商市概述：海域天然气水合物受益股,中国最好的

　　1：天然气水合物勘探开发前景

　　一、天然气水合物的资源潜能

　　目前，海底天然气水合物被看作是未来的非常规天然气资源，其分布和规模是目前研究中需要首先考虑的问题。与常规天然气资源研究相类似，要评价天然气水合物的资源量，必须了解其聚集特征，必须在研究其烃类天然气来源的基础上进行资源量的评价。

　　天然气是一种流体矿产，从“源控论”角度考虑，一个地区（盆地或区带）天然气藏的资源量取决于以下3类参数：第一是气源岩的分布面积、厚度和有机质含量；第二是单位质量有机质能够转化成天然气的数量；第三是天然气从离开气源岩到形成现今的天然气藏，其聚集程度，即聚集系数。常规天然气远景资源量的评价遵循这种方法，水合物也应当如此。资源量是一个客观的数量，评价结果的准确与否，取决于人们对这三类参数认识的准确程度。其中，第1类参数的认识主要受勘探程度的影响，勘探程度越高，认识越接近实际；而第2类和第3类参数虽然也受勘探实践的影响，但更主要取决于理论上的认识。

　　在理论上，海底天然气水合物具有4种可能的来源：①海水溶解的甲烷（来自海水溶解或悬浮有机质生成的甲烷以及由大气或海底进入海水的甲烷）；②海底天然气水合物层有机质自生自储的甲烷；③海底天然气水合物层下伏沉积物、沉积岩中有机质生成的甲烷；④地球深部非生物成因（无机成因）的甲烷。第3种成因的甲烷应当是海底天然气水合物中最主要的贡献者。

　　聚集系数是天然气资源评价中的重要参数。海底天然气水合物的聚集系数受一系列地质-地球化学及海底物理化学条件的控制，涉及若干动力学过程，尚需深入研究。

　　目前，国际上对天然气水合物资源量的计算主要有以下几种方法：①根据地震资料，将含水合物沉积所具有地震空白反射效应定量化并成图，但该法不能计算BSR下的游离气；②用波形反转法建立速度模型，计算水合物带及其下游离气的含量，但该法不适于用在气体饱和度大于2%的情况；③用地震反射系数或AVO计算水合物及与BSR有关的游离气。各种方法均具有一定的实用性，但也存在或多或少的缺陷和局限性。天然气水合物的赋存条件与油气的最大区别就在于天然气水合物必须具有严格的P-t条件，因此，模拟实验研究天然气水合物相平衡条件仍是研究的热点。通常认为，稳定带的边界是水合物的相平衡曲线和地热梯度的交点，并用这个交点的位置来预测稳定带的厚度。而实测的资料表明，稳定带的边界比预测的边界要高，如ODP146航次889/890站位实测的稳定带边界要比预测的高40～50m（Kastner等，1995），而ODP164航次布莱克海岭的稳定带边界比预测的高达100m（Ruppel等，1997）。

　　天然气水合物藏的资源量到底有多少目前世界上尚无法准确计算。据原苏联科学家的初步估计，海域内天然气水合物有15×1015m3。根据美国地质学家的资料，天然气水合物中的天然气总资源量为1018m3，也就是说，超过了包括煤炭在内的所有已知的可燃矿产的储量。据第28届国际地质大会的资料，天然气水合物的储量极为巨大，据估计可能达到28×1013m3。而据原苏联科学院院士A.A.特罗菲姆克计算，甲烷藏密度为（1170～1384）×108m3/km2，当海洋沉积物中天然气水合物藏的产气率为0.7时，世界海洋天然气水合物生成带所产气的储量约为85×1015m3。这一数量与当时美国学者的计算结果大致吻合（1979）。1988年，Ian Ridley和Kathy Dominic在《Gas Hydrates Keep Energy on Ice》文中介绍：“苏联科学院的Makogan研究组估计，仅在海洋环境中的天然气水合物就含有5.6×1018m3天然气，而美国学者估计在美国大陆边缘的天然气水合物含有7.2×1014m3天然气”。

　　目前，世界上对天然气水合物资源量有以下几种典型计算。

　　1）1973～1975年，苏联学者A.A.Trofimuk等对世界海洋天然气水合物的资源量提出了评价方法，并进行了评价，对全球天然气水合物含碳量估算值约为（2.7～14）×103GT（1GT=1015g）。美国天然气远景委员会在1981年汇总全部的估计值后也曾提出过海洋外大陆边缘沉积物中甲烷水合物的含碳量的估算值。20世纪80年代末，国际地质勘探者工作协会对全球24个地区浅海天然气水合物的赋存控制因素和可采储量进行了研究。J.Krason等应用区域盆地分析方法评价了各种构造环境中的天然气水合物，指出天然气水合物较适宜生成的温度和压力条件一般出现于大陆斜坡、陆隆区以及深海平原的浅层沉积物中。

