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天然气水合物勘探技术综述

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天然气 水合物 勘探 技术 综述
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© 1994 (自 然 科 学 版 ) ,第 40 卷 ,第 6 期 ,2004 年 11 月 40 , 6 (2004)述   评R 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (40274040)收 稿 日 期 : 2003210210 ; 修 回 日 期 : 2004204219天 然 气 水 合 物 勘 探 技 术 综 述 1)刘   影   史    (北 京 大 学 地 球 与 空 间 科 学 学 院 ,北 京 ,100871)摘   要   天 然 气 水 合 物 是 一 种 潜 在 的 巨 大 能 源 ,发 展 天 然 气 水 合 物 勘 探 技 术 ,准 确 确 定 天 然 气 水合 物 的 分 布 与 蕴 藏 量 ,对 我 国 天 然 气 水 合 物 产 业 的 建 立 有 至 关 重 要 的 作 用 。 目 前 ,国 际 上 天 然 气水 合 物 调 查 研 究 已 呈 现 多 学 科 、 多 方 法 的 发 展 趋 势 ,而 国 内 天 然 气 水 合 物 勘 探 刚 刚 起 步 。 总 结 了国 内 外 地 质 、 地 球 物 理 、 地 球 化 学 等 天 然 气 水 合 物 勘 探 技 术 ,并 介 绍 了 我 国 天 然 气 水 合 物 的 研 究 现状 。关 键 词   天 然 气 水 合 物 ; 地 球 物 理 勘 探 技 术 ; 地 球 化 学 勘 探 技 术中 图 分 类 号   P 740   引   言天 然 气 水 合 物 ,又 称 笼 形 化 合 物 (,是 在 一 定 条 件 (合 适 的 温 度 、 压 力 、 气 体 饱 和度 、 水 的 盐 度 、 )下 由 水 和 天 然 气 组 成 的 类 冰 的 、 非 化 学 计 量 的 、 笼 形 结 晶 化 合 物 。 其 天然 气 成 分 有 6 、 8 、 10等 同 系 物 以 及 等 。 其 中 当 甲 烷 分 子 含 量 超 过99 %时 称 为 甲 烷 水 合 物 (。 在 陆 地 ,天 然 气 水 合 物 产 于 永 冻 层 地 区 200~ 2 000m 深 处 [1 ] 。 在 大 洋 ,天 然 气 水 合 物 在 沉 积 物 中 稳 定 深 度 为 0~ 1 000 m[2 ] 。 天 然 气 水 合 物 的 能 量密 度 很 高 ,据 理 论 计 算 ,1 和 天 然 气 水 合 物 在 标 准 条 件 下 可 释 放 出 164 甲 烷 气 体 ,是其 他 非 常 规 气 源 岩 (诸 如 煤 层 气 、 黑 色 页 岩 ) 能 量 密 度 的 10 倍 、 常 规 天 然 气 能 量 密 度 的 2~ 5倍 ,因 此 它 是 一 种 优 质 高 效 的 燃 料 ,可 作 为 优 质 能 源 [2 ,3 ] 。 据 第 28 届 国 际 地 质 大 会 资 料 ,全 球天 然 气 水 合 物 中 天 然 气 储 量 为 218 × 1014 是 目 前 世 界 上 已 探 明 的 普 通 天 然 气 储 量 114 × 1014 2 倍 [5 ] ,因 而 是 一 种 潜 在 的 巨 大 能 源 。 同 时 ,由 于 天 然 气 水 合 物 具 有 特 殊 亚 稳 定 状 态 的成 矿 系 统 ,增 温 或 减 压 会 使 捕 获 的 气 体 释 放 ,导 致 海 底 滑 塌 和 滑 坡 等 地 质 灾 害 ,而 且 释 放 出 的甲 烷 是 一 种 重 要 的 温 室 效 应 气 体 ,其 温 室 效 应 为 20 倍 。 