Gas hydrate system and resource potential of the continental margin of the Bellingshausen Sea to the west coast of the Antarctic Peninsula
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摘要: 以别林斯高晋海陆缘地质环境、天然气水合物存在标志如BSR为线索,认为南极半岛别林斯高晋海陆隆上快速堆积体具有天然气水合物成藏的良好环境。根据ODP太平洋钻探计划178航次的钻孔、地震剖面等数据,从沉积、气源、热流场、成藏关键时间分析研究区域含天然气水合物的成藏条件,通过研究区天然气水合物综合异常图及综合成藏系统表,预测南极半岛别林斯高晋海陆缘天然气水合物成藏区域在陆隆快速堆积体7上,研究区的天然气水合物可能成藏的区域在地层单元Ⅰ和Ⅱ,年龄应是全新世到上新世晚期(0~2.1Ma)。运用体积法对其天然气水合物资源量进行计算,预测资源量较大,为今后南极区域天然气水合物的调查研究提供参考。Abstract: Based on the geological environment of the continental margin of the Bellinsgauzen Sea and the presence of natural gas hydrate proxies, such as BSR and the rapid accumulation of sediments from the upper reaches, it is inferred that the region has excellent conditions for natural gas hydrate accumulation. According to the drilling data and seismic profiles of the Leg 178 of the ODP Pacific Drilling Program, formation conditions of natural gas hydrates in the study area are analyzed according to sedimentation, gas source, heat flow field and key time of accumulation. The accumulation conditions of natural gas hydrates are predicted by the comprehensive anomaly map and the comprehensive accumulation system table of the study area. It is predicted that the gas hydrate accumulation area along the sea margin off the Antarctic Peninsula is mainly located on the continental rise of Drift 7, most probably in the stratigraphic units Ⅰ and Ⅱ, from Holocene to late Pliocene (0~2.1 Ma). Volumetric method is used to calculate the amount of natural gas hydrate resources, which are very large. The results may provide a good reference to the future investigation and research of natural gas hydrates in the Antarctic region.
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Keywords:
- ydrates system /
- resource potential /
- BSR /
- volume method /
- Antarctic Peninsula /
- Bellinsgauzen Sea