　　2）1988年，美国学者Kvenvolden和Claypool重新估算了全球水合物资源量，根据他们假定的全球海洋沉积物体积和沉积物有机质丰度，提出仅微生物作用形成的天然气水合物的含碳量就达16×103GT的估算值。考虑到多种因素的综合影响，Kvenvolden认为，甲烷水合物含碳量较为合理的估计值应为1×104GT；如果再考虑到热成因来源的甲烷，估计实际上应不小于1×104GT。1995年，Kvenvolden再次指出，目前天然气水合物中甲烷总量较为一致的估计值约为2.0×1016m3，并认为如果这一估计正确，天然气水合物中甲烷的总含碳量则是当前已探明的所有燃料矿产（煤、石油、天然气）总含碳量的2倍。

　　3）1995年，美国地质调查所利用类似于常规油气的勘探评价方法，对美国甲烷水合物资源进行了详细评价（Collett，1995），估计资源量有3169.6×1012m3，比原来估算大了几个数量级。1997年根据大洋钻探计划（ODP）提供的数据再次评价，估算甲烷水合物资源量为5660×1012m3，其中海域的资源占总量的99%，超过美国现有常规油气资源的100多倍。正是在这些资源评价的基础上，美国能源部、化石能源办公室和联邦政府能源技术中心于1999年6月制定了“美国甲烷水合物多年研究发展项目计划”。

　　表1-3 全球天然气水合物资源量

　　4）日本天然气水合物的海洋地质与地球物理研究主要由日本地质调查所、日本石油公团以及有关的公司（如日本石油勘探公司JAPEX）、东京大学等3个部分组成。基于1993年的实例研究，地质所估算了日本周围海域的甲烷水合物资源量大约为6×1012m3，是1992年日本全国天然气消耗量的100倍。日本出于资源短缺的严峻压力和对新能源的巨大期望，于1995年提出“气体水合物研究发展五年计划”。基于多年研究，Krason与Matsumoto估算了日本南海海槽天然气水合物的体积为（4.20～0.42）×1012m3和（0.8～8.0）×1012m3。Saton等估算了四国岸外南海海槽地区的天然气水合物与有关的游离气资源量，分别为2.71×1012m3与1.6×1012m3。

　　5）印度常规油气资源量预测为707×108m3。1995年12月的印度地球物理大会上气体水合物成为重要议题之一。印度科技界在原有工作基础上经深入评价，估计印度陆架区可能产出的天然气水合物资源量为2×1012m3，促使印度石油工业开发部迅速制定了国家勘探开发（1995～1999）计划。

　　6）大多数人认为，储存在天然气水合物中的碳至少有1×1013t，约是当前已探明的所有化石燃料（包括煤、石油和天然气）中碳含量总和的2倍。

　　总之，尽管说法不一，或这些评估过于乐观，但与常规油气资源相比，天然气水合物中潜在的天然气资源量仍然是极其巨大的（表1-3）。

　　二、天然气水合物的开发前景

　　人类开发利用能源的发展趋势是：煤（固体）→石油（液体）→天然气（气体）。不仅天然气水合物层本身存在巨大无比的甲烷资源，而且往往在含天然气水合物层之下同时还蕴藏了巨大的常规天然气资源。如果说永冻区的水合物离世界上大多数国家太遥远的话，那么海洋水合物则就在他们面前。大陆斜坡、陆隆和世界洋底下有没有那么多天然气水合物，能不能开发出来，都是人们十分关心的问题。几十年来全球对天然气水合物的普查、勘探和试验性开发一刻也未停顿过。美国、日本、印度和德国已着手安排了实际上是整个世界海洋沉积物上部的研究计划。DSDP和ODP钻探计划有目标和持续性的工作为调查世界海洋水合物的分布取得了举世瞩目的成就，为今后开发天然气水合物资源打下了基础，为被能源与环境问题困扰的人类社会带来了新的希望。

　　虽然目前国际的天然气水合物热持续高涨，但是在天然气水合物开发利用的问题上一直有两种呼声。有人提倡大刀阔斧地进入实用阶段，也有人呼吁三思而后行，甚至有少数人反对开发利用天然气水合物。从全局来看，有一些技术确实还没有达到实用开发天然气水合物的水平，但只要全球科学家和各国政府抱着负责任的态度，大力投资科技攻关项目，我们深信，人类在21世纪是可以做到安全利用天然气水合物的。俄罗斯的巴尔坎和日本的专家也认为：“在开采技术发生根本变化后，开发水合物资源不仅完全可能，而且指日可待”。Sloan指出，大规模开采天然气水合物中的甲烷在21世纪的某些时候将成为现实。

　　1.识别BSR技术的进步

　　随着高分辨率多道反射地震技术的普遍采用和地震数据特殊处理技术的提高，BSR现象在地震剖面上更为明显。在地震剖面中，BSR一般呈现出高振幅、负极性、平行于海底和与海底沉积构造相交的特征，容易识别，效率较高。