可 见 天 然 气 水 合 物 在 资 源 、 环境 、 灾 害 3 个 方 面 均 处 于 非 常 重 要 的 地 位 [2~ 8 ] 。发 展 天 然 气 水 合 物 勘 探 技 术 ,准 确 确 定 天 然 气 水 合 物 的 分 布 与 蕴 藏 量 ,对 天 然 气 水 合 物 产业 的 建 立 有 至 关 重 要 的 作 用 。 目 前 天 然 气 水 合 物 勘 探 主 要 利 用 地 球 物 理 方 法 ,如 地 震 反 射 法中 的 术 、 测 井 技 术 、 钻 孔 取 样 技 术 等 等 。 地 球 化 学 方 法 也 是 重 要 的 天 然 气 水 合 物 勘 探方 法 。489© 1994   天 然 气 水 合 物 地 球 物 理 勘 探 技 术目 前 ,各 国 采 用 的 地 球 物 理 勘 探 方 法 主 要 有 地 震 ,测 井 ,热 流 测 量 ,钻 井 取 芯 ,海 洋 电 磁 法探 测 技 术 等 。1. 1   地 震 勘 探 法地 震 勘 探 是 目 前 进 行 天 然 气 水 合 物 勘 探 最 常 用 的 、 也 是 最 重 要 的 普 查 方 法 。 地 震 方 法 的原 理 是 利 用 不 同 地 层 中 地 震 反 射 波 速 率 的 差 异 进 行 目 的 层 探 测 。 由 于 声 波 在 天 然 气 水 合 物 中传 播 速 率 比 较 高 ,是 一 般 海 底 沉 积 物 的 2 倍 (大 约 为 313 [9 ] ,故 能 够 利 用 地 震 波 反 射 资 料检 测 到 大 面 积 分 布 的 天 然 气 水 合 物 。1. 1. 1   海 洋 天 然 气 水 合 物 存 在 的 一 个 重 要 地 震 剖 面 特 征 是 似 海 底 反 射 层 (,它 代 表 天 然 气水 合 物 稳 定 带 的 基 底 , 上 为 天 然 气 水 合 物 稳 定 带 。 因 为 天 然 气 水 合 物 稳 定 带 之 下 的 沉积 物 中 经 常 渗 透 有 一 定 量 的 水 ,同 时 还 可 能 饱 含 受 上 层 天 然 气 水 合 物 层 屏 蔽 的 气 体 ,而 地 震 波在 水 和 气 中 的 传 播 速 率 都 比 较 低 (水 中 的 速 率 大 约 为 115 ,故 地 震 波 在 天 然 气 水 合 物 稳定 带 以 下 地 层 中 传 播 速 率 也 相 应 较 低 ,一 般 为 114~ 115 由 于 地 震 波 在 天 然 气 水 合 物 稳定 带 和 下 地 层 中 传 播 速 率 的 明 显 差 异 形 成 一 个 较 强 的 波 阻 抗 反 射 面 ,产 生 较 强 振 幅 的反 射 波 ;同 时 ,由 于 天 然 气 水 合 物 稳 定 带 基 底 在 一 定 的 区 域 内 总 是 出 现 在 大 致 统 一 的 深 度 ,故来 自 这 个 反 射 界 面 的 正 常 地 震 波 也 就 大 致 平 行 于 海 底 ,因 而 称 为 似 海 底 反 射 面 [9 ] 。 分布 于 海 底 地 形 高 地 之 下 或 陆 坡 之 上 ,且 随 水 深 的 增 加 而 增 加 ,随 地 温 梯 度 的 变 化 而 变 化 [3 ] 。 射 波 极 性 与 海 底 极 性 相 反 ,这 也 是 可 能 存 在 天 然 气 水 合 物 的 标 志 。 目 前 ,在 秘 鲁 海 槽 、中 美 洲 海 槽 、 北 加 利 福 尼 亚 和 俄 勒 冈 滨 外 ,南 海 海 槽 及 南 极 大 陆 和 贝 加 尔 湖 都 发 现 了 存 在 。 同 时 通 过 深 海 钻 探 已 证 明 这 些 具 有 地 层 确 实 存 在 天 然 气 水 合 物 [10 ] 。天 然 气 水 合 物 存 在 带 的 另 一 个 重 要 地 震 特 征 被 称 作 “ 空 白 ” (。 “ 空 白 ” 是 地 震 波 强反 射 的 标 志 。 