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南海神狐海域含水合物层粒度变化及与水合物饱和度的关

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南海 海域 水合物 粒度 变化 饱和度
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2011年 10月              海 洋 地 质 与 第 四 纪 地 质Vol.31,No.5第 31卷 第 5期MARINE GEOLOGY &QUATERNARY GEOLOGY  Oct.,2011DOI:10.3724/SP.J.1140.2011.05095南海神狐海域含水合物层粒度变化及与水合物饱和度的关系陈芳1,周洋1,苏新2,刘广虎1,陆红锋1,王金莲1(1广州海洋地质调查局,广州510760;2中国地质大学 (北京 )海洋学院 ,北京 100083)摘要 :为探讨沉积物粒度与水合物饱和度的关系 ,对南海神狐海域水合物钻探区 2个获取水合物的钻孔岩心沉积物进行了粒度分析及粒度与水合物饱和度对比分析 。结果表明 ,含水合物沉积物具有粉砂含量 72%~82%、黏土含量小于 30%、砂含量一般小于 10%的基本特征 ,其中粉砂中以 8~32和 32~63μm粒级的中细—粗粉砂占优势 ;该特征与上下不含水合物层位粒度特征没有明显的差异 ;含水合物层砂 、粗粉砂含量高的层位与水合物饱和度高的层位呈良好的对应关系 ,粗粒沉积物更有利于孔隙的发育和水合物的形成 。关键词 :粒度 ;含水合物层 ;水合物钻探区 ;南海中图分类号 :P744.4文献标识码 :A文章编号 :0256-1492(2011)05-0095-06水合物的形成与分布除了需要特定的温压条件外 ,更需要合适的沉积条件 ,以提供充足的气体来源和良好的储集条件 。作为水合物存在载体之一的海洋沉积物 ,其岩性是除温压条件外控制水合物成藏的重要因素 。岩性的差异影响着水合物的产状和饱和度 ,一般地 ,沉积物越粗 ,饱和度越高 。各海域已发现水合物的水合物稳定带沉积物岩性各有差异 ,相同的是水合物稳定带内沉积物粒度总体相对较粗[1-5]。本文以我国在南海神狐海域成功钻取的水合物钻孔岩心为材料 ,分析研究南海北部水合物稳定带沉积物的粒度特征及其与水合物饱和度的关系 ,探讨沉积物粒度对水合物的制约机制 。1 样品与方法本文 所 研 究 的2个 含 水 合 物 钻 孔SH2B和SH7B沉积物样品 ,由广州海洋地质调查局于2007年在南海北部陆坡神狐海域实施 “我国海域天然气水合物钻探 ”航次调查所获得 。含水合物层岩心取样主要采用非保压 ,保压的FC、FRPC和FPC方式 。鉴于该钻探航次的实际需要等原因 ,钻探只在关键和部分控制层段钻取岩心 。因此 ,粒度分析样品取样间隔差异较大 ,介于0.2~68m之间 ,两基金项目 :国家重点基础研究发展规划项目 (2009CB219502);国土资源部公益性行业科研基金项目 (200811014-02-02)作者简介 :陈芳 (1966—),女 ,教授级高级工程师 ,主要从事微体古生物学和海洋地质研究 .收稿日期 :2011-01-11;改回日期 :2011-03-25. 文凤英编辑钻孔共取样176个 。钻孔取样位置见参考文献 [6]。沉积物粒度分析方法遵照中华人民共和国国家标准《GB/T 12763.8.6.3-2007海洋调查规范第八部分 :海洋地质地球物理调查 》执行 ,粒级标准采用尤登-温德华氏等比制Φ值粒级标准 ,粒度参数计算采用福克和沃德公式 。分析方法采用Mastersizer2000型激光粒度仪 :取沉积物样品数克置于玻璃杯中 ,加纯净水适量使样品充分浸泡 ,浸泡12h使样品充分分散 ;加5mL浓度为0.5mol/dm3的六偏磷酸钠(〔NaPO3〕),再浸泡12h,将浸泡充分分散的样品搅拌均匀 ,取适量加入激光样品槽中 ,加超声振动和高速离心 ,使样品再次充分分散 ,测定各级粒级质量百分数 。激光粒度分析误差相同粒级差小于3%,均符合国家标准要求 ,可以满足本次研究的需要 。沉积物粒度分类和命名采用谢帕德的沉积物三角图解法分类方案 。样品的处理和测试工作在广州海洋地质调查局测试所完成 。沉积物原位结构扫描电镜分析在广州海洋地质调查局测试所完成 ,仪器型号为捷克产的VegaⅡLUM。2 结果2.1 含水合物层的分布南海水合物钻探航次应用目前世界水合物勘查中的多种新测试方法 、手段来探查水合物的存在和分布 ,如测井获得的异常电阻率记录 、红外线图像                    海 洋 地 质 与 第 四 纪 地 质 2011年(IR images)分析得到的温度差值记录 、孔隙水低氯离子浓度的记录等 。