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天然气水合物,俗称可燃冰,是由水分子与气体分子(主要是甲烷)组成的笼状、似冰状的晶体[1]。天然气水合物主要分布在陆地冻土带,以及300m水深以下的海洋活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架、水下高地和边缘海底沉积物中。根据已有的关于南极陆缘天然气水合物的研究,南极陆缘存在南设得兰陆缘、南极半岛的太平洋陆缘、罗斯海陆缘、威尔克斯地陆缘、普里兹湾陆缘、里瑟-拉森海陆缘、南奥克尼群岛东南陆缘等7个潜在天然气水合物区[2],别林斯高晋海陆缘属于南极半岛太平洋陆缘潜在成矿区。有关南极半岛西侧别林斯高晋海的研究始于20世纪70年代,研究主要基于多次南极及深海调查计划所获得的沉积物岩心及地震剖面,而其中主要的调查有深海钻探计划(DSDP)第35航次以及大洋钻探计划ODP第178航次,是对南极西部的首次考察[3]。在地震剖面资料方面,英国南极考察局(BAS)的詹姆斯·克拉克·罗斯巡洋舰获得了多道地震剖面,阿尔弗雷德·韦格纳极地和海洋研究所(AWI)的极地号1994年及1995年在别林斯高晋海域获得多道地震剖面。21世纪后以上考察仍在进行,为有关南极大陆西侧海域的研究提供了数据基础。而在过去关于别林斯高晋海域的研究中,针对天然气水合物的研究几乎没有,仅有个别提到了在别林斯高晋海发现有BSR的存在[4]。而在其他基于大尺度的天然气水合物研究中,如吴庐山等[2]在南极陆缘BSR及天然气水合物成藏条件研究中,提及了别林斯高晋海的天然气水合物成藏条件。在之前的研究中已从大环境分析了别林斯高晋海陆缘天然气水合物的成藏条件[5],在此研究中将以含水合物系统视角对别林斯高晋海陆缘天然气水合物的成藏标志与资源量展开分析。
1. 地质概况
别林斯高晋海(Bellinsgauzen Sea)为南极半岛西侧的边缘海,位于太平洋东南端,地理坐标约75°~100°W,长约1100km。南极半岛构造历史复杂,西侧陆缘在新生代由于南极洲-菲尼克斯板块的扩张,洋中脊分段式地抵达南极半岛大陆边缘,这也使南极半岛西缘板块俯冲和洋脊扩张作用停止,南极半岛西侧陆缘变为被动大陆边缘[6, 7]。关于海底地形地貌,图 1中海水深度反映了别林斯高晋海南极半岛陆缘由陆向海呈陆架、陆坡和陆隆的地形变化,同时在陆隆处浅黄色的部分水深相对较浅,代表海底地势相对较高,根据南极半岛以西陆隆的多道地震反射剖面,在63°和69°S之间显示8个体积较大的丘状沉积体,地震剖面和远程侧扫声纳图像显示,丘间的海底由大陆坡底部附近的树枝状通道穿过[8]。这些丘被解释为快速堆积体,主要由源于大陆陆坡的细粒成分的浊流组成,夹在西南底流环境内的一个中间层中并沉积下来。其中最大的沉积体高于周围海底面超过1km,其长度至少130km,其宽度超过60km,沉积丘中部宽,两头尖,一个朝向边缘,另一个朝向开阔的海洋[9, 10]。根据天然气水合物存在的地球物理、化学等证据,陆隆上的快速堆积体是研究天然气水合物成藏的主要区域。
2. 天然气水合物存在标志
地震剖面上的似海底反射波(Bottom simulating reflector,BSR)通常指示天然气水合物稳定带的底界,即含水合物沉积层与含游离气沉积层或含水沉积层的相边界, 目前在别林斯高晋海陆缘发现的BSR约有7处。在别林斯高晋陆缘分布有8个快速堆积体,其中6与7号堆积体的体积最大,根据地球物理观测实验和英国南极调查局收集的多道地震剖面(见图 2),在堆积体6与7上的地震剖面IT92-109、IT92-106、IT92-108中共发现了4处似海底反射波,其中IT92-109剖面BSR见图 2,虚线为BSR;带圆圈的数字表示声学单元1至6,以粗线为界,最厚线段划定了3个沉积阶段[8],其余BSR解析图件可见参考文献[8]。
另外,Diviacco P等[12]依据南极洲国际地质研究中心(PNRA)的RADA地震研究项目,将新技术应用到原始地震反射数据集(IT195-137、IT195-138)[13],以提高整体处理质量,并同在快速堆积体6和7之间的IT195-137、IT195-138部分地震剖面中,同样发现了BSR,但Diviacco P认为这是属于二氧化硅成岩型BSR,未必与天然气水合物存有关系。
综合以上天然气水合物存在的标志,如图 3天然气水合物平面分布综合异常图,可分析得出别林斯高晋海目前所发现的BSR都在南极半岛西侧大陆隆起的快速沉积体6(Drift6)至快速沉积体8(Drift8)沉积中,其中大部分在快速沉积体7(Drift7)的沉积中。另外根据大洋钻探计划1095及1096钻孔的数据[14],在这些区域中,也发现了天然气水合物部分地球物理、地球化学特征,因此根据以上天然气水合物存在标识,本研究将别林斯高晋海的天然气水合物主要资源预测区放在南极半岛西侧陆隆高速堆积体7及周边相邻沉积体上(约66.5°~68.5°S、74°~80°W)。
3. 天然气水合物成藏条件分析