　　2.钻孔取样技术

　　目前采用的钻孔取样技术有4种：①活塞式岩心取样器；②恒温岩心取样器；③恒压岩心取样器（PSC）；④水温探测仪。通过测量采样处海水温度来确定海水含盐度，进而计算岩心中水合物的分解量。

　　3.测井技术

　　测井技术是天然气水合物勘探中除地震反射法和钻孔取心法之后又一有效手段。当然仅凭某一种或两种方法来判断天然气水合物的存在是不可靠的，有时其他偶然因素也会引起测井曲线表现出类似天然气水合物层段的特征，所以在实际工作中应视具体情况采用多种测井方法并结合应用其他方法来判识天然气水合物。

　　4.开发技术

　　常用的开发技术有：①热激发法；②化学试剂法；③减压法。单采用某一种方法来开采天然气水合物是不经济的，只有结合不同方法的优点才能达到对水合物的有效开采。若将降压法和热开采技术结合使用将会展现出诱人的前景，即：用热激发法分解气/水合物，而用降压法提取游离气体。虽然从技术角度来看，开发天然气水合物资源已具可行性，但是目前人们仍未找到一种在当前的科技条件下比较经济合理的开采方法。

　　5.全球瞩目的日本、美国和印度的开发计划

　　近年来，许多国家成立了专门的机构，投入巨资，旨在探明本国的天然气水合物资源和进行开采准备。美国成立了天然气水合物研究中心，日本成立了甲烷水合物开发促进委员会，加拿大于1998年组织了包括美国和日本等国25位科学家参加的陆地天然气水合物钻探和开发的技术研究，印度也制订了自己的天然气水合物开发计划。

　　6.全球天然气水合物开发前景

　　海洋天然气水合物是全球天然气水合物资源开发的重点，不仅因为海洋天然气水合物占总资源量的大半以上，而且分布广泛，对那些滨海而又缺乏能源的国家来说，天然气水合物则带来了莫大的希望和寄托。

　　海底浅层沉积物中的天然气水合物和周围的沉积物可以形成一种封闭性极好的盖层，为大陆斜坡和陆隆区形成的天然气提供了良好的聚集条件。已经证实天然气水合物的胶结层具有很强的封闭性，含水合物岩层可对常规油、气藏起到屏蔽作用，天然气水合物层之下往往有大型常规气藏。圈闭于天然气水合物带的常规天然气或石油比包含于天然气水合物中的非常规天然气在目前更具有经济价值。

　　天然气水合物的存在为勘探常规气藏提供了有用的信息。天然气水合物反映出沉积物正在进行着的烃类生成作用。而天然气水合物对估计一个地区现今的热流及其热历史是有价值的，因为天然气水合物仅存在于非常有限的温度-压力范围内，其出现形式的变化是与孔隙水化学变化、烃类成分的变化或温度-压力梯度异常密切相关的。

　　前苏联开发麦索雅哈气田的实践经验证明，在永冻区开发常规天然气不可避免地会遇到天然气水合物问题。一般来说，永冻区的天然气水合物形成深度总是浅于常规气藏的深度，它像盖层一样封闭了其下的常规天然气。当人们没有发现和认识水合物之前，实际上已经遇到天然气水合物，如天然气水合物分解造成的井喷等。所以说，开发天然气水合物不是单一的资源开发，而是一种综合开发。

　　天然气水合物是天然气的一种载体，从能源角度上看，天然气水合物属于天然气这个范畴。人类发现了天然气水合物，评价了它可能对人类的贡献，但不能将天然气水合物孤立起来进行研究。天然气水合物藏的形成首先要有气源，所以天然气水合物地质学同石油天然气地质学是不可分割的，其开发也要同常规气藏联合开发。天然气水合物的开发前景广阔。

　　小结

　　1）在充分了解世界各国水合物调查研究计划及进展的基础上，重点介绍了4个国家的天然气水合物研究开发计划、10个国家的部门计划，以及30多个国家和地区天然气水合物的调查和研究情况。

　　2）通过对信息资料的综合分析，认为目前天然气水合物调查研究主要围绕天然气水合物资源特征、商业性的生产与开发、全球碳循环、安全及海底稳定性和天然气运输方法等5个方面开展工作。当前急需解决的重点是：利用获得的测井、岩心和钻井记录等有效信息，不断地改进地质模型和地球物理勘探方法，以便尽早实现商业性开采。

　　3）为积极配合生产与开发的需要，指出了目前研究工作已由过去的水合物热力学转向动力学研究。水合物动力学包括形成动力学和分解动力学，涉及水合物的形成、储存与开采、动力学抑制剂的开发，以及石油和天然气输送管线的设计等。强调通过对动力学的研究，将有助于开展天然气水合物多方面的应用研究。

