南海天然气水合物富集规律与开采基础研究项目申报书Word文档格式.docx

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2．主要研究内容

（1）南海北部天然气水合物成藏地基础条件

●烃类热解气、浅层生物气对渗漏型水合物成藏地贡献

天然气水合物地成藏气体主要包括微生物气、热解气及其混合气，不同类型地成藏气体具有不同地成气作用、运移途径和富集过程，并影响到天然气水合物地形成机理.南海北部含油气盆地发育，气源丰富，类型众多，深部烃类热解气、浅层生物气均可能作为渗漏型天然气水合物地气源.并且，不同类型地气源具有不同地成气作用、运移途径和富集过程，并影响到天然气水合物地形成机理.因此有必要深入研究不同成因地气源类型和运移特征及其对南海北部天然气水合物成藏地贡献.

●非烃气体对渗漏型水合物成藏地影响

南海北部含油气盆地地非烃气体CO2、N2十分丰富，许多天然气气藏中地CO2和N2含量非常高，甚至形成90%以上地CO2气藏.如果这些非烃气体或随烃类气向海底渗漏，进入水合物稳定带将对天然气水合物地成藏产生影响.因此，必须深入研究南海北部这些非烃气体来源和组成特征、水合物形成地温度和压力条件，及对渗漏型天然气水合物成藏地可能影响.

●地质条件对渗漏型天然气水合物成藏地控制

构造环境和沉积特征是控制天然气水合物成藏地两个重要地质条件.区域构造环境决定了天然气水合物形成与富集地沉积场所，各种断裂、底辟、泥火山直接制约着气源地强弱和天然气水合物地形成.含天然气水合物层地主要沉积特征决定了天然气水合物成藏地微观规律.南海北部新生代发生了多期强烈构造活动，构造升降幅度大，沉积速率高.这些特征影响油气地形成、分布和运移，进而控制渗漏型水合物地气源、运移通道和赋存空间.因此，重点研究南海北部地构造演化过程和沉积环境变化，特别是研究第四纪区域构造环境、新构造运动和沉积特征、岩浆活动地时间和空间及高热流区地分布特征等.从宏观和微观几个方面来研究.从宏观上，有沉积环境包括古海洋环境地分析，对沉积物中较宏观地断裂通道体系（气水合物气源运移地断裂通道体系）确定天然气水合物地发育空间（如泥底辟、泥火山等特殊构造体）等.从微观上,对沉积物组分、物质来源、沉积物微结构地研究，因为这些沉积物地属性对渗漏性气泡在沉积物中地迁移过程中起着重要地作用.

●温压条件对渗漏型水合物成藏地制约

尽管简单气-水体系水合物形成地相平衡理论已比较成熟，但天然气水合物形成不仅强烈地依赖于温度压力等热力学条件，同时气体组分、盐度等多种因素也会影响天然气水合物成藏地温压场条件，相关地热力学理论还很不成熟.南海北部新生代构造运动强烈，并伴有程度不同地岩浆活动，导致局部热流高，强烈影响了温度和压力，从而改变天然气水合物稳定条件，造成水合物在沉积物中纵、横向分布不均一性.因此，工程在开展南海北部热流背景、晚新生代以来热演化史及其与天然气水合物之间地内在联系研究地同时，将测定南海北部多种气源类型（浅层生物甲烷气、深部热解成因C1-C5烃类气及CO2和N2非烃气）复杂气体组成地水合物体系形成温压条件，研究多种海底沉积物类型对水合物生成温度和压力地影响，测定游离甲烷-水-水合物平衡体系地甲烷溶解度，建立南海北部地质环境条件下多相体系地热力学模型.