自1999年以来,在水合物研究文献中开始出现名词天然气水合物油气系统(Gas Hydrate Petroleum System),引入含水合物系统这一概念有利于提高区域水合物研究的系统性及全面性,但目前天然气水合物相关研究越来越趋向单一控制因素,且含水合物系统概念并不明确。最近,有关含水合物系统逐渐取得一些研究成果,Andrew T等[16]根据最新的台湾地球物理、地质和地球化学调查结果,分析了增生楔和其相邻裂陷边缘的含水合物系统及其勘探远景;另外有学者通过数学模拟甲烷从低通量水合物体系(LFGH)到高通量水合物体系(HFGH)的变换,揭示甲烷水合物稳定系统的形成。过去的研究已对天然气水合物的成藏条件及机制有了较深刻的探讨,这都为建立含水合物系统奠定了良好的基础[17]。
综合过去的研究,认为含水合物系统是由水合物资源内部气源系统、储集体系统、运移系统、稳定域系统、有效水供应系统和时间系统这六大子系统构成,系统与各成矿要素、要素与要素、系统与环境之间相互联系和相互作用,是关于天然气水合物各类存在标志的相关性、含水合物系统的地质作用过程、天然气水合物有利成矿区带预测的动态系统。根据含水合物系统及研究获取的别林斯高晋海相关成藏条件,本节将从沉积、气源、热流场及物性四方面对别林斯高晋海天然气水合系统进行分析。BSR所在地点沉积丘7附近的钻孔主要有ODP的钻孔1095及1096,且1096钻孔正好在发现BSR的地震剖面(I95-130A测线)上,对别林斯高晋海含水合物系统的研究将主要基于这两个钻孔的地球物理、地球化学等数据分析。
3.1 有利的快速沉积
至少在晚中新世、上新世和第四纪期间,冰下的冰川变形被认为是将沉积物运输到陆架边缘的主要机制[18-20]。在冰盛期,接地冰扩展到大陆架边缘,导致冰川运输沉积物并沉积到斜坡上。大量运输过程(坍塌、滑坡、泥石流和浊流)将大量沉积物从大陆坡转运到深盆地。在大陆边缘的地方形成了许多大的浊流通道,这些通道在较低的陆坡上切割形成沉积物运输的重要通道[21-28]。冰川沉积为别林斯高晋海陆缘的多个高速堆积体带来了陆架上丰富的沉积物。
沉积速率是控制水合物聚集的最主要因素之一,有机质在微生物作用或深埋藏作用下产生气体,间接提供气源,从而为水合物的生成提供了气源,同时也有利于水合物富集与成藏。在快速沉积区,结合气源分析,通常可预测存在丰富天然气水合物的有利区域。而在1096孔位所测得的沉积速率非常高,在连续采收间隔时间内计算了上层569mbsf的沉积速率,通过推断,钻孔底部(607.7mbsf)的年龄估计为4.7Ma,从钻孔底部到216mbsf深度(2.58Ma),沉积速率平均为18cm/ka,即180m/Ma。从216mbsf到孔顶,沉降速率约为9cm/ka,即90m/Ma(图 4)。
1095钻孔沉积速率的总体趋势是从井底11cm / ka(110m/Ma)降至井上,靠近孔的顶部至2.5cm/ka(25m/Ma)(图 5)。两个钻孔的沉积速率相对于很多已经探测出天然气水合物的沉积区都要高。如此高的沉积速率容易在沉积速率高的沉积区形成欠压实区,从而构成良好的流体输导体系,有利于天然气的运移并在合适的位置形成水合物。
3.2 气源条件
世界上发现的天然气水合物多为甲烷水合物,大量的甲烷以天然气水合物、气泡(游离气)和溶解气的形式存在于海底及其下部的沉积中。在水合物稳定带(GHSZ)中, 甲烷的浓度越大, 温度越低, 压力越高, 则天然气水合物越稳定。孔位1096的气体监测使用了顶空法和真空器抽样,顶空法是探查海底天然气水合物分布的常用方法,当渗漏的甲烷气体以游离态存在于沉积物颗粒之间时,即可采用顶空法测定游离态甲烷气体。在1096A孔位,甲烷顶部空间浓度(C1)从50mbsf开始超过背景值(12.5mM),并且向下呈迅速增加的趋势,另外还存在少量乙烷(C2),丙烷(C3)出现在123mbsf以下(见图 6)。1096B孔的大部分气体组成保持相对恒定,在1096B(176mbsf)发现气穴,并开始真空采样,在1096孔位的其余部分,真空器采样继续与顶空采样同时进行,碳氢化合物异丁烷(C4)和异戊烷(C5)首先出现在1096C(293mbsf),随深度缓慢增加,而丙烷增加得更快。真空采样器样品中的甲烷:乙烷的比例在井下减少,但从未达到100的安全限值。由于该孔位乙烷及丙烷含量很高,因此可疑成藏的水合物可能为乙烷、丙烷等混合气体水合物。
在孔位1095中,也探测出了明显浓度的甲烷和乙烷。不过相对于孔位1096,该处的甲烷埋藏更深,在深度140msbf上并没有探测出甲烷,而在深度大于140msbf开始甲烷量突然上升。在400~500msbf达到最高值,随后减少(图 7)。天然气水合物的形成需要有充足的烃类气体,而烃类气体来源主要有微生物气、热解气以及其两者的混合气。从目前国际上发现的天然气水合物情况来看,其烃类气体主要来自浅层的生物气,在断裂发育区域,深部岩层的热解气和一些深源气体也对天然气水合物的形成具有大的贡献。热成因气来自深部常规石油的热降解气和裂解气以及一些深源气体,也是形成天然气水合物的重要气源。
