)題：天然氣水合物典型特征綜述摘要：概述國內(nèi)外天然氣水合調(diào)查研究的勘探進(jìn)展情況，詳細(xì)地介紹判識(shí)天然氣水合物的地球物理和地球化學(xué)特征。關(guān)鍵詞：天然氣水合物；現(xiàn)狀；特征0 引言天然氣水合物, 也稱“氣體水合物”, 是由天然氣與水分子在高壓、低溫條件下形成的一種固態(tài)結(jié)晶物質(zhì)。由于天然氣中 80%99.9%的成分是甲烷, 故也有人將天然氣水合物稱為甲烷水合物。天然氣水合物多呈白色或淺灰色晶體, 外貌似冰狀, 易點(diǎn)燃, 故也稱其為“可燃冰”。 在天然

2、氣水合物晶體化學(xué)結(jié)構(gòu)中, 水分子構(gòu)成籠型多面體格架, 以甲烷為主的氣體分子包裹于其中。這是一種新型的潛在能源, 全球資源量達(dá)2.1×1015m3, 是煤炭、石油和天然氣資源總量的兩倍,具有巨大的能源潛力。因此, 世界各國尤其是各發(fā)達(dá)國家和能源短缺國家均高度重視天然氣水合物的調(diào)查研究、開發(fā)和利用研究。 1 國內(nèi)外天然氣水合物勘探現(xiàn)狀1.1國外天然氣水合物勘探歷史及現(xiàn)狀天然產(chǎn)出的水合物礦藏首次在1965年發(fā)覺于俄羅斯西西伯利亞永久凍土帶麥索亞哈油氣田。19721974年,美國、加拿大也在阿拉斯加、馬更些三角洲凍土帶的油氣田區(qū)發(fā)覺了大規(guī)模的水合物礦藏。同期,美國科學(xué)家在布萊克海嶺所進(jìn)行的地

3、震探測(cè)中發(fā)覺了“擬海底反射層(bsr)”。1979年,國際深海鉆探打算(dsdp)第66、67航次在中美洲海槽危地馬拉的鉆孔巖芯中首次發(fā)覺了海底水合物。此后,水合物的研究便成為dsdp和后續(xù)的大洋鉆探打算(odp)的一項(xiàng)重要任務(wù),并相繼在布萊克海嶺、墨西哥灣、秘魯智利海溝、日本海東北部奧尻脊、南海海槽、北美洲西部近海喀斯喀迪亞陸緣等地發(fā)覺了bsr或水合物。德國在20世紀(jì)80年代中后期以聯(lián)邦地學(xué)與資源研究中心、海洋地學(xué)研究中心為首的一些單位,結(jié)合大陸邊緣等研究項(xiàng)目，開展了水合物的地震地球物理、氣體地球化學(xué)調(diào)查。在各國科學(xué)家的努力下,海底水合物物化探異常或礦點(diǎn)的發(fā)覺與日俱增,迄今已達(dá)80處。從19

4、95年開始,日本、印度、美國、德國先后投巨資,實(shí)施了大規(guī)模的研究進(jìn)展打算,韓國、俄國、加拿大、法國、英國、挪威、比利時(shí)、澳大利亞等國也正在制訂打算或積極調(diào)查中。1.2國內(nèi)天然氣水合物勘探歷史及現(xiàn)狀與國外的進(jìn)展歷程相似, 中國天然氣水合物也起始于試驗(yàn)室研究, 然后再擴(kuò)展到資源調(diào)查領(lǐng)域。中國在1999年正式實(shí)施試驗(yàn)性調(diào)查前還經(jīng)歷了一段短暫的預(yù)研究階段, 中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會(huì)于1995年設(shè)立了 “西太平洋氣體水合物找礦前景與方法的調(diào)研”課題, 這是中國天然氣水合物資源領(lǐng)域的第一個(gè)調(diào)研課題, 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所等單位就天然氣水合物在世界各大洋的分布特征及找礦方法進(jìn)行了分析和總結(jié), 并

5、對(duì)西太平洋的找礦遠(yuǎn)景進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)。隨后原地質(zhì)礦產(chǎn)部于1997年設(shè)立了 “中國海域天然氣水合物勘測(cè)研究調(diào)研”課題, 國家863打算820主題也于1998年設(shè)立了“海底氣體水合物資源勘查的關(guān)鍵技術(shù)”課題, 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所、廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所等單位對(duì)中國近海天然氣水合物的成礦條件、調(diào)查方法、遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)等方面進(jìn)行了前期預(yù)研究, 為中國開展天然氣水合物調(diào)查做好了資料和技術(shù)準(zhǔn)備。2 識(shí)別天然氣水合物的標(biāo)志特征2.1地球物理標(biāo)志2.1.1 海底模擬反射層 ( bsr )來自水合物穩(wěn)定帶底面的反射也大致與海底平行，通常稱為海底模擬反射層或似海底反射 ( bsr )