由 于 天 然 气 水 合 物 的 固 结 作 用 ,赋 存 天 然 气 水 合 物 的 地 层 密 度 近 乎 “ 均 一 ” ,因 而穿 透 其 中 的 反 射 波 往 往 变 弱 ,在 上 出 现 “ 空 白 带 ” ,此 “ 空 白 带 ” 层 段 有 时 与 正 常 沉 积 层的 反 射 波 斜 交 或 近 乎 平 行 。 空 白 反 射 效 果 在 整 个 天 然 气 水 合 物 黏 结 层 中 都 会 出 现 ,可 用 以 估算 天 然 气 水 合 物 的 赋 存 量 [3 ,9~ 12 ] 。值 得 注 意 的 是 , 天 然 气 水 合 物 稳 定 带 基 底 并 不 存 在 一 一 对 应 的 关 系 。 出 现 一 定 有 天 然 气 水 合 物 存 在 ,例 如 成 岩 变 化 也 能 产 生 类 似 现 象 。 但 成 岩 深 度 与 计 算 出 的天 然 气 水 合 物 稳 定 带 深 度 不 符 ,由 此 可 将 它 们 区 分 开 来 [3 ] 。 不 存 在 有 时 也 会 有 天 然 气 水合 物 存 在 [11 ,13 ] 。由 于 地 震 波 在 冰 胶 结 永 冻 层 的 传 播 速 度 与 天 然 气 水 合 物 层 的 传 播 速 度 相 当 ,所 以 在 永 冻土 地 区 ,天 然 气 水 合 物 层 在 地 震 剖 面 上 就 不 会 有 明 显 的 异 常 出 现 。 因 而 , 术 不 能 用 于 永冻 土 地 区 天 然 气 水 合 物 勘 探 ,而 测 井 技 术 可 用 于 永 冻 土 地 区 天 然 气 水 合 物 勘 探 [14 ] 。1. 1. 2   速 度 和 振 幅 结 构 ( 度 和 振 幅 结 构 ( 地 震 记 录 上 由 直 接 在 “ 下 拉 ” 现 象 之 上的 有 限 “ 上 拉 ” 现 象 组 成 。 出 现 表 明 存 在 天 然 气 水 合 物 和 下 伏 的 游 离 气 体 。 在 不 变形 背 景 中 的 一 般 平 缓 起 伏 的 沉 积 物 的 地 震 剖 面 上 , 以 “ 拾 取 ” ,但 可 以 识 别 确589第 6 期 刘   影 等 : 天 然 气 水 合 物 勘 探 技 术 综 述  © 1994 ,如 白 令 海 盆 地 。 在 有 广 阔 、 平 缓 起 伏 沉 积 物 的 大 洋 盆 地 中 ,如 有 天然 气 水 合 物 则 最 有 可 能 出 现 认 为 是 直 接 在 深 气 源 之 上 形 成 的 天 然 气 水 合物 引 起 的 [15 ,16 ] 。1. 1. 3   垂 直 地 震 剖 面 料 可 以 判 别 地 层 是 否 存 在 天 然 气 水 合 物 及 提 供 天 然 气 水 合 物 储 量 参 数 。 在美 国 东 南 大 陆 边 缘 布 莱 克 海 台 [11 ] ,加 拿 大 角 洲 进 行 了 纵 波 激 发 的 零 偏 、 非 零 偏 的 探 ,横 波 激 发 的 零 偏 探 ,得 到 了 纵 波 速 度 、 横 波 速 度 的 垂 向 分 布 ,标 定 了 地 震 层位 [17 ] 。1. 2   测 井 技 术由 于 天 然 气 水 合 物 对 沉 积 物 的 胶 结 作 用 使 得 沉 积 物 比 较 致 密 ,孔 隙 度 减 小 ,渗 透 和 扩 散 强度 降 低 ,不 仅 在 地 震 剖 面 上 有 明 显 的 特 征 显 示 ,而 且 在 测 井 曲 线 上 也 有 异 常 显 示 。 因 而 地 球 物理 测 井 技 术 成 为 天 然 气 水 合 物 勘 探 中 一 种 有 效 的 手 段 。 测 井 技 术 主 要 用 于 : (1) 确 定 天 然 气水 合 物 、 含 天 然 气 水 合 物 沉 积 物 在 深 度 上 的 分 布 ; (2) 估 算 孔 隙 度 与 甲 烷 饱 和 度 ; (3) 利 用 井孔 信 息 对 地 震 与 其 他 地 球 物 理 资 料 作 校 正 。 同 时 ,测 井 资 料 也 是 研 究 井 点 附 近 天 然 气 水 合 物的 主 地 层 沉 积 环 境 及 演 化 的 有 效 手 段 。 