孔隙水是主要赋存在松散沉积物颗粒间孔隙中的地下水。沉积物中要有充足的粒间孔隙以形成笼形架, 并且有充足的甲烷和水, 如年轻的、欠压实的海洋碎屑沉积物地层内一般具有充足的孔隙和大量的孔隙水。对孔位1096A中的36个样品,孔位1096B中的30个样品和孔位1096C中的102个样品进行重量和体积测定,测量湿质量,干质量和干体积,并且从这些测量结果中计算水重量、孔隙率等的百分比,结果显示孔隙率和含水量的最高值出现在上部30mbsf,对应于岩石地层单元1,其中生物成分含量高。在初始下降到100mbsf后,孔隙率和含水量分别从60%稳步下降到52%,从37%下降到27%,随后随深度的增加变化不大(图 8),但总体来说其含水量是能满足水合物的储存。
以1096同样的监测方法,得出1095钻孔的孔隙率及含水量,孔隙率在20~500mbsf线性下降,从60%降至56%(图 9A)。同样,在相同的深度范围内,大部分含水量(图 9B)从38%降至32%。预计这种随深度减少的原因可归因于负载下的压实增加。
水合物稳定带HSZ的厚度主要受控于水深与地温梯度,在HSZ中天然气水合物尽可能地充填孔隙,自身形成了一个无渗透性的盖层,因而在其下能够捕获大量的游离气。水合物稳定带基底BHSZ代表了游离气-水合物和游离气-水之间的准稳定相边界,还有可能是水合物与水之间物性呼应的界线,它主要受压力和温度的控制,局部也可能受地球化学条件的影响。孔位1096中孔隙水比例平均达30%以上(图 8),而钻孔1096中的孔隙水也表现出Cl-和SO42-离子浓度异常(图 10)。通常在水合物分布地区,孔隙水的Cl-和SO42-离子浓度随深度的增加而减小,因为天然气水合物的笼形结构不允许离子进入,使得周围的海水盐度增高,反之,水合物分解则导致其周围孔隙水变淡,氯离子浓度降低。另外,由于甲烷气体在微生物作用下还原了海底沉积物中的SO42-,使之消耗殆尽。
在1095孔位中的孔隙水化学特征(图 11)显示了埋藏有机物质主动成岩作用的明确证据。随着深度的增加,溶解的锰急剧增加至25mbsf时的最大浓度(120μM),反映了Mn氧化物在低氧条件下的溶解。在该区域正下方,由于硫酸盐还原和伴随的硫化物矿物沉淀,溶解的硫酸盐和锰随深度稳定降低。锰在硫酸盐还原区的底部达到最低浓度(10μM),接近160mbsf,硫酸盐减少至零,并在此处出现明显浓度的甲烷和乙烷。
3.3 热流场
海洋中影响水合物稳定域的主要因素有水深、海底温度、地温梯度、天然气的组成和孔隙水盐度,其中最主要因素之一是温度条件,水合物最佳的形成温度是0~10℃。金春爽等通过统计世界上已发现水合物或水合物标志的地区的热参数值,认为水合物具有低热导率特性,而且几种结构的水合物热导率值相近[29]。正是由于水合物的低热导率特性,当沉积物中含有水合物时,热导率趋于降低。石英砂岩、甲烷水合物和甲烷气的混合物热导率是0.81~0.87w/(m·K),比一般的含水砂岩热导率要低。因此,沉积物的热导率在很大程度上也能指示水合物存在与否[30]。如图 12,在1096孔位中热导率为0.8~1.2w/(m·K),符合水合物低热导率的特点。
ODP178航次1096钻孔实测海底温度均低于0℃,而关于井下热流值的测量则需根据热导率及井下温度来测量。DOP1096的3处钻孔,通常位于第3单元层序的中部,每个岩芯的热导率平均测量一次。钻孔1096需要热导率结合井下温度测量值来估算热流量。细颗粒沉积物中的热导率首先接近整体性质,因此是岩性沉积物和间质水的电导率的线性组合。因此它取决于孔隙率和岩性。水的热导率约为0.6W/(m·K),大部分沉积物形成矿物的热导率要比水高得多。因此,抛开岩性,随着孔隙率的减小,热导率应该增加。出于各种影响原因,Barker P F[14]认为最好是将简单的直线拟合到数据主体中,忽略异常高低的值,特别是忽略低于170mbsf的低值。在1096钻孔的不同深度获得6个有效的温度测量结果,图 12中显示温度与深度相关,温度随深度的增加而增加。
将符合热导率测量线性规律的直线与井下温度相结合,以确定地热热流并将原位温度外推至钻孔的底部,得出是一条对数曲线,如图 12所示,通过温度反演的一条直线,外推至钻孔底部,得出1096B钻孔(607mbsf)底部的外推温度为43.4℃。
