南海天然氣水合物富集規(guī)律與開采基礎(chǔ)研究項(xiàng)目申報(bào)書

1、項(xiàng)目名稱：南海天然氣水合物富集規(guī)律與開采基礎(chǔ)研究首席科學(xué)家：起止年限：依托部門：一、研究?jī)?nèi)容1擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題盡管我國(guó)南海北部陸坡具有天然氣滲漏發(fā)育的地質(zhì)背景，并且已發(fā)現(xiàn)四個(gè)天然氣滲漏活動(dòng)形成的冷泉碳酸鹽巖和特異自養(yǎng)生物群的發(fā)育區(qū)，這些海區(qū)具有水合物形成的地質(zhì)環(huán)境和溫度-壓力條件。但這些天然氣水合物成藏條件，成藏動(dòng)力學(xué)過(guò)程和機(jī)制及富集規(guī)律等是需要深入研究的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。因此，本項(xiàng)目擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題有：1） 南海北部滲漏型天然氣水合物成藏的氣源、地質(zhì)和溫壓條件及其地球物理、地球化學(xué)異常機(jī)理；2） 南海北部沉積物孔隙中游離天然氣氣泡形成水合物過(guò)程的熱力學(xué)控制因素和生成動(dòng)力學(xué)規(guī)律；3） 南海

2、北部滲漏型天然氣水合物大規(guī)模成藏的機(jī)制及其發(fā)育特征和富集規(guī)律；4） 高品位（滲漏型）天然氣水合物開采過(guò)程的多相流動(dòng)機(jī)理和滲流控制模式。2主要研究?jī)?nèi)容（1）南海北部天然氣水合物成藏的基礎(chǔ)條件l 烴類熱解氣、淺層生物氣對(duì)滲漏型水合物成藏的貢獻(xiàn)天然氣水合物的成藏氣體主要包括微生物氣、熱解氣及其混合氣，不同類型的成藏氣體具有不同的成氣作用、運(yùn)移途徑和富集過(guò)程，并影響到天然氣水合物的形成機(jī)理。南海北部含油氣盆地發(fā)育，氣源豐富，類型眾多，深部烴類熱解氣、淺層生物氣均可能作為滲漏型天然氣水合物的氣源。并且，不同類型的氣源具有不同的成氣作用、運(yùn)移途徑和富集過(guò)程，并影響到天然氣水合物的形成機(jī)理。因此有必要深入研

3、究不同成因的氣源類型和運(yùn)移特征及其對(duì)南海北部天然氣水合物成藏的貢獻(xiàn)。 l 非烴氣體對(duì)滲漏型水合物成藏的影響南海北部含油氣盆地的非烴氣體co2、n2十分豐富，許多天然氣氣藏中的co2和n2含量非常高，甚至形成90%以上的co2氣藏。如果這些非烴氣體或隨烴類氣向海底滲漏，進(jìn)入水合物穩(wěn)定帶將對(duì)天然氣水合物的成藏產(chǎn)生影響。因此，必須深入研究南海北部這些非烴氣體來(lái)源和組成特征、水合物形成的溫度和壓力條件，及對(duì)滲漏型天然氣水合物成藏的可能影響。l 地質(zhì)條件對(duì)滲漏型天然氣水合物成藏的控制構(gòu)造環(huán)境和沉積特征是控制天然氣水合物成藏的兩個(gè)重要地質(zhì)條件。區(qū)域構(gòu)造環(huán)境決定了天然氣水合物形成與富集的沉積場(chǎng)所，各種斷裂、

4、底辟、泥火山直接制約著氣源的強(qiáng)弱和天然氣水合物的形成。含天然氣水合物層的主要沉積特征決定了天然氣水合物成藏的微觀規(guī)律。南海北部新生代發(fā)生了多期強(qiáng)烈構(gòu)造活動(dòng)，構(gòu)造升降幅度大，沉積速率高。這些特征影響油氣的形成、分布和運(yùn)移，進(jìn)而控制滲漏型水合物的氣源、運(yùn)移通道和賦存空間。因此，重點(diǎn)研究南海北部的構(gòu)造演化過(guò)程和沉積環(huán)境變化，特別是研究第四紀(jì)區(qū)域構(gòu)造環(huán)境、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和沉積特征、巖漿活動(dòng)的時(shí)間和空間及高熱流區(qū)的分布特征等。從宏觀和微觀幾個(gè)方面來(lái)研究。從宏觀上，有沉積環(huán)境包括古海洋環(huán)境的分析，對(duì)沉積物中較宏觀的斷裂通道體系（氣水合物氣源運(yùn)移的斷裂通道體系）確定天然氣水合物的發(fā)育空間（如泥底辟、泥火山等特殊