可 见 ,测 井 在 天 然 气 水 合 物 探 测 与 储 量 评 价 领 域 发 挥着 重 要 的 作 用 ,并 且 随 着 以 勘 探 天 然 气 水 合 物 为 目 的 钻 井 增 多 ,日 益 受 到 重 视 。1. 2. 1   常 规 测 井 方 法在 大 洋 沉 积 环 境 ,测 井 响 应 容 易 识 别 天 然 气 水 合 物 或 含 天 然 气 水 合 物 带 。 沉 积 物 测 井 性质 的 一 般 范 围 见 表 1。表 1   沉 积 物 测 井 性 质 的 一 般 范 围 [ 19]   of in 物 V PP(s - 1) V SP(s - 1) · m) ρ P(g· 3) Φ P% γ 天 然 气 水 合 物 312~ 316 116~ 117 150~ 200 1104~ 1106 20~ 50 10~ 30含 天 然 气 水 合 物 沉 积 物 117~ 315 014~ 116 115~ 175 1170~ 210 35~ 70 30~ 70饱 和 水 沉 积 物 115~ 210 0175~ 110 110~ 310 117~ 210 35~ 70 50~ 80含 气 沉 积 物 114~ 116 014~ 017 115~ 315 111~ 115 50~ 90 30~ 80通 常 ,天 然 气 水 合 物 存 在 层 段 的 常 规 测 井 数 据 具 有 以 下 特 征 [18 ,19 ] :电 阻 率 测 井 (双 感 应 ) : 与 饱 和 水 的 地 层 相 比 ,天 然 气 水 合 物 层 位 表 现 出 具 有 相 对 高 的 电阻 率 偏 移 ,一 般 是 水 电 阻 率 的 50 倍 以 上 。 自 然 电 位 测 井 : 与 含 游 离 气 的 层 位 相 比 ,天 然 气 水合 物 层 位 负 偏 移 幅 度 相 对 较 低 。 井 径 测 井 : 天 然 气 水 合 物 层 位 显 示 特 大 的 井 眼 尺 寸 ,这 是 由于 天 然 气 水 合 物 分 解 导 致 岩 石 稳 定 性 破 坏 引 起 的 。 声 波 时 差 测 井 : 与 饱 和 水 或 游 离 气 的 层 位相 比 ,含 天 然 气 水 合 物 层 位 声 波 时 差 降 低 ,约 比 水 低 131μ 中 子 孔 隙 度 测 井 : 含 天 然 气 水合 物 层 位 中 子 孔 隙 度 略 有 增 加 ,这 与 含 游 离 气 层 位 中 子 孔 隙 度 明 显 降 低 恰 好 相 反 。 密 度 测 井 :含 天 然 气 水 合 物 层 位 与 饱 和 水 的 层 位 相 比 ,密 度 略 有 降 低 。 γ 射 线 测 井 : 由 于 形 成 天 然 气 水合 物 的 水 为 纯 水 ,水 合 物 层 段 的 比 相 邻 层 段 明 显 增 高 。1. 2. 2   特 殊 测 井 方 法在 永 冻 层 中 出 现 的 冰 与 天 然 气 水 合 物 有 相 似 的 物 理 性 质 ,因 而 表 现 出 相 似 的 测 井 特 征 ,使689北 京 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 40 卷  © 1994 。 此 外 ,在 钻 井 和 测井 过 程 中 由 于 热 侵 入 造 成 的 井 孔 周 围 天 然 气 水 合 物 迅 速 分 解 可 能 导 致 含 天 然 气 水 合 物 层 的 测井 响 应 与 含 气 层 的 测 井 响 应 相 似 ,使 定 量 估 计 天 然 气 水 合 物 变 得 更 加 复 杂 ,这 就 要 求 采 用 一 些特 殊 的 测 井 技 术 来 提 高 天 然 气 水 合 物 识 别 、 评 价 质 量 。