对沉积物岩心的IR扫描 、样品在水中的分解过程观察及X射线扫描均提供了SH2B孔和SH7B孔地层中水合物存在的直接证据 。取心后证实水合物呈分散状分布在黏土质粉砂和粉砂的孔隙中 ,肉眼难以观察到 。水合物分解后沉积物呈粥状 。通过对测井资料 、取心资料以及地震资料的详细分析 ,确定出水合物层的分布区间 ,其中SH2B孔水合物分布的区间约在海底以下191~225m,SH7B孔水合物分布的区间大体在海底以下155~177m。2.2 含水合物层粒组类型含量变化沉积物粒度按照大小划分为3个粒组类型 :>0.063mm的颗粒统称为砂 ,0.04~0.063mm的颗粒称为粉砂 ,<0.04mm的颗粒则统称为黏土 。两钻孔沉积物中最主要的粒组类型均是粉砂 ,粉砂平均含量72.89%~74.75%。含水合物层沉积物粒组类型平均含量与其上下层位沉积物的差别不大 ,但粒 组 类 型 含 量 的 范 围 值 有 差 异 (表1),以SH2B孔粉砂含量为例 ,该孔不含水合物层的粉砂含 量 为53.74% ~81.35%,而 含 水 合 物 层 为72.02%~77.09%。含水合物层沉积物具有粉砂大于70%、黏土量介于15%~30%、砂一般小于10%的基本特征 。2.3 含水合物层粒级组分分布采用尤登-温德华氏等比制Φ值粒级标准细分法将两钻孔沉积物粒级划分为以下10个粒级 :粗砂>0.5mm,中砂0.5~0.25mm,细砂0.25~0.125mm,极 细 砂0.125~0.063mm,粗 粉 砂0.063~0.032mm,中 粉 砂0.032~0.016mm,细 粉 砂0.016~0.008mm,极细粉砂0.008~0.004mm,粗黏土0.004~0.001mm和细黏土<0.001mm,以便进行更细致的讨论 。SH2B孔含水合物层粒级组分以中粉砂 (0.032~0.016mm)、细粉砂 (0.016~0.008mm)和极细粉砂 (0.008~0.004mm)粒级为主 ,平均含量分别占20.55%、24.74%和19.07%;粗粉砂 (0.063~0.032mm)占9.57%;砂含量偏低 ,细砂 —粗砂未见 ,仅 见 极 细 砂 (0.125~0.063mm),平 均 含 量1.39%;黏土以粗黏土为主 ,占12.39%。SH2B孔水合物主要分布在中粉砂 、极细粉砂和细粉砂沉积物中 ,总体上 ,与含水合物层上下层位相比粒级组分含量差别不大 (图1)。SH7B孔含水合物层的沉积物较SH2B孔含水合物层沉积物要粗 ,以粗粉砂 (0.063~0.032mm)、中粉砂 (0.032~0.016mm)和 细 粉 砂 (0.016~0.008mm)粒 级 为 主 ,含 量 分 别 占18.08%、26.46%和20.10%;各粒级的砂均有出现 ,以中砂(0.5~0.25mm)和极细砂 (0.125~0.063mm)为主 ,分别占3.22%和3.88%;黏土以粗黏土为主 ,占8.86%。与 含 水 合 物 层 上 下 层 位 相 比 ,粗 粉 砂0.063~0.032mm、中粉砂0.032~0.016mm粒级沉积物明显增加 ,粗粉砂 、中粉砂和细粉砂是SH7B钻 孔 含 水 合 物 沉 积 物 组 成 的 最 主 要 颗 粒 组 分(图2)。2.4 含水合物层粒度与水合物饱和度的关系根据测井参数 (LWD)推算出来的水合物饱和度值理论上代表了沉积物中孔隙被水合物充填的程度 。利用测井电阻率 (LWD-RAB)和测井沉积物孔隙度值 ,根据Archie方程可以从理论上推算水合物饱和度值 (Sh)[7-8]。这一方法在ODP 164航次和ODP 204航次得到充分实践和验证[9-10]。同样地 ,利用该方法计算出神狐海域水合物饱和度值 。神狐表 1神狐海域含水合物层及其相邻层位沉积物粒组类型含量Table 1 The components of the gas hydrate-bearing sediments from Shenhu area钻孔号粒组含量范围 /% 粒组平均含量 /%黏土 粉砂 砂 黏土 粉砂 砂上层沉积物 15.68~40.16  53.74~81.35  0.5~11.87  25.19  71.98  2.83SH2B 含水合物层 20.46~30.33  72.02~77.09  0.75~2.68  24.68  73.94  1.40下层沉积物 22.96~26.99  70.53~74.98  2.06~2.48  24.98  72.76  2.27上层沉积物 15.15~38.62  57.59~82.35  0.65~16.55  