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南海琼东南盆地天然气水合物稳定域分布特征及资源预测

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第47卷第3期2004年5月地球物理学报F 7.004 F,Li x x,.on of e jn 白0p^” “n ,2004,47(3):483~489南海琼东南盆地天然气水合物稳定域分布特征及资源预测陈多福1’2 李绪宣“3 夏 斌11中国科学院广州地球化学研究所,广州 5106402中国科学院广州天然气水合物研究中心,广州5106403中国海洋石油研究中心南海西部研究院.湛江524057摘 要 琼东南盆地油气地质显示盆地内具有生物成因和热成园天然气的巨大生成能力和远景地震剖面显示盆地内发育有泥底辟和气烟囱、沟遵泥底辟和气烟囱与海底的断裂及可能正在活动的天然气冷泉,这些特征非常有利于天然气水合物的发育通过天然气水合物热力学稳定域预测,确定了琼东南盆地天然气水合物的平面和剖面分布特征.生物成因甲烷水合物分布于水深大于约600定带最大厚度约3成因天然气水合物分布于水深大于约450定带最大厚度约410m.盆地内天然气水合物远景总量约09合物天然气远景为I.6×10”键词 天然气水合物分布和产出 资源远景琼东南盆地南海文章编号0001—5733(2004)∞一0483—07 中圈分类号Ⅳ38 收稿日期2003—04—08,2004—0l—14收修定稿呵 删州0,胁删删础矿‰觚竹甜础m。“,g:r∞m"A。咖矿岛Ⅲ,‰i^∞&10640,“盯,c^∞如,阢岫囟加跏H 510640,锄加3胁,舡鳓^州^加如啪叩“il g in f ea th。of gh he 00r on s“88 to f t}le is by g c in is t}f d 09 w“【er h8 of—lO×l∥d,舡一f~1.65 mj ey a8 金项目 国家自然科学基金项目(4鲫72044)和中国科学院知识创新重要方向项目(3一2一17)佧藿俩介陈多福,男,19酩年生.事况积学与地球化学研兜,特崩矗天炼气水台静辨兜. G∞47卷1引 言天然气水合物是由水和气体组成的冰态物,广泛地分布于冻土带和大陆边缘海底沉积物中,估计全球天然气水合物中的碳量是全球常规燃料总碳量的2倍“。“,是未来理想的替代能源.天然气水合物的分解可导致全球气候变暖、海底沉积层的不稳定”“].对全球天然气水合物资源进行了评价,估计全球冻土带为1.4×10”一3.4×lo”洋沉积为3 l×10“~7.6×1021 估计全球天然气水合物为2.O×10”国为3.1×10”~1.9×10”对全球伴生于泥火山的天然气水合物资源进行了评估,约为10”~10“矗.在日本周边海域应用多种地球物理方法发现了天然气水合物存在的证据“2““.我国周边海域与日本周边海域同处于西太平洋的大陆边缘.1998年报道台西南盆地东缘和南海北部存在天然气水合物的证据——似海底反射层(。”o.其后,相继在东海和南海多处发现了““.对南海水合物资源初步评价表明具有巨大的远景,水合物天然气达。6.7×1013 .对天然气水合物资源的预测主要依赖于似海底反射层、测井、海底调查取样、水合物热力学稳定域等估算.对于尚未开展海底调查、钻探和地球物理调查工作或工作程度较低的海域,其资源评价主要依赖于热力学稳定域计算.运用c.语言对此方法进行了计算程序化.但适用于多组分热成因天然气水合物资源评价…。3.本文根据南海琼东南盆地油气地质和构造特征,应用天然气水合物资源的热力学计算方法,预测盆地内热成因和生物成因天然气水合物的分布特征和资源远景.2琼东南盆地天然气水合物的形成条件和资源远景预测2.1天然气水合物形成的地质条件琼东南盆地为发育于南海北部大陆边缘、呈北东向伸展的新生代盆地,是我国重要的常规油气富集区,由陆架区、斜坡区和中央拗陷区组成,面积约4.5 x 104地内新生代沉积地层最大厚度约】2,第四系和第三系上新统海相泥岩具有生物气形成的条件和良好的远景,第三系煤系地层普遍处于异常高压和高地温条件,具有形成热成因天然气的地质条件”“.估计生物成因天然气资源量为(0.22.2.18)×lO”o,热成因天然气资源量为(3.8,4.95)×10“”’”1.因此,盆地丰富的热成因和生物成因天然气资源为天然气水合物形成提供了充足的物质基础.