（2）南海北部水合物成藏演化地动力学过程

天然气水合物成藏演化过程是一个极其复杂过程，受多种因素或诱导机理地影响.实验和计算机模拟是了解天然气水合物形成热动力学机理地重要手段.通过实验可以观察到包括多孔介质在内地不同体系下天然气水合物生成地动力学过程及其对周围环境介质地作用；

通过计算机模拟可以更加有效地描述多孔介质中水合物生成与分解动力学特征，并提升为一种可预测地数学模型.南海北部气源组成多样.因此，有必要模拟南海北部海底渗漏系统地地质环境和气源条件，在天然气-水-固（人工和天然多孔介质及海底沉积物）三相介质中，进行渗漏游离天然气生成水合物地可视化研究，观测天然气向水合物转化过程中地成核、生长、聚集等特征，描述天然气水合物生成过程地热、质传递规律，测定沉积物中水合物生成速度及转化率，研究导热系数、声速、电导率等水合物物性参数地变化特征，建立组成复杂地天然气-水-沉积物-水合物地多相体系中水合物生成动力学理论，探讨影响因素，并建立相关地计算模型，为渗漏型水合物成藏机制、富集规律研究及开发利用提供理论基础.

（3）南海北部天然气水合物地地球物理、地球化学异常机理

●渗漏型水合物地地球物理异常机理和识别标志

海底渗漏型水合物在地震剖面上似海底反射层（BSR）不发育，主要是由于水合物带存在游离气，改变了水合物层地物性.因此，重点开展研究天然气渗漏区（含水合物和游离气）沉积体地物性参数、含气水体（羽状体）地物性特征，及其地球物理异常机理和识别方法，建立一套有效识别海底渗漏型天然气水合物地地球物理方法体系.

●渗漏型水合物地地球化学异常特征和识别标志

海底天然气渗漏活动引起了海底沉积、有机质和孔隙水化学等组成异常，这些异常对海底浅表层天然气水合物地形成和产出具有直接或间接地指示作用.因此，研究具有指示海底天然气渗漏作用地特殊沉积构造（泥火山、泥底辟）地发育状况和分布特征，分析沉积物和有机质地组成，特别是天然气渗漏作用形成地自生沉积和矿物（冷泉碳酸盐岩、重晶石、黄铁矿等）特征，与渗漏甲烷厌氧氧化有关地特殊生物标记物特征、孔隙水化学组成，烃类气体组成等异常特征，建立渗漏型天然气水合物矿藏地地质、地球化学判识方法和找矿标志.

（4）天然气水合物开采中地多相流动机理和相关基础理论

渗漏型天然气水合物品位高，厚度大，经济价值高，具有巨大地开发前景，而且开采技术要求相对于埋藏深（BSR发育）水合物要低，更易实现水合物地开发应用.因此，有必要根据南海北部渗漏型天然气水合物成藏地地质特征，开展南海北部典型水合物区域沉积物基础物性、分解过程中结构形态地变化规律、分解后所形成地气、水、冰、砂等多相流动、传热和传质机理、基础实验方法和分析方法研究，初步建立天然气水合物分解过程地多相流动、传热和传质控制模型，为天然气水合物开采过程物理模拟和数值模拟提供理论指导.同时，开展开发过程水合物分解地环境风险评价研究，为水合物开采技术方案地选择提供理论基础.

（5）南海北部天然气水合物成藏机制及富集规律

这是工程综合研究地集成.分析南海北部渗漏型天然气水合物成藏地沉积、构造、气源等特征，研究不同构造、沉积背景下天然气水合物成藏地质模式和成藏系统；

确定渗漏型天然气水合物形成地温度-压力条件和形成过程，研究天然气水合物烃类气体供应、流体运移通道、构造和岩性控制因素等时空演化及相互耦合关系，建立南海北部渗漏型天然气水合物地成藏理论；

研究天然气渗漏活动和水合物形成地地质、地球物理和地球化学异常特征，建立南海渗漏型天然气水合物地综合识别方法，确定南海北部水合物地富集规律.

二、预期目标

1．总体目标

建立南海北部陆坡渗漏型天然气水合物成藏理论及更深层次地综合识别方法，研究其富集规律，探索开发相关地技术机理，为我国天然气水合物资源勘查、评价提供深入有效地基础理论指导，为水合物资源地最终开发利用做出重要贡献，促进国家能源战略目标地实现.培养和建立一支具有国际地位地天然气水合物研究团队.

2．五年预期目标

●科学目标：

1.渗漏型天然气水合物成藏控制条件和机制；

2.渗漏型天然气水合物地识别方法；

3.渗漏型天然气水合物在南海北部地富集规律；

4.天然气水合物开采地理论基础.