5、構(gòu)造體）等。從微觀上, 對(duì)沉積物組分、物質(zhì)來(lái)源、沉積物微結(jié)構(gòu)的研究，因?yàn)檫@些沉積物的屬性對(duì)滲漏性氣泡在沉積物中的遷移過(guò)程中起著重要的作用。l 溫壓條件對(duì)滲漏型水合物成藏的制約盡管簡(jiǎn)單氣-水體系水合物形成的相平衡理論已比較成熟，但天然氣水合物形成不僅強(qiáng)烈地依賴于溫度壓力等熱力學(xué)條件，同時(shí)氣體組分、鹽度等多種因素也會(huì)影響天然氣水合物成藏的溫壓場(chǎng)條件，相關(guān)的熱力學(xué)理論還很不成熟。南海北部新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，并伴有程度不同的巖漿活動(dòng)，導(dǎo)致局部熱流高，強(qiáng)烈影響了溫度和壓力，從而改變天然氣水合物穩(wěn)定條件，造成水合物在沉積物中縱、橫向分布不均一性。因此，項(xiàng)目在開展南海北部熱流背景、晚新生代以來(lái)熱演化史及其與

6、天然氣水合物之間的內(nèi)在聯(lián)系研究的同時(shí)，將測(cè)定南海北部多種氣源類型（淺層生物甲烷氣、深部熱解成因c1-c5烴類氣及co2和n2非烴氣）復(fù)雜氣體組成的水合物體系形成溫壓條件，研究多種海底沉積物類型對(duì)水合物生成溫度和壓力的影響，測(cè)定游離甲烷-水-水合物平衡體系的甲烷溶解度，建立南海北部地質(zhì)環(huán)境條件下多相體系的熱力學(xué)模型。（2）南海北部水合物成藏演化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程天然氣水合物成藏演化過(guò)程是一個(gè)極其復(fù)雜過(guò)程，受多種因素或誘導(dǎo)機(jī)理的影響。實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬是了解天然氣水合物形成熱動(dòng)力學(xué)機(jī)理的重要手段。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以觀察到包括多孔介質(zhì)在內(nèi)的不同體系下天然氣水合物生成的動(dòng)力學(xué)過(guò)程及其對(duì)周圍環(huán)境介質(zhì)的作用；通過(guò)計(jì)算機(jī)

7、模擬可以更加有效地描述多孔介質(zhì)中水合物生成與分解動(dòng)力學(xué)特征，并提升為一種可預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型。南海北部氣源組成多樣。因此，有必要模擬南海北部海底滲漏系統(tǒng)的地質(zhì)環(huán)境和氣源條件，在天然氣-水-固（人工和天然多孔介質(zhì)及海底沉積物）三相介質(zhì)中，進(jìn)行滲漏游離天然氣生成水合物的可視化研究，觀測(cè)天然氣向水合物轉(zhuǎn)化過(guò)程中的成核、生長(zhǎng)、聚集等特征，描述天然氣水合物生成過(guò)程的熱、質(zhì)傳遞規(guī)律，測(cè)定沉積物中水合物生成速度及轉(zhuǎn)化率，研究導(dǎo)熱系數(shù)、聲速、電導(dǎo)率等水合物物性參數(shù)的變化特征，建立組成復(fù)雜的天然氣-水-沉積物-水合物的多相體系中水合物生成動(dòng)力學(xué)理論，探討影響因素，并建立相關(guān)的計(jì)算模型，為滲漏型水合物成藏機(jī)制、富集規(guī)

8、律研究及開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。（3）南海北部天然氣水合物的地球物理、地球化學(xué)異常機(jī)理l 滲漏型水合物的地球物理異常機(jī)理和識(shí)別標(biāo)志海底滲漏型水合物在地震剖面上似海底反射層（bsr）不發(fā)育，主要是由于水合物帶存在游離氣，改變了水合物層的物性。因此，重點(diǎn)開展研究天然氣滲漏區(qū)（含水合物和游離氣）沉積體的物性參數(shù)、含氣水體（羽狀體）的物性特征，及其地球物理異常機(jī)理和識(shí)別方法，建立一套有效識(shí)別海底滲漏型天然氣水合物的地球物理方法體系。l 滲漏型水合物的地球化學(xué)異常特征和識(shí)別標(biāo)志海底天然氣滲漏活動(dòng)引起了海底沉積、有機(jī)質(zhì)和孔隙水化學(xué)等組成異常，這些異常對(duì)海底淺表層天然氣水合物的形成和產(chǎn)出具有直接或間接的指示作

9、用。因此，研究具有指示海底天然氣滲漏作用的特殊沉積構(gòu)造（泥火山、泥底辟）的發(fā)育狀況和分布特征，分析沉積物和有機(jī)質(zhì)的組成，特別是天然氣滲漏作用形成的自生沉積和礦物（冷泉碳酸鹽巖、重晶石、黃鐵礦等）特征，與滲漏甲烷厭氧氧化有關(guān)的特殊生物標(biāo)記物特征、孔隙水化學(xué)組成，烴類氣體組成等異常特征，建立滲漏型天然氣水合物礦藏的地質(zhì)、地球化學(xué)判識(shí)方法和找礦標(biāo)志。（4）天然氣水合物開采中的多相流動(dòng)機(jī)理和相關(guān)基礎(chǔ)理論滲漏型天然氣水合物品位高，厚度大，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，具有巨大的開發(fā)前景，而且開采技術(shù)要求相對(duì)于埋藏深（bsr發(fā)育）水合物要低，更易實(shí)現(xiàn)水合物的開發(fā)應(yīng)用。因此，有必要根據(jù)南海北部滲漏型天然氣水合物成藏的地質(zhì)特征

