海域天然氣水合物成藏地質條件淺析

摘 要：基于近年來國內外天然氣水合物勘查試采經驗，多角度探討了海域天然氣水合物成藏地質條件，以期為推動下一步研究及商業化開采提供一定的借鑒意義。

關鍵詞：海域天然氣水合物;甲烷成因;外部環境;疏導體系;儲集

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

一、氣體來源及類型

天然氣水合物的主要構成成分是以甲烷（CH4）為主的烴類氣體，該類氣體的形成受海底復雜的地質因素和微生物環境因素等的控制，一般來說，地學界通常將天然氣水合物的成因歸為有機成因（熱解成因、微生物成因等）和無機成因（火山巖漿氣、無機鹽分解氣等）。熱解成因氣主要為存在于地球深部的有機物質在特定溫度和壓力環境下，經過復雜的物理化學反應和微生物細菌等的分解及再生作用生成的烴類氣體;無機成因氣主要為來自海底深部地層的各種構造地質活動（巖漿活動、變質成巖作用等）及無機鹽化學反應等產生的氣體。

二、天然氣水合物形成穩定外部條件

海域天然氣水合物的形成具有明顯的特殊性，一般來說，海底陸坡及淺海盆地是天然氣水合物賦存的主要區域，相似的外部環境是主導這種分布特征的重要因素之一。通過學術界多年研究成果發現，特定的溫度條件、壓力條件和持續穩定的烴源氣體供應是天然氣水合物形成的穩定外部條件。

天然氣水合物作為一種降溫結晶狀固體，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，當水合物周圍溫度超過20℃時便會直接分解，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，和普通氣體物態變化要求一樣，高壓條件能增加氣態烴類轉化為固態天然氣水合物的速率，研究發現，0℃附近維持30個大氣壓便可以生成天然氣水合物，粗略計算，以水深每下降10m增加1個大氣壓計，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甲烷的體積比約為164∶1，說明天然氣水合物的生成需要大量以甲烷為主的氣態烴類，因此，持續不斷的甲烷等烴類氣體供應是天然氣水合物生成的第三個主要條件，在特定的溫度、壓力和充足氣體來源的環境下，使得海底天然氣水合物生成變為可能。

三、氣體運移疏導體系

正如前一節所述，天然氣水合物的形成需要大量以甲烷為主的氣態烴類，而天然氣水合物生成區附近的氣態烴類遠遠無法滿足該區域天然氣水合物的生成需要，必須從水合物穩定區周圍及底部深層沉積物中不斷進行氣體甲烷輸運，因此，甲烷氣體的運移疏導體系在天然氣水合物成礦過程中同樣扮演著重要的角色。

海底地層斷裂、小型泥底辟構造、氣煙囪、滑塌扇及滑塌體等各種規模的地質構造可以作為海底氣態烴類的疏導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、海底擴張等復雜構造地質作用下，海底地層斷裂廣泛發育，來自深部的氣體沿斷裂縫向上逃逸，在淺部天然氣水合物生成區被捕獲并合成;小型泥底辟又被稱作泥火山，也是氣態烴類運移疏導的重要通道，組成泥底辟的高塑性泥巖在海底發育上涌刺穿地層到達天然氣水合物形成穩定區，氣態烴類沿泥底辟通道向上輸運，混入水合物穩定區進而不斷反應生成更大規模的天然氣水合物;氣煙囪是海底熱性液體或氣體由高壓環境向低壓環境流動的通道，也是控制氣體運移疏導體系發育的重要一環，氣煙囪可以促使海底氣態烴類不斷向上垂直運移，往往在海底表面伴隨著麻坑地貌的產生，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產生的高速堆積體，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移和富集，進而越有利于天然氣水合物的生成。

四、天然氣水合物儲集條件

由于天然氣水合物生成需要特定的外部環境和氣體供應，外部條件的改變會引起已生成的天然氣水合物分解，因此，穩定的儲集條件是天然氣水合物長期賦存的重要保證。目前已發現的天然氣水合物賦存狀態主要包括分散狀、結核狀、脈狀和塊狀等，其主要儲集地層性質主要以松散且沒有嚴重固結的粘土、粉砂質粘土、粘土質粉砂等為主，并伴有大量裂隙發育，孔隙度多介于35%～60%左右。經驗表明，生物碎屑沉積物質廣泛發育的地區，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集的良好場所，這說明深水沉積體系對于天然氣水合物的儲集條件具有明顯的影響，不同的海底沉積環境、底質沉積物粒徑組分和斷裂等微構造結構均控制著水合物的成藏及分布。探究天然氣水合物儲集條件控制因素，不僅能夠了解天然氣水合物的成礦規律，而且可以深入探討不同區域天然氣水合物在海底的賦存狀態和穩定性，對未來天然氣水合物的勘查、試采及商業化開發等均具有非常重要的指示意義。

參考文獻：

[1]卜慶濤，胡高偉，業渝光，等.天然氣水合物成藏體系研究進展[J].新能源進展，2015（6）：435-443.

[2]付少英.烴類成因對天然氣水合物成藏的控制[J].地學前緣，2005，12（3）：263-267.

[3]蔣向明.天然氣水合物的形成條件及成因分析[J].中國煤炭地質，2009，21（12）：7-11.

[4]吳能友，楊勝雄，王宏斌，等.南海北部陸坡神狐海域天然氣水合物成藏的流體運移體系[J].地球物理學報，2009，52（6）：1641-1650.

[5]康萍.天然氣水合物儲層儲集性能影響因素探討[J].化工管理，2018，485（14）：98.

基金項目：中國地質調查局項目（DD20190232、DD2190583、DD20190584）資助

作者簡介：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測試分析、國內外水合物開采現狀及戰略研究。