BSR之下II型水合物聚集成藏机理

Marine gas hydrate resources are huge, the knowledge of the accumulating mechanics of submarine hydrates is important. The bottom-simulating reflector (BSR) is the primary seismic indicator of the base of hydrate stability in marine sediments. However, recent drilling in South China Sea shows that, the BSR does not always represent the base of hydrate stability and can instead approximate the boundary between structure I hydrates above and structure II hydrates below. The hydrate stability zone may extend much deeper than suggested by the BSR..This project plans to perform experimental and numerical simulation, to reveal the mechanics of the accumulation of structure II hydrates below the BSR. The research will be useful in understand the seismic characterizations of structure I and II hydrates, and helpful in the evaluation of the resources in marine gas hydrate reservoirs.

海洋天然气水合物具有巨大的资源潜力，掌握其富集机理与分布规律是勘探开发的基础。指示水合物-游离气界面的BSR，通常对应于水合物层稳定的下界，人们常把BSR以上层位作为勘探和评价的目标、忽略了其下存在水合物的可能性。最近南海多个钻孔发现了BSR之下发育着II型水合物层，突破了BSR是水合物分布下界的传统认识。BSR之下II型水合物因与游离气共存而在地震剖面上不易被发觉，其共存条件与聚集机制值得深入探究。.本项目拟采用高压原位定量拉曼技术开展实验观测，结合数值模拟手段，研究多组分天然气-水合物体系在沉积层中的动态演化、揭示不同组成结构水合物与游离气分带组合的形成机制，探索BSR之下II型水合物层聚集条件与产出规律。.本研究有助于深入理解海底不同组成结构水合物分带成藏的机理、有助于理解和运用BSR之下地震反射特征来圈定被“隐藏”的II型水合物的分布、合理评价BSR上下共存的水合物资源价值。

海洋天然气水合物具有巨大的资源潜力，人们常把BSR以上层位作为水合物勘探和评价的目标、忽略了其下存在水合物的可能性。近年来南海多个钻孔发现了BSR之下发育着II型水合物层，突破了BSR是水合物分布下界的传统认识。BSR之下II型水合物因与游离气共存而在地震剖面上不易被发觉，其共存条件与聚集机制值得深入探究。.项目围绕“揭示多组分天然气-水合物体系相态-组成-结构演化规律、探究游离气-II型水合物共存条件与富集机制”这一目标，发展了高压原位定量观测技术，建立了不同温压条件下拉曼谱峰参数与甲烷-乙烷-水合物体系组成之间的定量关系，实现了游离气与II型水合物共存情形下气相和水合物相中的气体组成低温高压下的原位定量测定；基于实验观测和热力学模拟确定了不同温度、压力、盐度下游离气与II型水合物共存的热力学条件；确定了甲烷-乙烷-丙烷等不同气体分子在水合物-水溶气-游离气之间的分配趋势，揭示了温度、压力、丙烷影响甲烷-乙烷在气相-水合物相中分配的规律；实验模拟研究了不同温度下甲烷-乙烷混合气体溶解迁移水合过程，揭示了气源和温度对水合物组成结构的影响，提出“BSR之下圈闭的游离气的溶解迁移”是导致BSR附近乙烷浓度增高、BSR附近C1/C2+比值突然下降的重要机制，基于实验模拟证实水合过程富集了乙烷、而初次富集了乙烷的水合物在BGHSZ分解产生的游离气再次形成水合物能够导致BSR之上I型水合物、II型水合物垂向叠置；采用激光拉曼光谱技术与多元曲线分辨技术，考察了甲烷等烃类疏水分子对液态水结构的影响、水合物成核过程中大小笼的形成机制、沉积物孔隙水中多糖及其自聚集体增加甲烷溶解度和促进水合物成核；实验与数值模拟相结合研究南海北部典型海域海底沉积层中BSR之下II型水合物矿层聚集垂向分带、南海沉积层水合物聚集速率以及孔渗性演化规律。研究有助于深入理解海底不同组成结构水合物分带机理、圈定BSR之下被“隐藏”的II型水合物的分布、合理评价水合物资源。