据以上推断,认为该钻孔的热流量为83mW/m2。结合现今海底热流的理论值进行修正,认为适合这个时代的热流量是72mW/m2。根据这一结果,使用ODP污染预防和安全专家组(PPSP)水合物稳定性方程(PPSP,1992),井下平均温度梯度约为80°/km,为甲烷水合物稳定区的基础提供了300mbsf的深度。因此,该位置的BSR在位于地震反射剖面上的340ms以上可认为与天然气水合物有关,而不在这一范围的BSR则认为是由二氧化硅成岩产生的。
地震反射剖面IT92-109中存在一条较为明显的主BSR和一条顶部BSR(图 13),根据ODP科学研究报告的划分,地层单元1深度为0~32.8 mbsf,单元2深度为32.8~173.0mbsf,单元3为173.0~607.7mbsf,因此,相对底层的主BSR与天然气水合物稳定区无关,而顶部BSR在单元1与单元2之间,在适合的范围内,可能与天然气水合物稳定带有关,其他BSR的深度因标准不一致,未能作出定论。
3.4 成藏关键时间分析
在1096孔位现场收集的从全新世延伸至上新世的607.7m厚的沉积层段,主要研究其细粒和陆源沉积物。它们可以分为3个岩石地层单元(Ⅰ,Ⅱ和Ⅲ),地层单元Ⅰ的年龄是全新世到晚更新世(0~0.48Ma),地层单元Ⅱ的年龄是晚更新世至上新世晚期(0.48~2.1Ma),地层单元Ⅲ的年龄是上新世晚期至上新世早期(2.1~4.7Ma),而根据以上气源及稳定域条件,该地区的天然气水合物可能成藏的位置在地层单元Ⅰ和Ⅱ,年龄应是全新世到上新世晚期(0~2.1Ma),而新生代南极冰盾(Antarctic Ice Sheet,AIS)的冰川沉积作用对南极近海的沉积作用具有较大影响,在陆坡和陆隆区沉积了大量的冰海沉积物、等深流沉积和浊流沉积等,这些沉积物具有颗粒较粗、物性好、有机质堆积快和有利流体运移等特点,有利于天然气水合物形成与聚集。
通过钻孔1096数据以及以上水合物系统的分析,得出别林斯高晋含水合物综合系统(表 1),推算得出该地区的天然气水合物可能成藏的区域在地层单元Ⅰ和Ⅱ,成藏关键时间应是全新世到上新世晚期(0~2.1Ma)。
表 1 别林斯高晋海域含水合物系统Table 1. Integrated gas hydrate accumulation system of the Bellinsgauzen Sea4. 天然气水合物资源量估算
预测天然气水合物资源量的常用方法是体积法,直接从储集层的有效储集空间入手,不考虑烃源岩,用数理统计的方法建立圈闭水合物资源量与单位体积油气资源密度和体积变量的关系,然后加总求和得到区带资源量,其主要公式为:
$$ {V_{{\text{glob}}}}{\text{ = }}A \times Z \times \mathit{\Phi} \times H \times E; $$ $$ {\text{或}}{V_{{\text{glob}}}}{\text{ = }}{V_{{\text{GHZ}}}} \times D $$ 式中, A为天然气水合物分布面积, Z为水合物分布厚度, Φ为沉积物平均孔隙率, H为水合物饱和度, E为天然气水合物的产气因子, VGHZ为含水合物沉积层体积;D为水合物充填率。
(1) BSR区域面积
Diviacco P[31]根据堆积体6和7之间的多道地震反射数据进行后处理,结合大洋钻探计划(ODP)第178航段的1095和1096钻孔分析,获得了泥石流堆积的改进图像。认为该矿床的最大观测厚度为175m,宽度达50km,长度达200km。估计的总体积约为1800km3,面积为10000km2,根据经纬度计算67.5°~68°S、76°~78°W面积约为12365.44km2,两者计算误差较小,如图 14所示,BSR区域面积约为沉积体面积的50%,根据Diviacco P计算的沉积体面积,推测沉积体7的BSR区域面积为5000km2。
(2) 水合物沉积层厚度
据以上研究区水合物成藏条件分析,研究区甲烷水合物稳定带约为300mbsf, 结合发现BSR的地震反射剖面及划分的各地层单元深度,以及Diviac-co P[31]计算得出的矿床最大观测厚度为175m,综合推断该区域水合物沉积层约为150m。
(3) 孔隙率
根据钻孔1095及1096的孔隙率,在0~300mbsf(水合物稳定带)中平均孔隙率约为55%。
(4) 饱和度
含水合物饱和度是很难把握的参数。根据ODP钻井结果分析,水合物不可能在整个稳定带中均有分布,尽管在特定含较多水合物的层位其饱和度可能较高(大于15%),但在整个成矿带内其平均饱和度不太可能很高。根据近年国内外学者对水合物勘探研究成果的分析,不同海域水合物的富集程度和分布特征是不同的。在确定水合物的饱和度时,应该体现出这种差异性。综合考虑已有研究设定饱和度为5%。
(5) 产气因子
产气因子是指水合物在常温、常压状态下转化为气体所扩大的体积倍数。根据相关资料分析,水合物最可能的产气因子范围为121.5~160.5[32]。在计算别林斯高晋海的水合物资源量时,产气因子取中间值140。