介 电 测 井 :由 于 冰 和 天 然 气 水 合 物 的 介 电 常 数 有 显 著 差 异 (在 273 下 ,冰 的 介 电 常数 是 94 ,而 天 然 气 水 合 物 为 58) ,所 以 介 电 测 井 可 能 成 为 在 永 冻 层 识 别 天 然 气 水 合 物 的 一 种 可行 方 法 [20 ,21 ] 。钻 井 同 时 记 录 (简 称 技 术 : 将 传 感 器 置 于 钻 头 上 方 ,这 样 ,在 钻头 切 穿 地 层 之 后 数 分 钟 内 就 可 以 测 得 孔 隙 度 、 电 阻 率 、 自 然 伽 马 和 其 他 测 井 参 数 。 术与 传 统 测 井 方 法 相 比 主 要 有 以 下 优 点 : (1) 在 不 稳 定 的 海 洋 钻 孔 中 可 得 到 高 品 质 的 数 据 ; (2)在 整 个 钻 井 过 程 中 都 可 测 得 数 据 ,尤 其 是 临 近 洋 底 的 重 要 的 浅 层 层 段 ,这 段 数 据 用 传 统 测 井 方法 无 法 得 到 ; (3) 几 乎 在 钻 井 同 时 测 量 ,孔 隙 度 和 渗 透 率 没 有 发 生 明 显 改 变 ; (4) 可 得 到 随 深度 连 续 变 化 的 数 据 ,用 来 校 正 由 于 不 能 100 %进 行 岩 心 恢 复 造 成 的 采 样 偏 差 [22 ] 。地 层 微 电 阻 率 扫 描 技 术 (: 采 用 地 层 微 电 阻 率 扫 描 技 术 可 得 到 井 壁 高 分 辨 率 的 电 阻率 特 征 图 像 ,从 而 得 出 岩 层 中 反 映 天 然 气 水 合 物 性 质 和 结 构 的 信 息 。 对 于 井 壁 上 垂 向 和 测 向细 微 的 变 化 , 能 反 应 出 来 ,因 而 可 探 测 到 非 常 细 微 的 地 质 异 常 特 征 ,如 宽 度 只 有 几 个 到几 十 个 微 米 的 裂 缝 。 可 用 进 行 详 细 的 沉 积 和 构 造 解 释 [23 ] 。核 磁 共 振 (: 核 磁 共 振 测 井 装 置 可 以 提 供 与 岩 性 无 关 的 孔 隙 度 测 量 并 估 计 渗 透 率 。这 些 数 据 可 以 改 善 测 定 天 然 气 水 合 物 饱 和 度 的 定 量 技 术 [20 ] 。 而 且 , 据 可 能 在 识 别 天 然气 水 合 物 中 是 否 存 在 液 态 水 方 面 起 重 要 作 用 [24 ] 。 另 外 , 天 然 气 水 合 物 性 质 调 查 方 面 也起 着 重 要 的 作 用 [5 ] 。1. 3   钻 井 取 芯 技 术钻 井 取 芯 是 识 别 天 然 气 水 合 物 最 直 接 的 方 法 ,目 前 已 在 世 界 许 多 地 方 如 :布 莱 克 海 岭 、 中美 洲 海 沟 、 秘 鲁 大 陆 边 缘 、 里 海 等 地 获 得 了 天 然 气 水 合 物 的 岩 芯 [25 ] 。 但 是 由 于 天 然 气 水 合 物特 殊 的 物 理 化 学 性 质 ,当 钻 孔 岩 芯 提 升 到 常 温 常 压 的 海 面 时 ,其 中 含 有 的 天 然 气 水 合 物 会 全 部或 大 部 分 分 解 ,为 了 能 获 取 保 持 在 原 始 压 力 条 件 下 的 岩 芯 ,科 学 家 们 研 制 出 了 保 压 取 芯 器(。 1995 年 在 164 航 次 中 首 次 进 行 了 保 压 取 芯 取 样 的 尝 试 并取 得 了 部 分 成 功 [26 ] 。 1997 年 开 始 的 欧 盟 海 洋 科 学 和 技 术 计 划 研 制 了 新 一 代 的 天 然 气 水 合 物保 压 取 芯 系 统 (,其 功 能 得 到 不 断 的 完 善 和 加 强 [3 ] 。1. 4   地 热 研 究温 度 、 压 力 是 天 然 气 水 合 物 形 成 、 稳 定 与 分 解 的 重 要 因 素 ,因 此 地 热 学 方 法 也 成 为 研 究 天然 气 水 合 物 的 重 要 手 段 。 利 用 料 估 算 地 温 梯 度 、 进 而 求 出 热 流 值 、 并 与 实 测 热 流 值 对比 分 析 是 天 然 气 水 合 物 地 热 研 究 的 主 要 方 向 。