10、，開展南海北部典型水合物區(qū)域沉積物基礎(chǔ)物性、分解過(guò)程中結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化規(guī)律、分解后所形成的氣、水、冰、砂等多相流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)機(jī)理、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)方法和分析方法研究，初步建立天然氣水合物分解過(guò)程的多相流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)控制模型，為天然氣水合物開采過(guò)程物理模擬和數(shù)值模擬提供理論指導(dǎo)。同時(shí)，開展開發(fā)過(guò)程水合物分解的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，為水合物開采技術(shù)方案的選擇提供理論基礎(chǔ)。（5）南海北部天然氣水合物成藏機(jī)制及富集規(guī)律這是項(xiàng)目綜合研究的集成。分析南海北部滲漏型天然氣水合物成藏的沉積、構(gòu)造、氣源等特征，研究不同構(gòu)造、沉積背景下天然氣水合物成藏地質(zhì)模式和成藏系統(tǒng)；確定滲漏型天然氣水合物形成的溫度-壓力條件和形成過(guò)程

11、，研究天然氣水合物烴類氣體供應(yīng)、流體運(yùn)移通道、構(gòu)造和巖性控制因素等時(shí)空演化及相互耦合關(guān)系，建立南海北部滲漏型天然氣水合物的成藏理論；研究天然氣滲漏活動(dòng)和水合物形成的地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)異常特征，建立南海滲漏型天然氣水合物的綜合識(shí)別方法，確定南海北部水合物的富集規(guī)律。二、預(yù)期目標(biāo)1總體目標(biāo)建立南海北部陸坡滲漏型天然氣水合物成藏理論及更深層次的綜合識(shí)別方法，研究其富集規(guī)律，探索開發(fā)相關(guān)的技術(shù)機(jī)理，為我國(guó)天然氣水合物資源勘查、評(píng)價(jià)提供深入有效的基礎(chǔ)理論指導(dǎo)，為水合物資源的最終開發(fā)利用做出重要貢獻(xiàn)，促進(jìn)國(guó)家能源戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。培養(yǎng)和建立一支具有國(guó)際地位的天然氣水合物研究團(tuán)隊(duì)。2五年預(yù)期目標(biāo)l 科學(xué)

12、目標(biāo)：1. 滲漏型天然氣水合物成藏控制條件和機(jī)制；2. 滲漏型天然氣水合物的識(shí)別方法；3. 滲漏型天然氣水合物在南海北部的富集規(guī)律；4. 天然氣水合物開采的理論基礎(chǔ)。l 形成一支進(jìn)入國(guó)際前沿領(lǐng)域的優(yōu)秀青年科學(xué)家群體，培養(yǎng)10名左右中青年學(xué)術(shù)帶頭人，培養(yǎng)40名左右的博士、40名左右的碩士研究生；l 發(fā)表學(xué)術(shù)論文150篇以上（其中，sci收錄學(xué)術(shù)論文70篇以上）；出版學(xué)術(shù)專著2部以上；爭(zhēng)取主辦高規(guī)格的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議（如國(guó)際天然氣水合物大會(huì)）。三、研究方案1學(xué)術(shù)思路綜合運(yùn)用地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)和室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)等技術(shù)方法，針對(duì)我國(guó)南海北部新生代構(gòu)造強(qiáng)、巖漿活動(dòng)頻繁、熱流高、氣源類型復(fù)雜的地域特色，發(fā)揮

13、項(xiàng)目組的海洋地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)、油氣地質(zhì)學(xué)、化學(xué)、工程熱物理、能源工程等多學(xué)科綜合交叉的優(yōu)勢(shì)，科研和產(chǎn)業(yè)部門的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和結(jié)合，開展南海滲漏型天然氣水合物形成條件和判識(shí)指標(biāo)體系的研究，重點(diǎn)探討南海北部滲漏區(qū)內(nèi)天然氣水合物的成藏機(jī)制和賦存特征及分布規(guī)律，建立滲漏型天然氣水合物的成藏理論和綜合識(shí)別方法，探索滲漏型天然氣水合物開采的理論基礎(chǔ)。2技術(shù)途徑 本項(xiàng)目將在已有工作積累的基礎(chǔ)上，在南海天然氣滲漏海域，針對(duì)性地開展?jié)B漏型天然氣水合物的三個(gè)海上航次（60天）的地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)調(diào)查和采樣，通過(guò)系統(tǒng)的資料處理和樣品分析、及水合物形成條件和動(dòng)力學(xué)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，深入研究滲漏型天然氣水合物

