某水合物气资源评价.docx

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1、某水合物气资源评价摘要:布莱克海台是全世界天然气水合物研究的热点之一。该区研究程度高、资料丰富,是进行对比研究的典型地区。论述了布莱克海台天然气水合物形成的地质条件与地球化学特征，综述了该区水合物的研究历史与进展,介绍了对水合物气资源量的评价方法与评价结果。根据不一致评价者与不一致方法的评价，布莱克海台区水合物气的资源量在(880)XIO%其中预测为(5080)10,3的资源量包含水合物层之下的游离气之间。关键词：布莱克海台；水合物；资源评价布莱克海台位于美国卡罗莱纳州南部查尔斯顿以东约400km的大西洋大陆性洋脊(图D,是一个由等深流沉积物堆积形成的大陆隆，其东南延伸方向与北美大陆边缘成正交

2、口。深海钻探计划(DSPD)早就预测到了该台区存在有天然气水合物藏。大洋钻探计划(ODP)164与172航次也对该区进行了专门考察。能够说，在过去的30多年里，布莱克海台一直是水合物调查研究的热点区。图1布莱克海台的地理位置1布莱克海台天然气水合物研究概况布莱克海台与卡罗莱纳高地是世界最著名的海洋气体水合物的赋存地，对水合物的研究有着重要的意义。早在1970年,DSDP就开始在布莱克海台进行考察，由于在采集到的沉积物样品中发现了高浓度的甲烷，考察人员便把这种甲烷同地震探测数据联系起来研究，提出了布莱克海台存在甲烷水合物的假设。到了1980年,DSDP在该区采集到了水合物样品，证实了这一假设。1

3、995年11月与12月，ODP第164航次对布莱克海台区气体水合物藏与邻近的卡罗莱纳州高地进行了专项探查。1997年2月，ODP172航次从南卡罗莱纳州的查尔斯顿出发，对北大西洋布莱克一巴哈马外海台与卡罗莱纳州一线进行了更深入的调查，要紧目的是获取一个全新的晚第三纪的沉积物深度剖面，以便认识北大西洋西部气候与洋流在上新世中期到更新世的变化情况。另外，在布莱克巴哈马外部海台一线上的地震数据都显示了BSR的存在，而且孔隙水样品中氯化物的浓度变化也证明了气体水合物是存在的。2001年9月，科学家搭乘A1Vin潜水设备下潜2200多米，对布莱克海台进行了一次近距离的观察。除了收集到甲烷水合物的有关信息

4、外，还第一次观察到了冷泉化学合成生态系统。1.2天然气水合物形成机理研究布莱克海台是由平行于海岸线的两股海底洋流在此的沉积作用而逐步形成的。在古新世，墨西哥湾暖流沿着大西洋海岸向北与向南的北冰洋寒流在此相汇,导致两股洋流速度锐减而发生沉积作用。较高的沉积速率有利于水合物的形成。已证实布莱克海台含水合物沉积物与海底等深流沉积有密切关系。等深流沉积是海洋沉积物沉积后又被活跃的深水流充分改造过的沉积，它要紧分布在沉积速率较高的地方，它形成的首要条件是由于沉积物的压实固结作用不稳固而导致上升流的流淌。布莱克海台晚中新世至全新世沉积速率为40340cmMa,属于快速沉积区。由于等深流沉积具有颗粒较粗、储

5、集物性好、气源充足与流体运移条件优越等特点，对水合物的形成相当有利，因此等深流沉积作用强烈的布莱克海台区有利于水合物的富集。在布莱克海台，大量的甲烷被包含在水合物层与以游离气的形式聚集在水合物层之下。水合物形成与分解、甲烷的释放与重新聚集这一反复过程,是解释布莱克海台区游离气浓度与气体水合物之间相互关系的根据。关于布莱克海台要紧拗陷过程与甲烷分解与释放之间的关系，目前还没有完全弄清晰，但存在两种解释。一种解释强调气体与沉积物的灾难性爆炸，如在末次间冰期，海平面下降导致海底地层压力降低，引起水合物分解与气体释放；由于布莱克海台沉积物渗透率低与气体不能有效扩散，致使压力增加、构造隆升、气体喷发。第

