海域天然氣水合物成藏地質(zhì)條件淺析

摘 要：基于近年來(lái)國(guó)內(nèi)外天然氣水合物勘查試采經(jīng)驗(yàn)，多角度探討了海域天然氣水合物成藏地質(zhì)條件，以期為推動(dòng)下一步研究及商業(yè)化開采提供一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：海域天然氣水合物;甲烷成因;外部環(huán)境;疏導(dǎo)體系;儲(chǔ)集

海域天然氣水合物作為人類未來(lái)新型清潔能源之一，具有廣闊的應(yīng)用前景，由于主要埋藏于深海海底，為了能夠安全高效的開發(fā)，開展對(duì)天然氣水合物的成藏地質(zhì)條件研究意義重大。本文主要從天然氣水合物成藏系統(tǒng)中的氣體來(lái)源及類型、天然氣水合物形成穩(wěn)定外部條件、氣體運(yùn)移疏導(dǎo)體系和儲(chǔ)集條件等方面對(duì)天然氣水合物的成藏地質(zhì)條件進(jìn)行了探討分析。

一、氣體來(lái)源及類型

天然氣水合物的主要構(gòu)成成分是以甲烷（CH4）為主的烴類氣體，該類氣體的形成受海底復(fù)雜的地質(zhì)因素和微生物環(huán)境因素等的控制，一般來(lái)說(shuō)，地學(xué)界通常將天然氣水合物的成因歸為有機(jī)成因（熱解成因、微生物成因等）和無(wú)機(jī)成因（火山巖漿氣、無(wú)機(jī)鹽分解氣等）。熱解成因氣主要為存在于地球深部的有機(jī)物質(zhì)在特定溫度和壓力環(huán)境下，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)和微生物細(xì)菌等的分解及再生作用生成的烴類氣體;無(wú)機(jī)成因氣主要為來(lái)自海底深部地層的各種構(gòu)造地質(zhì)活動(dòng)（巖漿活動(dòng)、變質(zhì)成巖作用等）及無(wú)機(jī)鹽化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生的氣體。

二、天然氣水合物形成穩(wěn)定外部條件

海域天然氣水合物的形成具有明顯的特殊性，一般來(lái)說(shuō)，海底陸坡及淺海盆地是天然氣水合物賦存的主要區(qū)域，相似的外部環(huán)境是主導(dǎo)這種分布特征的重要因素之一。通過(guò)學(xué)術(shù)界多年研究成果發(fā)現(xiàn)，特定的溫度條件、壓力條件和持續(xù)穩(wěn)定的烴源氣體供應(yīng)是天然氣水合物形成的穩(wěn)定外部條件。

天然氣水合物作為一種降溫結(jié)晶狀固體，主要呈白色或淺灰色，需要在特定的低溫條件下才能維持正常的固體狀態(tài)，當(dāng)水合物周圍溫度超過(guò)20℃時(shí)便會(huì)直接分解，0～10℃是天然氣水合物生成的適宜溫度，海底0～4℃的低溫環(huán)境能夠滿足天然氣水合物的生成條件;高壓是天然氣水合物生成的另一重要條件之一，和普通氣體物態(tài)變化要求一樣，高壓條件能增加氣態(tài)烴類轉(zhuǎn)化為固態(tài)天然氣水合物的速率，研究發(fā)現(xiàn)，0℃附近維持30個(gè)大氣壓便可以生成天然氣水合物，粗略計(jì)算，以水深每下降10m增加1個(gè)大氣壓計(jì)，300m水深的海域便可輕松滿足天然氣水合物生成的壓力條件;以甲烷為主的烴類氣體是天然氣水合物生成的原材料，固體天然氣水合物與氣態(tài)甲烷的體積比約為164∶1，說(shuō)明天然氣水合物的生成需要大量以甲烷為主的氣態(tài)烴類，因此，持續(xù)不斷的甲烷等烴類氣體供應(yīng)是天然氣水合物生成的第三個(gè)主要條件，在特定的溫度、壓力和充足氣體來(lái)源的環(huán)境下，使得海底天然氣水合物生成變?yōu)榭赡堋?/p>

