國(guó)內(nèi)外海洋天然氣水合物勘探與探測(cè)技術(shù)方法研究報(bào)告

1、-. z國(guó)內(nèi)外海洋天然氣水合物勘探與探測(cè)技術(shù)方法研究江飛14地質(zhì)工程 21140433001摘要:21世紀(jì)是開(kāi)發(fā)利用海洋的新時(shí)代，海洋將為人類社會(huì)可持續(xù)開(kāi)展做出越來(lái)越大的奉獻(xiàn)。我國(guó)是一個(gè)人口眾多、資源相對(duì)缺乏的開(kāi)展中國(guó)家.能源短缺是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)開(kāi)展的瓶頸之一。能源平安已成為國(guó)家三大經(jīng)濟(jì)平安問(wèn)題之首。開(kāi)展海域天然氣水合物資源的勘探開(kāi)發(fā)，是緩解能源、資源供需矛盾的重要途徑。天然氣水合物(俗稱可燃冰)具有能量密度高、分布廣、埋深淺、成藏物化條件好、清潔環(huán)保等特點(diǎn)，是未來(lái)石油天然氣的理想接替能源。我國(guó)的南海及東海廣闊地區(qū)具有天然氣水合物形成所需的物源、溫壓及地質(zhì)構(gòu)造等成礦條件，資源前景廣闊。本文

2、概述了國(guó)外天然氣水合物調(diào)查研究的進(jìn)展情況，介紹了我國(guó)在天然氣水合物調(diào)查研究的歷史、工作過(guò)程及日前取得的進(jìn)展，并提出我國(guó)天然氣水合物調(diào)查研究中存在的主要問(wèn)題。關(guān)鍵詞:天然氣水合物;勘探技術(shù)方法；研究存在問(wèn)題0引言在世界資源儲(chǔ)藏不斷枯竭、生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重、資源競(jìng)爭(zhēng)日趨劇烈的今天，天然氣水合物已引起越來(lái)越多專家學(xué)者和政府的廣泛關(guān)注和高度重視。20世紀(jì)70年代以來(lái)，在各國(guó)政府的高度重視下，天然氣水合物的研究得到快速開(kāi)展，美國(guó)、日本、俄羅斯、加拿大、英國(guó)、挪威、德國(guó)、印度、巴西等國(guó)家相繼投入巨資進(jìn)展海洋天然氣水合物調(diào)查與研究，其中美國(guó)、日本、印度等將其列入國(guó)家級(jí)研究開(kāi)發(fā)方案，對(duì)天然氣水合物的物化性質(zhì)、產(chǎn)

3、出條件、分布規(guī)律、勘查技術(shù)、開(kāi)采工藝方法、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)及開(kāi)采應(yīng)用可能造成的環(huán)境影響等進(jìn)展了廣泛而深入地研究。我國(guó)是一個(gè)人口眾多、資源相對(duì)缺乏的開(kāi)展中國(guó)家，能源短缺是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的瓶頸之一。2005年原油進(jìn)口超過(guò)1.2億噸，列居世界第二;預(yù)計(jì)到2020年，進(jìn)口將占到50%。能源平安已經(jīng)成為國(guó)家三大經(jīng)濟(jì)平安問(wèn)題之一，尋找新的能源，調(diào)整能源構(gòu)造已成為當(dāng)前面臨的重要任務(wù)。 天然氣水合物具有能量密度高、分布廣、埋深淺、成藏物化條件好、清潔環(huán)保等特點(diǎn)，是石油天然氣的理想接替能源。我國(guó)的南海陸坡、陸隆區(qū)及東海沖繩海槽地區(qū)區(qū)域沉降劇烈，沉積速率大，海洋有機(jī)物沉積十分豐富，具有天然氣水合物形成所需的物源、溫壓及

4、地質(zhì)構(gòu)造等成礦條件，資源前景廣闊，有望成為今后我國(guó)新的替代能源，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)十一五開(kāi)展規(guī)劃已將天然氣水合物資源作為保障石油平安的重要組成局部。就海域天然氣水合物資源勘探技術(shù)而言，由于天然氣水合物具有氣測(cè)靈敏高、埋藏水深大、礦體無(wú)規(guī)則、礦相標(biāo)志多等特點(diǎn)。因此，采取包括地球物理、地球化學(xué)及地質(zhì)微生物等多種方法技術(shù)進(jìn)展綜合勘探，以獲取與天然氣水合物相關(guān)的多信息指相標(biāo)志。近二十年來(lái)，通過(guò)深海鉆探取樣驗(yàn)證，在美國(guó)的布萊克海臺(tái)、俄勒崗一卡斯凱迪亞水合物脊、日本南海海槽等幾個(gè)綜合研究程度高的經(jīng)典地區(qū)獲得了天然氣水合物樣品，不僅證實(shí)了天然氣水合物的存在，還取得了有關(guān)天然氣水合物賦存規(guī)律、屬性特征等實(shí)質(zhì)性的突破

