海底調(diào)查論文-國內(nèi)外海洋天然氣水合物勘探與觀測技術方法研究(編輯修改稿)
2025-07-12 19:27 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 水合物作出資源評價 . 因此 ,發(fā)展海洋電磁法技術 ,進而開展電磁成像、電磁地震聯(lián)合反演及綜合解釋技術研究 ,有助于天然氣水合物的評價 . 海洋天然氣水合物是 21 世紀的新型能源 . 在天然氣水合物的勘探、開發(fā)過程中 ,地球物理將起重要的先導作用 ,無論是分布狀態(tài)的掌握還是資源量的估算 ,天然氣水合物儲層的精細描述及勘探井位的設計等等 ,均需要發(fā)展相應的地球物理探測技術 . 發(fā)展海洋天然氣水合物的地球物理探測高新技術 ,包括數(shù)據(jù)采集、高分辨率成像為主的處理系統(tǒng)與地質、地球物理和地球化學綜合解釋技術及其工作站系統(tǒng) ,是準確了解天然氣水合物的分布與蘊藏量的關鍵 . 它對探討海洋天然氣水合物的形成機制及對海洋環(huán)境與全球氣候的影響 ,建立海洋天然氣水合物產(chǎn)業(yè)具有重要作用 . 似海底反射層 (BSR) 海洋沉積物中存在天然氣水合物的最直接證據(jù)是具有異常地震反射層 ,其位于海底之下幾百米處與海底地形近于平行 ,人們通常稱這種異常地震反射層為似海底反射層 (BSR)。在布萊克海嶺實施鉆探計劃 (DSDP)時 ,發(fā)現(xiàn)海底的 BSR清晰可辨 ,且沉積物 中含有豐富的甲烷。人們起初認為 BRS現(xiàn)象與水合物層和下部游離氣層間的界面有關 ,但后來研究發(fā)現(xiàn) BRS不是由簡單的某一界面引起 ,而是由整個游離氣體層造成。 BRS的幅度與水合物層下的游離氣體的厚度相關 ,隨氣體厚度的增大而增強。隨著多道反射地震技術的普遍采用 ,BSR現(xiàn)象在地震剖面上更為明顯。在地震剖面中 ,BRS一般呈現(xiàn)出高振幅、負極性、平行于海底和與活動沉積構造相交的特征 ,極易識別。 BRS隨水深的增加而增加 ,隨地熱梯度的變化而變化。 人們在應用 BSR技術方面己積累了豐富的知識和經(jīng)驗 ,可利用地震反射資料確定海底 BSR層 ,進而利用這種地震反射標志 ,識別天然氣水合物形成、分布的地質條件 ,區(qū)分礦層頂?shù)酌媛裆?,確定礦層產(chǎn)狀和厚度 ,查明水合物飽和度 ,識別礦層下面的游離氣等。但是 BRS并不能完全指示天然氣水合物的存在 ,只有在含量達20%的水合物地層下存在含量不小于 10%的游離氣地層時才會出現(xiàn) BSR。還有其它一些因素可以形成假的 BRS,例如巖性變化等。 熱流測量技術 溫度、壓力是天然氣水合物形成、穩(wěn)定與分解的重要因素，因此熱流測量技術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，進而求得熱流值；或是利用探針或鉆探獲得海底熱流值（復雜昂貴）。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 地球化學 探測 方法 除地球物理方法外地球化學方法在天然氣水合物的勘探和開發(fā)中也發(fā)揮著越來越重要的作用。綜合國內(nèi)外研究成果指出識別天然氣水合物的地球化學方法主要有氣體濃度異常檢測法、流體地球化學方法、穩(wěn)定同位素化學法和酸解烴方法等。 氣體異常檢測法 在海底已發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物中 , 氣體分子以甲烷為主 (約占其總量的99% ) , 此外還有少量的乙烷、丙烷、異丁烷、正丁烷、氮、二氧化碳和硫化氫等 ,因此在存在天然氣水合物的地區(qū) , 在海底沉積物、海水及海面大氣中甲烷等烴類氣體和 H2S、 CO 2 等非烴類氣體的含量必然會出現(xiàn)異常。常用甲烷異常頂空法探查海底天然氣水合物的分布。當滲漏的甲烷氣體以游離態(tài)存在于沉積物顆粒之間時 , 即可采用頂空所法測定游離態(tài)甲烷氣體。在 DSDP 和 ODP 發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的航次中 , 均存在頂空氣甲烷的高值異常。在海水中 , 甲烷濃度通常只有幾ng/L 到幾萬 ng/L , 然而天然氣水合物分解產(chǎn)生的甲烷微滲漏可使這一濃度增加幾千倍。在 Hydrate Ridge 洋底噴溢的甲烷氣體羽中甲烷的含量可高達 74 000 nL /L (用甲烷密度可換算成 ng) , 然而正常底層海水的甲烷含量小于 20 nL/L。同時 , 在底層海水柱狀剖面中 , 甲烷的濃度普遍有向海底增高的趨勢。通常用動態(tài)式抽取、真空脫氣收集和甲烷傳感器探頭等現(xiàn)場測定方法來測量底層海水中甲烷的含量異常。前 2種方法具有靈敏度高的優(yōu)點 ,但操作過程復雜 ,結果易產(chǎn)生偏差。甲烷傳感器探頭因可以實時探測 , 具有廣闊的發(fā)展前景 , 但是在現(xiàn)階段還受到靈敏度低的限制。 流體地球化學方法 主要用于研究海底底層水和沉積物孔隙水中的分子及離子濃度異常 , 因為天然氣水合物的籠狀結構不允許離子進入 , 它的形成將使周圍的海水鹽度增高 , 反之其分解將會使周圍的孔隙水變淡 , 氯度 (鹽度 ) 降低 , 這 2 種情況都可形成水化學異常 , 因此可以通過其異常值的變化來判定天然氣水合物的存在與否。 孔隙水中 Cl 濃度異常 : 通常在水合物分布地區(qū)孔隙水 Cl 離子濃度隨深度急劇減小。天然氣水合物在形成過程中產(chǎn)生排鹽作用 , 使得周圍孔隙水中 Cl 濃 度增高 。 隨著沉積物被壓實 , 固體和液體發(fā)生分離 , 流體向上排升 , 使得原來的高氯度流體運移到沉積物頂部 , 從而造成淺層沉積物中孔隙水 Cl濃度增高 , 水合物附近孔隙水 Cl 濃度反而降低。 ODP164 航次在 B lake 海脊就發(fā)現(xiàn) Cl 濃度從表層到水合物穩(wěn)定帶隨深度的增加而急劇減少的現(xiàn)象。在世界各地許多含水合物鉆孔中測得的孔隙水氯度 (0. 51‰～ 8. 2‰ ) 都遠低于海水 (約 19. 8‰ )。因此 , 孔隙水 Cl 濃度可以作為指示天然氣水合物的一個重要指標。 3． 3 穩(wěn)定同位素化學方法 穩(wěn)定同位素化學是研究天然氣水合物成礦氣體來源的最有效手段。通常是運用天然氣水合物中甲烷氣體的 13C、 D 值和硫化氫的 34S 值來判定其成礦原因。Kastner 等又提出用天然氣水合物樣品孔隙水中溶解 Sr的濃度和 87Sr246。86Sr的比值確定成礦流體的來源 , 以沉積物控制水中溶解非有機碳酸鹽的 C 值作為
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