南海天然气水合物的早期成岩作用和地球化学特性研究

论文摘要

天然气水合物已在近些年成为热点研究领域。根据已有的资料，我国最有希望实现此领域突破的海区是南海陆坡区。在分析了天然气水合物成矿背景和成矿条件的基础上，确定了沉积速率高、沉积物巨厚、地质构造独特的南海存在台西南盆地、珠江口盆地、西沙海槽、琼东南盆地、东沙海域等水合物远景区。本文对琼东南盆地T1、尖峰北盆地T2、台西南盆地GC10、HD196A和HD319的五个站位大型重力活塞柱沉积物样品，及九龙甲烷礁的TVG-1和TVG-11两个站位的电视抓斗样品，通过自生矿物组分，孔隙水化学成分异常，有机碳含量，沉积速率，顶空气甲烷含量以及烃类化合物等分析，对南海天然气水合物的早期成岩作用和地球化学特性做了系统的研究。最后，结合前人的研究成果，指出南海北部陆坡特别是台西南盆地和琼东南盆地是天然气水合物成藏的有利远景区。其中，主要成果和认识有：1．XRD和扫描电镜观察表明，在琼东南盆地、台西南盆地和尖峰北盆地的沉积物样品中普遍存在对天然气水合物有指示意义的自生碳酸盐、硫酸盐、和草莓状黄铁矿。其中文石～高镁方解石的显微结构特征与冷泉沉积物类似，属微生物成因，特别是九龙甲烷礁。2．从九龙甲烷礁的自生矿物组合和显微结构构造，可以确认TVG-1和TVG-11所代表的地质体与冷泉活动有关，流体中的CH4／Ba2+比值高，与墨西哥湾和黑海的冷泉类似。甲烷礁样品的超显微结构表明，碳酸盐沉淀与微生物活动有直接关系。TVG-1形成较早，文石已转化为方解石，但仍保留文石假象，TVG-11形成较迟，文石尚未变化。3．琼东南盆地和台西南盆地的孔隙水成分分析结果显示，孔隙水中的离子浓度随深度有明显的变化。随着深度加深，SO42-含量急剧降低，较浅的硫酸根-甲烷界面（SMI）深度，Ca2+、Mg2+、Sr2+浓度显著降低，Mg2+／Ca2+、Sr2+／Ca2+比值急剧增加等地球化学特性与世界上天然气水合物产区的浅表层沉积物孔隙水中离子浓度异常吻合较好，暗示这些地方很可能是深水油气或海底天然气水合物的产出位置。4．台西南盆地沉积物中有机碳含量丰富，HD196A站位大部分在1％以上，可以满足天然气水合物形成的气源条件。台西南盆地在晚更新世以来的沉积速率都较高，在16．7-20．8cm／ka之间。柱状沉积物底部甲烷含量急剧增加，可能和来自深部的烃渗漏有关。因此台西南盆地，特别是HD196A站位，是天然气水合物形成的有利地区。5．台西南盆地HD196A站位沉积物的烃类化合物主要为：正构烷烃、类异戊二烯烃、支链烷烃、多环芳烃等化合物。根据正构烷烃分布曲线的形状、碳数范围、主峰位置以及CPI值和OEP值，说明沉积物中的有机质主要来源是大陆高等植物、海洋浮游生物藻类和细菌源共存，并以陆源高等植物来源占优势。在样品中检测到角鲨烯，验证了这一地区的生物甲烷合成和细菌作用，具有生成油气及天然气水合物可能性。样品中普遍存在菲系列化合物、屈系列化合物、苝和惹烯化合物等，均表明沉积物中的多坏芳烃主要来自陆源高等植物。其中含量丰富的苝指示了陆源有机物质的快速堆积和还原环境。芳烃的甲基化和甲基重排作用，显示沉积物中有机质的热演化程度较高，有机质处于较成熟状态。从柱状样品的中部到底部，S8相对浓度的急剧增加，结合孔隙水中SO42-浓度异常和顶空气甲烷含量的异常，暗示沉积物底部已接近SMI界面。可以认为HD196A站位是海底油气和天然气水合物勘探的有利地区。6．综合考虑南海尖峰北盆地、琼东南盆地和台西南盆地都是水合物有利地区，巨厚的沉积物和高含量的有机质，有利于天然气水合物形成的气源条件、温压条件和良好的圈闭条件，说明这些海域是天然气水合物的有利勘探远景区。尤其是台西南盆地采样点附近的海域，存在天然气水合物的可能最大，琼东南盆地次之，而尖峰北盆地采样点有待进一步的考察研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.1.1 天然气水合物的概念和性质