　　4）通过对天然气水合物的物理化学性质、赋存特征、成矿条件、分布规律及矿藏成因等相关资料的深入分析，系统整理了天然气水合物成矿的有关地质理论。重点探讨了天然气水合物的热解、微生物和混合等3种气源成因，天然气水合物的成矿模式，以及资源评价与开发前景。

　　5）全面总结了天然气水合物调查的地质、地球物理和地球化学等多种技术方法，主要包括微地貌及其可视化勘查技术、高分辨率多道地震勘查技术、电磁法探测技术和卫星遥感勘查技术等。通过对比分析，认为多道地震反射法是海洋天然气水合物主要的勘探方法，该方法可以揭示天然气水合物沉积层速度的精细结构，进行储层描述，有利于寻找勘探目标和地质储量评价，并强调同时应结合其他非地震勘探手段。

　　6）系统归纳了天然气水合物的多种保压保温取心技术、钻井技术及测井技术，结合钻探实例进行了利弊因素分析。在了解国外天然气水合物开发方法和现状的基础上，介绍了天然气水合物的3种主要开采方法，并结合水合物试验开采实例，讨论了开发生产技术问题及对策。

　　7）从天然气水合物与全球碳循环及温室效应、天然气水合物与全球气候变化的关系，以及天然气水合物的地质灾害因素等多方面分析，探讨了天然气水合物的环境效应。

　　2：开采海域天然气水合物对地球环境有何影响

　　天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate）是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”或者“固体瓦斯”和“气冰”。
天然气水合物甲烷含量占80%～99.9%，燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多，而且储量丰富，全球储量足够人类使用1000年，因而被各国视为未来石油天然气的替代能源。
天然气水合物赋存于水深大于100-250米（两极地区）和大于400-650米（赤道地区）的深海海底以下数百米至1000多米的沉积层内，这里的压力和温度条件能使天然气水合物处于稳定的固态 。
目前，30多个国家和地区已经进行“可燃冰”的研究与调查勘探，最近两年开采试验取得较大进展。

　　3：南海天然气水合物调查技术研究

　　张明伍忠良刘方兰

　　（广州海洋地质调查局广州510760）

　　第一作者简介：张明（，1957—），男，教授级高工，主要从事海洋地质、地球物理勘探和天然气水合物研究。

　　摘要从1999年开始，我国已经在南海北部陆坡实施了25个天然气水合物资源调查航次，取得了许多重要地质成果和认识，积累了不少宝贵的勘探经验。本文将对我国天然气水合物10年外业调查技术，历程和发展做一总结，为后续的天然气水合物调查提供铺垫和借鉴。

　　关键词水合物调查高分辨率地震样品取样

　　1前言

　　气体水合物的发现虽然可追溯至1810年，但人们对海洋天然气水合物的认识始于20世纪70年代中期，美国在阿拉斯加北部的普鲁德湾油田采得了世界上第一个天然气水合物样品。

　　20世纪90年代以来，天然气水合物调查研究在世界范围内迅速扩大和深入，调查研究的深度、广度以及调查技术水平大大提高。各国对水合物的研究给予了高度重视，设立了专项调查航次，目前，世界上对天然气水合物的调查研究方兴未艾，全球海域天然气水合物矿点的发现与日俱增。

　　从1999年开始，我国已经在南海北部陆坡实施了25个天然气水合物资源调查航次，取得了许多重要地质成果和认识，积累了不少宝贵的勘探经验。调查方法和调查手段也由开始单一的二维地震方法进入到了一个包含了二维高分辨多道地震、准三维多道高分辨地震为主的地球物理、地质取样、地球化学等多手段、多学科相结合的阶段（表1），并且随着勘探实践中新问题的出现，调查方法和调查手段也在不断地更新和调整之中。

　　表1 天然气水合物资源调查技术方法Table 1 The technologies used for gas-hydrate survey in south china sea

　　2地球物理调查

　　1999年在国内有关单位（如中国科学院兰州冰川冻土研究所和国土资源部广州海洋地质调查局）和学者对国外天然气水合物调查研究情况进行了跟踪调研和文献整理的基础上，国土资源部广州海洋地质调查局开展了天然气水合物的实际调查。地震调查是天然气水合物调查的主要方法，虽然有前人的研究和国外调查工作的借鉴，但在采用什么样的方式上仍经过了充分和激烈的讨论，最终根据我们的现有条件确定调查的主要方法，因此确定了首先开展地震调查工作，采用高分辨二维多道地震调查技术方法，目的是寻找天然气水合物的地震识别标志— —BSR，此外还采集到更多的地球物理信息，如地震纵波速度等，同时可以利用地震资料处理手段使得BSR 等天然气水合物的地震识别标志的判别更有依据。实践证明，二维高分辨率多道地震勘探技术在海洋水合物调查中是行之有效的，不仅可以发现与水合物相关的地震异常信息，如BSR、振幅空白带、速度异常带、BSR 波形极性反转等等。而且可以揭示与水合物形成发育密切相关的中浅部地层结构、构造及沉积特征，该方法已经在我国南海北部海域水合物调查中得到成功的应用，为天然气水合物资源评价奠定了坚实的基础。