5、，發(fā)現(xiàn)豐富的天然氣水合物資源。這些發(fā)現(xiàn)更進(jìn)一步證實(shí)地球物理、地球化學(xué)及地質(zhì)微生物綜合勘探是行之有效的。總之，在地球物理一地球化學(xué)勘查的根底上，適時(shí)通過(guò)鉆探、采樣是目前天然氣水合物勘探遵循的根本勘探程序。我國(guó)積極跟蹤國(guó)際海域天然氣水合物勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)，積極開(kāi)展天然氣水合物探測(cè)技術(shù)研究，研發(fā)天然氣水合物資源區(qū)域找礦的地震、地球化學(xué)綜合探測(cè)技術(shù)，力求在區(qū)域上發(fā)現(xiàn)天然氣水合物各類異常信息標(biāo)志，近年來(lái)研究成果已成功地應(yīng)用于我國(guó)海域天然氣水合物資源調(diào)查與評(píng)價(jià)工作中，在南海北部陸坡獲得了天然氣水合物存在的多信息證據(jù)，圈定了天然氣水合物勘探遠(yuǎn)景區(qū)，取得了顯著效果。隨著我國(guó)天然氣水合物勘探工作的持續(xù)深入開(kāi)展，其勘

6、探開(kāi)發(fā)也將從天然氣水合物遠(yuǎn)景區(qū)勘探發(fā)現(xiàn)進(jìn)入到成礦區(qū)帶及勘探目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)。十一五期間，漸開(kāi)發(fā)天然氣水合物成礦區(qū)帶目標(biāo)的高精度地震關(guān)鍵探測(cè)技術(shù)，圈定天然氣水合物成礦區(qū)帶，為海域天然氣水合物資源整體評(píng)價(jià)、圈定目標(biāo)區(qū)及天然氣水合物礦田開(kāi)發(fā)后備基地提供高技術(shù)支撐，并帶動(dòng)我國(guó)海域天然氣水合物資源的高效開(kāi)發(fā)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展，有效緩解經(jīng)濟(jì)開(kāi)展與能源短缺的矛盾，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)開(kāi)展做出重大奉獻(xiàn)，這無(wú)疑對(duì)國(guó)家的石油平安、經(jīng)濟(jì)開(kāi)展、技術(shù)創(chuàng)新都將具有重大的意義。國(guó)外天然氣水合物勘探研究現(xiàn)狀1965年，蘇聯(lián)在西伯利亞的的永久凍土中首次發(fā)現(xiàn)天然產(chǎn)出的天然氣水合物。1971年，美國(guó)在其東海岸大陸邊緣利用地震反射剖面發(fā)現(xiàn)了具有水合物

7、標(biāo)志的BSR(擬海底反射層)。20世紀(jì)70年代以來(lái)，美國(guó)、日本、加拿大、俄羅斯、挪威、德國(guó)、印度、巴西等國(guó)相繼投入大量資金進(jìn)展天然氣水合物調(diào)查研究。1979年，國(guó)際深海鉆探方案(DSDP)在大西洋和太平洋中直接發(fā)現(xiàn)了海底天然氣水合物。從此以后，揭開(kāi)了人類全面進(jìn)展陸地及海洋天然氣水合物調(diào)查研究的序幕。從2001年開(kāi)場(chǎng)，美國(guó)、加拿大、日本、中國(guó)、俄羅斯及印度等國(guó)都進(jìn)一步加大了對(duì)水合物資源的勘查調(diào)研究的投資力度，并開(kāi)場(chǎng)了對(duì)水合物開(kāi)發(fā)工藝的研究和開(kāi)采試驗(yàn)。為了獲得水合物鉆探取樣的施工經(jīng)歷和驗(yàn)證加拿大Mackenzine凍土區(qū)天然氣水合物異常，1998年，加拿大地質(zhì)調(diào)查局負(fù)責(zé)組織，美國(guó)、日本參與鉆探施工

8、的名為Mal1ik2L38測(cè)試井，深度達(dá)1150m取出局部水合物巖心樣品證實(shí)了天然氣水合物的存在，實(shí)現(xiàn)了對(duì)陸域凍土天然氣水合物認(rèn)識(shí)上的飛躍。此后，加拿大地質(zhì)調(diào)查局又聯(lián)合德國(guó)、印度和ICDP等國(guó)家和國(guó)際組織，于2002年在該地區(qū)再次進(jìn)展了Ma11ik5L38井鉆探取樣和試開(kāi)采施工工程，并成功開(kāi)展了開(kāi)采試驗(yàn)。2004年12月，在日本千葉舉行了該工程的階段性成果總結(jié)會(huì)。來(lái)自工程參與國(guó)家及非工程參與國(guó)的100多位科學(xué)家參加了成果總結(jié)和學(xué)術(shù)交流會(huì)議。為了未來(lái)能夠開(kāi)發(fā)利用陸地凍土天然氣水合物，加拿大地調(diào)局于20072008年，又組織有關(guān)國(guó)家在Mallik進(jìn)展了代號(hào)Mallik 2007及Mallik 20