琼东南盆地内断裂构造非常发育,在盆地陆架和陆坡区已鉴别出北东向的断裂构造带(图1).部分地震剖面显示2—1断裂带可延伸至海底附近,与泥底辟相连(图2).盆地沉积层内发育了高压泥底辟和气烟囱、及连通高压泥底辟和气烟囱至海底的断裂(图2和图3),为天然气运移提供了通道,此外,在一些地震剖面的底部水体中,存在可能是由于渗漏形成的天然气羽状体而产生的模糊带(图3b),深部地震模糊带可能为充气的泥底辟,显示海底发育了可能正在活动的天然气冷泉.这些特征非常有利于天然气水合物的发育.图1琼东南盆地中的断裂构造分布和地震剖面位置琼东南盆地边界;3地球物理剖面位置及名称 天然气水合物的热力学稳定域天然气水合物热力学稳定域是指海底以下特定的区域,在该区域内的温度和压力处于天然气水合物形成的热力学稳定范围.天然气水合物热力学稳定域主要受水深、海底温度和压力、沉积物中的地温梯度、孔隙流体盐度、天然气组成和供给等控制”’””3.天然气在孔隙水中的溶解度、沉积物的表面效应和物性将影响天然气水合物热力学稳定域…’…,本文不考虑这些影响.琼东南盆地中天然气主要有深部热成因天然气万方数据3期 陈多福等:南海琼东南盆地天然气水合物稳定域分布特征及资源预测 485图2琼东南盆地斜坡带的高压泥底辟及断裂构造斜坡带发育有指示泥底辟的地震模糊带剖面位置见图 on of g 海北部盆地沉积层中的生物气以甲烷为主(99%)…J.石油勘探对琼东南盆地斜坡带宝岛凹陷的油气构造进行了钻探,5100表1).琼东南盆地的地温梯度为35—42.5℃,均约40℃,海底温度主要受水深控制”“.南海海水盐度在3.35%~3.5%之间,平均约3.4%““.用于天然气水合物稳定域计算的主要参数列于表2,据表1和表2的参数,应用计算的热成因和生物成因天然气水合物热力学相平衡曲线见图4,其中g∞和然气组成见表1).数学回归分析表明,生物成因甲图3琼东南盆地陆坡带高压泥底辟、气烟囱及断裂构造(a)T。和1岛分别为上第三系黄流组与梅山组、梅山组与三亚组的地层界线,剖面位置见图b)削面位置见图 cⅡf b“n'雌假设海底拽层沉积物的孔隙流体盐度与海水平均盐度一致烷形成水台物和热成因天然气形成水合物的温度与深度(压力)间的关系分别为D“。=276.237(尺2=0.9987), (1)D“。。=114.62(.9823), (2)确定的水深条件下,r=死+G(D—D。), (3)一0。为天然气水合物形成的热力学稳定域的厚度,D。为海底水深,解方程(1)、(2)和(3)可得到水合物热力学稳定域的厚度.在图4中,海底、地温梯度、天万方数据地球物理学报( 47卷然气水合物形成的热力学相平衡边界线所限定的黑色区为水合物稳定域(地温梯度和相平衡边界线的交点与海底之间的距离为水合物稳定域的厚度.力与深度的关系为10.海底温度与水深问的关系据文献4琼东南盆地热成因和生物成因天然气水合物形成的热力学稳定域预测盯为海底温度。 B“天然气水合物资源远景预测表3为琼东南盆地天然气水合物形成的热力学稳定域分布的最小水深和海底以下的厚度.图5为水合物执力拳穗帝域存平而和剖而成因天然气水合物形成的热力学稳定域主要分布于水深大于约450物成因甲烷水合物形成的热力学稳定域主要分布于水深大于约600且,稳定域厚度随水深的增大而变厚(表3)表3琼东南盆地热成园和生物成因天然气水台物热力学稳定域厚度 th| —D。),m n,(℃)热成因天然气 生物成因甲烷4加 9 90 N 75500 8 00 53 68 115 0700 5 67 157 95800 4 96 188 161833 4 76 195 179902 4 38 209 209l∞D 3 90 228 2481100 3 52 250 2841200 3 25 263 3101300 3 06 269 3221400 2 90 ”8 3加1500 2 80 287 3521600 2 76 293 3701700 2 72 305 3831800 2 68 310 3941900 2“ 316柏62000 2 62 314 410注:(D—D。)依式(1)、(2)和(3)计算,(D—D。)