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南海天然气水合物成矿理论取得新认识

发布于: 2019-03-12 22:53:15

1.项目概况
“南海天然气水合物成矿理论及分布预测研究”子项目,归属于“南海天然气水合物资源勘查”项目,由自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局承担。重点针对海域天然气水合物勘查工程中面临的基础地质问题,联合攻关,力争在天然气水合物成矿、控矿、找矿预测等理论及技术研究方面取得新突破,为南海天然气水合物勘查及试采提供指导。
2.成果简介
(1)系统评价了南海北部天然气水合物成矿的构造输导体系。南海北部主要构造输导体系有三类,第一类是以断裂为主体的垂向输导体系,第二类是以气烟囱为主体的垂向输导体系,第三类是以岩性控制的横向输导体系。南海北部陆坡晚中新世以来发育的断层以北东向断层为主,规模大、活动时间长,其对天然气水合物的成矿分布起到了重要控制作用。气烟囱作为一种良好的气体运移通道,在东沙海域和琼东南海域发育较为普遍,在神狐海域局部发育。
(2)精细刻画了南海北部天然气水合物矿藏的储集特征。在神狐海域,天然气水合物主要分布于研究区中部峡谷之间的沉积脊上,并赋存于天然堤及海底扇沉积物中;在珠江口盆地西部海域,海底古河道和陆坡扇的沉积物含砂量较高,可以作为天然气水合物的优质储层;在珠江口盆地东部海域,天然气水合物主要赋存于粒度相对较粗的滑塌体、碎屑流及浊流沉积物中(图1)。

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图1 珠江口东部海域天然气水合物发育段测井响应特征与岩心-测井相对比
a—测井曲线;b—岩心全景照片;c—典型岩心局部放大照片
(3)进一步查明了南海北部天然气水合物稳定域形成的控制因素。天然气水合物形成和稳定存在主要受控于海底地层温度和压力、沉积物中的地温梯度、热流、孔隙流体盐度、天然气组成及供给、储层沉积物粒度及孔隙等多种因素,它们共同决定了天然气水合物稳定带的厚度。琼东南海域海底热流变化对稳定带分布制约作用明显;东沙海域总体受控于水深压力的影响;神狐海域浅水区压力对稳定带分布呈现出一定的驱动作用,而深水区海底热流变化对稳定带分布制约作用明显。
(4)初步识别了南海北部天然气水合物成矿气体的成因类型。南海北部海底沉积物浅部的顶空气主要来源于浅部的微生物气或是以微生物气为主的混合气。神狐钻探区的天然气水合物的气源应是以微生物气为主的混合气,气源主要来自于天然气水合物产出层位附近的微生物气,部分来自于深部热成因气(图2)。神狐海域、西沙海槽及珠江口东部海域浅表层沉积物中的顶空气为微生物气,但酸解烃却为热成因气,显示出这些地区同时存在着两种不同成因类型和来源的烃类气体。

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图2 神狐海域天然气水合物钻探区烃类气体成因类型判识图
(5)首次建立了珠江口盆地西部海域流体渗漏模式。珠江口盆地西部海域流体渗漏特征明显,呈现了一个完整的渗漏体系,从海水到地层分别发现了疑似羽状流、海底丘、麻坑、声空白及白色菌席、气烟囱等多种流体渗漏相关特征,暗示该区域内气源条件充足,地层赋存天然气水合物的潜力较大。
(6)天然气水合物成矿与海底冷泉生态系统取得新认识。在“海马”冷泉区,高甲烷通量的冷泉流体渗漏活动导致甲烷缺氧氧化作用发生在接近海底的位置上,形成大片自生碳酸盐岩和化能自养生物群落,并导致浅表层沉积物中Mo和U元素富集。冷泉活动大约发生在距今47ka、33ka和18ka~11ka,海平面下降、流体运移通道的变化和沉积动力学过程都可能是诱发冷泉活动的主要原因。“海马”冷泉区冷泉活动与天然气水合物成矿具有成因上的联系。高通量的生物成因气和油型裂解气通过流体运移通道渗漏至浅表层沉积物中,导致渗漏型水合物的形成,而受海平面下降、流体运移通道变化和沉积动力学过程,天然气水合物又发生周期性分解,触发冷泉活动。
(7)创新性建立适用于南海北部特点的天然气水合物有利赋存区沉积物微生物检测分析方法及自生矿物鉴定分析方法。神狐海域钻探区天然气水合物层以上微生物群落相对丰富,含天然气水合物层和下覆游离气层群落单一,主要以南非金矿真核古菌组(SAGMEG)或奇古菌门(Thaumarchaeota)为优势种群。首次在珠江口东部海域发现了自生管状黄铁矿中纳米级石墨碳,是富含甲烷流体系统温度压力降低条件下的产物,可以作为天然气水合物成矿环境指示矿物。首次在神狐海域沉积物中发现的自生黄铁矿-石膏共生体,是甲烷强烈渗漏产物,也是硫酸盐-甲烷界面(SMI)之上附近的独特矿物组合,大致指示了硫酸盐-甲烷界面(SMI)。
(8)创新性提出了南海北部陆坡存在2个天然气水合物成矿带、3个天然气水合物富集区。基于天然气水合物成藏地质条件、异常响应特征、富集分布规律提出,南海北部陆坡天然气水合物第一成矿带为水深大于2000m、新生代中小型沉积盆地发育的古斜坡区域,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。第二成矿带为水深800~1300m、新生代大型沉积盆地发育的区域。该富集带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。南海北部陆坡天然气水合物3个富集区分别是神狐海域扩散型(孔隙充填型)天然气水合物富集区,琼东南海域渗漏型(裂隙充填型)天然气水合物富集区和东沙海域扩散与渗漏复合型(兼具孔隙充填型与裂隙充填型)天然气水合物富集区。
3.成果意义
项目通过南海北部天然气水合物形成的地质条件与控制因素的系统分析,以及南海天然气水合物成矿分布与富集规律研究,形成了南海天然气水合物成矿控矿理论,有效推动了天然气水合物基础理论研究,为后续南海天然气水合物勘查提供了理论指导。通过南海天然气水合物调查区的区域地质、地球物理、地球化学及微生物学特征全面总结,提出了南海天然气水合物成矿综合预测方法,建立了南海天然气水合物综合找矿技术体系,为天然气水合物有利勘探靶区优选、有利钻探井位甄选提供了重要依据和支撑。
(中国地质调查局广州海洋地质调查局 苏丕波供稿)