海底泥火山對天然氣水合物形成影響分析

王浩宇，吳 濤，秦夢華，呂曉偉，郝碩菲

(1. 長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室 長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100；2. 長江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100； 3. 中石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北 任丘 062552；4. 中石油華北油田公司山西煤層氣勘探開發(fā)分公司 鄭二采氣作業(yè)區(qū)，山西 晉城 048200)

海底泥火山對天然氣水合物形成影響分析

王浩宇1，吳 濤2，秦夢華3，呂曉偉3，郝碩菲4

(1. 長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室 長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100；2. 長江大學(xué) 石油工程學(xué)院，湖北 武漢 430100； 3. 中石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北 任丘 062552；4. 中石油華北油田公司山西煤層氣勘探開發(fā)分公司 鄭二采氣作業(yè)區(qū)，山西 晉城 048200)

連通深海石油和天然氣的主要通道為海底泥火山。因此分析泥火山對深海油氣的運移特征和泥火山的形成機理，對探索海底泥火山控制下的油氣藏的形成和影響具有重要科學(xué)意義。利用實驗?zāi)M技術(shù)分析泥火山的形成機制及其對油氣的運移特征，分析出了海底泥火山的主要形成演化規(guī)律和演化模式。探索海底泥火山構(gòu)造作用下的油氣藏與天然氣水合物藏共生研究，成為了今后研究天然氣水合物藏的重要方向。

海底泥火山；觸發(fā)因素；天然氣水合物；通道

甲烷排放到水圈和大氣圈的重要因素是因為泥火山的存在[1-3]。其類似構(gòu)造受橫向應(yīng)力作用，發(fā)育在俯沖帶及造山帶[3-5]。海底泥火山是生命的證據(jù)，是形成天然氣水合物的重要標(biāo)志[5-8]。泥火山存在的區(qū)域經(jīng)常受石油和天然氣的產(chǎn)生、遷移、積累和破壞影響。研究泥火山的形成機理，對探索深海油氣成藏具有重要意義。

1 泥火山形成機制

引起泥火山形成因素主要有2種基本機制：a垂直應(yīng)力或橫向擠壓、拉張作用下，下覆地層刺穿上覆地層形成火山構(gòu)造；b由于液化作用泥流沿著斷層和破碎帶上升的結(jié)果。泥火山形成觸發(fā)的條件主要包括地震作用、火山活動作用、海嘯、風(fēng)暴氣候、深水重力流滑塌或塊體滑坡以及未知天體的撞擊等作用。超壓的形成發(fā)育與許多因素相關(guān)，其中包括地層水滲透、泥巖欠壓實、有機質(zhì)降解、構(gòu)造擠壓、水熱增壓(溫)、壓力傳遞、密度差異、氣體運移、黏土礦物脫水、地層抬升剝蝕、等勢面不規(guī)則性等。

2 泥火山主要形成過程

上下兩套底層間形成超壓、上覆地層變形，地層發(fā)生破裂、沉積物析出、沉積物附著上覆地層。綜合觀察所有的實驗過程，可以發(fā)現(xiàn)，實驗過程主要經(jīng)歷了幾個變化階段，最終形成海底泥火山構(gòu)造樣式(圖1)。

圖1 實驗過程

通過本次物理模擬實驗，建立了泥火山形成演化模式(圖2)。泥火山的形成過程可以劃分為以下幾個階段：初始階段；早期階段；中期階段；晚期階段。

初始階段：厚層泥巖，未能達(dá)到一定的埋深，深部異常壓力、溫度并不能對泥巖層起作用。地層之間處在一種相對平衡的狀態(tài)。

早期階段：由于浮力、超壓、構(gòu)造擠壓、不均勻壓實作用，泥巖受到深部異常壓力和溫度的影響，產(chǎn)生塑性變形，形成低幅背斜形態(tài)，但上覆地層未發(fā)生破裂。

圖2 演化模式

中期階段：流體壓力大于上覆地層所能承受的最大壓力時，能量得到釋放，蓋層破裂。大量氣體逸出。流體和氣體以羽狀氣泡流形式，通過泥火山噴發(fā)，形成圓錐狀泥火山或麻坑。

晚期階段：泥火山多期噴發(fā)后，釋放了大量的能量，形成了多個火山口。隨著時間的推移，上部地層接受沉積，泥火山深部聚集的能量越來越多，當(dāng)超過上覆地層的壓力的時候，泥火山再次被激活，開始二次活躍期。

3 泥火山與天然氣水合物的關(guān)系

天然氣水合物的形成不僅受到物理、化學(xué)條件的影響(溫壓條件、地球化學(xué)特征、氣體來源)，也受到實際地質(zhì)條件的控制(運移條件、沉積作用)。泥火山中的流體上侵引起水合物溫壓場和地球化學(xué)特征的變化，造成熱流異常，天然氣水合物藏受到破壞，甲烷氣體上涌噴發(fā)出海底地表，形成羽狀流，從而影響水合物的形成和富集。同時，泥火山作為氣體從深部地層進入到淺層的良好通道，其上侵作用中攜帶的甲烷成為天然氣水合物氣藏形成的重要氣體來源。高通量的甲烷供給的表現(xiàn)是海底泥火山作為運移通道的結(jié)果。在泥底辟和泥火山發(fā)育的地區(qū)，常見羽狀流，其表現(xiàn)大量、快速的流體逸散現(xiàn)象。

4 結(jié) 語

實驗?zāi)M了泥火山幕式形成的全部過程，并且建立了泥火山形成的演化模式。利用實驗?zāi)M的方法對泥火山的形成機制進行了全面的分析。

泥火山中的流體上侵引起水合物溫壓場和地球化學(xué)特征的變化，從而影響水合物的形成和富集。高通量的甲烷供給的表現(xiàn)是海底泥火山作為運移通道的結(jié)果，說明泥火山與天然氣水合物有緊密的聯(lián)系。

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An Analysis of Influence of Submarine Mud Volcano on Gas Hydrate Formation

WANG Haoyu1, WU Tao2, QIN Menghua3, LV Xiaowei3, HAO Shuofei4

(1.KeyLaboratoryofExplorationTechnologiesforOil&GasResources,MinistryofEducation,YangtzeUniversity,Wuhan,Hubei430100,China; 2.SchoolofPetroleumEngineering,YangtzeUniversity,Wuhan,Hubei430100,China; 3.ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofHuabeiOilfielf,CNPC,Renqiu,Hebei062552,China; 4.CNPCofHuabeiOilfieldCBMBranchCompany,Zheng’erGasProducingArea,Jincheng,Shanxi048200,China)

The main channel for connecting deep sea oil and gas is submarine mud volcanoes. Therefore, it is of great scientific significance to analyze the characteristics of mud volcanoes in deep-sea oil, including gas and the formation mechanism of mud volcanoes to explore the formation of oil and gas pools under the control of submarine mud volcanoes. The formation mechanism of mud volcano and its migration characteristics of oil and gas are analyzed by means of experimental simulation. The formation, evolution and evolution model of submarine mud volcano are analyzed. It is important to study the symbiosis between oil and gas reservoirs and gas hydrate reservoirs under the action of submarine mud volcanoes.

Submarine mud volcano；Trigger factor；Natural gas hydrate；channel

2017-05-20

國家“十二五”重大專項(2011ZX05023-002)

王浩宇(1990-)，男，山東聊城人，在讀博士，研究方向：沉積，手機：15633172192，E-mail：271960104@qq.com；通訊作者：王振奇(1963-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：油氣成藏規(guī)律及油氣儲層綜合評價，E-mail: wzq@yangtzeu.edu.cn.

P618.13

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.017