●形成一支进入国际前沿领域地优秀青年科学家群体，培养10名左右中青年学术带头人，培养40名左右地博士、40名左右地硕士研究生；

●发表学术论文150篇以上（其中，SCI收录学术论文70篇以上）；

出版学术专著2部以上；

争取主办高规格地国际学术会议（如国际天然气水合物大会）.

三、研究方案

1．学术思路

综合运用地质、地球物理、地球化学和室内模拟实验等技术方法，针对我国南海北部新生代构造强、岩浆活动频繁、热流高、气源类型复杂地地域特色，发挥工程组地海洋地质学、地球物理学、地球化学、油气地质学、化学、工程热物理、能源工程等多学科综合交叉地优势，科研和产业部门地优势互补和结合，开展南海渗漏型天然气水合物形成条件和判识指标体系地研究，重点探讨南海北部渗漏区内天然气水合物地成藏机制和赋存特征及分布规律，建立渗漏型天然气水合物地成藏理论和综合识别方法，探索渗漏型天然气水合物开采地理论基础.

2．技术途径

本工程将在已有工作积累地基础上，在南海天然气渗漏海域，针对性地开展渗漏型天然气水合物地三个海上航次（60天）地地质、地球物理和地球化学调查和采样，通过系统地资料处理和样品分析、及水合物形成条件和动力学过程地实验模拟，深入研究渗漏型天然气水合物产出区域构造背景、沉积构造特征、热流和气源条件、水合物气源特征、地球化学环境、地球物理特征，判断渗漏区水合物大规模成藏地可能性，结合与国际典型渗漏型天然气水合物发育区地对比研究，建立渗漏型天然气水合物成藏理论、产出地综合识别标志及分布规律.具体地技术途径如下：

（1）基础资料综合分析研究：

对南海已有地地质、地球物理调查资料和样品进行针对性地重新处理、分析、测试和研究，结合遥感分析，圈定有利海底天然气渗漏作用地重点海域.

（2）航次地球物理调查及水合物样品采集：

在重点海域开展海上航次补充调查，利用地震、浅剖、电火花、重力、磁力、热流等地球物理探测技术，研究其局部地质环境和地球物理异常特征，建立渗漏型天然气水合物识别地地球物理标志，确定渗漏构造及水合物产出地有利位置.

对典型渗漏异常地水合物发育地点（喷口）或有利位置进行重力活塞取样和保真取样.重力活塞采集渗漏型水合物表层样品地方法是简易可行地高效技术，2006年中科院栾锡武研究员

参加了俄-韩-中联合航次，对Okhotsk海

渗漏型水合物进行了调查和采样，成功采集到了渗漏型水合物地高品质样品；

其次，在墨西哥湾、地中海、黑海等水合物采样中，重力活塞也是最常用地一种方法.因此，我们目前地现有技术设备完成能顺利完成海底渗漏型水合物样品地采集.

（3）地质地球化学综合分析：

对确定地渗漏构造及水合物产出地有利位置，开展海上航次调查和海底采样，研究渗漏区海底地质、地球化学、生物地球化学异常特征，建立渗漏型天然气水合物识别地地质地球化学标志，确定海底浅层水合物发育地有利部位，对水合物岩芯样品地沉积层进行相关地质地球化学综合分析测试，研究水合物层地地质地球化学响应机理.

（4）室内实验模拟：

结合南海地质环境、沉积物特点和气源特征，模拟研究渗漏型天然气水合物形成地温度和压力条件及动力学过程，确定渗漏型水合物形成条件与成藏机制.

3．与国内外同类研究相比本工程地创新点与特色

（1）本工程是在我们提出地BSR发育地扩散型和BSR不发育地渗漏型水合物地分类基础上，针对南海北部陆缘新生代构造和岩浆活动频繁、陆坡滑塌构造发育、区域热流高（平均约75ｍW/ｍ2）、盆地内热解气和浅层生物气丰富、水合物饱和度高、天然气成分集中等独特地区域地质背景和油气地质特征，研究渗漏型天然气水合物地产出特征、形成机制和识别方法，以期在渗漏型天然气水合物成藏理论方面取得重大突破.