9、08的開(kāi)采試驗(yàn)研究。2007年共進(jìn)展了17 h的開(kāi)采試驗(yàn)，2008年又連續(xù)進(jìn)展了6天的開(kāi)采試驗(yàn)，都采用了降壓開(kāi)采方法。開(kāi)采試驗(yàn)的層段為1093 1105 m。在2008年的6天連續(xù)開(kāi)采試驗(yàn)中，平均每天的采氣量為2000 m。從20042008年，加拿大、美國(guó)及日本等國(guó)家一直在對(duì)Mallik凍土水合物進(jìn)展開(kāi)采試驗(yàn)及環(huán)境等方面的研究，并曾相繼發(fā)布兒十份有關(guān)研究進(jìn)展報(bào)告。日本是進(jìn)展水合物調(diào)查研究最積極的國(guó)家，從1998年開(kāi)場(chǎng)，在日本經(jīng)濟(jì)貿(mào)易省的領(lǐng)導(dǎo)下，每年投入60億日元，有20多個(gè)機(jī)構(gòu)200多位科學(xué)家參與天然氣水合物的調(diào)查研究，1999年日本利用美國(guó)Transocean Inc:公司管理的JOIDE

10、S Resolution深水鉆井船首次在其南海海槽( Nankai Trough)實(shí)施海洋天然氣水合物取樣鉆探施工，取得了一定的進(jìn)展。2004年1月18日一5月18日，日本在其南海槽再次租用美國(guó)Traneocean Inc:公司的JOIDES Resolu-tion深水鉆井船，在水深20332772 m進(jìn)展了世界上最大規(guī)模的海洋水合物取樣鉆探施工，完成了32口水合物鉆探取樣孔，對(duì)該海域水合物資源進(jìn)展了全面調(diào)查評(píng)價(jià)，并進(jìn)展了開(kāi)采試驗(yàn)研究。2006年，印度租用美國(guó)JOIDES Resolution深水鉆井以及挪威Fugro公司的取樣鉆具完成了21口天然氣水合物取心鉆探井，并取出了天然氣水合物巖心樣

11、品，在印度天然氣水合物勘探方面取得了突破性進(jìn)展。迄今，ODP是世界上完成海洋天然氣水合物鉆探取樣調(diào)查評(píng)價(jià)次數(shù)最多國(guó)際機(jī)構(gòu)，曾先后完成了Leg124, Leg139,Leg141, Leg146, Leg164, Leg196,Leg204及DDP的Leg311等航次的天然氣水合物鉆探取樣的調(diào)查評(píng)價(jià)工作。另外，美國(guó)、挪威、歐盟等國(guó)家也在相關(guān)海域進(jìn)展了天然氣水合物鉆探取樣調(diào)查評(píng)價(jià)工作。目前韓國(guó)正在進(jìn)展海洋水合物調(diào)查取樣鉆探施工的準(zhǔn)備工作，已于2011年進(jìn)展鉆探取樣施工。目前在天然氣水合物鉆探取樣技術(shù)方面，在海域，除了具有滿足深水鉆探施工的鉆井船外，在取樣及取樣工藝方面，要求取樣鉆具要盡可能地保持水

12、合物的原始狀態(tài)，因此，國(guó)內(nèi)外一些專業(yè)機(jī)構(gòu)在不斷研發(fā)鉆探取樣過(guò)程中可以保持水合物原始狀態(tài)的保溫保壓取樣鉆具(PTCS )。在水合物發(fā)現(xiàn)與識(shí)別方面，在海洋，人們通過(guò)海底擬反射層(BSR)初步判定海底是否有可能存在天然氣水合物，但在陸域永久凍土區(qū)，人們還沒(méi)有一種找到一種較準(zhǔn)確確實(shí)定水合物是否存在或水合物異常的方法。最新得到的有關(guān)信息說(shuō)明，美國(guó)、加拿大及日本原方案2015 2016年對(duì)其外鄉(xiāng)的天然氣水合物進(jìn)展商業(yè)開(kāi)采，但目前由于資源量及開(kāi)采技術(shù)還存在一些技術(shù)問(wèn)題，所以商業(yè)開(kāi)采的時(shí)問(wèn)可能要向后推遲。美國(guó)和加拿大可能要推遲到2025年左右。目前在天然氣水合物調(diào)查研究方面取得最終突破的技術(shù)環(huán)節(jié)之一是開(kāi)發(fā)出能