　　2.1二维地震调查采集参数的确定

　　调查伊始，参考了油气勘探高分辨地震调查的参数设置，随着对天然气水合物地震识别标志性质认识的提高，感觉完全按照油气勘探的方法不能达到最佳的效果，因此借助于863研究项目的支撑，从2001年开始进行天然气水合物的赋存环境及其特定地震调查方法选择研究、天然气水合物地震数据采集调谐组合系统及其试验参数的选定研究，特别是开展了有利天然气水合物勘探频带和主频范围探索、研究，主要围绕“突出海洋天然气水合物存在的主要特征，即似海底反射（BSR）而展开。通过大量的实际试验和分频处理等地震勘探频率与BSR响应关系的研究，认为：0～40 Hz频段滤波，BSR 可以连续追踪，地层细节不清晰；40～70Hz频段滤波，BSR 连续性较好，地层细节也较为清晰；当滤波频率为100～120H z时，海底和BSR强反射界面变成多个反射界面，某些地层细节可以突出，对BSR的连续性识别不利。及120～150Hz水合物特征基本不变化，对水合物特征的识别贡献不大（图1～3）。

　　通过地震勘探频率与BSR 响应关系的研究，认识了我国南海北部陆坡水合物地震勘探的最有利勘探频带和主频范围，从而，为综合研究“水合物勘探缆源沉放深度、虚拟反射等一系列调谐组合参数”从而确定外业采集参数奠定了基础。根据确定出来的勘探频带为10-120 H z和主频为40-70 H z的原则，模拟计算出来的结果表明（图4）：震源和电缆的沉放深度为5米和6米的组合较为合适。这样在同样的激发能量的情况下，将主要的能量集中在主频范围内，可以提高采集资料的信噪比，突出BSR的识别，同时兼顾BSR 与地层反射界面关系的识别，而且有利于海上的作业开展，初步形成了一套适合于我国南海北部陆坡天然气水合物勘探的高分辨率二维地震勘探技术方法。

　　根据上述的研究成果，在南海天然气水合物高分辨率二维地震勘探采用的采集参数基本上得到了遵循（表2），以及后续的高分辨率准三维地震调查也是参考了这些参数。

　　图1 高截滤波分别为40Hz和70Hz时的效果对比图Fig.1 The com pares in different high cut filter

　　表2 南海北部陆坡典型的调查参数表Table 2 The typical seismic param eter used in south china sea gas hydrate survey

　　2.2准三维多道地震调查

　　随着天然气水合物勘查的深入，围绕钻探的要求，在“863”课题“南海北部海域天然气水合物首钻目标优选关键”的成果基础上逐步发展完善高分辨率准三维地震调查。在原来高分辨率二维地震采集技术的基础上，主要考虑了通过对面元大小等准三维采集参数的优选，利用R G PS相对定位技术，对震源中心、电缆头部和电缆尾部进行了定位，以“震源中心”、“电缆头标”、“电缆尾标”为基本节点，罗盘数据为基本的方向数据准三维缆源定位技术、准三维调查“导航定位网络配置”技术以及优化和改善震源稳定性，最终形成三维数据体。

　　图2 HD173-2近道单次剖面（40～70Hz滤波）Fig.2 The result picked on near channel（Filter 40～70Hz）

　　实际上从2004年开始在南海北部开展水合物三维地震调查，获取了调查区的三维地震信息，使勘探目标得到有效归位，获得了更为清晰的天然气水合物地震响应信息（图5），同时还解决了常规二维地震调查所不能解决的一些问题，如获得精细的三维速度分析体、准确的地层偏移地球物理信息、水合物富集层内的细致信息、利用三维可视化技术分析水合物钻探目标的空间分布特征等[1]，提高对天然气水合物有利目标的评价精度。通过开展准三维高分辨率地震调查，无论是BSR、振幅空白带，还是BSR 下的增强发射都得到比二维资料更清晰的反映[2]。

　　3样品采集

　　在天然气水合物的调查中，除了地球物理调查外，从2001年开始进行以天然气水合物为调查目的地质样品采集，目的是通过不同的取样手段获得与水合物有关的沉积物样品，从而为进一步的测试提供基础。根据底质和对样品本身要求的不同，站位地质取样调查主要采用以下的取样方式：大型重力活塞柱状取样、重力柱状取样、抓斗取样、深海拖网取样和保温保压取样（图6）。前四者在地质调查航次中已经普遍采用，而保温保压取样只是在部分航次调查中进行了尝试。

　　图3 HD173-2远道单次剖面（40～70Hz滤波）Fig.3 The result picked on far channel（Filter 40～70Hz）