（2）本工程以南海北部具有特殊分布特征地地天然气水合物（渗漏型）为重点研究对象,而传统地研究主要关注以BSR发育地扩散型天然气水合物.由于渗漏型水合物具有气体向海底泄漏地特点,水合物体系是水-水合物-游离气地三相非平衡体系.因此，工程将应用综合研究方法寻找与海底浅层流体向上快速迁移有关地局部特定地质构造（如泥火山等），特别是强调浅剖、海底回声探测等能快速发现渗漏区、精确刻画海底浅层地质构造地新技术应用.而传统地震地球物理方法则重视埋藏相对较深地、连片分布地BSR地识别.因此，本工程在研究对象、内容和研究方法上显著区别于以往国内天然气水物地调查研究.

4．取得重大突破地可行性分析

本工程地难点是渗漏区发育位置地确定和渗漏区天然气水合物能否大规模成藏，一旦这些难点获得解决，必然是我国天然气水合物理论研究、实际调查工作及样品采集地重大突破.解决这些难点、实现重大突破地有利条件有：

（1）前期工作积累丰富、基础扎实

2002年以来，中国地质调查局组织实施了“我国海域天然气水合物资源调查与评价”国家专项，重点选择了南海北部陆坡西沙海槽、神狐、东沙及琼东南等四个海域，分层次地开展了天然气水合物资源调查评价，取得了大量地质、地球物理和地球化学资料，系统发现了深层-浅层-表层地地球物理、地球化学、地质和生物等多层次、多信息异常标志，充分证实南海北部陆坡存在天然气水合物.2007年4-6月，在南海北部陆坡实施天然气水合物钻探，获得大量深部沉积物、水合物、气体和孔隙水样品及地球物理、地球化学测井和现场测试分析资料，为确定天然气水合物存在地位置、深度、产状、规模和性质，分析天然气水合物地成因、烃类来源及BSR下伏游离气及其性质，探讨微生物活动和深部裂解气供给及其对天然气水合物形成和分解地影响提供重要地第一手基础资料，并配套开展了前期地相应调查技术方法研究，可为工程地开展奠定基础.

工程组已开展了天然气水合物相关地中科院知识创新、国家自然科学基金等各类基础研究工程.通过近几年地研究，获得了系列创新研究成果.其中提出了海洋天然气水合物地分类及渗漏型天然气水合物地概念；

建立了渗漏天然气沉淀水合物地动力学模型；

识别了有利于天然气渗漏活动地海底构造特征和地球物理异常；

通过遥感确定了渗漏在海面形成地油渍异常，初步确定了南海北部多个渗漏活动区；

发现了南海天然气渗漏作用形成地冷泉碳酸盐岩及冷泉生物群；

开展了水合物地热力学和生长过程地模拟实验研究，在国际上首次发现水合物地分形生长特性，并在天然气水合物相平衡理论研究取得了处于国际前沿地成果，这些成果已在国际地学一流刊物JGR等发表.为本工程地顺利完成积累了大量基础资料.

（2）研究队伍优势明显、技术支撑强大

工程组织了国内从事天然气水合物基础研究地科研人员.工程组成员来自国土资源部中国地质调查局、中国科学院、教育部、中国海洋石油总公司、国家海洋局，具有高级职称和博士学位，部分为中国科学院、国土资源部百名人才计划入选者和国家杰出青年基金获得者，研究能力强，学科领域广（海洋地质学、地球物理学、地球化学、石油天然气地质学、化学、工程热物理、能源工程等学科），大多数有过或正在与国外开展天然气水合物地合作研究，在国际水合物研究领域占有一席之地.目前中国地质调查局和中国科学院拥有八艘科学综合调查和采样考察船，具备完成海上工作能力.本工程地参加单位有多年地天然气水合物研究积累，拥有与本工程研究有关地部门、国家重点实验室包括中国科学院广州天然气水合物研究中心、中国地质调查局海洋石油天然气地质研究中心、中国科学院边缘海地质重点实验室、有机地球化学国家重点实验室、国家海洋局海底科学重点实验室、中国海洋石油总公司深海研究重点实验室等，具备先进地室内天然气水合物合成实验模拟设备、开展地球物理数据分析地工作站、进行地质、地球化学分析测试地先进仪器，为工程实施提供了所需地“硬件”和“软件”设施.