三、氣體運(yùn)移疏導(dǎo)體系

正如前一節(jié)所述，天然氣水合物的形成需要大量以甲烷為主的氣態(tài)烴類，而天然氣水合物生成區(qū)附近的氣態(tài)烴類遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足該區(qū)域天然氣水合物的生成需要，必須從水合物穩(wěn)定區(qū)周圍及底部深層沉積物中不斷進(jìn)行氣體甲烷輸運(yùn)，因此，甲烷氣體的運(yùn)移疏導(dǎo)體系在天然氣水合物成礦過(guò)程中同樣扮演著重要的角色。

海底地層斷裂、小型泥底辟構(gòu)造、氣煙囪、滑塌扇及滑塌體等各種規(guī)模的地質(zhì)構(gòu)造可以作為海底氣態(tài)烴類的疏導(dǎo)通道在控制天然氣水合物成礦原材料供給等方面具有重要作用。在深海底部板塊碰撞、海底擴(kuò)張等復(fù)雜構(gòu)造地質(zhì)作用下，海底地層斷裂廣泛發(fā)育，來(lái)自深部的氣體沿?cái)嗔芽p向上逃逸，在淺部天然氣水合物生成區(qū)被捕獲并合成;小型泥底辟又被稱作泥火山，也是氣態(tài)烴類運(yùn)移疏導(dǎo)的重要通道，組成泥底辟的高塑性泥巖在海底發(fā)育上涌刺穿地層到達(dá)天然氣水合物形成穩(wěn)定區(qū)，氣態(tài)烴類沿泥底辟通道向上輸運(yùn)，混入水合物穩(wěn)定區(qū)進(jìn)而不斷反應(yīng)生成更大規(guī)模的天然氣水合物;氣煙囪是海底熱性液體或氣體由高壓環(huán)境向低壓環(huán)境流動(dòng)的通道，也是控制氣體運(yùn)移疏導(dǎo)體系發(fā)育的重要一環(huán)，氣煙囪可以促使海底氣態(tài)烴類不斷向上垂直運(yùn)移，往往在海底表面伴隨著麻坑地貌的產(chǎn)生，是尋找天然氣水合物的重要特征之一;滑塌扇及滑塌體主要為沉積物在重力作用下順海底滑動(dòng)產(chǎn)生的高速堆積體，研究表明，滑塌扇及滑塌體孔隙度越高，越利于烴類氣體的運(yùn)移和富集，進(jìn)而越有利于天然氣水合物的生成。

四、天然氣水合物儲(chǔ)集條件

由于天然氣水合物生成需要特定的外部環(huán)境和氣體供應(yīng)，外部條件的改變會(huì)引起已生成的天然氣水合物分解，因此，穩(wěn)定的儲(chǔ)集條件是天然氣水合物長(zhǎng)期賦存的重要保證。目前已發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物賦存狀態(tài)主要包括分散狀、結(jié)核狀、脈狀和塊狀等，其主要儲(chǔ)集地層性質(zhì)主要以松散且沒有嚴(yán)重固結(jié)的粘土、粉砂質(zhì)粘土、粘土質(zhì)粉砂等為主，并伴有大量裂隙發(fā)育，孔隙度多介于35%～60%左右。經(jīng)驗(yàn)表明，生物碎屑沉積物質(zhì)廣泛發(fā)育的地區(qū)，特別是海底三角洲平原、濁積扇、等深流沉積及淺海盆地等均是天然氣水合物賦存儲(chǔ)集的良好場(chǎng)所，這說(shuō)明深水沉積體系對(duì)于天然氣水合物的儲(chǔ)集條件具有明顯的影響，不同的海底沉積環(huán)境、底質(zhì)沉積物粒徑組分和斷裂等微構(gòu)造結(jié)構(gòu)均控制著水合物的成藏及分布。探究天然氣水合物儲(chǔ)集條件控制因素，不僅能夠了解天然氣水合物的成礦規(guī)律，而且可以深入探討不同區(qū)域天然氣水合物在海底的賦存狀態(tài)和穩(wěn)定性，對(duì)未來(lái)天然氣水合物的勘查、試采及商業(yè)化開發(fā)等均具有非常重要的指示意義。

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基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目（DD20190232、DD2190583、DD20190584）資助

作者簡(jiǎn)介：陳靜（1991-），女，漢族，碩士，助理工程師，主要從事天然氣水合物地球化學(xué)測(cè)試分析、國(guó)內(nèi)外水合物開采現(xiàn)狀及戰(zhàn)略研究。