14、產(chǎn)出區(qū)域構(gòu)造背景、沉積構(gòu)造特征、熱流和氣源條件、水合物氣源特征、地球化學(xué)環(huán)境、地球物理特征，判斷滲漏區(qū)水合物大規(guī)模成藏的可能性，結(jié)合與國(guó)際典型滲漏型天然氣水合物發(fā)育區(qū)的對(duì)比研究，建立滲漏型天然氣水合物成藏理論、產(chǎn)出的綜合識(shí)別標(biāo)志及分布規(guī)律。具體的技術(shù)途徑如下：（1）基礎(chǔ)資料綜合分析研究：對(duì)南海已有的地質(zhì)、地球物理調(diào)查資料和樣品進(jìn)行針對(duì)性的重新處理、分析、測(cè)試和研究，結(jié)合遙感分析，圈定有利海底天然氣滲漏作用的重點(diǎn)海域。（2）航次地球物理調(diào)查及水合物樣品采集：在重點(diǎn)海域開展海上航次補(bǔ)充調(diào)查，利用地震、淺剖、電火花、重力、磁力、熱流等地球物理探測(cè)技術(shù)，研究其局部地質(zhì)環(huán)境和地球物理異常特征，建立滲漏型

15、天然氣水合物識(shí)別的地球物理標(biāo)志，確定滲漏構(gòu)造及水合物產(chǎn)出的有利位置。對(duì)典型滲漏異常的水合物發(fā)育地點(diǎn)（噴口）或有利位置進(jìn)行重力活塞取樣和保真取樣。重力活塞采集滲漏型水合物表層樣品的方法是簡(jiǎn)易可行的高效技術(shù)，2006年中科院欒錫武研究員參加了俄-韓-中聯(lián)合航次，對(duì)okhotsk海滲漏型水合物進(jìn)行了調(diào)查和采樣，成功采集到了滲漏型水合物的高品質(zhì)樣品；其次，在墨西哥灣、地中海、黑海等水合物采樣中，重力活塞也是最常用的一種方法。因此，我們目前的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備完成能順利完成海底滲漏型水合物樣品的采集。（3）地質(zhì)地球化學(xué)綜合分析：對(duì)確定的滲漏構(gòu)造及水合物產(chǎn)出的有利位置，開展海上航次調(diào)查和海底采樣，研究滲漏區(qū)海底

16、地質(zhì)、地球化學(xué)、生物地球化學(xué)異常特征，建立滲漏型天然氣水合物識(shí)別的地質(zhì)地球化學(xué)標(biāo)志，確定海底淺層水合物發(fā)育的有利部位，對(duì)水合物巖芯樣品的沉積層進(jìn)行相關(guān)地質(zhì)地球化學(xué)綜合分析測(cè)試，研究水合物層的地質(zhì)地球化學(xué)響應(yīng)機(jī)理。（4）室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)M：結(jié)合南海地質(zhì)環(huán)境、沉積物特點(diǎn)和氣源特征，模擬研究滲漏型天然氣水合物形成的溫度和壓力條件及動(dòng)力學(xué)過(guò)程，確定滲漏型水合物形成條件與成藏機(jī)制。3與國(guó)內(nèi)外同類研究相比本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)與特色（1）本項(xiàng)目是在我們提出的bsr發(fā)育的擴(kuò)散型和bsr不發(fā)育的滲漏型水合物的分類基礎(chǔ)上，針對(duì)南海北部陸緣新生代構(gòu)造和巖漿活動(dòng)頻繁、陸坡滑塌構(gòu)造發(fā)育、區(qū)域熱流高（平均約75w/2）、盆地內(nèi)熱解氣

17、和淺層生物氣豐富、水合物飽和度高、天然氣成分集中等獨(dú)特的區(qū)域地質(zhì)背景和油氣地質(zhì)特征，研究滲漏型天然氣水合物的產(chǎn)出特征、形成機(jī)制和識(shí)別方法，以期在滲漏型天然氣水合物成藏理論方面取得重大突破。（2）本項(xiàng)目以南海北部具有特殊分布特征的的天然氣水合物(滲漏型)為重點(diǎn)研究對(duì)象,而傳統(tǒng)的研究主要關(guān)注以bsr發(fā)育的擴(kuò)散型天然氣水合物。由于滲漏型水合物具有氣體向海底泄漏的特點(diǎn),水合物體系是水-水合物-游離氣的三相非平衡體系。因此，項(xiàng)目將應(yīng)用綜合研究方法尋找與海底淺層流體向上快速遷移有關(guān)的局部特定地質(zhì)構(gòu)造（如泥火山等），特別是強(qiáng)調(diào)淺剖、海底回聲探測(cè)等能快速發(fā)現(xiàn)滲漏區(qū)、精確刻畫海底淺層地質(zhì)構(gòu)造的新技術(shù)應(yīng)用。而傳統(tǒng)

18、地震地球物理方法則重視埋藏相對(duì)較深的、連片分布的bsr的識(shí)別。因此，本項(xiàng)目在研究對(duì)象、內(nèi)容和研究方法上顯著區(qū)別于以往國(guó)內(nèi)天然氣水物的調(diào)查研究。4取得重大突破的可行性分析本項(xiàng)目的難點(diǎn)是滲漏區(qū)發(fā)育位置的確定和滲漏區(qū)天然氣水合物能否大規(guī)模成藏，一旦這些難點(diǎn)獲得解決，必然是我國(guó)天然氣水合物理論研究、實(shí)際調(diào)查工作及樣品采集的重大突破。解決這些難點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)重大突破的有利條件有：(1) 前期工作積累豐富、基礎(chǔ)扎實(shí)2002年以來(lái)，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局組織實(shí)施了“我國(guó)海域天然氣水合物資源調(diào)查與評(píng)價(jià)”國(guó)家專項(xiàng)，重點(diǎn)選擇了南海北部陸坡西沙海槽、神狐、東沙及瓊東南等四個(gè)海域，分層次地開展了天然氣水合物資源調(diào)查評(píng)價(jià)，取得了大量