6、。它是含氣水合物存在的第 1個(gè)典型特征。運(yùn)用 bsr 來識(shí)別天然氣水合物要注意：天然氣水合物與 bsr并不存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系； bsr受到構(gòu)造作用、沉積作用、沉積物的含碳量以及水合物的含量等因素的影響，要想在地震剖面上觀察到 bsr ，除了滿足含量達(dá) 20 %的天然氣水合物地層以外，還需要存在含量不低于 10 %的游離氣地層位于水合物地層之下；構(gòu)造抬升、沉積速率高、沉積物含碳量和水合物含量高有助于 bsr的形成。2.1.2 振幅暗點(diǎn) 水合物膠結(jié)物存在的第 2個(gè)特征是水合物膠結(jié)層的振幅“消隱”現(xiàn)象 ( 振幅暗點(diǎn) )。這種現(xiàn)象總是出現(xiàn)在含天然氣水合物的沉積物中，說明層間聲阻抗的差異已為水合物膠結(jié)作

7、用所減弱。水合物與沉積物的均勻混合致使 bsr之上的反射振幅減弱，若天然氣水合物沉積物中連續(xù)出現(xiàn)這一現(xiàn)象，則稱之為空白反射。空白帶的主要特征為：反射振幅較之地震記錄中正常的反射振幅低；空白帶區(qū)域沉積物的層速度較之一般海底沉積物略高。2.13 速度反轉(zhuǎn) 天然氣水合物的第 3個(gè)特征是速度反轉(zhuǎn)，即當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ伤衔锬z結(jié)物向bsr下部的沉積物傳波時(shí)，其速度忽然減小。2.2地球化學(xué) 2.2.1直接識(shí)別標(biāo)志a氣體地球化學(xué)分析。根據(jù)東海深水海域90個(gè)站位淺表層沉積物烴類氣體的分析,可按甲烷測(cè)定值將它們劃分為:區(qū)域背景值組(<100l/kg);異常組(100300l/kg);高異常組(300500l/kg

8、);特高異常組(>500l/kg)。根據(jù)不同異常樣品的分布,可以熱液活動(dòng)區(qū)為界,將沖繩海槽劃分為南北2區(qū)。在南區(qū)有近70%站位的甲烷值達(dá)到異常級(jí)別,20%站位達(dá)到高異常和特高異常;而在北區(qū)僅有少數(shù)站位屬于異常組。也即在南區(qū)海底烴類氣體的活動(dòng)遠(yuǎn)比北區(qū)強(qiáng)。b海面增溫異常掃描在瞬時(shí)構(gòu)造活動(dòng)期間，海底水合物或常規(guī)油氣藏因壓力的降低或溫度的升高可發(fā)生分解，析出甲烷等烴類氣體，經(jīng)運(yùn)移擴(kuò)散到海面，受瞬變大地電場(chǎng)或太陽光能的作用，導(dǎo)致激發(fā)增溫。利用衛(wèi)星熱紅外掃描技術(shù)對(duì)海面低空大氣的溫度準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行記錄，便可定性探究海底排氣作用，從宏觀上研究其與水合物或油氣藏分布的關(guān)系，從而可以在調(diào)查早期初步圈定有利區(qū)帶。2.2.2間接識(shí)別標(biāo)志a 孔隙水中氯離子濃度異常淺層沉積物中孔隙水cl-濃度增高,水合物周邊孔隙水cl-濃度反而降低。由于水合物形成過程中的排鹽效應(yīng)以及水合物分解的稀釋作用，導(dǎo)致淺表層沉積物孔隙水cl-質(zhì)量濃度異常。研究發(fā)覺，在南海北部瓊東南w-05和w-06站位周邊，cl-質(zhì)量濃度出現(xiàn)高異常值，且正好位于bsr顯示區(qū)內(nèi)。東沙群島南坡的odp1146站位顯示在海底500m處鉆孔沉積物孔隙水cl-質(zhì)量濃度有所降低，可能由于天然氣水合物分解引起的。b 孔隙水中so42-濃度異常so42-離子濃度隨深度增加而降低。在受ch4滲透活動(dòng)的影響海域，海底沉積物發(fā)生的甲烷缺氧氧化是消耗空隙