• 1.1.2 天然气水合物的研究意义
• 1.2 天然气水合物的国内外研究现状
• 1.2.1 水合物研究的发展历程
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 国内研究现状
• 1.2.4 当前研究中存在的问题
• 1.3 天然气水合物在我国的分布情况及南海水合物研究概况
• 1.3.1 水合物气藏在我国的分布
• 1.3.2 南海水合物研究概况
• 1.4 与天然气水合物有关的自生矿物研究
• 1.4.1 自生碳酸盐
• 1.4.2 硫酸盐
• 1.4.3 铁硫化物
• 1.4.4 铁、锰氧化物和氢氧化物
• 1.4.5 自生二氧化硅
• 1.5 研究内容
• 第二章 研究区地质背景研究
• 2.1 南海的地质构造背景
• 2.2 南海天然气水合物成矿条件
• 2.2.1 区域成矿背景
• 2.2.2 地貌条件
• 2.2.3 沉积条件
• 2.2.4 构造条件
• 2.2.5 气源条件
• 2.2.6 地温状况
• 2.3 南海天然气水合物成矿远景区研究
• 2.3.1 台西南远景区
• 2.3.2 琼东南盆地远景区
• 2.3.3 东沙海域远景区
• 2.3.4 西沙海槽远景区
• 2.4 小结
• 第三章 样品来源及研究方法
• 3.1 海底采样方法介绍
• 3.2 样品来源
• 3.2.1 琼东南盆地的T1重力活塞柱状样概况
• 3.2.2 尖峰北盆地T2重力活塞柱状样概况
• 3.2.3 台西南盆地的HD319，HD196A和GC10重力活塞柱状样概况
• 3.2.4 九龙甲烷礁TVG-1和TVG-11电视抓斗样概况
• 3.3 实验仪器与实验方法
• 3.3.1 样品前处理
• 3.3.2 X-射线衍射与扫描电镜
• 3.3.3 GC和GC-MS的实验分析过程
• 3.3.4 孔隙水的提取与分析
• 3.3.5 碳和硫含量测试
• 第四章 与天然气水合物有关的早期成岩作用分析
• 4.1 早期成岩作用对天然气水合物潜在区的指示意义
• 4.2 与天然气水合物有关的早期成岩作用研究概况
• 4.3 XRD数据结果与南海沉积物的矿物组分分析
• 4.3.1 琼东南盆地T1沉积物样品矿物组分分析
• 4.3.2 尖峰北盆地T2沉积物样品矿物组分分析
• 4.3.3 九龙甲烷礁TVG-1和TVG-11沉积物样品矿物组分分析
• 4.3.4 台西南盆地GC10，HD196A和HD319柱状沉积物样品矿物组分分析
• 4.4 扫描电镜结果与分析
• 4.4.1 琼东南盆地T1沉积物样品扫描电镜分析
• 4.4.2 尖峰北盆地T2沉积物样品扫描电镜分析
• 4.4.3 九龙甲烷礁TVG-1和TVG-11沉积物样品扫描电镜分析
• 4.4.4 台西南盆地GC10柱状沉积物样品扫描电镜分析
• 4.5 小结
• 第五章 孔隙水分析
• 5.1 琼东南盆地T1站位沉积物中孔隙水的化学成分分析
• 5.2 尖峰北盆地T2站位沉积物中孔隙水的化学成分分析
• 5.3 台西南盆地沉积物中孔隙水的化学成分分析
• 5.4 与天然气水合物有关的沉积物孔隙水化学组分异常讨论
• 5.5 小结
• 第六章 南海沉积物中的烃类及其意义
• 6.1 有机地球化学研究概述
• 6.2 台西南盆地HD196A站位沉积物中烃类化合物分析
• 6.2.1 正构烷烃
• 6.2.2 类异戊二烯烃
• 6.2.3 多环芳烃（PAHs）
• 6.2.4 支链烷烃
• 6.3 有机质中硫浓度变化规律及其原因分析
• 6.4 小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历、在校期间发表的论文与授权专利
• 个人情况简介
• 在校期间参加的项目
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间已授权的发明专利