利 用 热 流 、 海 底 温 度 等 资 料 估 算 天 然 气 水 合 物 稳 定 带 的 底 界 也 可 以 从 宏 观 上 确 定 大 陆 边缘 天 然 气 水 合 物 可 能 存 在 的 分 布 范 围 。 一 些 研 究 资 料 表 明 , 出 的 热 流 值 与 实 测 热 流 值 、热 流 估 算 的 天 然 气 水 合 物 稳 定 带 底 界 与 度 是 有 差 异 的 ,引 起 差 异 的 原 因 还 不 清 楚 ,正处 于 研 究 之 中 。 就 天 然 气 水 合 物 的 地 热 研 究 而 言 ,天 然 气 水 合 物 ,含 天 然 气 水 合 物 沉 积 物 的 热导 率 测 定 及 其 应 用 ,天 然 气 水 合 物 形 成 与 分 解 过 程 中 的 热 流 状 态 也 是 重 要 的 研 究 内 容 [13 ,19 ,27 ] 。789第 6 期 刘   影 等 : 天 然 气 水 合 物 勘 探 技 术 综 述  © 1994   海 洋 电 磁 法 探 测 技 术天 然 气 水 合 物 的 下 边 界 在 地 震 剖 面 上 有 明 显 反 映 ,但 是 ,它 的 上 边 界 则 不 易 确 定 ,由 于 天然 气 水 合 物 在 电 性 上 是 一 个 绝 缘 体 ,所 以 可 以 利 用 电 法 资 料 辅 助 评 价 和 计 算 资 源 量 。 利 用 电磁 法 正 、 反 演 计 算 ,研 究 游 离 气 带 模 型 、 水 合 物 楔 模 型 、 不 同 饱 和 度 的 天 然 气 水 合 物 沉 积 在 电 磁场 上 的 特 征 ,可 以 确 定 合 理 的 电 磁 法 探 测 技 术 。 用 海 底 人 工 瞬 变 电 偶 极 系 统 采 集 有关 电 法 数 据 ,辅 助 地 震 对 天 然 气 水 合 物 作 出 资 源 评 价 。 因 此 ,发 展 海 洋 电 磁 法 技 术 ,进 而 开 展电 磁 成 像 ,电 磁 地 震 联 合 反 演 及 综 合 解 释 技 术 研 究 ,有 助 于 天 然 气 水 合 物 的 评 价 [9 ] 。2   地 球 化 学 方 法 技 术由 于 天 然 气 水 合 物 极 易 随 温 度 压 力 的 变 化 而 分 解 ,海 底 浅 部 沉 积 物 中 常 常 形 成 天 然 气 地球 化 学 异 常 。 这 些 异 常 不 仅 可 指 示 天 然 气 水 合 物 可 能 存 在 的 位 置 ,而 且 可 利 用 其 烃 类 组 分 比值 (如 及 碳 同 位 素 成 分 判 断 其 天 然 气 的 成 因 。 因 而 地 球 化 学 成 为 识 别 海 底 天 然 气 水 合物 赋 存 的 有 效 方 法 [3 ,28~ 32 ] 。2. 1   有 机 化 学主 要 是 分 析 天 然 气 水 合 物 中 烃 类 气 体 含 量 和 物 质 组 成 ,确 定 2 + 的 比 值 ,即 其 中 前 两 者 有 助 于 大 致 确 定 天 然 气 水 合 物 的 晶 体 结 构 和 气 体 成 因 ,后 者 则 是 天 然 气 水 合物 成 矿 气 体 来 源 的 重 要 标 志 之 一 [29 ] 。2. 2   流 体 地 球 化 学 方 法主 要 用 于 研 究 海 底 底 层 水 和 沉 积 物 孔 隙 水 中 的 甲 烷 浓 度 和 盐 度 (即 氯 离 子 浓 度 ) 异 常 ,因为 天 然 气 水 合 物 的 笼 状 结 构 不 允 许 离 子 进 入 ,它 的 形 成 将 使 周 围 的 海 水 盐 度 增 高 ,反 之 其 分 解将 会 使 周 围 的 孔 隙 水 变 淡 ,氯 度 (盐 度 )降 低 ,这 两 种 情 况 都 可 形 成 水 化 学 异 常 ,可 以 通 过 其 异常 值 的 变 化 来 判 定 天 然 气 水 合 物 的 存 在 与 否 [30 ,31 ] 。2. 