冲绳海槽天然气水合物成因及资源潜力评价

【摘要】： 天然气水合物是近三十多年发展起来的一种新类型能源,由于其分布面积广、储量规模大、能量密度高、燃烧后无污染,被誉为21世纪洁净替代燃料。笔者根据东海陆坡“215”专项采集的717.7km高分辨率地震、800.25km常规多道地震、86个低层大气样品、“126”专项采集的90个浅表层沉积物样品、200个底水样品、400多个海底地壳热流数据以及中国科学院海洋研究所实测的124个站位海底温度数据等资料、以及ODP204航次4个站位共11个样品的烃类气体组分和碳同位素测试分析,在研究区开展了天然气水合物区域地质条件分析、地球化学异常分析、天然气水合物成因探讨、地球物理识别及重点地段的特殊地震资料处理和解释,在综合分析的基础上初步圈出了冲绳海槽天然气水合物战略选区的位置,在前人研究的基础上,对研究区天然气水合物的资源潜力进行了初步的评价。主要成果和认识有: 1.冲绳海槽具有良好的天然气水合物成矿地质条件 冲绳海槽在大地构造上隶属太平洋沟-弧-盆体系中一个典型的弧后盆地,平均水深在1000m以上,沉积厚度大(可达12000m),沉积速率高(最高可达100-400m/Ma),有机质丰富。水深大于500m的海区,海底温度较稳定。虽然海底热流值变化较大,但海槽南部热流值较低。地形地貌多样,断裂、底辟构造等发育,具有良好的天然气水合物成矿背景。 2.天然气水合物地球化学异常主要分布在中南部 90个样品的酸解烃分析结果显示,CH_4异常分布区主要位于北纬27°30′以南和冲绳海槽轴部断裂以西的槽坡或陆坡区。其中,以钓鱼岛附近海域异常值最高,分布最集中。200个底水甲烷的分析结果显示,CH_4异常主要分布在两个区域,一是钓鱼岛附近海域,一是冲绳海槽中部。另据前人对冲绳海槽槽坡沉积物中矿物组分的分析,在海槽中南部见有多处由方解石、高镁方解石组成的碳酸盐结核、姜状结核及黄铁矿富集区。由此可见,冲绳海槽地球化学异常主要集中在中南部,其中钓鱼岛附近海域,各种异常标志显示最好,也最集中,可能是天然气水合物最可能聚积的地方。 3.CO_2水合物可能是冲绳海槽一种重要的水合物类型 经与已知区天然气水合物的成因相比较,笔者认为,冲绳海槽天然气水合物可能具有三套气源:生物成因气、热解成因气和无机成因的CO_2气,其中,有机成因气中,又以生物成因气为主,热解成因气为辅。冲绳海槽低层大气检测结果显示,低层大气中的主要气体成份为CO_2,其含量普遍偏高,约为区域背景值的3倍,同时低层大气中CO_2的碳同位素值偏重。这与前人在海槽槽底发现CO_2水合物相符。由此笔者提出,CO_2水合物可能是冲绳海槽一种重要的水合物类型。 4.天然气水合物地球物理特征明显 根据含天然气水合物沉积层所具有的典型地球物理特征,在东海陆坡-冲绳海槽区的常规地震和高分辨率地震剖面上分别识别出了BSR、振幅空白带、速度反转等异常信息,通过进一步对异常特征明显的地震测线进行特殊处理(如,AVO)和解释,初步圈出了10个天然气水合物有利分布区和战略选区的位置。总体上,研究区由地球物理特征指示的天然气水合物具有如下的分布规律: 1)天然气水合物有利区分布在水深300-2625m的海域,海底埋深70-781m,储层主要为第四系; 2)有利区所处的地貌单元以槽底平原和陆坡为主; 3)有利区所处的构造单元以陆架前缘坳陷为主; 4)天然气水合物异常区主要分布于冲绳海槽南部; 5)有利区多平行于海底地形呈条带状分布,与水深和气源断层有关。 5.天然气水合物甲烷的预测资源量约为4万亿m3天然气水合物资源量的估算方法采用容积法。研究区天然气水合物的分布面积和稳定带厚度按其高分辨率地震剖面资料的实际估算值,孔隙度和孔隙充填率则采用国际上常用的统计值。计算结果显示,东海陆坡天然气水合物有利区的甲烷资源量约为4万亿m~3。 综上所述,不论从区域地质条件、还是地球化学异常和地球物理标志等都可以看出,冲绳海槽具有天然气水合物形成和聚集的条件与可能性,其蕴藏的天然气水合物资源十分丰富,研究区的中南部将很可能是天然气水合物最有利的聚集区。因此,从资源的角度和维护我国海洋权益的角度出发,都应继续加大冲绳海槽天然气水合物的调查和研究工作。 【关键词】：区域地质条件 地球化学异常 天然气水合物成因 地球物理标志 资源量估算 冲绳海槽