26.3  67.76  5.94SH7B 含水合物层 15.17~20.91  71.61~81.72  1.31~10.06  18.38  77.38  4.24下层沉积物 17.62~21.13  77.49~81.47  0.91~2.22  19.34  79.11  1.5669 第 5期陈芳 ,等 :南海神狐海域含水合物层粒度变化及与水合物饱和度的关系图 1神狐海域 SH2B孔各粒级组分含量分布 (黄色部分为含水合物层 ,下同 )Fig.1 Grain size distribution of the hole SH2B(shadow part means gas hydrate-bearing sediments)图 2神狐海域 SH7B孔各粒级组分含量分布Fig.2 Grain size distribution of the hole SH7B(shadow part means gas hydrate-bearing sediments)海域含水合物层饱和度值变化范围较大 ,为0.6%~47.3%,不同层位水合物饱和度差异明显 。这种差异与沉积物粒度差异相关性较强 。SH2B、SH7B孔水合物层沉积物砂 、粗粉砂含量高的层位与水合物饱和度高层位有良好对应关系 (图3、图4),即沉积物中砂 、粗粉砂含量高 ,水合物饱和度也高 ,反之则相反 。这种特征在SH7B孔表现得尤其明显 ,如在1 554~16 636cm层 段 ,砂 含 量 为5.15%~10.06%,饱和度为20%~44%,平均32%;16 840~17 120cm层 段 ,砂 含 量 下 降 ,为1.31%~1.48%,饱和度随之下降 ,为2%~7%,平均4%;17 160~17 585cm层段 ,砂含量上升为1.75%~3.94%,饱 和 度 随 之 也 上 升 ,为8%~23%,平 均17%;粗粉砂与水合物饱和度的关系与砂和饱和度的关系相似 (图4)。3 讨论对南海神狐海域水合物钻探区钻井含水合物层岩性特征的研究发现 ,含水合物层岩性与上下不含水合物层位的差异不大 。因此 ,只要温压 、气源等条件满足 ,在南海海底以下任何深度都可能形成水合物 。但就南海神狐海域含水合物层而言 ,粗粒沉积物砂 、粗粉砂含量高的层位与水合物饱和度高的层79                    海 洋 地 质 与 第 四 纪 地 质 2011年图 3神狐海域 SH2B孔含水合物层粒级含量与水合物饱和度的对比Fig.3 Correlation between grain-size and gas hydrates saturations for hole SH2B图 4神狐海域 SH7B孔含水合物层粒级含量与水合物饱和度的对比Fig.4 Corelation between grain-size and gas hydrates saturations for hole SH7B位呈良好的对应关系 ,说明沉积物的颗粒粒径是影响水合物形成的控制因素 。推测粗粒沉积物可以增加沉积物的孔隙度 ,为水合物的形成提供更大的孔隙空间 ,这一点在对含水合物层沉积物原位结构研究中得到证实 。根据扫描电镜的观察 ,沉积物中的砂 、粉砂和黏土颗粒随机分布 ,黏土充填在砂 、粉砂颗粒间 ,砂主要由有孔虫和条状形黄铁矿组成 ,而粉砂主要由不规则的石英和长石组成 ,黏土主要充填于颗粒间孔隙中 (图5),其含量的高低影响孔隙度的发育程度 。换言之 ,粗粒沉积物含量高 ,黏土含量89 第 5期陈芳 ,等 :南海神狐海域含水合物层粒度变化及与水合物饱和度的关系相对降低 ,有利于孔隙的发育 ,黏土由于其黏性和密实性不利于孔隙的发育 ,而且粗粒沉积物渗透性好 ,有利于气体的运移和储存 。但水合物饱和度与沉积物的孔隙度并未完全呈正相关关系 ,含水合物层沉积物为松散未固结沉积物 ,实测的沉积物孔隙度自下而上逐渐增加 ,而水合物饱和度表现为时高时低 ,说明孔隙度只是控制水合物饱和度的因素之一 ,水合物饱和度还受气体通量 、孔隙类型和大小 、沉积物渗漏性等因素的影响 。初步研究发现 ,南海神狐水合物钻探区钻井含水合物层沉积物的孔隙主要有粒间孔隙和粒中孔隙两种类型 ,实测的沉积物孔隙度主要由粒间孔隙组成 ,而粒中孔隙主要存在于沉积物中的有孔虫房室中 。由于实测的沉积物孔隙度无法测得粒中孔隙 ,因此 ,水合物饱和度表现为时高时低 ,除了受粒间孔隙影响外 ,很大程度受粒中孔隙的影响 。关于这方面的深入研究结果另有文章介绍 。