资源量计算结果:根据上述确定的参数,利用体积法估算了别林斯高晋海水合物的资源量,并按照南极陆缘天然气水合物赋存率为10%来计算得到别林斯高晋海沉积丘7及周边的水合物资源总量约为2.89×1011m3,具体计算参数和结果见表 2。
表 2 南设得兰地陆缘沉积体7水合物资源量参数及结果Table 2. Hydrate Resource Parameters and Results from South Shetland Land参数 分布面积 水合物层厚度 孔隙率 饱和度 产气因子 赋存率 水合物资源总量 值 5000km2 150m 55% 5% 140 10% 2.89×1011m3 5. 结论
(1) 别林斯高晋海位于南极半岛西侧,其陆缘是一个俯冲陆缘,冰盛期冰盾到达陆缘外缘, 搬运沉积物质到陆缘区并在冰盾之下形成进积沉积序列。大陆隆上覆厚层的碎屑沉积物, 在其上部发育8个大型不对称的丘状沉积物。综合现有调查研究资料表明,南极半岛西侧别林斯高晋海域天然气水合物的预测成藏位置为大陆隆上覆厚层的快速沉积体,从各种地球化学及物理资料分析,别林斯高晋海拥有多处天然气水合物存在的标志,截止现今,共发现7个地震剖面上有BSR,即使部分BSR可能是二氧化硅成岩作用导致的,但BSR在一个区域集中分布,仍指示着天然气水合物成藏的可能。根据各天然气存在标志指示的地点,将别林斯高晋海天然气水合物的成藏远景区域聚焦至南极半岛陆隆67°~68°S、74°~80°W间7号沉积丘及相邻沉积体中。
(2) 通过分析预测区沉积丘7上的钻孔DOP1095及1096数据结合水合物成藏系统,从沉积、气源、热流场、成藏关键时间4个方面分析,该沉积丘测得甲烷、乙烷等气源,温压条件为甲烷水合物稳定区的基础提供了300mbsf的深度,孔隙率、含水量都能达到形成天然气水合物的要求。沉积速率极高,最高达180m/Ma。另外盛冰期的冰川运移为该区带来了丰富的陆源沉积物。综上,该区具备良好的天然气水合物成藏条件,其天然气水合物可能成藏的位置在地层单元Ⅰ和Ⅱ,年龄应是全新世到上新世晚期(0~2.1Ma)。通过体积法估算的南极半岛西侧别林斯高晋海陆缘的天然气水合物资源总量约2.89×1011m3。
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表 1 别林斯高晋海域含水合物系统
Table 1 Integrated gas hydrate accumulation system of the Bellinsgauzen Sea
表 2 南设得兰地陆缘沉积体7水合物资源量参数及结果
Table 2 Hydrate Resource Parameters and Results from South Shetland Land
参数 分布面积 水合物层厚度 孔隙率 饱和度 产气因子 赋存率 水合物资源总量 值 5000km2 150m 55% 5% 140 10% 2.89×1011m3 -
[1] Kvenvolden K A. Methane hydrate-A major reservoir of carbon in the shallow geosphere[J]. Chemical Geology, 1988, 71(1-3);41-51. doi: 10.1016/0009-2541(88)90104-0
[2] 吴庐山, 邓希光, 梁金强, 等.南极陆缘天然气水合物特征及资源前景[J].海洋地质与第四纪地质, 2010, 30(1):95-107. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hydzydsjdz201001014 WU Lushan, DENG Xiguang, LIANG Jinqiang, et al.The characteristics and resource potential of gas hydrates in the antarcmargins[J].Marine Geology & Quaternary Geology, 2010, 30(1):95-107. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hydzydsjdz201001014
[3] Herron E M, Tucholke B E. Sea-floor magnetic patterns and basement structure in the southeastern Pacific[J]. Initial Rep. Deep Sea Drill. Proj, 1976, 35: 263-278.