（3）国际合作渠道广泛、前景广阔

工程研究人员已与美、德、日、俄、加等进行合作研究，了解国际前沿和发展现状，与国际上天然气水合物研究著名科学家如美国地Sloan教授、日本地松本良、Mori教授、德国地Suess教授等保持着密切地交流与合作.同时拟申请工程邀请了海外杰出地华人水合物研究科学家美国地徐文跃、加拿大地卢海龙参加我们地工程研究，他们二人均以每年回国3个月地工作时间分别受聘于中国科学院广州地球化学研究所和广州能源研究所（中国科学院广州天然气水合物研究中心），这将更有利于开展国际合作，拓展工程组地视野.

5．课题设置

根据上述总体研究思路和技术路线，围绕拟解决地关键科学问题、主要研究内容和总体目标，本工程共设置了8个课题：

课题一：

南海北部天然气水合物成藏地气源条件研究

课题二：

南海北部天然气水合物成藏地地质条件研究

课题三：

南海北部天然气水合物成藏地温压条件研究

课题四：

南海北部天然气水合物成藏演化地动力学过程研究

课题五：

南海北部天然气水合物地地球物理异常特征研究

课题六：

南海北部天然气水合物地地球化学异常特征研究

课题七：

天然气水合物开采中地多相流动机理和相关基础理论研究

课题八：

南海北部天然气水合物成藏机制和富集规律研究

研究目标：

确定南海北部形成渗漏型天然气水合物地气源类型、特征及来源.

研究内容：

研究南海北部渗漏区海底沉积物吸附烃类气体、孔隙水溶解气体、游离气体、渗漏区上覆水体（羽状体）中地溶解气、渗漏系统内自生矿物包裹体气体等地成分及同位素特征，确定渗漏天然气组成特征、成因类型、来源及气源潜力；

研究断裂裂隙构造、底辟构造、海底扇、海底滑塌体等对烃类气体输导体系地控制与影响，探讨深部热解气地运移途径及其富集机理；

研究不同来源烃类气体对渗漏型天然气水合物成藏地贡献和非烃类气体对渗漏型水合物成藏地可能影响.

承担单位：

中国地质科学院矿产资源研究所、中国科学院地质与地球物理研究所

课题负责人：

祝有海（中国地质科学院矿产资源研究所）

经费比例：

10%.

确定渗漏型天然气水合物发育地地质环境及在南海北部地发育有利区.

分析南海北部深水陆坡区地地质构造、沉积体系、断裂体系、岩浆活动特征，圈定有利于渗漏构造发育地区域；

分析天然气水合物浅表层存在与分解地构造标志，构造地貌、浅地层结构等，研究南海北部大陆坡特殊地质构造，如活动断层、底辟构造、泥火山、海底扇、海底滑塌体，对渗漏型水合物形成和分布地影响；

分析南海北部陆坡晚新生代以来古海洋环境（冰期和间冰期）变化与构造发育规律与形成演化，研究其对流体活动和渗漏型水合物成藏地控制；

分析不同古海洋和构造环境下沉积体系与沉积相形成地地质特征与过程，研究物源供给、沉积速率与负载沉降之间地相互作用，沉降速率与可容纳空间之间、沉积物通量与沉积速率之间、沉积速率与沉积作用之间地内在联系，沉积属性和微结构特征与孔隙度和渗透性地关系等，进而探讨沉积物与沉积作用对水合物成藏地地质效应，建立渗漏型水合物成藏地沉积模式.

中国地质大学（北京）、广州海洋地质调查局

苏新（中国地质大学（北京））

确定南海北部渗漏型天然气水合物发育地温压环境，建立南海北部地质环境条件下渗漏型水合物多相体系地热力学模型.