为0,表示天然气水合物分布的最小本深;文献[41]琼东南盆地天然气水合物分布区约占盆地总面积的一半(约2万分布区水深主要为1000~图5琼东南盆地天然气水合物形成的热力学稳定域平面和剖面分布特征(a)平面图:1海南岛,2生物成因天然气水合物形成的热力学稳定域,3热成因天然气水合物形成的热力学稳定域4琼东南盆地边界,5等深线;(b)剖面圈:1水台物稳定域底界.K。一叩肿一目聃为探部热成因天然气水合物,2热成因天然气水合物的可能产出区,3断层,4泥底辟.ns—妇窖soⅡs∞万方数据3期 陈多福等:南海琼东南盆地天然气水合物稳定域分布特征及资源预测 4872000m(图5),以平均1500物成因和热成因天然气水合物稳定域厚度分别为3523).1矗.如果琼东南盆地沉积物中具有与墨西哥湾相似的甲烷水合物体积含量(O 1%)““,盆地内生物成因甲烷水合物远景为7.04×109合物甲烷气为1.13×10”布面积远比其热力学稳定域要小,墨西哥湾约为稳定域的10%,但其体积含量高于生物成因甲烷水合物(约0.5%)““琼东南盆地热成因天然气水合物体积为2.87×1妒o,水合物热成因天然气为0.52×10”讨论在海底天然气水合物热力学稳定域计算中,最重要的影响因素是海底温度、地温梯度、海底水深、天然气的化学组成、沉积孔隙流体盐度等…“。“.南海海水的盐度比较均一,主要变化范围在3.35%~3.5%之间,平均为3.4%”“.从盐度3.35%变为3.5%时,计算得到的生物成因和热成因天然气水合物资源远景为(9.96—9.86)×10’合物天然气为(1.63~1.65)×10”表4).图5显示水合物热力学稳定域主要分布于水深裹4琼东南盆地天然气水合物的热力学稳定域计算参数与资舔远景预测 f 琳of 0岫深从1000底温度从3.9℃变化为2.62℃…3.水深为15002℃时,水合物资源为(8.98一10.04)x 1090,水合物天然气为(1.48—万方数据488 地球物理学报( 47卷1.67)×10“4).南海琼东南盆地的地温梯度变化于35~42.5℃,.水合物资源远景为(9.2~11.41)×109合物天然气为(1.53~1.89)×10”o(表4).在1000~2000物成因和热成因天然气水合物稳定域厚度分别为248~410m(平均347m)和228~314m(平均283m)(表3),天然气水合物资源远景为9.77×1090,水合物天然气为1.62×10“o(表4).表4列出了琼东南盆地计算参数的合理变化范围.计算结果显示生物成因和热成因天然气水合物体积为(9.12~11.41)×109矗,水合物天然气为(1.5l~1.89)×10”以平均水深1500合物为9.9l×109订、天然气为1.65×10”本一致.4小结琼东南盆地第四纪沉积巨厚,盆地内发育有很好的天然气资源远景.在地震剖面上显示盆地沉积中发育有高压泥底辟和气烟囱、沟通泥底辟和气烟囱与海底的断裂构造,海底可能发育有正在活动的天然气冷泉,具备了天然气水合物形成的气源和构造条件.利用天然气水合物形成的热力学稳定域预测方法及可能的变化参数,推测琼东南盆地热成因和生物成因天然气水合物分别分布于海底水深大于约450地内天然气水合物远景总量达(9.12—11.41)×1090(平均9.91×109矗),水合物中的天然气远景为(1.5l~1.89)×10”o(平均1.65×10”o).中国海洋石油南海西部研究院给予了支持,中国科学院南海海洋研究所同贫博士在地球物理剖面解释中给予了帮助,并对审稿人提出的众多有益的修改建议表示感谢.参考文献【l J x" A.dr c^,1988,7l:4]c0Ⅱ s 002,黼(11):1971—1992【3] c ,】990,16:247—281[4] A.ck,(3):22]c K,.竹£椰·1991,18:432—434[6] Ⅳ1c 1k 胁^涮,1990,27:148一157[7] .,c.et d f mn∞n Fa|l G∞如-∥,1998,拍(12):1107一1110[8],, e 黯£s 帅姗y,200l,29(5):443一“[9] A 盯删e—A… G GⅡ啪,570 1993 555~561[10] s。 m…越岛5 998,0~95[11] v №d g∞肌m&“∞,2∞0,9~42[12]宋簿斌..扬胜雄等含天然气水台物沉积物的岩石物性模型与似海底反射层的002.45(4):5“~556 B,, X,et d p”VA (1n ,2002,拈(4):546—556[13]宋海斌,松林修,仓本真一西南海悔槽地震资料处理及其似海底反射层特征地球物理学报,200l,“(6):799~804 B,,KⅢ蛐呲o S se—e g 0粕e『。