海洋地质与环境重点实验室知识库

南海北部大陆边缘琼东南盆地大量钻探揭示天然气水合物呈现出多类型特征，按照微观晶型结构的不同，存在I型与II型天然气水合物，按照在沉积物中赋存方式的不同，存在孔隙充填型与裂隙充填型天然气水合物，不同类型的天然气水合物可能在垂向共存，也可能在横向上共存，查明多类型天然气水合物形成与共存分布的主要控制因素，能够揭示多类型天然气水合物形成机制及其差异性。论文结合典型站位的测井异常、地震响应特征，进一步确定了多类型天然气水合物层的富集分布规律；结合三维地震资料解释与多属性分析，精细刻画了流体疏导体系和浅部储层条件；以此为基础构建精细的成藏数值模型，结合I型与II型天然气水合物稳定带模型，模拟计算了I型与II型、孔隙充填型与裂隙充填型天然气水合物饱和度共存分布，并定量和半定量地探究气源特征、流体疏导和储层条件对多类型天然气水合物饱和度形成及分布的影响。

研究结果表明，浅层块体搬运沉积与浊积水道沉积交汇背景下，富砂质储层和断层、裂隙发育影响了多类型天然气水合物富集分布。相对富集的天然气水合物（饱和度>20%）主要分布在块体搬运沉积底部的薄砂层中和内部的断层、裂隙周围，尤其是靠近I型天然气水合物稳定带底界的砂层，更有利于下方流体聚集和II型天然气水合物形成；同时基底上方断层分布，延伸到I型天然气水合物稳定带内部的断层促进了流体渗漏活动，有利于浅层多类型天然气水合物富集，尤其在GMGS5-W08井附近的构造断层广泛发育，沟通了中央峡谷气藏，更容易形成高饱和度天然气水合物。

气源特征和流体运移的差异控制了不同区域、不同井位多类型天然气水合物差异性富集。在浊积水道沉积体系中，气源主要来自深部生物成因气，与流体沿多边形断层的运移有关；但在基底隆起上方，气源为混合成因气，热成因气占比可达70%，与深部流体沿基底构造背斜和断层的运移有关；同时基底隆起上方存在多个烟囱状天然气水合物，不同井位附近的天然气水合物富集程度及分布规律差异明显，与深部流体沿断层运移的差异密切，尤其是断层展布及其活动时间，影响了烟囱状天然气水合物形成及分布。

深部流体长距离运移和浅部储层条件共同耦合控制了琼东南盆地多类型天然气水合物共存。流体主要通过基底隆升背斜及上方断层和多边形断层体系垂向长距离运移，尤其在基底隆起上方深部热成因气供给显著，使得I型天然气水合物稳定带下部II型天然气水合物发育广泛；浅部储层以细粒块体搬运沉积为主，其内部存在大量断层和裂隙，为裂隙充填型天然气水合物提供有利空间。同时其底部存在富砂沉积，受岩石渗透率和甲烷浓度梯度等因素的影响，优先在靠近I型天然气水合物稳定带底界附近的砂层中，形成高饱和度孔隙充填型天然气水合物层。因此构造条件控制了流体的长距离运移方式，储层条件进一步影响了浅层流体运移和天然气水合物形成，复杂流体疏导及储层条件，是琼东南盆地多类型天然气水合物共存分布和差异性富集的重要原因。论文研究对认识天然气水合物形成机制和富集规律，以及寻找潜在天然气水合物有利富集区具有重要意义。