　　在这些手段中，箱式取样、抓斗取样、电视抓斗取样都是采集海底浅表层0～50 cm的底质样品，箱式取样能采集到表面原状不扰动样品，电视抓斗则是根据甲板监控有选择性采集海底表层样品，例如贝壳、碳酸盐岩结壳等。拖网主要是获取海底表层块状或大粒径的目标物，例如海底生物、岩石、贝壳等。重力柱状取样是采集短柱状样品，长度一般小于300 cm，大型重力柱状取样器和重力活塞取样器能采集相对长的柱状样品，一般在500 cm～1200 cm 之间。保温保压取样是对重点目标区域采集原状海底柱状样品。

　　10年里，总共执行了17个地质（综合）航次的调查，共取得表层样共225个，重力柱状取样833个，重力活塞取样226个等（表3）。

　　由表3可以看到无论从取样站位和现场测试项目，根据天然气水合物地质和地球化学调查的目的，柱状（包括活塞）是天然气水合物调查样品取样的主要手段，也是比较有效的手段，但鉴于目前分析的SMI界面深度，今后要考虑的是增加取样的长度。至于保温保压取样，过程及作业比较复杂，因此，使用此种手段应更有针对性。

　　图4 缆源沉放深度与地震频响示意图Fig.4 The calculation results of frequency response with streamer/source depth

　　表3 2000～2008年地质样品采集完成的工作量（单位：测站）Table 3 The statistics of sampling stations

　　图5 天然气水合物准三维地震调查效果Fig.5 The result of pseudo 3D seismic survey of gas hydrate

　　3.1海底摄像资料采集

　　深海摄像系统为拖缆作业，工作时安装在拖缆末端的水下信标可以获取图像对应的水下位置信息；同时也可以在深海摄像系统的水下单元上安装传感器以获得相应的测线信息，如安装甲烷传感器对海底天然气水合物的特征判别等等。

　　自1999年开始以天然气水合物为调查目的深海摄像数据采集以来，深海摄像系统先后执行了17个航次，完成深海摄像共325个测站。其中2001年，在某测站发现天然气水合物赋存标志——碳酸盐结壳。该站位位于调查区中部海槽北部陆坡上缘，拍摄区间水深1080米至11 30米。该海底碳酸盐结壳分布有较多圆形孔穴，空穴边缘多呈直角，明显不同与其他地区见到的生物孔穴（图7）。

　　2003年，在另一站位发现了水合物之赋存的又一标志——双壳类生物及菌席以及2008年在另一测站发现了大面积块状的碳酸盐结壳，此测站发现的碳酸盐结壳无论从其规模、固结程度、厚度方面都强于其它测站。

　　在海底摄像的调查中，尽管没有直接发现天然气水合物。但是，具有重要代表特征的碳酸盐结壳以及双壳类生物及菌席的发现，对我们认识天然气水合物具有重要的指导意义。

　　3.2地温资料采集

　　由于天然气水合物赋存于高压低温的环境中，因此开展地温梯度测量，从而了解调查区的温度和压力变化以及热流等也是有必要的。在我们的天然气水合物的地温场测量中，主要采用的是Ewing型设备，即在海上进行地温梯度测量，同时将采集的沉积物样品在室内进行热导率测试，然后进行热流计算。Ewing型设备是把装有热敏电阻的小型探针按不同角度外挂在钢矛或取样管（包括重力取样和活塞取样）外壁的不同位置上，由小型探针测量出不同深度沉积物的温度，求出原位地温梯度，而同步采集的沉积物样品在室内进行热导率测量，由地温梯度及热导率值计算出沉积物热流值。

　　图6 海底浅表层取样设备Fig.6 equipments of sampling

　　自2004年开始进行以天然气水合物为调查目的的海底地热流测量，在2004年～2008年共5年中，先后执行了9个航次，完成海底地热流共212个测站，室内热导率测量811个。

　　但从调查的结果看，BSR 导出的热流值与实测热流值、热流估算的天然气水合物稳定带底界与BSR 深度是有差异的，其原因可能有二。一是实测的地温梯度只反映了浅表层的几米情况，地温梯度往下（几百米内）的变化趋势遵循什么规律需要进一步研究；二是从实测数据计算的结果反映的是区域的背景值，而恰好有天然气水合物赋存的地方（BSR显示）就与区域背景有差异（异常）。究竟是什么原因值得深入研究，才能更好得发挥其在天然气水合物调查中的应用。

　　图7 通过海底摄像发现海底碳酸盐结壳。左图为海底摄像位置，右图为拍摄到的海底碳酸盐结壳Fig.7 Carbonated crust from video survey Location（left）and Carbonated crust（right）

　　4小结

　　天然气水合物勘查方法主要包括地球物理方法、地球化学方法及地质方法。其中，地震勘探方法是目前最为广泛的天然气水合物勘探方法，其实质是发现沉积物中分布的水合物的底界在地震剖面上形成的异常响应——似海底反射（BSR）。此外，通过地球化学勘查技术识别海底浅部沉积物中的天然气地球化学异常，也能够为圈定水合物矿体提供重要佐证。