3   稳 定 同 位 素 化 学稳 定 同 位 素 化 学 是 研 究 天 然 气 水 合 物 成 矿 气 体 来 源 的 最 有 效 手 段 。 通 常 是 运 用 天 然 气 水合 物 中 甲 烷 气 体 的 13 C、 D 值 和 硫 化 氢 的 34 S 值 来 判 定 其 成 矿 原 因 。 [32 ] 又 提 出 用 天 然气 水 合 物 样 品 孔 隙 水 中 溶 解 浓 度 和 87 r 的 比 值 确 定 成 矿 流 体 的 来 源 ,以 沉 积 物 控 制水 中 溶 解 非 有 机 碳 酸 盐 的 为 甲 烷 气 体 运 移 至 海 底 硫 酸 盐 还 原 带 的 证 据 。 而 且 在 天 然气 水 合 物 形 成 时 ,8O 和 6O 发 生 分 馏 ,使 18 比 值 增 高 至 与 冰 相 同 ,形 成 水 的 同 位 素异 常 。 目 前 随 着 研 究 的 深 入 ,不 断 发 现 天 然 气 水 合 物 新 的 地 球 化 学 标 志 ,如 :水 中 氘 的 富 集 ,天然 气 中 增 高 等 [4 ] ,这 些 都 可 能 在 天 然 气 水 合 物 的 地 球 化 学 勘 查 应 用 中 具 有 良 好 的 前 景 。2. 4   酸 解 烃 方 法卢 振 权 等 [33 ]选 择 西 沙 海 槽 天 然 气 水 合 物 潜 在 富 集 区 作 为 已 知 区 ,利 用 陆 上 油 气 地 球 化 学勘 查 方 法 (酸 解 烃 、 热 释 烃 、 蚀 变 碳 酸 盐 方 法 )开 展 了 试 验 性 研 究 ,通 过 对 海 底 浅 层 沉 积 物 各 项测 试 指 标 的 分 析 ,发 现 酸 解 烃 方 法 效 果 比 较 好 。 同 时 还 对 海 底 浅 表 层 沉 积 物 酸 解 烃 重 新 进 行了 释 义 ,并 认 为 酸 解 烃 方 法 适 合 于 海 底 水 合 物 的 勘 查 。2. 5   海 洋 沉 积 物 热 释 光 方 法热 释 光 与 有 机 烃 类 成 正 相 关 ,天 然 气 水 合 物 形 成 和 分 解 产 生 的 碳 酸 钙 、 硫 酸 钙 及 硫 酸 钡 沉889北 京 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 40 卷  © 1994 ,且 热 释 光 不 受 有 机 污 染 的 影 响 ,灵 敏 度 高 ,是 很 有 前 景 的 寻 找 天 然 气水 合 物 的 方 法 [34 ] 。3   地 质 勘 探 方 法在 生 储 盖 组 合 完 整 、 油 气 藏 埋 藏 深 的 盆 地 中 ,天 然 气 水 合 物 矿 藏 最 有 利 的 成 矿 部 位 是 盆 地边 缘 及 构 造 破 坏 且 冻 土 层 发 育 的 部 位 。 可 能 出 现 天 然 气 水 合 物 的 地 表 标 志 有 泥 火 山 、 形 状 类似 环 形 山 的 洼 地 、 特 殊 形 状 的 植 物 枯 死 斑 块 等 [1 ,35~ 38 ] 。到 目 前 为 止 ,在 大 洋 浅 表 层 沉 积 物 中 发 现 的 具 有 一 定 规 模 的 天 然 气 水 合 物 产 地 有 黑 海 、 里海 、 墨 西 哥 湾 、 地 中 海 、 挪 威 海 、 巴 巴 多 斯 岛 海 岸 、 尼 日 利 亚 海 岸 [36 ] 等 地 。 研 究 表 明 ,大 洋 底 浅表 层 沉 积 物 中 天 然 气 水 合 物 的 产 出 主 要 与 下 列 地 质 或 构 造 作 用 相 关 : (1) 泥 火 山 作 用 ; (2)底 辟 构 造 ; (3) 断 裂 构 造 发 育 的 埋 藏 背 斜 区 ; (4) 发 育 有 海 底 流 体 喷 出 排 放 现 象 [1 ,36 ,37 ] 。出 现 在 海 底 或 浅 表 层 沉 积 物 中 的 天 然 气 水 合 物 ,是 由 微 生 物 成 因 的 甲 烷 气 沿 断 层 、 节 理 或底 辟 构 造 向 上 运 移 形 成 的 。 