19、地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)資料，系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了深層-淺層-表層的地球物理、地球化學(xué)、地質(zhì)和生物等多層次、多信息異常標(biāo)志，充分證實(shí)南海北部陸坡存在天然氣水合物。2007年4-6月，在南海北部陸坡實(shí)施天然氣水合物鉆探，獲得大量深部沉積物、水合物、氣體和孔隙水樣品及地球物理、地球化學(xué)測(cè)井和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析資料，為確定天然氣水合物存在的位置、深度、產(chǎn)狀、規(guī)模和性質(zhì)，分析天然氣水合物的成因、烴類來(lái)源及bsr下伏游離氣及其性質(zhì)，探討微生物活動(dòng)和深部裂解氣供給及其對(duì)天然氣水合物形成和分解的影響提供重要的第一手基礎(chǔ)資料，并配套開展了前期的相應(yīng)調(diào)查技術(shù)方法研究，可為項(xiàng)目的開展奠定基礎(chǔ)。項(xiàng)目組已開展了天然氣水合物相關(guān)的中科

20、院知識(shí)創(chuàng)新、國(guó)家自然科學(xué)基金等各類基礎(chǔ)研究項(xiàng)目。通過(guò)近幾年的研究，獲得了系列創(chuàng)新研究成果。其中提出了海洋天然氣水合物的分類及滲漏型天然氣水合物的概念；建立了滲漏天然氣沉淀水合物的動(dòng)力學(xué)模型；識(shí)別了有利于天然氣滲漏活動(dòng)的海底構(gòu)造特征和地球物理異常；通過(guò)遙感確定了滲漏在海面形成的油漬異常，初步確定了南海北部多個(gè)滲漏活動(dòng)區(qū)；發(fā)現(xiàn)了南海天然氣滲漏作用形成的冷泉碳酸鹽巖及冷泉生物群；開展了水合物的熱力學(xué)和生長(zhǎng)過(guò)程的模擬實(shí)驗(yàn)研究，在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)水合物的分形生長(zhǎng)特性，并在天然氣水合物相平衡理論研究取得了處于國(guó)際前沿的成果，這些成果已在國(guó)際地學(xué)一流刊物jgr等發(fā)表。為本項(xiàng)目的順利完成積累了大量基礎(chǔ)資料。（2

21、）研究隊(duì)伍優(yōu)勢(shì)明顯、技術(shù)支撐強(qiáng)大項(xiàng)目組織了國(guó)內(nèi)從事天然氣水合物基礎(chǔ)研究的科研人員。項(xiàng)目組成員來(lái)自國(guó)土資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局、中國(guó)科學(xué)院、教育部、中國(guó)海洋石油總公司、國(guó)家海洋局，具有高級(jí)職稱和博士學(xué)位，部分為中國(guó)科學(xué)院、國(guó)土資源部百名人才計(jì)劃入選者和國(guó)家杰出青年基金獲得者，研究能力強(qiáng)，學(xué)科領(lǐng)域廣（海洋地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)、石油天然氣地質(zhì)學(xué)、化學(xué)、工程熱物理、能源工程等學(xué)科），大多數(shù)有過(guò)或正在與國(guó)外開展天然氣水合物的合作研究，在國(guó)際水合物研究領(lǐng)域占有一席之地。目前中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局和中國(guó)科學(xué)院擁有八艘科學(xué)綜合調(diào)查和采樣考察船，具備完成海上工作能力。本項(xiàng)目的參加單位有多年的天然氣水合物研究積累，擁

22、有與本項(xiàng)目研究有關(guān)的部門、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室包括中國(guó)科學(xué)院廣州天然氣水合物研究中心、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局海洋石油天然氣地質(zhì)研究中心、中國(guó)科學(xué)院邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家海洋局海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)海洋石油總公司深海研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等，具備先進(jìn)的室內(nèi)天然氣水合物合成實(shí)驗(yàn)?zāi)M設(shè)備、開展地球物理數(shù)據(jù)分析的工作站、進(jìn)行地質(zhì)、地球化學(xué)分析測(cè)試的先進(jìn)儀器，為項(xiàng)目實(shí)施提供了所需的“硬件”和“軟件”設(shè)施。 （3）國(guó)際合作渠道廣泛、前景廣闊項(xiàng)目研究人員已與美、德、日、俄、加等進(jìn)行合作研究，了解國(guó)際前沿和發(fā)展現(xiàn)狀，與國(guó)際上天然氣水合物研究著名科學(xué)家如美國(guó)的sloan教授、日本的松本良、mori教