13、鉆獲并保持水合物樣品原始狀態(tài)的鉆具及施工技術(shù)。多年來(lái)國(guó)外許多機(jī)構(gòu)相繼開(kāi)展天然氣水合物鉆探取樣鉆具的研究，除了日本與美國(guó)合作開(kāi)發(fā)的保壓保溫取心系統(tǒng)(Pressure&Temperahzre Coring System-PTCS)鉆具外，目前在天然氣水合物保壓取心鉆具研究取得進(jìn)展的還有ODP的ODP一PCS及深海鉆探方案的DSDP -PC B保壓取心鉆具、美國(guó)Christen sen公司的PCB保壓取心鉆具、美國(guó)PCBB1保壓取心鉆具、ESSO -PC B保壓取心鉆具、挪威Fugro公司的FPC保壓取心鉆具、歐盟的HRC保壓取心鉆具等。目前上述保壓取心鉆具有的看到實(shí)際應(yīng)用情況的報(bào)道，有的沒(méi)有實(shí)際應(yīng)

14、用情況的報(bào)道，但從實(shí)際應(yīng)用的效果看，都不十分理想。 經(jīng)過(guò)一些國(guó)家和國(guó)際機(jī)構(gòu)的不斷努力，迄今在地球上層先后發(fā)現(xiàn)了130多處天然氣水合物成礦點(diǎn)為人類不斷探索和開(kāi)發(fā)利用新型接替能源提供新的希望。全球有可能存在天然氣水合物及已經(jīng)鉆取水合物樣品的分布圖如圖1所示。圖1全球可能有水合物存在及已經(jīng)鉆取水合物樣品的分布圖2中國(guó)海域天然氣水合物勘探研究新進(jìn)展2.1中國(guó)開(kāi)展天然氣水合物勘探研究的歷程中國(guó)開(kāi)展水合物勘探研究只有17年的時(shí)間。在中國(guó)天然氣水合物勘探研究的歷程中，以下事件表1中國(guó)天然氣水合物資源量預(yù)測(cè)表具有代表性。(1) 1990年，中國(guó)科學(xué)院開(kāi)展了合成甲烷水合物實(shí)驗(yàn)，取得成功。(2) 1997年，中國(guó)

15、地質(zhì)科學(xué)院吳必豪等人完成了西太平洋氣體水合物找礦前景與方法的調(diào)研課題，認(rèn)為我國(guó)東海和南海，具備天然氣水合物的成藏條件和找礦前景。(3) 1998年，中國(guó)與美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)簽署諒解備忘錄，正式以六分之一成員國(guó)身份參加大洋鉆探方案。(4) 1999年春，以中國(guó)科學(xué)家為主的ODP 184航次在南海實(shí)施鉆探，巖心分析顯示有天然氣水合物存在的氯異常。1999年10月，*海洋地質(zhì)調(diào)查局首次在南海開(kāi)展天然氣水合物前期調(diào)查，在3條共130 km的地震剖面上識(shí)別出BSR。之后，又在南海西沙海槽識(shí)別出5242 的BSR分布區(qū)。(5) 2001年，中國(guó)科學(xué)院組織召開(kāi)了天然氣水合物專題香山科學(xué)會(huì)議。(6) 2004

16、年，*海洋地質(zhì)調(diào)查局與德國(guó)聯(lián)合實(shí)施的太陽(yáng)號(hào)航次，在南海北部發(fā)現(xiàn)水合物分解形成的巨型碳酸鹽巖丘，獲得碳酸鹽結(jié)殼樣品。(7)2007年5月，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在南海神狐海域3個(gè)站位鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品。2.2中國(guó)海域天然氣水合物勘探研究新進(jìn)展17年來(lái)，中國(guó)在天然氣水合物勘探研究方面取得了一定的進(jìn)展。( 1)首次成功鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品2007年5月，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在南海北部神狐海域首次成功鉆獲天然氣水合物實(shí)物樣品，這標(biāo)志著中國(guó)成為繼美國(guó)、日本、印度之后的第4個(gè)系統(tǒng)開(kāi)展天然氣水合物資源調(diào)查并獲取實(shí)物樣品的國(guó)家。在南海神狐海域約1200 m水深的3個(gè)鉆位(SH-1,SH-4和S H-7)鉆到了天然

17、氣水合物樣品，水合物發(fā)育于海底之下200 m左右的泥質(zhì)沉積層中，呈浸染狀產(chǎn)出。SH-1站位水深1245 m，水合物分布在海底以下183201 m，水合物沉積層厚18 m,飽和度最高20% 。S H-4站位水深1230 m，水合物分布在海底以下191 225 m，水合物沉積層厚34m，飽和度最高43%。鉆獲的水合物都不含COz，氣體中甲烷的含量高達(dá)99.7%。夾雜著白色顆粒狀可燃冰的海底沉積物放入水中隨即冒出大量氣泡(圖2)。天然氣水合物樣品揮發(fā)出的氣體可燃燒。圖2鉆獲的天然氣水合物樣品圖(據(jù)周文杰，2007)這是中國(guó)水合物勘探史上一次重要的事件，標(biāo)志著中國(guó)水合物勘探上的突破，具有2個(gè)方面的重要

