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海底天然气水合物富集成藏机理及数值模拟调研报告 天然气水合物形成于低温高压（0-10℃，10MPa）环境，在世界范围内分布广泛， 主要分布在冻土带和海洋，并与地质构造环境密切相关。大陆天然气水合物产于地球高 纬度大陆地区冻土带及水深在 100-250m 下的极低陆架海中，如西西伯利亚地台的麦索 亚哈气田、阿拉斯加北坡的普拉德霍湾油田；海洋深水区的底部和海洋平原是天然气水 合物成藏并赋存的最佳场所，且一般多分布于水深在300-4000m 的泥质海底，赋存于海 底以下0~1500m 的松散沉积物。 天然气水合物广泛分布于深水海底浅部地层，认识天然气水合物富集成藏机理，对 于调查研究海域天然气水合物分布具有重要科学意义。天然气水合物分为生物成因气和 热解成因气，其中生物气水合物总量大，但丰度底，很难局部富集，而热解气通常以断 层为运移通道，从深部气源运移至海底浅层，在深水油气盆地更易形成大规模、高丰度 水合物藏。但对于这类水合物藏，目前缺乏具备时空尺度的有效研究手段，限制了水合 物成藏机理的系统研究。 1 天然气水合物成藏地质条件分析 1.1 天然气水合物成因 1、热解成因：机理与常规天然气相同，来源于深部地层，通过运移通道，输送至 13 较浅的沉积物中形成天然气水合物。（甲烷R 值（C/C2+3 ）100，δ C-55‰） (13) δ13 = ( 12 − 1) × 1000‰ (13) 12 2、生物成因：生物气甲烷生成途径：（1）微生物+CO (还原作用)CH4 ；（2）微 2 生物(发酵作用) 乙酸酯脱酸作用甲基甲烷。地层埋深浅，岩性较疏松，更易 13 生成水合物。（甲烷R 值（C/C2+3 ）1000，δ C-90‰~-55‰） 3、地球深部非生物成因：未找到无机成因的水合物矿点。 国外对海洋天然气水合物成因研究进行得较早，许多学者通过测定气体组分及其同 位素，来判定成藏气体成因。经研究发现天然气水合物均为有机成因气，无机成因还没 有发现，世界上大多数天然气水合物均由生物气组成，只有少数如墨西哥湾、加拿大 Mallik 等地区的水合物气源为热解气。 产甲烷的微生物菌生物地球化学作用与微生物成气机理研究表明，产甲烷的微生物 菌主要通过厌氧发酵作用和辅酶系统的 CO2 还原作用等生物地球化学作用将沉积物中 的有机质转化成甲烷。最近许多学者将这一研究引入到天然气水合物领域，详细研究水 合物产区附近产甲烷的微生物菌的分布特征及其生物地球化学作用，探讨微生物气的成 气机理和成气过程。一般认为，在快速沉积的半深海沉积区聚积了大量的有机碎屑物， 由于迅速埋藏在海底未遭受氧化作用而保存下来，并在沉积物中经细菌作用转变为大量 的甲烷。因此，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。 对于热解气及其生成运聚过程，随着气源岩研究的深入，人们发现除“油型气”外， 还有“煤型气”等其他类型的热解气，同时还发现不仅在过成熟阶段能形成热解气，在成 熟阶段甚至在未成熟阶段也能形成烃类气体。近些年，科学家还注意到天然气水合物与 其下部的游离气藏或气体储集体或油气储集体等之间的可能联系，这可能为天然气水合 物研究提供一种新的思路。例如，2008-2011 年我国在祁连山冻土区发现的天然气水合 物产于已固结的侏罗纪岩石中，除甲烷为主要成分外，尚含有较高含量的重烃组分。研 究表明，祁连山天然气水合物气体为有机成因，以热解成因为主，夹少量微生物成因， 其中热解成因气主要与原油裂解气、原油伴生气有关；推算天然气水合物气源岩来自约 2000m 以下泥岩或油页岩；烃类气体主要由运移而来，下部断层或破碎带是主要烃类运 移通道，中上部断层或破碎带可成为天然气水合物赋存空间。 对比生物气和热解气，虽然生物气