第1章 绪论... 1

1.1 研究背景及意义... 1

1.1.1 研究背景... 1

1.1.2 研究意义... 3

1.2 国内外研究现状... 3

1.2.1 国际典型海域多类型天然气水合物富集特征... 3

1.2.2 国际典型海域天然气水合物成藏数值模拟研究进展... 5

1.2.3 我国南海北部多类型天然气水合物富集及成藏数值模拟研究进展... 6

1.3 存在问题... 8

1.3.1 孔隙充填型与裂隙充填型天然气水合物共存的主控因素... 8

1.3.2 流体运移方式对多类型天然气水合物富集分布及差异性影响... 8

1.3.3 块体搬运与浊积水道沉积体系下多类型天然气水合物共存形成机制... 8

1.4 研究内容及论文创新点... 9

1.4.1 研究内容... 9

1.4.2 论文创新点... 10

第2章 区域地质背景及研究方法... 11

2.1 琼东南盆地区域地质背景... 11

2.1.1 区域构造与沉积背景... 11

2.1.2 天然气水合物钻探研究进展... 13

2.2 研究方法... 15

2.2.1 技术路线与主要工作量... 15

2.2.2 天然气水合物富集分布及形成地质条件... 22

2.2.3 多类型天然气水合物成藏数值模拟研究... 24

第3章 多类型天然气水合物共存的富集分布特征... 26

3.1 典型井位多类型天然气水合物叠置共存测井响应特征... 26

3.1.1 I型与II型天然气水合物叠置共存测井响应特征... 26

3.1.2 孔隙充填型与裂隙充填型天然气水合物叠置分布测井响应特征... 28

3.2 典型井位多类型天然气水合物叠置和横向共存地震识别特征... 30

3.3 典型井位多类型天然气水合物同一地层共存的拉曼分析... 32

3.4 典型井位附近多类型天然气水合物差异性富集展布特征... 34

3.5 本章小结... 38

第4章 多类型天然气水合物形成与富集的地质条件... 39

4.1 气源特征... 39

4.2 构造特征与流体疏导条件... 43

4.2.1 浊积水道下部沿多边形断层的流体运移... 43

4.2.2 基底隆升上方沿气烟囱构造及断层的流体运移... 48

4.2.3 中央峡谷影响下的深部流体运移... 54

4.2.4 块体搬运沉积影响下的浅层流体渗漏... 56

4.3 沉积特征与储层条件... 60

4.3.1 块体搬运沉积测井响应及地震识别特征... 61

4.3.2 浊积水道沉积测井响应及地震识别特征... 65

4.3.3 浅层沉积对多类型天然气水合物分布的影响... 67

4.4 本章小结... 69

第5章 多类型天然气水合物富集的成藏数值模拟... 70

5.1 二维多类型天然气水合物成藏数值模型构建及参数选择... 70

5.1.1 地质模型构建... 70

5.1.2 变地层温度场模型构建... 73

5.1.3 生物及热生烃模型构建... 74

5.1.4 流体运移及多类型天然气水合物饱和度生成模型... 76

5.2 地层温度、烃源岩生烃及流体运移的数值模拟结果... 77

5.2.1 变地层温度场的模拟计算结果... 77

5.2.2 有效烃源岩生烃的模拟计算结果... 78

5.2.3 不同流体运移方式的模拟计算结果... 79

5.3 多类型天然气水合物饱和度及分布的模拟计算结果... 81

5.3.1 I型与II型天然气水合物稳定带厚度的模拟计算结果... 81

5.3.2 I型与II型天然气水合物共存的饱和度模拟结果... 82

5.3.3 孔隙充填型与裂隙充填型天然气水合物共存的饱和度模拟结果... 84

5.4 多类型天然气水合物饱和度及分布的主控因素分析... 88

5.4.1 不同气体饱和度临界值对多类型天然气水合物饱和度及分布的影响... 88

5.4.2 不同气源特征对多类型天然气水合物饱和度及分布的影响... 91

5.4.3 不同断层类型及开放时间对多类型天然气水合物饱和度及分布的影响... 93

5.4.4 不同沉积体系分布对多类型天然气水合物饱和度及分布的影响... 96

5.5 本章小结... 99

第6章 多类型天然气水合物共存的主控因素及形成机制... 101

6.1 深部不同流体运移方式对多类型天然气水合物富集分布的影响... 101

6.1.1 流体长距离运移方式对多类型天然气水合物富集分布的影响... 102

6.1.2 高通量流体运移方式对多类型天然气水合物富集分布的影响... 104

6.2 浅部储层条件对多类型天然气水合物富集分布的影响... 107

6.3 琼东南盆地多类型天然气水合物共存形成机制... 109

第7章 结论及下一步工作建议... 112

7.1 结论... 112

7.2 下一步工作建议... 113

参考文献... 114

致 谢... 129

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果... 131