　　当然，随着技术的发展和天然气水合物勘查的需求，还有其他的技术在探索应用，如O BS技术已经开始应用于水合物调查中，以及可控源电磁法也准备投入应用，这都基于能获取更多的信息（如横波）和天然气水合物电阻特性考虑的。

　　参考文献

　　[1]梁金强，郭依群，沙志彬等.南海北部神狐海域天然气水合物准三维地震调查（2005年度）成果报告（内部报告），2006

　　[2]张明，伍忠良，天然气水合物BSR的识别与地震勘探频率海洋学报”，2004

　　Study of Explorational Techniques for Gas Hydrate in South China Sea

　　Zhang Ming Wu Zhongliang Liu Fanglan

　　（Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou,510760）

　　Abstract:There are 25 cruise have been carried out for gas hydrate since 1999 in South China Sea.And there are different ways have been used to try getting more information and evidence for gas hydrate in South China Sea.The article tell the experience in these activities.

　　Key words:Gas hydrate survey,High resolution seismic,Sampling

　　4：我国天然气水合物资源前景

　　我国东海、南海、青藏高原和黑龙江都可能存在可燃冰。2000年底在南海发现了巨大的可燃冰带，估计总储量相当于我国石油总储量的一半。2007年5月，中国地质调查局在南海成功实施了第一口天然气水合物探井，获得可燃冰的实物样品(图7－35)。而在东海也已圈定了可燃冰的远景区，并作出了“蕴藏量很可观”的结论。据预测，我国可燃冰资源量将超过2000×108t油当量。其中，南海海域约650×108t，青藏和黑龙江冻土带则有1400×108t。

　　(一)青藏高原天然气水合物资源前景

　　我国是世界上多年冻土分布面积第三大国，约占世界多年冻土面积的10%，其中青藏高原多年冻土区面积占世界多年冻土面积的7%。青藏高原是世界上海拔最高的多年冻土区，多年冻土面积约为140×104km2。青藏高原冻土的空间分布基本与气温分布相吻合，并受地形变化和山脉走向的控制。根据高原多年冻土带的分布特征，可将其分为4个区域:阿尔金山/祁连山多年冻土区，分布于柴达木盆地北东缘;羌塘盆地多年冻土区，主要分布于羌塘地区，受羌塘/可可西里低温中心控制;藏东高山岛状多年冻土区，分布在昌都地区;喜马拉雅山高山岛状多年冻土区，分布于定日—岗巴一线，受喜马拉雅低温中心控制。其中，分布在平均海拔4500～5000m之间的羌塘盆地大片连续的多年冻土区构成了高原多年冻土区的主体 ( 黄朋等，2002) 。青藏高原多年冻土区基本具备形成天然气水合物的温压条件。据 《中国地质矿产报》报道，中国地质大学( 武汉) 和中南石油局第五物探大队在藏北高原羌塘盆地开展的面积为 40184km2的大规模地球物理勘探成果表明: 继塔里木盆地后，西藏地区很有可能成为我国 21 世纪第二个石油资源战略接替区。青藏高原是中纬度最年轻、最高大的高原冻土区，石炭系、二叠系、古近系、新近系、第四系沉积深厚，河湖海相沉积中有机质含量高。第四系伴随高原强烈隆升，遭受广泛的冰川 － 冰源作用，冰盖压力使下伏沉积物中天然气水合物稳定性增强，尤其是羌塘盆地和甜水海盆地，完全有可能具备天然气水合物稳定存在的条件。中国科学院兰州冰川冻土研究所在 20 世纪 60 年代和 70 年代，分别在祁连山海拔4000m 的多年冻土区和青藏高原海拔 4700m 的五道梁多年冻土区钻探发现类似天然气水合物显示的大量征兆和现象。

　　目前世界上多年冻土区勘探到得天然气水合物主要集中在俄罗斯东西伯利亚、西西伯利亚、美国阿拉斯加以及加拿大的马更些三角洲等地，这些地区的地理位置都在北极圈附近，因而有极地多年冻土之称。我国青藏高原多年冻土却分布在中纬度地带，与极地多年冻土的状态不完全相同，由此可能引起天然气水合物赋存条件和基本特征的差异。表 7 －7 列举了极地和高原多年冻土及天然气水合物的基本特征。由表 7 －7 可见，极地多年冻土厚度大 ( 一般 400 ～ 500m) 、天然气水合物埋藏深度也大 ( 320 ～1500m) ，主要气体成分为甲烷。我国多年冻土层内和层下的地热带梯度均在美国阿拉斯加地区的地热梯度范围内，但多年冻土厚度明显偏薄，由此将影响天然气水合物的埋藏深度和气体成分。根据少数几个 100m 以内浅层地温资料推算的地温曲线与几种天然气水合物标准相图的资料，说明我国青藏高原多年冻土区内有可能赋存有以硫化氢、乙烷和丙烷为主体的重烃类天然气水合物，且其埋藏深度较浅 ( 可能为 100 ～ 1000m)( 郭平等，2006) 。