f m b。£姗咖】fⅢe J 6q协(in .200l,“(6):799~804[14]宋海斌,松林修,仓本真一天然气水台物似海底反射层的全波形反演地球物理学报.2003,46(1):42—46 B,,m S ,娜e J 脚^p(1n ,2003.撕(1):42—46115 J c, L,hu c s,m“叫『ne ^硒口Ⅲ,1998,9(4):779—794[16]姚伯初.南梅北部陆缘天然气水合物初探海洋地质与第四纪地质,】螂,13“):“~18c 哪e☆幽k盯(m 1998.18(4):11—18[17]盂宪伟.刘保华,石学{击等冲绳海槽中段西陆坡下缘天然气水合物存在的可能性分析沉积学报,2000,18(4):629~633Me“g u B H.x F,et d P0∞嘶,2000,1B(4):629—633悔斌,耿建华, 海北部东沙海域天然气水台物的初步研究地球物理学报,2001.“(5):687—695,&喈衄g H K,“面A of 悄e,&咖(,2001,“(5):∞7—695【19]符氍。橱术壮.文■飞等.南海天然气水合物地震资料处理万方数据3期 陈多福等:南海琼东南盆地天然气水台物稳定域分布特征及资源预测 489——————.——————一———————————————————一及其特征地质科技情报.200l,∞(4):33—40,YⅡ“,F,el ln 蜥“鼬删∞n 200l,∞(4):33—40[20]祝有海,张光学,卢振权等南海天然气水合物成矿条件与找矿前景石油地质,200l,22(5):6~12 H,u z Q,et d e£,口l,1n 2001.22(5):6~12[21]张光学,黄永样,祝有海等南海天然气水合物的成矿远景海洋地质与第四纪地质,2002,22(1):75—8 H,d m I】m th 肼眦∞·∥(1n 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H,et d C}nd f … n‘m哪!缸s(&一o£in .2002.16(1):27—32:34] P f on 枷,1990,舛:26657[35] R, s y l“aP—叩协妇船删曲,1997,102:773~783[36】 Y. A qⅢh·f—f a n…删声池9卯,24113):15∞~7] R, D a a|1d un m p…ee of P^Ⅲ&“999.1∞:27[38],g忆㈣e,也d on i“999.1¨(5081—5095[39]cl…, s,0ne$ n—f c。by h∞t“ir∞m Ⅲ删0,c∞咖如胍唧曲.1999.104(22985—23003[40]刘雨芬南悔北部盆地天然气成藏条件及勘探前景天然气工业,1994,14(2);21~26b Y F 呻1一向c∞n N。蚰d v。∞胁竹(in .1994,14(2):2l~26[41]薛万俊,霍春兰,司桂贤等,南海北部晚第四纪古气候及古海洋学南海地质研究,199l,4:c L, x.n d d of l chⅡm&4(in :2] V, 肿柚f^,200l,179:71一∞万方数据南海琼东南盆地天然气水合物稳定域分布特征及资源预测作者: 陈多福, 李绪宣, 夏斌作者单位: 陈多福(中国科学院广州地球化学研究所,广州,510640;中国科学院广州天然气水合物研究中心,广州,510640), 李绪宣(中国科学院广州地球化学研究所,广州,510640;中国海洋石油研究中心南海西部研究院,湛江,524057), 夏斌(中国科学院广州地球化学研究所,广州,510640)刊名: 地球物理学报英文刊名: F (期): 2004,47(3)被引用次数: 40次参考文献(42条) A of in S of 文期刊] 2002(11) of on A 988(03) K;; D Is of by G of ;; 文期刊] 1998(12) J;; E of s 外文期刊] 2001(05) A as a of S; A of V of 文期刊] ;杨胜雄 含天然气水合物沉积物的岩石物性模型与似海底反射层的刊论文]002(04)林
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