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P744.4
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-13
• 1 引言13-30
• 1.1 选题意义与研究思路13-21
• 1.1.1 天然气水合物研究现状13-18
• 1.1.2 选题的意义与依托项目18-20
• 1.1.3 工作步骤20-21
• 1.2 天然气水合物概况21-30
• 1.2.1 基本特征21-23
• 1.2.2 天然气水合物的分布23-24
• 1.2.3 天然气水合物分解引发的海底滑坡24-29
• 1.2.4 天然气水合物的环境效应29-30
• 2 冲绳海槽天然气水合物区域地质条件分析30-49
• 2.1 冲绳海槽海底地形地貌特征30-34
• 2.1.1 海底地形特征30-32
• 2.1.2 海底地貌特征32-34
• 2.2 构造背景和沉积特征34-43
• 2.2.1 大地构造背景34-36
• 2.2.2 层序地层分布36-40
• 2.2.3 沉积特征40-43
• 2.3 火山活动和海底热流43-46
• 2.3.1 火山活动43-44
• 2.3.2 海底热流44-46
• 2.4 地温场特征和水合物稳定域分析46-49
• 2.4.1 地温场特征46
• 2.4.2 水合物稳定域分析46-49
• 3 冲绳海槽天然气水合物地球化学异常分析49-61
• 3.1 冲绳海槽海底沉积物地球化学研究49-53
• 3.1.1 沉积物酸解烃探测技术机理50-51
• 3.1.2 沉积物酸解烃技术方法51
• 3.1.3 沉积物酸解烃异常研究成果51-53
• 3.2 冲绳海槽海底沉积物自生矿物探测成果53-56
• 3.2.1 沉积物自生矿物探测技术机理53-54
• 3.2.2 自生黄铁矿和碳酸盐结核研究成果54-56
• 3.3 冲绳海槽底水甲烷异常探测成果56-59
• 3.3.1 底水气体地球化学探测机理57
• 3.3.2 底水气体地球化学技术方法57
• 3.3.3 冲绳海槽及邻近海域的底水调查成果57-59
• 3.4 地球化学异常预测出的水合物分布范围59-61
• 4 冲绳海槽天然气水合物成因探讨61-78
• 4.1 ODP204 航次天然气水合物的成因探讨61-66
• 4.2 冲绳海槽低层大气探测成果66-73
• 4.2.1 低层大气采样和测试方法67-69
• 4.2.2 低层大气测试结果69-73
• 4.3 冲绳海槽天然气水合物成因初探73-75
• 4.3.1 天然气水合物气体来源分析73
• 4.3.2 冲绳海槽天然气水合物的形成模式初探73-75
• 4.4 成因讨论及冲绳海槽水合物的可能分布75-78
• 5 冲绳海槽天然气水合物地球物理证据78-98
• 5.1 东海天然气水合物地震调查概况78-79
• 5.2 天然气水合物地震资料解释79-95
• 5.2.1 常规多道地震识别成果79-83
• 5.2.2 高分辨率多道地震识别及评价83-95
• 5.3 冲绳海槽天然气水合物战略选区位置95-98
• 6 冲绳海槽天然气水合物资源潜力评价98-103
• 6.1 计算公式及参数厘定98-102
• 6.1.1 天然气水合物稳定带的面积98
• 6.1.2 天然气水合物稳定带的厚度98-100
• 6.1.3 稳定带中沉积物的平均孔隙度100
• 6.1.4 天然气水合物饱和度100-101
• 6.1.5 天然气水合物容积倍率101-102
• 6.2 计算结果102-103
• 7 主要结论103-105
• 7.1 结论103-104
• 7.2 讨论104-105
• 参考文献105-114
• 研究生期间论文发表和专著编写情况114-115
• 致谢115

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