图 5神狐海域 SH7B孔 16835~16 860cm原位沉积物颗粒的分布结构Fig.5 Texture of the sediment from 16 835cmto 16 860cm of the hole SH7B4 结论(1)含水合物层沉积物为松散的青灰色 (含 )钙质生物的黏土质粉砂和 (含 )钙质生物的粉砂 ,具有粉砂72%~82%、黏土小于30%、砂一般小于10%的基本特征 。(2)水合物层沉积物以8~32和32~63μm粒级的中细 —粗粉砂占优势 。粗粒沉积物砂 、粗粉砂含量高的层位与水合物饱和度高的层位呈良好的对应关系 ,说明沉积物的粒度是水合物形成的重要控制因素之一 。粗粒沉积物有利于孔隙的发育和水合物的形成 。参考文献 (References)[1]Ginsburg G,Soloviev V,Matveeva T,et al.Sediment grain-size control on hydrate presence,sites 994,995and 997.[C]//PaulC K,MatsumotorR,Walace P J,eds.Proceedingof ODP Initial Reports 164.Colege Station TX:Ocean Dril-ing Program,2000:237-245.[2]Shipboard Scientific Party.Leg 204summary[C]//TR HUAM,BOHRMANN G,RACK F R,et al.Proc ODP InitRepts204.Colege Station TX:Ocean DrilingProgram,2003:1-75.[3]KraemerLM,Owen R M,Dickens G R.Lithology of the up-per gas hydrate zone,Blake outer ridge,a link between dia-toms,porosity,and gas hydrate[C]//Paul C K,MatsumotorR,Walace P J,eds.Proceeding of ODP Initial Reports 164.Colege Station TX:Ocean Driling Program,2000:229-236.[4]苏新 ,宋成兵 ,方念乔 .东太平洋水合物海岭 BSR以上沉积物粒度变化与气体水合物分布 [J].地学前缘 ,2005,12(1):234-242.[SU Xin,SONG Chengbing,FANG Nianqiao.Variationin grain size of sediments above BSR and correlation with theoccurrence of gas hydrates on Hydrates Ridge,East Pacific[J].Earth Science Frontiers,2005,12(1):234-242.][5]王家生 ,高钰涯 ,李清 ,等 .沉积物粒度对水合物形成的制约 :来自 IODP航次证据 [J].地球科学进展 ,2007,22(7):659-665.[WANG Jiasheng,GAO Yuya,LI Qing,et al.Grain size con-straint on gas hydrate occurrence:evidence from sediment sizeduring IODP 311[J].Advances in Earth Science,2007,22(7):659-665.][6]陈芳 ,苏新 ,周洋 ,等 .南海北部陆坡神狐海域晚中新世以来沉积物中生物组分变化特征及意义 [J].海洋地质与第四纪地质 ,2009,29(2):1-8.[CHEN Fang,SU Xin,ZHOU Yang,et al.Variations in biogenic components of Late Miocene-Holocenesediments from Shenhu Area in the Northern South China Seaand their geological implications[J].Marine Geology and Qua-ternary Geology,2009,29(2):1-8.][7]Archie G E.The electrical resistivity log as an aid in determiningsome reservoir characteristics[J].American Insititute of Mining,Metalurgica and Petroleum Engineers,1942,146:54-67.