18、科學(xué)意義: = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 證實(shí)了南海北部深水海域天然氣水合物的存在;首次獲得水合物的地球物理測(cè)井、原位溫度測(cè)量、沉積物巖心及孔隙水、微生物等樣品和現(xiàn)場(chǎng)物性、地化測(cè)試資料，為南海北部陸坡天然氣水合物資源遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)及成藏機(jī)理和分布規(guī)律研究提供了可靠的科學(xué)依據(jù)。(2)在南海發(fā)現(xiàn)了冷泉碳酸鹽巖，并發(fā)現(xiàn)了冷泉碳酸鹽巖中的石化微生物2002年5月，美國(guó)利用載人深潛器在墨西哥灣GC238區(qū)海底天然氣滲漏系統(tǒng)發(fā)育的海底采集到冷泉碳酸鹽巖(圖3)。中國(guó)于2002年首次在南海發(fā)現(xiàn)冷泉碳酸鹽巖(圖3)，并發(fā)現(xiàn)了冷泉碳酸鹽巖中的石化微生物。在南海發(fā)現(xiàn)的冷泉碳酸鹽巖地化指標(biāo)與墨西哥灣冷泉

19、碳酸鹽巖地化特征一樣。圖3南*沙冷泉碳酸鹽巖樣品與墨西哥灣冷泉碳酸鹽巖樣品比照?qǐng)D2004年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局與德國(guó)基爾大學(xué)合作，在中國(guó)南海發(fā)現(xiàn)世界上規(guī)模最大的天然氣水合物碳酸鹽巖區(qū)，并采集到了南海海底淺表層天然氣水合物樣品。碳酸鹽巖區(qū)分布面積為430 km，至今仍在釋放甲烷氣體。這一發(fā)現(xiàn)是南中國(guó)海存在天然氣水合物的重要證據(jù)。 (3)人工合成天然氣水合物樣品獲得成功1778年和1811年，英國(guó)化學(xué)家首次在實(shí)驗(yàn)室中合成了含二氧化硫和含氯氣的天然氣水合物樣品。1990年，中國(guó)科學(xué)院凍土工程實(shí)驗(yàn)室與莫斯科大學(xué)合作開(kāi)展合成甲烷水合物實(shí)驗(yàn)，取得成功。合成實(shí)驗(yàn)材料為甲烷氣體、蒸餾水。合成水合物具有與國(guó)外現(xiàn)場(chǎng)勘

20、探所得水合物樣品一樣的外觀和可燃性(圖4)。合成的天然氣水合物為人們了解水合物的物理化學(xué)性質(zhì)提供了樣品。圖4合成的天然氣水合物樣品圖(4)對(duì)水合物進(jìn)展了成因分類Milkov和Sassen( 2002)按地質(zhì)產(chǎn)狀把海洋水合物分成地層控制型、構(gòu)造控制型和過(guò)渡型。陳多福等(2006)按水合物成因把海洋水合物分成滲漏型和擴(kuò)散型兩種類型，確定了滲漏型與擴(kuò)散型水合物的產(chǎn)出特征和形成機(jī)理的差異，并建立了二類水合物劃分的定量模型(溶解度模型)( 5)對(duì)底辟構(gòu)造、海底麻坑與水合物的關(guān)系進(jìn)展了初步研究，并首次對(duì)南海海域構(gòu)造控制型水合物礦床進(jìn)展了分類南海北部珠江口盆地白云凹陷位于被動(dòng)大陸邊緣的陸殼一過(guò)度殼之上，具有

21、右旋張扭性構(gòu)造背景，由于快速沉降和充填，發(fā)育陸相、海相2套巨厚的泥源層，加之地慢隆升、巖石圈拉張以及發(fā)生過(guò)多期次的熱活動(dòng)，使得該凹陷廣泛發(fā)育底辟構(gòu)造，為天然氣運(yùn)移提供了極好的條件。白云凹陷深層天然氣運(yùn)移到近海底有2類運(yùn)移通道，一是斷層，二是底辟(張樹(shù)林，2007)。白云凹陷水合物的烴源運(yùn)移模式有3種：溝通氣源斷層運(yùn)移、底辟運(yùn)移、底辟和斷層共同運(yùn)移(圖5)。白云凹陷大量晚期發(fā)育的底辟構(gòu)造和海底麻坑預(yù)示白云凹陷發(fā)育有滲漏型水合物。圖5白云凹陷底辟和斷層共同運(yùn)移模式圖(張樹(shù)林，2007)東海沖繩海槽由于有很高的沉積速率，加上槽坡的斷層活動(dòng)，在冰期期問(wèn)，長(zhǎng)江攜帶大量的陸源物質(zhì)直接輸送到大陸坡地區(qū)，沉積