6、二种解释认为，由于沉积物的快速沉积，使更多的甲烷通过高渗透性通道逐步逸出，其中一些高渗透性通道就连接着海底水合物的分解带。2布莱克海台区域地质研究2.1钻孔站位分布在卡罗莱纳高地布置了4个观测孔（站位991、992、993与996）,孔深5067m,用于观测沉积剖面的物理特性与气体的运移情况。站位991、992与993位于开普菲尔底辟构造的顶部与侧翼的更新世滑动带上，站位996位于布莱克海台底辟构造的断层面上。ODP第172航次在布莱克海台BSR分布区内外都布置了站位，这有利于评价气体水合物的横向分布与大陆隆的地球化学特征，与判定由气体水合物直接或者间接引起的成岩过程与各类地球化学模式的联系。

7、图2布莱克海台地区研究站位分布“图中：DSDP第11航次102、103与104站位与第76航次533站位用三角形标识；ODP第164航次994、995与997站位用圆形标识;ODP第172航次包含卡罗莱纳高地（站位10541057）、布莱克海台（站位10581061）与巴哈马海台（站位1062）各站位用菱形标识。阴影部分为BSR分布区。2.2沉积物特征2.2.1岩性特征布莱克海台是由上新世与中新世的沉积物堆积而成，它的沉积速率超过350m31a,沉积物要紧来源于大西洋西部的边缘潜流区支地层岩性序列相当均匀，富含微型浮游生物化石的粘土与泥岩与不一致数量的蛋白石。该层段岩性序列从上到下依次为粘土、

8、泥质粘土、泥岩。最古老的沉积物是中新世的，它是一种灰绿色的硅酸质泥浆,其中部大多是含碳的灰绿色泥浆，并掺杂有不一致数量的煤粉与砂砾粒。再向深钻进所获得沉积物的物性与岩性差别非常小。2.2.2有机碳含量对世界上已发现天然气水合物海域的沉积物有机碳分布研究说明，含水合物区表层沉积物的有机碳含量通常大于或者等于1%,假如有机碳含量低于015%就难以形成水合物加。布莱克海台区沉积物中有机碳含量平均值是015%115%(表1),属于含量较高的区域。2.2.3气体构成沉积物取样分析发现，深度大约为海底之下190480m之间的沉积物样品中含有大量的气体,其中甲烷最多，约占99%,二氧化碳含量次之，另外还含有

9、微量的乙烷与其它垃类气体。表1布莱克地区沉积物有机碳含量,1121航次/站位样品数量有机碳含量(%)最小值最大值平均值DSDP76/553310.20.90.5450.41.41.1180.31.50.8ODP164/994130.91.81.4ODP164/997170.41.51.02.2.4气体水合物样品994站位获得的粉砂质粘土中含有水合物残留物。996站位所得样品刚取出时表层有约1mm的纹理，水合物呈白色。所采集的水合物样品分解后,放出的气体中甲烷约占99%与二氧化碳约占1%的。经测定,气水合物中气体与水的体积比率在130160之间，说明至少有70%的孔隙为I型结构甲烷水合物占据1。

10、997站位所采样品最大，大小约5cmX14cm,呈白色,外部有绿色泥浆包裹，且能够看到其中含有气泡，说明水合物正在分解。3布莱克海台天然气水合物的资源量气体水合物的探测方法通常是地震方法，其要紧通过是否存在似海底反射层来推断气体水合物的存在”，然而，氯化物的浓度与同位素剖面可能是气体水合物存在的灵敏指标。该方法要比地震方法具有更大的进展潜力四。比如，994站位没有BSR显示，但是孔隙水特殊明显地指示有气体水合物存在，由于：氯化物浓度随深度减小，可能反映了水合物稳固带底部水合物的分解与下部流体的上移;硫酸盐浓度直线下降，说明气体水合物底层有甲烷气体在向上迁移；钻孔发现，浅部孔隙中甲烷与二氧化碳的