23、授、德國(guó)的suess教授等保持著密切的交流與合作。同時(shí)擬申請(qǐng)項(xiàng)目邀請(qǐng)了海外杰出的華人水合物研究科學(xué)家美國(guó)的徐文躍、加拿大的盧海龍參加我們的項(xiàng)目研究，他們二人均以每年回國(guó)3個(gè)月的工作時(shí)間分別受聘于中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所和廣州能源研究所（中國(guó)科學(xué)院廣州天然氣水合物研究中心），這將更有利于開展國(guó)際合作，拓展項(xiàng)目組的視野。5課題設(shè)置根據(jù)上述總體研究思路和技術(shù)路線，圍繞擬解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題、主要研究?jī)?nèi)容和總體目標(biāo)，本項(xiàng)目共設(shè)置了8個(gè)課題：課題一：南海北部天然氣水合物成藏的氣源條件研究課題二：南海北部天然氣水合物成藏的地質(zhì)條件研究課題三：南海北部天然氣水合物成藏的溫壓條件研究課題四：南海北部天然氣水

24、合物成藏演化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究課題五：南海北部天然氣水合物的地球物理異常特征研究課題六：南海北部天然氣水合物的地球化學(xué)異常特征研究課題七：天然氣水合物開采中的多相流動(dòng)機(jī)理和相關(guān)基礎(chǔ)理論研究課題八：南海北部天然氣水合物成藏機(jī)制和富集規(guī)律研究課題一：南海北部天然氣水合物成藏的氣源條件研究研究目標(biāo)：確定南海北部形成滲漏型天然氣水合物的氣源類型、特征及來(lái)源。研究?jī)?nèi)容：研究南海北部滲漏區(qū)海底沉積物吸附烴類氣體、孔隙水溶解氣體、游離氣體、滲漏區(qū)上覆水體（羽狀體）中的溶解氣、滲漏系統(tǒng)內(nèi)自生礦物包裹體氣體等的成分及同位素特征，確定滲漏天然氣組成特征、成因類型、來(lái)源及氣源潛力；研究斷裂裂隙構(gòu)造、底辟構(gòu)造、海底扇、

25、海底滑塌體等對(duì)烴類氣體輸導(dǎo)體系的控制與影響，探討深部熱解氣的運(yùn)移途徑及其富集機(jī)理；研究不同來(lái)源烴類氣體對(duì)滲漏型天然氣水合物成藏的貢獻(xiàn)和非烴類氣體對(duì)滲漏型水合物成藏的可能影響。 承擔(dān)單位：中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所課題負(fù)責(zé)人：祝有海（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所）經(jīng)費(fèi)比例：10%。課題二：南海北部天然氣水合物成藏的地質(zhì)條件研究研究目標(biāo)：確定滲漏型天然氣水合物發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境及在南海北部的發(fā)育有利區(qū)。研究?jī)?nèi)容：分析南海北部深水陸坡區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、沉積體系、斷裂體系、巖漿活動(dòng)特征，圈定有利于滲漏構(gòu)造發(fā)育的區(qū)域；分析天然氣水合物淺表層存在與分解的構(gòu)造標(biāo)志，構(gòu)造地貌、淺地層

26、結(jié)構(gòu)等，研究南海北部大陸坡特殊地質(zhì)構(gòu)造，如活動(dòng)斷層、底辟構(gòu)造、泥火山、海底扇、海底滑塌體，對(duì)滲漏型水合物形成和分布的影響；分析南海北部陸坡晚新生代以來(lái)古海洋環(huán)境(冰期和間冰期)變化與構(gòu)造發(fā)育規(guī)律與形成演化，研究其對(duì)流體活動(dòng)和滲漏型水合物成藏的控制；分析不同古海洋和構(gòu)造環(huán)境下沉積體系與沉積相形成的地質(zhì)特征與過(guò)程，研究物源供給、沉積速率與負(fù)載沉降之間的相互作用，沉降速率與可容納空間之間、沉積物通量與沉積速率之間、沉積速率與沉積作用之間的內(nèi)在聯(lián)系，沉積屬性和微結(jié)構(gòu)特征與孔隙度和滲透性的關(guān)系等，進(jìn)而探討沉積物與沉積作用對(duì)水合物成藏的地質(zhì)效應(yīng)，建立滲漏型水合物成藏的沉積模式。承擔(dān)單位：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京

27、)、廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局課題負(fù)責(zé)人：蘇新（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)）經(jīng)費(fèi)比例：10%。課題三：南海北部天然氣水合物成藏的溫壓條件研究研究目標(biāo)：確定南海北部滲漏型天然氣水合物發(fā)育的溫壓環(huán)境，建立南海北部地質(zhì)環(huán)境條件下滲漏型水合物多相體系的熱力學(xué)模型。研究?jī)?nèi)容：研究南海北部熱流背景、晚新生代以來(lái)熱演化史及其與天然氣水合物之間的內(nèi)在聯(lián)系；分析南海北部熱流數(shù)據(jù)，建立淺層高精度地溫分布模式，確定高熱流分布區(qū)及其產(chǎn)生機(jī)制，探討高熱流對(duì)滲漏型水合物的影響；測(cè)定南海北部多種氣源類型（淺層生物甲烷氣、深部熱解成因c1-c5烴類氣及co2和n2非烴氣）復(fù)雜氣體組成的水合物體系形成溫壓條件，研究多種海底沉積物類型對(duì)水合物