22、速率達(dá)300 m /Ma,產(chǎn)生異常高壓。同時(shí)張性斷層極為發(fā)育，為流體的遷移提供了良好的通道，在異常壓力以及上覆地層壓力作用下大量流體向上運(yùn)移。從而發(fā)育大量的泥底辟構(gòu)造。富含甲烷的流體易在其外圍及外圍海底沉積物中形成天然氣水合物藏。在地震剖面上發(fā)現(xiàn)BSR(圖6)圖6東海沖繩海槽南部地震剖面圖(吳時(shí)國(guó)等，2006)( 6海洋水合物地震勘探技術(shù)研究取得了一定進(jìn)展世界范圍內(nèi)，水合物勘探技術(shù)進(jìn)展主要表現(xiàn)在:形成了以地震勘探為主，重力、滋力勘探為輔的綜合物探方法;由常規(guī)單道、多道地震開(kāi)展到多頻地震、高分辨率地震和多波地震;由常規(guī)地震數(shù)據(jù)處理開(kāi)展到以突出BSR特征的三高和疊前時(shí)問(wèn)、深度偏移處理;由地震波速度

23、、振幅構(gòu)造研究識(shí)別天然氣水合物開(kāi)展到利用多屬性判別、多彈性參數(shù)和多物性參數(shù)反演來(lái)識(shí)別水合物。7初步預(yù)測(cè)或證實(shí)了我國(guó)南海西沙海槽、東沙陸坡、*西南陸坡、南沙海槽、沖繩海槽可能存在天然氣水合物*海洋地質(zhì)調(diào)查局在南海西沙海槽區(qū)識(shí)別出了5242 的BSR分布區(qū)。白云凹陷是珠江口盆地中面積最大的一個(gè)深水凹陷，位于珠江口盆地西南部陸架一陸坡過(guò)度帶及上陸坡區(qū)。該凹陷具備良好的水合物成藏條件，是水合物勘探的有利位置。預(yù)測(cè)白云凹陷及周邊水合物資源量為8.7*10m;(張樹(shù)林，2007)。預(yù)測(cè)整個(gè)南中國(guó)海水合物資源量為n*10m;(姚伯初，2001;梁金強(qiáng)，2006)。預(yù)測(cè)東海沖繩海槽水合物資源量為2.4*10m

24、;(方銀霞，2001)。筆者認(rèn)為，包括永凍地區(qū)在內(nèi)的整個(gè)中國(guó)天然氣水合物資源量預(yù)測(cè)為(1.04.0) * 10m。3天然氣水合物勘探方法技術(shù)天然氣水合物的早期勘探與石油天然氣等能源一樣，行之有效的做法就是采用地質(zhì)、地球物理和地球化學(xué)有機(jī)結(jié)合綜合研究的方法和思路。ODP/IODP和我國(guó)海洋水合物勘探工作成果證明，地質(zhì)學(xué)貫穿下的地球物理和地球化學(xué)是比擬有效的勘探技術(shù)。地質(zhì)學(xué)是研究工作的根底，能從物質(zhì)來(lái)源和成藏模式方面指示勘查的總體方向;地震方法是研究工作的核心，能從介質(zhì)的構(gòu)造、構(gòu)造以及巖性和物性標(biāo)志方面研究水合物存在的有利標(biāo)志;地球化學(xué)方法是研究工作的重要環(huán)節(jié)，能從海底沉積物痕量化學(xué)組份分布、烴類

25、異常和成因等識(shí)別指標(biāo)的檢測(cè)上追蹤提供水合物存在的直接證據(jù)(*春巖等，2003。三種方法技術(shù)的綜合研究可以最大限度地提高水合物勘查的可信度和準(zhǔn)確性，到達(dá)事半功倍的效果。主要方法技術(shù)介紹如下。.1地質(zhì)方法天然氣水合物礦藏成藏最有利的部位是盆地邊緣及構(gòu)造破壞且凍土層發(fā)育的部位，從而判別天然氣水合物的地表地質(zhì)標(biāo)志主要有泥火山、形狀類似環(huán)形山的洼地、特殊形狀的植物枯死斑塊等(楊木壯，2002)。有研究(Milkov AV，2000 ;2002)說(shuō)明，與海底淺表層沉積物中天然氣水合物產(chǎn)出相關(guān)的地質(zhì)或構(gòu)造作用主要包括以下幾點(diǎn):1斷裂發(fā)育的埋藏背斜區(qū);2底辟構(gòu)造;(3)發(fā)育有海底流體噴出排放現(xiàn)象;(4)泥火山

26、作用。3.2地球物理方法3.2.1地震方法地震勘探技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的天然氣水合物勘探研究方法，其實(shí)質(zhì)是發(fā)現(xiàn)BSR(似海底反射層，Bottom Simulating Reflectors，通過(guò)該方法可確定大面積分布的天然氣水合物(唐瑞玲等，2011)。BSR呈現(xiàn)出高振幅、負(fù)極性、橫向連續(xù)、大致平行于海底或與海底沉積層小角度斜交的特征。但BSR代表的是天然氣水合物穩(wěn)定帶與其下出現(xiàn)的游離氣間的界面，倘假設(shè)沉積物孔隙中充填少量氣體，也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的地層反射，形成BSR，因此天然氣水合物與BSR并不存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，BSR的出現(xiàn)只能證明有甲烷出現(xiàn);此外BSR還受構(gòu)造作用、沉積作用、沉積物的含碳量以及水