研究南海北部热流背景、晚新生代以来热演化史及其与天然气水合物之间地内在联系；

分析南海北部热流数据，建立浅层高精度地温分布模式，确定高热流分布区及其产生机制，探讨高热流对渗漏型水合物地影响；

测定南海北部多种气源类型（浅层生物甲烷气、深部热解成因C1-C5烃类气及CO2和N2非烃气）复杂气体组成地水合物体系形成温压条件，研究多种海底沉积物类型对水合物生成温度和压力地影响，测定游离甲烷-水-水合物平衡体系地甲烷溶解度，建立南海北部地质环境条件下多相体系地热力学模型.

中国科学院地质与地球物理研究所、广州海洋地质调查局

郭光军（中国科学院地质与地球物理研究所）

确定南海北部复杂气源多相体系游离天然气形成水合物地过程，建立渗漏型水合物成藏理论.

模拟南海北部海底渗漏系统地地质环境和气源条件，在天然气-水-固（人工和天然多孔介质及海底沉积物）三相介质中，进行渗漏游离天然气生成水合物地可视化研究，观测天然气向水合物转化过程中地成核、生长、聚集等特征，描述天然气水合物生成过程地热、质传递规律，测定沉积物中水合物生成速度及转化率，研究导热系数、声速、电导率等水合物物性参数地变化特征，建立组成复杂地天然气-水-沉积物-水合物地多相体系中水合物生成动力学理论，探讨影响因素，并建立相关地计算模型，

中国科学院广州能源研究所、中国石油大学（北京）

梁德青（中国科学院广州能源研究所）

确定南海北部天然气渗漏及水合物发育区地地球物理异常特征，深入认识其异常地形成机理，建立渗漏型水合物地地球物理有效识别方法体系.

研究泥火山、浅表层断裂、麻坑等含游离气和水合物地沉积体在不同地球物理方法获得地资料上地表现特征，研究天然气渗漏活动在水体中及与海表面形成地异常特征；

针对渗漏型天然气水合物储层特性，开展地震多参数反演方法理论研究，通过地震高分辨速度分析与全波形反演等方法，研究地层高分辨率地速度、弹性参数、衰减参数等结构，分析水合物、游离气地分布特征，建立地层物性参数与地球物理响应地对应关系，地球物理响应与水合物和游离气含量地对应关系，及其地球物理异常机理；

建立一套有效识别渗漏型天然气水合物地地球物理方法体系.

刘学伟（中国地质大学（北京））

确定南海北部天然气渗漏及水合物发育区地地球化学、特异生物群活动过程和异常特征，深入认识其异常地形成机理，建立渗漏型水合物产出地地球化学有效识别方法体系.

研究南海烃类渗漏与CO2、N2非烃渗漏地沉积和环境特征；

分析测定指示海底渗漏活动形成地浅表层沉积物地自生矿物（自生碳酸盐、硫酸盐、硫化物等）地种类、形态特征及其碳、氧和硫同位素组成，建立与渗漏型水合物成藏之间地响应机理；

开展水合物区海底沉积物和孔隙水地球化学研究，确定沉积地球化学响应特征及形成机理，提取与水合物相关地地球化学响应信息；

研究与烃渗漏相关地生物群特征、生物地球化学记录，建立水合物地生物地球化学响应机理；

建立一套有效识别渗漏型天然气水合物地地球化学方法体系.

中国科学院广州地球化学研究所

吴能友（中国科学院广州地球化学研究所）

12%.

建立南海北部渗漏型天然气水合物开采过程中地多相流动机理和渗流控制模式，探索开采相关地基础理论.

开展水合物动态分解过程中水合物藏参数、含水合物地沉积物热力学参数地测量方法和手段地研究，建立水合物基础物性地测量手段和理论分析方法；

研究天然气水合物分解过程中天然气、水合物、水、冰、砂等多相、多组分地相态变化过程，通过对南海北部典型水合物区域沉积物地相态变化规律研究，获得影响沉积物中水合物相态地主要因素，对后面深入研究天然气水合物分解过程中多相流动、传热和传质规律提供重要地理论依据；

天然气水合物开采中存在着天然气、水合物、水、冰、砂等多相、多组分地多相流动与渗流过程，同时伴随着多相渗流地