[4] Lodolo E, Camerlenghi A, Brancolini G. A bottom simulating reflector on the South Shetland Margin, Antarctic Peninsula[J]. Antarctic Science, 1993, 2(5):207-210. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=S0954102093000264
[5] 何韵, 杨木壮.南极半岛别林斯高晋海天然气水合物成矿条件与成矿机理[J].海洋地质前沿, 2018, 34(4):16-24. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hydzdt201804003 HE Yun, YANG Muzhuang.Forming conditions and mechanism of gas hydrates in the Bellinsgauzen sea, Antarctic Peninsula[J].Marine Geology Frontiers, 2018, 34(4):16-24. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hydzdt201804003
[6] Barker P F. The Cenozoic subduction history of the Pacific margin of the Antarctic Peninsula: ridge crest-trench interactions[J]. Journal of the Geological Society, 1982, 139(6): 787-801. doi: 10.1144/gsjgs.139.6.0787
[7] Larter R D, Rebesco M, Vanneste L E, et al. Cenozoic tectonic, sedimentary and glacial history of the continental shelf west of Graham Land, Antarctic Peninsula[M]. American Geophysical Union, 1997.
[8] Rebesco M, Larter R D, Barker P F, et al. The history of sedimentation on the continental rise west of the Antarctic Peninsula[M]. American Geophysical Union, 1997.
[9] Larter R, Rebesco M, Vanneste L E, et al. Seismic reflection investigations on the Pacific margin of the Antarctic Peninsula[J]. Terra Antartica, 1994, 1(2): 271-274.
[10] Rebesco M L R D C. Giant sediment drifts on the continental rise west of the Antarctic Peninsula[J]. Geo-Marine Letters, 1996, 16(2):65-75. doi: 10.1007/BF02202600
[11] Rebesco M, Camerlenghi A, Zanolla C. Bathymetry and morphogenesis of the continental margin west of the Antarctic Peninsula[J]. Terra Antart, 1998, 5(4): 715-725.
[12] Diviacco P, Rebesco M, Camerlenghi A. Late Pliocene mega debris flow deposit and related fluid escapes identified on the Antarctic Peninsula continental margin by seismic reflection data analysis[J]. Marine Geophysical Researches, 2006, 27(2): 109-128. doi: 10.1007/s11001-005-3136-8
[13] Diviacco P, Wardell N. Reprocessing and dissemination of Antarctic Seismic Data[J]. Terra Antarctica, 2003, 9: 133-136.
[14] Shipboard Scientific Party. Site 1096[C]//Barker P F, Camerlenghi A, Acton G D, et al. Proceedings of the Ocean Drilling Program, Initial Reports Volume 178: College Station TX (Ocean Drilling Program). 1999.
[15] Venuti A, Florindo F, Caburlotto A, et al. Late Quaternary sediments from deep-sea sediment drifts on the Antarctic Peninsula Pacific margin: Climatic control on provenance of minerals[J]. Journal of Geophysical Research Solid Earth, 2011, 116(B6).
[16] Andrew T, Che-Chuan Lin, Char-Shine Liu, et al. Gas-hydrate Petroleum Systems, Play Types and Prospects in an Accretionary Wedge and its Adjacent Rifted Continental Margin, Taiwan[C]// Proceedings of the 7th International Conference on Gas Hydrates (ICGH 2011).Edinburgh, Scotland, United Kingdom, 2011.
[17] Michael Max, Arthur Johnson. Hydrate petroleum system approach to natural gas hydrate exploration[C]//Proceedings of the 7th International Conference on Gas Hydrates (ICGH 2011).Edinburgh, Scotland, United Kingdom, 2011.
[18] Larter R D, Barker P F. Effects of ridge crest-trench interaction on Antarctic-Phoenix spreading: forces on a young subducting plate[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 1991, 96(B12): 19583-19607. doi: 10.1029/91JB02053
[19] Cunningham A P, Larter R D, Barker P F, et al. Tectonic evolution of the Pacific margin of Antarctica 2. Structure of Late Cretaceous-early Tertiary plate boundaries in the Bellingshausen Sea from seismic reflection and gravity data[J]. Journal of Geophysical Research, 2002, 107(B12):EPM-1-EPM 6-20.