27、合物含量等因素影響，巖石的物性和地震資料處理因素對(duì)地震屬性分析也有影響，所以在天然氣水合物賦存區(qū)也未必一定會(huì)有BSR存在(*春巖等，2003a)。與BSR有關(guān)的其他指標(biāo)(公衍芬等，2008)包括以下幾個(gè)局部。1)空白反射帶:通常是與BSR相伴生的反射特征，是由天然氣水合物對(duì)沉積物膠結(jié)而使其在聲學(xué)上呈現(xiàn)均一響應(yīng)的結(jié)果，在反射剖面上表現(xiàn)為均勻反射或空白射。垂向上此反射帶上與海底沉積層呈逐漸過(guò)渡，下以BSR為界與下伏游離氣帶呈顯突變接觸。2)極性反轉(zhuǎn):BSR層的反射極性與海底反射極性相反。3)VSP:利用垂直地震剖面(VSP)技術(shù)不僅可以最大限度地壓掉屢次波使BSR更加突出，而且還可以利用VSP的速

28、率變化來(lái)判斷天然氣水合物及其下游離氣的變化。4)AVO構(gòu)造(振幅隨偏移距變化):表現(xiàn)為BSR處的反射振幅隨偏移距(或入射角)的變化而改變。該構(gòu)造的形成是BSR之上的含水合物沉積物與下伏的含游離氣沉積物之間存在明顯的泊松比(a)差異引起的。5)VAMPS構(gòu)造(速度振幅構(gòu)造):其特征是BSR之上表現(xiàn)為速度上拉的拱形構(gòu)造，BSR以下則為速度下拉的漏斗狀構(gòu)造，通常成對(duì)出現(xiàn)。3.2.2測(cè)井方法沉積在一起的天然氣水合物變得更加致密，它不僅在地震剖面上表現(xiàn)為明顯的異常而且在測(cè)井曲線上也有明顯的反響。電阻率測(cè)井(R):含天然氣水合物的地層，巖石粒間孔隙和裂縫被固體水合物占據(jù)，造成地層致密、滲透性差，表現(xiàn)為電阻

29、率的增加。自然電位(sP):由于天然氣水合物堵塞地層孔隙，降低氣體的擴(kuò)散和滲透，所以與氣水飽和層相比自然極化電位小。3)地震波速測(cè)井:天然氣水合物導(dǎo)致地層粘結(jié)，地震波傳播速度加強(qiáng)。4)密度測(cè)井:利用巖石對(duì)射線的吸收性質(zhì)進(jìn)展測(cè)定，由于天然氣水合物的密度略小于水的密度，因此略有降低。5)井徑測(cè)井(sv):鉆井過(guò)程中，分解后的天然氣水合物會(huì)造成井壁垮塌,井徑擴(kuò)大。6)放射性測(cè)井(GR):在中子測(cè)井中含有天然氣水合物的地層略有增加，而伽瑪能譜測(cè)井中含天然氣水合物的氣層與飽和水相比略有降低。3.2.3海洋電磁法探測(cè)技術(shù)由于天然氣水合物在電性上是一個(gè)絕緣體，所以可以利用電磁法正、反演計(jì)算來(lái)研究游離氣及水合

30、物在電磁上的特征。3.2.4熱流測(cè)量技術(shù)溫度、壓力是天然氣水合物形成、穩(wěn)定與分解的重要因素，因此熱流測(cè)量技術(shù)也是研究天然氣水合物的重要手段。利用BSR資料估算地溫梯度，進(jìn)而求得熱流值;或是利用探針或鉆探獲得海底熱流值(復(fù)雜昂貴)。根據(jù)所得熱流和海底溫度等資料，既可以估算出天然氣水合物穩(wěn)定帶的底界，又可以從宏觀上確定大陸邊緣天然氣水合物大概的分布范圍。3.3地球化學(xué)方法以烴類微滲漏和垂直運(yùn)移理論為根底的勘查地球化學(xué)方法，主要是通過(guò)各種檢測(cè)手段在淺部或深部鉆井介質(zhì)中，發(fā)現(xiàn)由地下深部油氣藏中烴類微滲漏引起的地球化學(xué)異常，來(lái)研究尋找礦藏的一種經(jīng)濟(jì)、快速、有效的勘探方法(牛濱華等，2005)。由于地下環(huán)