它 们 的 形 成 ,造 成 了 底 层 海 水 的 烃 类 气 体 含 量 异 常 ,造 成 了 浅 表 层沉 积 物 和 孔 隙 水 的 一 系 列 地 质 、 地 球 化 学 特 征 异 常 [36 ,38 ] 。4   新 一 代 地 球 观 测 系 统由 于 天 然 气 水 合 物 都 分 布 在 大 陆 边 缘 的 近 海 大 陆 斜 坡 或 者 地 球 的 极 地 和 其 他 大 陆 冰 盖 的永 冻 层 中 ,工 作 条 件 差 ,常 规 的 地 质 勘 探 效 果 不 理 想 。 新 一 代 地 球 观 测 信 息 为 天 然 气 水 合 物 的研 究 与 开 发 提 供 了 新 的 技 术 方 法 。利 用 新 一 代 地 球 观 测 信 息 来 寻 找 天 然 气 水 合 物 ,关 键 是 要 了 解 它 的 特 殊 标 志 ,如 热 异 常 、化 学 成 分 异 常 和 特 殊 的 构 造 环 境 等 。 利 用 新 一 代 卫 星 遥 感 数 据 ( 能 提 供 固态 天 然 气 水 合 物 的 特 殊 标 志 信 息 ,如 固 态 天 然 气 水 合 物 渗 漏 可 在 遥 感 图 像 上 反 应 出 来 [39 ] 。5   自 生 沉 积 矿 物 学 法20 世 纪 90 年 代 以 来 ,自 生 碳 酸 盐 矿 物 在 北 美 西 部 俄 勒 港 滨 外 、 印 度 西 部 大 陆 边 缘 和 地 中海 的 底 高 原 等 区 域 海 底 沉 积 物 中 相 继 发 现 ,从 而 使 人 们 将 天 然 气 水 合 物 的 分布 与 自 生 碳 酸 盐 矿 物 形 成 联 系 起 来 ,并 将 该 自 生 矿 物 产 出 作 为 天 然 气 水 合 物 的 形 成 标 志 。 通常 ,这 些 自 生 矿 物 呈 碳 酸 盐 的 岩 隆 、 结 核 和 烟 囱 等 形 式 产 出 ,与 之 相 伴 的 海 洋 贻 贝 类 、 蚌 类 、 管状 蠕 虫 类 、 菌 席 和 甲 烷 气 泡 等 ,所 有 这 些 都 是 富 甲 烷 流 体 垂 向 排 出 所 致 ,因 而 ,它 们 在 泥 底 辟 和泥 火 山 发 育 区 更 为 典 型 [40 ] 。6   我 国 天 然 气 水 合 物 研 究 现 状 和 展 望我 国 天 然 气 水 合 物 研 究 刚 起 步 [2 ,41 ,42 ] ,但 进 展 较 快 ,已 投 入 了 大 量 工 作 ,包 括 “ 西 太 平 洋 气体 水 合 物 找 矿 前 景 与 方 法 调 研 ” 、“ 中 国 海 域 气 体 水 合 物 找 矿 前 景 研 究 ” 、“ 海 底 气 体 水 合 物 资 源勘 察 的 关 键 技 术 ” 等 研 究 [17 ,42 ] 。 广 州 海 洋 地 质 局 和 青 岛 海 洋 地 质 局 在 南 海 和 东 海 开 展 了 天 然气 水 合 物 的 调 查 。 广 州 海 洋 地 质 调 查 局 根 据 天 然 气 水 合 物 存 在 的 温 度 2压 力 条 件 ,研 究 了 南 海北 部 的 地 球 物 理 资 料 ,发 现 有 些 地 方 在 地 震 剖 面 上 出 现 似 海 底 反 射 面 而 在 另 一 些 地 方 海底 第 一 层 速 度 偏 高 (1195~ 2145 ,比 一 般 海 洋 沉 积 高 (012~ 0164 ,将 这 些 地 方 海 底989第 6 期 刘   影 等 : 天 然 气 水 合 物 勘 探 技 术 综 述  © 1994 ,发 现 它 们 均 处 于天 然 气 水 合 物 存 在 区 域 [2 ] 。 由 此 可 见 ,南 海 北 部 陆 坡 (水 深 大 于 400
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本文标题:天然气水合物勘探技术综述
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