28、生成溫度和壓力的影響，測(cè)定游離甲烷-水-水合物平衡體系的甲烷溶解度，建立南海北部地質(zhì)環(huán)境條件下多相體系的熱力學(xué)模型。承擔(dān)單位：中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局課題負(fù)責(zé)人：郭光軍（中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所）經(jīng)費(fèi)比例：10%。課題四：南海北部天然氣水合物成藏演化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程研究研究目標(biāo)：確定南海北部復(fù)雜氣源多相體系游離天然氣形成水合物的過(guò)程，建立滲漏型水合物成藏理論。研究?jī)?nèi)容：模擬南海北部海底滲漏系統(tǒng)的地質(zhì)環(huán)境和氣源條件，在天然氣-水-固（人工和天然多孔介質(zhì)及海底沉積物）三相介質(zhì)中，進(jìn)行滲漏游離天然氣生成水合物的可視化研究，觀測(cè)天然氣向水合物轉(zhuǎn)化過(guò)程中的成核、生長(zhǎng)、聚集等特

29、征，描述天然氣水合物生成過(guò)程的熱、質(zhì)傳遞規(guī)律，測(cè)定沉積物中水合物生成速度及轉(zhuǎn)化率，研究導(dǎo)熱系數(shù)、聲速、電導(dǎo)率等水合物物性參數(shù)的變化特征，建立組成復(fù)雜的天然氣-水-沉積物-水合物的多相體系中水合物生成動(dòng)力學(xué)理論，探討影響因素，并建立相關(guān)的計(jì)算模型，承擔(dān)單位：中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所、中國(guó)石油大學(xué)(北京) 課題負(fù)責(zé)人：梁德青(中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所) 經(jīng)費(fèi)比例：10%。課題五：南海北部天然氣水合物的地球物理異常特征研究研究目標(biāo)：確定南海北部天然氣滲漏及水合物發(fā)育區(qū)的地球物理異常特征，深入認(rèn)識(shí)其異常的形成機(jī)理，建立滲漏型水合物的地球物理有效識(shí)別方法體系。研究?jī)?nèi)容：研究泥火山、淺表層斷裂、麻坑等含游

30、離氣和水合物的沉積體在不同地球物理方法獲得的資料上的表現(xiàn)特征，研究天然氣滲漏活動(dòng)在水體中及與海表面形成的異常特征；針對(duì)滲漏型天然氣水合物儲(chǔ)層特性，開展地震多參數(shù)反演方法理論研究，通過(guò)地震高分辨速度分析與全波形反演等方法，研究地層高分辨率的速度、彈性參數(shù)、衰減參數(shù)等結(jié)構(gòu)，分析水合物、游離氣的分布特征，建立地層物性參數(shù)與地球物理響應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，地球物理響應(yīng)與水合物和游離氣含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，及其地球物理異常機(jī)理；建立一套有效識(shí)別滲漏型天然氣水合物的地球物理方法體系。承擔(dān)單位：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）、廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局課題負(fù)責(zé)人：劉學(xué)偉（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）經(jīng)費(fèi)比例：10%。課題六：南海北部天然氣水合物的

31、地球化學(xué)異常特征研究研究目標(biāo)：確定南海北部天然氣滲漏及水合物發(fā)育區(qū)的地球化學(xué)、特異生物群活動(dòng)過(guò)程和異常特征，深入認(rèn)識(shí)其異常的形成機(jī)理，建立滲漏型水合物產(chǎn)出的地球化學(xué)有效識(shí)別方法體系。研究?jī)?nèi)容：研究南海烴類滲漏與co2、n2非烴滲漏的沉積和環(huán)境特征；分析測(cè)定指示海底滲漏活動(dòng)形成的淺表層沉積物的自生礦物（自生碳酸鹽、硫酸鹽、硫化物等）的種類、形態(tài)特征及其碳、氧和硫同位素組成，建立與滲漏型水合物成藏之間的響應(yīng)機(jī)理；開展水合物區(qū)海底沉積物和孔隙水地球化學(xué)研究，確定沉積地球化學(xué)響應(yīng)特征及形成機(jī)理，提取與水合物相關(guān)的地球化學(xué)響應(yīng)信息；研究與烴滲漏相關(guān)的生物群特征、生物地球化學(xué)記錄，建立水合物的生物地球化學(xué)

32、響應(yīng)機(jī)理；建立一套有效識(shí)別滲漏型天然氣水合物的地球化學(xué)方法體系。承擔(dān)單位：中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所課題負(fù)責(zé)人：吳能友（中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所）經(jīng)費(fèi)比例：12%。課題七：天然氣水合物開采中的多相流動(dòng)機(jī)理和相關(guān)基礎(chǔ)理論研究研究目標(biāo)：建立南海北部滲漏型天然氣水合物開采過(guò)程中的多相流動(dòng)機(jī)理和滲流控制模式，探索開采相關(guān)的基礎(chǔ)理論。研究?jī)?nèi)容：開展水合物動(dòng)態(tài)分解過(guò)程中水合物藏參數(shù)、含水合物的沉積物熱力學(xué)參數(shù)的測(cè)量方法和手段的研究，建立水合物基礎(chǔ)物性的測(cè)量手段和理論分析方法；研究天然氣水合物分解過(guò)程中天然氣、水合物、水、冰、砂等多相、多組分的相態(tài)變化過(guò)程，通過(guò)對(duì)南海北部典型水合物區(qū)域沉積物的相態(tài)變化