11、13C有明显的减少。3.1根据饱与气浓度评价水合物资源量在995与997站位由压力岩芯取样器获得的岩心中，每In?孔隙体积能够产出0.846M的甲烷用。由压力岩芯取样器采集的气体体积通常大大超过（10倍以上）地面条件下的饱与气体浓度。在气体水与物稳固面之上，过剩的气体可能来源于占沉积物体积施的气体水合物的分解。气体水合物稳固面及其下列的过量气体说明游离气与BSR有关（图3）。事实上，在气体水合物稳固面之下由沉积物生成的游离气的数量与包含在气体水合物中气体的数量相当o根据气体数量观测值与BSR的分布面积估算：布莱克海台甲烷碳的储量达35Gt（15Gt分布于水合物中，5Gt溶解于孔隙水中，15Gt

12、在游离气中）。图3994、995、997站位钻孔与BSR关系剖面如图4所示，圆形图例表示995站位的数据，方形图例表示997站位的数据，粗虚线为实测甲烷浓度随深度变化的情况，细虚线为饱与状态下甲烷浓度随深度变化的情况。由图4可知甲烷水合物存在于海地之下19045Om的沉积层,游离甲烷位于海地之下450m下列的沉积层中，甲烷气量就是压力取样器所采集到的气体体积四。U一甲烧水合物1加和度邳木“肮积物mm洛斜志甲烷2tHk7*H-游肉态甲烷I濯解密甲烷1廨禹.石甲娘.泡MIEII1N1MOO法茶昂mXtIMI1.(2.02A在做中甲烷浓度ImOIni1OKO,HI5站点，犯；当钻孔取样时，由于水合物

13、分解释放出的水与甲烷重新进入孔隙水中，使得其盐度逐步降低。从图5可知，氯化物浓度在海底之下约200m深度以上与约450m深度下列都趋于恒定，而在200m下列至BSR（约450m）,其浓度出现很大的波动。图5994,995与997站位孔隙水中氯化物浓度变化剖面（阴影部分为水合物带）这种方法是通过测定样品中已分解的水合物来估算水合物的总含量。尽管关于不一致沉积物样品的测定结果变化很大，但是大多数测定结果为已分解水合物占样品总体积的1%2%,而在水合物带的测定结果则上升到了14%o而且发现，没有BSR的995号站位与存在BSR的995与997号站位几乎有着相同数量的水合物。3. 3水合物气资源量估算

14、值由于评价方法不一致，不一致评价者对布莱克海台的水合物气与游离气的资源量做出了不一致的评价结果(表2)o表2天然气资源量估算值S22天然气资源量气藏面积生气强度文献(X1O1W)(km2)(108m3km2)1830006580*1000000.81970*260002.71737.7260001.52257*260002.222*包含水合物带底板下部的气体4小结通过30多年的科学考察，在布莱克海台获得了大量的地震测量、钻孔、采集岩芯与潜水研究资料。通过对地质条件与地球化学特征的全面分析可知：(1)布莱克海台是一个由两股等深流交汇发生高速沉积形成的大陆隆，该区的水合物气属于生物成因，气水合物的形成与沉积物中较高含量的有机碳、等深流沉积及高速沉积速率有着密切关系。(2)氯化物地球化学浓度与同位素剖面可能是气体水合物存在的灵敏指标。(3)根据饱与气浓度估算水合物资源量与测定孔隙水中的氯化物浓度能够定量地估算水合物资源量，为水合物资源评估提供了新方法。上述研究成果能够成为其他相似海域水合物勘查与资源评价的借鉴。随着水合物研究的不断深入,布莱克海台必将继续成为研究天然气水合物与研究全球天然气水合物与全球大洋、大气的之间相互作用的窗口侬2,