[8]ColettT S.Wel log evaluation of gas hydrate saturations[C]//SPWLA 39th Annual Logging Symposium.Houston(SPWLA),1998.[9]ColettT S,Ladd J.Detection of gas hydrate with downholelogs and assessment of gas hydrate concentrations(satura-tions)and gas volumes on the Blake Ridge with electrical resis-tivity log data[C]//Paul C K,Matsumoto R,Walace P J,eds.Proceeding of ODP,Science Results,164.Colege Sta-tion,TX(Ocean Driling Program).2000:179-191.[10]Tréhu AM,Long P E,Torres M,et al.Three-dimensionaldistribution of gas hydrate beneath Southern Hydrate Ridge:Constraints from ODP Leg 204[J].Earth Planet Science Let-ters,2004,222:845-862.99                    海 洋 地 质 与 第 四 纪 地 质 2011年GAS HYDRATE SATURATION AND ITS RELATION WITH GRAINSIZE OF THE HYDRATE-BEARING SEDIMENTS IN THE SHENHUAREA OF NORTHERN SOUTH CHINA SEACHEN Fang1,ZHOU Yang1,SU Xin2,LIU Guanghu1,LU Hongfeng1,WANG Jinlian1(1Guangzhou Marine Geologic Survey,the Ministry of the Land and Resource,Guangzhou 510760,China;2School of Marine Geosciences,China University of Geosciences,Beijing 100083,China)Abstract:Grain sizes are analyzed for the sediments taken from two dril holes in the Shenhu area of north-ern South China Sea in order to understand the relationshipbetween the saturations of gas hydrates and thegrain-size of the sediments.Results suggest that the silt fraction is the dominant component of gas-hy-drate-bearingsediments in the studied area,makingupabout 72%~82%of the sedimentarygrains.Thesecond component is clay,which is usualyless than 30%;whereas the sand fraction is less than 10%.The Grain size distribution pattern of the gas-hydrate-bearingsediments is similar to the non-gas-hydrate-bearingsediments above and below.Coarse silt(0.063~0.032mm)and sand(0.063~0.5mm)are usualyhigh in gas hydrates saturations,further suggestingthat coarse sediments are more favorable for the for-mation of gas hydrates.Keywords:sedimentarygrain size;gas-hydrate-bearing Sediments;Shenhu Area;South China Sea001
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