33、規(guī)律研究，獲得影響沉積物中水合物相態(tài)的主要因素，對(duì)后面深入研究天然氣水合物分解過(guò)程中多相流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)規(guī)律提供重要的理論依據(jù)；天然氣水合物開采中存在著天然氣、水合物、水、冰、砂等多相、多組分的多相流動(dòng)與滲流過(guò)程，同時(shí)伴隨著多相滲流的傳熱和傳質(zhì)過(guò)程，初步建立水合物分解過(guò)程中多相流動(dòng)及傳熱、傳質(zhì)過(guò)程的控制因素，為今后天然氣水合物開采奠定基礎(chǔ)；開展開發(fā)過(guò)程水合物分解的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，為水合物開采技術(shù)方案的選擇提供理論基礎(chǔ)。承擔(dān)單位：中海石油研究中心、中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所課題負(fù)責(zé)人：喻西崇（中海石油研究中心）經(jīng)費(fèi)比例：8%。課題八：南海北部天然氣水合物成藏機(jī)制和富集規(guī)律研究研究目標(biāo)：建立南海北

34、部滲漏型天然氣水合物的成藏模式，探索成藏機(jī)制和富集規(guī)律，集成一套有效識(shí)別滲漏型天然氣水合物的地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理方法體系。研究?jī)?nèi)容：綜合分析南海北部滲漏型天然氣水合物形成產(chǎn)出的沉積、構(gòu)造、溫壓、氣源條件以及地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)異常特征，建立南海北部滲漏型天然氣水合物的成藏模式和識(shí)別標(biāo)志，確定其在南海北部的富集規(guī)律。協(xié)調(diào)各課題之間綜合研究和新技術(shù)、新方法的應(yīng)用，組織實(shí)施海上航次綜合調(diào)查、數(shù)據(jù)和樣品的采樣。承擔(dān)單位：廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局、中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所課題負(fù)責(zé)人：楊勝雄（廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局）經(jīng)費(fèi)比例：10%+ 15%(航次費(fèi)用) + 5%(首席科學(xué)家協(xié)調(diào)組織費(fèi)和調(diào)控費(fèi))。6課題

35、間的關(guān)系課題一、二、三的研究?jī)?nèi)容是本項(xiàng)目研究的基礎(chǔ)，其中課題一研究水合物成藏的物質(zhì)基礎(chǔ)-氣源；課題二、三研究水合物成藏的環(huán)境條件。上述研究成果既為課題四提供實(shí)驗(yàn)?zāi)M條件，也可為課題八進(jìn)行水合物成藏機(jī)制和富集規(guī)律研究提供基礎(chǔ)資料。課題四重點(diǎn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究天然氣形成水合物的條件和過(guò)程，為課題七建立水合物成藏理論提供依據(jù)。課題五、六主要是研究天然氣水合物的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)特征，建立該類水合物的綜合識(shí)別方法，為課題八進(jìn)行水合物富集規(guī)律研究提供基礎(chǔ)。課題七運(yùn)用前述各課題成果，開展水合物開采中的多相流動(dòng)機(jī)理和相關(guān)基礎(chǔ)理論研究，為南海北部天然氣水合物開發(fā)方法研究提供依據(jù)。課題八是項(xiàng)目的綜合課

36、題，對(duì)課題一至七的綜合與總結(jié)，建立南海北部滲漏型天然氣水合物的成藏理論、綜合識(shí)別方法體系和富集規(guī)律，并提出開采的基礎(chǔ)方法。八個(gè)課題相互協(xié)作有序開展，能夠最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目提出的四個(gè)科學(xué)目標(biāo)，通過(guò)項(xiàng)目人才培養(yǎng)和論文考核指標(biāo)。建立南海北部陸坡天然氣水合物成藏理論及更深層次的綜合識(shí)別方法，研究南海北部陸坡水合物富集規(guī)律，為我國(guó)天然氣水合物資源勘查、評(píng)價(jià)提供深入有效的基礎(chǔ)理論指導(dǎo)，為水合物資源的最終開發(fā)利用作出重要貢獻(xiàn)。四、年度計(jì)劃研究?jī)?nèi)容預(yù)期目標(biāo)第一年1 對(duì)南海已有的地質(zhì)、地球物理調(diào)查資料和樣品進(jìn)行針對(duì)性的重新處理、分析、測(cè)試和研究，重點(diǎn)利用南海北部陸坡水合物鉆探資料，淺表層樣品以及地球物理數(shù)據(jù)，開展區(qū)域?qū)Ρ确治龊途饘?duì)比研究，結(jié)合遙感分析，圈定有利海底天然氣水合物發(fā)育的重點(diǎn)海域；2 在重點(diǎn)海域開展海上航次補(bǔ)充調(diào)查，利用地震、淺剖、電火花、重力、磁力、熱流等地球物理探測(cè)技術(shù)，研究局部地質(zhì)環(huán)境和地球物理異常特征，對(duì)典型