31、境地球化學(xué)作用，孔隙介質(zhì)中的烴類物質(zhì)必然在壓力、溫度和孔隙(即毛細(xì)管)等效應(yīng)作用下，以分子微滲漏及擴(kuò)散等形式，通過(guò)(斷層、裂縫、可滲透地層及地下水等)多種通道進(jìn)展運(yùn)移。烴類物質(zhì)的動(dòng)態(tài)運(yùn)移過(guò)程不僅發(fā)生在烴類物質(zhì)進(jìn)入穩(wěn)定成藏環(huán)境的成藏期間，同時(shí)也以緩慢減弱的形式發(fā)生在成藏后期間。烴類物質(zhì)動(dòng)態(tài)運(yùn)移至表層沉積物中和溶解在海水中，除一局部輕質(zhì)烴類逸散入大氣內(nèi)或被氧化外，其余的相當(dāng)一局部烴類組份在運(yùn)移至上覆地層過(guò)程期間會(huì)粘附在礦物(巖石骨架)顆粒外表或晶格中，最大限度地保存著從深部攜帶上來(lái)的烴類信息。為此，查明這局部后生烴類的含量和組成以及成因來(lái)源和分布規(guī)律，就可以對(duì)地下烴類礦藏的狀況進(jìn)展研究評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)。

32、雖然天然氣水合物的演化成因與油氣藏有著本質(zhì)的區(qū)別，但鑒于天然氣水合物聚集帶化學(xué)成分根本以甲烷為主，埋藏深度通常比油氣藏深度淺，因此，從烴類微滲漏的角度考慮，地球化學(xué)各種方法均適用于水合物勘查。地球化學(xué)方法包括:氣體(頂空氣)、土壤(酸解烴)、流體、自生沉積礦物(土壤碳酸鹽蝕變)和穩(wěn)定同位素(有機(jī)化學(xué))測(cè)量方法等。有關(guān)指標(biāo)地球化學(xué)異常不僅可直接指示天然氣水合物的存在分布，也可利用其烴類組分比值(如C1/CZ)及碳同位素組成研究天然氣水合物成因等問(wèn)題，因而地球化學(xué)勘探是識(shí)別海底天然氣水合物產(chǎn)出區(qū)GHOZ ( Gas Hydrate Occurrence Zone)的重要手段之一。從國(guó)內(nèi)現(xiàn)有工作根底

33、和條件來(lái)看，我國(guó)己具備了開(kāi)展海底天然氣水合物的研究條件。通過(guò)大洋鉆探和國(guó)內(nèi)前期勘探的地球化學(xué)成果，結(jié)合ODP/IODP及南?，F(xiàn)有成果，從土壤、氣體、流體地球化學(xué)方面總結(jié)，研究海洋沉積物、水樣品的烴類、甲烷碳同位素、自生碳酸鹽和同位素方法等多項(xiàng)指標(biāo)的地球化學(xué)異常特征，篩選識(shí)別天然氣水合物的最正確地球化學(xué)勘探方法和地球化學(xué)標(biāo)志系列、建立海上天然氣水合物地球化學(xué)勘探最優(yōu)指標(biāo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。4中國(guó)天然氣水合物勘探研究存在的問(wèn)題4.1預(yù)測(cè)資源量偏大主要問(wèn)題在于眾多學(xué)者在預(yù)測(cè)天然氣水合物資源量時(shí)選取的水合物沉積層厚度普遍偏大，有的學(xué)者選取的飽和度偏大，天然氣水合物礦藏分布面積幾乎都是人為估計(jì)的。4.2對(duì)天然氣

34、水合物成藏動(dòng)力學(xué)、成藏體系研究不夠，尤其是對(duì)烴源研究不夠天然氣水合物烴源主要為:沉積物中的有機(jī)質(zhì)在細(xì)菌的降解作用下產(chǎn)生甲烷氣體;深部有機(jī)物在熱電解作用下產(chǎn)生的向上發(fā)散的氣體。物質(zhì)決定一切，水合物成藏也遵循這一哲學(xué)原理。源控論是油氣成藏的主要理論，同樣，也是水合物成藏的關(guān)鍵因素。沒(méi)有烴源，或烴源潛力不夠的話，水合物勘探無(wú)從談起。4.3在天然氣水合物沉積層巖石物理方面的研究幾乎還是空白巖石物理研究不僅是油氣勘探的根底，也是水合物勘探的根底。要想方法開(kāi)展天然氣水合物巖石物理、地震巖石物理研究。4.4對(duì)地震剖面上的BSR、振幅空白帶與天然氣水合物沉積層的關(guān)系仍然不是十分清楚布萊克海臺(tái)、墨西哥灣的天然氣水合物并沒(méi)有BSR等現(xiàn)象。有BSR的地方也不一定有水合物沉積，它們之間的關(guān)系是復(fù)雜的。BSR與亮點(diǎn)技術(shù)一樣，也有多解性。4.5天然氣水合物勘探技術(shù)研究還不夠深入、不夠系統(tǒng)天然氣水合物勘探的主要技術(shù)仍然是地