　　图7－35我国在南海中钻得的天然气水合物样品图 (图片来源:新华网)

　　表7－7极地和高原多年冻土及水合物特征表

　　(据郭平等，2006)

　　此外，由于天然气水合物在分解过程中会降温，分解出来的水分子可能成冰并包裹在未分解天然气水合物外围，阻止天然气水合物的进一步分解，这就是天然气水合物的“自保效应”引起的以甲烷为主体的烃类天然气水合物存在的可能。

　　(二)南海陆坡区天然气水合物资源前景

　　佐藤干夫根据1992以前公开发表的具有良好的BSR分布的海域分析发现，BSR的分布面积与研究海域的面积之比具有一定的统计规律，一般BSR分布的区块面积约占该海域的20%～25%。据计算，南海海域天然气水合物稳定带的厚度大于50m的陆坡面积约为817453.35km2。如果按照其面积的25%作为南海海域BSR潜在分布区的线。但是，严格来说，这个数值作为计算南海水合物资源量的面积参数具有很大的不确定性。为获得更加准确的资源量评价数据，对南海海域以往所获取的所有地震剖面进行了分析研究，以BSR的出现为依据，在南海划分了11个天然气水合物远景分布区，分别是:台西南区块、东沙南区块、神狐东区块、西沙海槽区块、西沙北区块、西沙南区块、中建南区块、万安北区块、北康北区块、南沙中区块和礼乐东区块。统计出了各远景区块天然气水合物的有效分布面积，最后得到整个南海海域BSR有效分布面积约为125833.3km2(表7－8)。

　　表7－8南海海域天然气水合物远景区天然气水合物分布面积及厚度表

　　续表

　　(据杨木壮等，2002)

　　为了确定含天然气水合物沉积层的有效厚度，以根据温压条件预测的天然气水合物稳定厚度作为含天然气水合物层厚度的基础数据，然后参与各区典型BSR深度以及振幅空白带分布区间来修正含水合物层的有效厚度，在已经开展天然气水合物资源调查的西沙海槽、东沙和神狐海域，直接将统计出的BSR之上的弱振幅带的厚度作为含天然气水合物层的厚度，各远景区块天然气水合物成矿带的厚度大体在47～389m之间(表7－8)。

　　根据上述参数，利用蒙托卡洛法计算了我国南海海域天然气水合物的资源量，在90%概率条件下，南海海域天然气水合物资源量约为76.32×1011m3，相当于76.32×108t油当量;在50%概率条件下，天然气水合物资源量约为649.68×1011m3，相当于649.68×108t油当量;在10%概率条件下，天然气水合物资源量约为1951.28×1011m3，相当于1951.28×108t油当量(图7－36)(金庆焕等，2006)。

　　图7－36我国南海海域天然气水合物资源量累计频率分布曲线)

　　(三)我国东海天然气水合物资源前景

　　研究表明，东海天然气水合物分布的有利远景区主要在冲绳海槽西南部，大约在24°～28°N，122°～128°E区域范围内。杨木壮等(2002)利用该海域的海底温度、地温梯度、海水深度和盐度参数，计算了纯甲烷体系中天然气水合物稳定带厚度。在该海域92个计算点中，除了有3个点由于地温梯度低，天然气水合物稳定带厚度超过500m外，其余位置天然气水合物稳定带厚度均在500m以下，分布区间大约在50～491.7m，平均值为141.6m。天然气水合物稳定带的分布面积约5250km2。

　　作为根据上述数据，对东海海域天然气水合物资源量进行了初步测算，在90%概率条件下，东海海域天然气水合物资源量约为3.53×1011m3，相当于3.53×108t油当量;在50%概率条件下，天然气水合物资源量约为33.76×1011m3，相当于33.76×108t油当量;在10%概率条件下，天然气水合物资源量约为103.72×1011m3，相当于103.72×108t油当量(图7－37)。

　　图7－37我国东海海域天然气水合物资源量累计频率分布曲线)

　　应该指出的是，根据国外钻探证实，在含天然气水合物沉积层之下，还经常存在储量相当可观的游离气体。但是，由于资料所限，难以确定游离气的分布状况，也难以选择合理的参数来估计游离气的资源量。因此，上述计算仅限于天然气水合物中甲烷气的资源量，没有考虑游离气的资源量。

　　在计算东海的天然气水合物资源量的时候，由于受资料的限制，将天然气水合物稳定带的厚度取代了天然气水合物成矿带的厚度来计算天然气水合物资源量，计算结果可能有所偏大。总之，在目前勘探程度低以及很多评价参数不能准确给定的情况下，对我国海域天然气水合物资源量估算是非常初步的。随着我国海域天然气水合物勘探和研究程度的深入以及所获资料的增多，今后有必要对上述预测结果进行修正(金庆焕等，2006)。

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