[20] Dowdeswell J A, Cofaigh C ó, Noormets R, et al. A major trough-mouth fan on the continental margin of the Bellingshausen Sea, West Antarctica: the Belgica Fan[J]. Marine Geology, 2008, 252(3-4): 129-140. doi: 10.1016/j.margeo.2008.03.017
[21] Larter R D, Rebesco M, Vanneste L E, et al. Cenozoic tectonic, sedimentary and glacial history of the continental shelf west of Graham Land, Antarctic Peninsula[J]. Geology and Seismic Stratigraphy of the Antarctic Margin, 1997, 2: 1-27.
[22] Tomlinson J S, Pudsey C J, Livermore R A, et al. Long-range sidescan sonar (GLORIA) survey of the Antarctic Peninsula Pacific margin[C]//Yoshida Y, Kaminuma K, Shiraishi K (Eds.). Recent Progress in Antarctic Earth Science. Proceedings 6th International Symposium Antarctic Earth Science.Tokyo, 1992: 423-429.
[23] McGinnis J P, Hayes D E, Driscoll N W. Sedimentary processes across the continental rise of the southern Antarctic Peninsula[J]. Marine Geology, 1997, 141(1-4): 91-109. doi: 10.1016/S0025-3227(97)00056-X
[24] Anderson J B, Wellner J S, Lowe A L, et al. Footprint of the Expanded West Antarctic Ice Sheet: Ice Stream History and Behavior[J]. Gsa Today, 2001, 11(10): 4-9. doi: 10.1130/1052-5173(2001)011<0004:FOTEWA>2.0.CO;2
[25] Rebesco M, Pudsey C J, Canals M, et al. Sediment drifts and deep-sea channel systems, Antarctic Peninsula Pacific Margin[J]. Geological Society London Memoirs, 2002, 22(1):353-371. doi: 10.1144/GSL.MEM.2002.022.01.25
[26] Dowdeswell J A, Cofaigh C ó, Pudsey C J. Continental slope morphology and sedimentary processes at the mouth of an Antarctic palaeo-ice stream[J]. Marine Geology, 2004, 204(1-2): 203-214. doi: 10.1016/S0025-3227(03)00338-4
[27] Scheuer C, Gohl K, Larter R D, et al. Variability in Cenozoic sedimentation along the continental rise of the Bellingshausen Sea, West Antarctica[J]. Marine Geology, 2006, 227(3-4): 279-298. doi: 10.1016/j.margeo.2005.12.007
[28] Noormets R, Dowdeswell J A, Larter R D, et al. Morphology of the upper continental slope in the Bellingshausen and Amundsen Seas-Implications for sedimentary processes at the shelf edge of West Antarctica[J]. Marine Geology, 2009, 258(1-4): 100-114. doi: 10.1016/j.margeo.2008.11.011
[29] Sloan Jr E D. Clathrate Hydrates of Natural Gases, Revised and Expanded[M]. CRC Press, 1998.
[30] 金春爽, 汪集旸, 王永新, 等.天然气水合物地热场分布特征[J].地质科学, 2004, 39(3): 416-423. doi: 10.3321/j.issn:0563-5020.2004.03.011 JIN Chunshuang, WANG Jiyang, WANG Yongxin, et al.Geothermal field characteristics in the areas of gas hydrates distribution [J].Chinese Journal of Geology, 2004, 39(3): 416-423. doi: 10.3321/j.issn:0563-5020.2004.03.011
[31] Diviacco P, Rebesco M, Camerlenghi A. Late Pliocene mega debris flow deposit and related fluid escapes identified on the Antarctic Peninsula continental margin by seismic reflection data analysis[J]. Marine Geophysical Researches, 2006, 27(2): 109-128. doi: 10.1007/s11001-005-3136-8
[32] 梁金强, 吴能友, 杨木壮, 等.天然气水合物资源量估算方法及应用[J].地质通报, 2006, 25(9): 1205-1210. doi: 10.3969/j.issn.1671-2552.2006.09.038 LIANG Jinqiang, WU Nengyou, YANG Muzhuang, et al. Resource estimate method of gas hydrates and its application[J].Geological Bulletin of China, 2006, 25(9): 1205-1210. doi: 10.3969/j.issn.1671-2552.2006.09.038
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1. 康玉柱. 中国南海地块天然气水合物成藏条件探讨. 油气藏评价与开发. 2021(05): 659-668 . 百度学术
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