神狐及其邻近海域天然气水合物资源勘查取得重大突破

摘要：2015年，神狐海域钻探发现了超大型天然气水合物矿藏，在其邻近海域利用自主研发的“海马”号4500米级深海非载人遥控探测潜水器（ROV）首次发现了海底活动性“冷泉”——“海马冷泉”区，并首次通过重力取样器直接在海底浅表层采获水合物实物样品。

　　1. 项目概况

　　“南海天然气水合物资源勘查”项目隶属于国家天然气水合物专项，项目起止时间为2011—2020年，由广州海洋地质调查局承担。根据项目总体与实施方案部署，2015年在南海北部神狐及其邻近海域开展天然气水合物钻探及取样调查。在神狐海域实施的钻探工作由辉固国际（香港）有限公司提供和承担，随钻测井工作由斯伦贝谢中国海洋测井服务公司承担。在神狐邻近海域实施的调查工作由中国地质调查局自主研发的“海马”号4500米级深海非载人遥控探测潜水器（ROV）执行，并通过重力取样器直接在海底浅表层采获块状等多种赋存类型的天然气水合物实物样品。

　　2. 成果简介

　　（1）钻探发现水合物成功率100%，基本形成了成熟的天然气水合物预测技术。钻探航次共完成19个站位钻探，随钻测井电阻率、声波、密度等参数显示，19个站位均有水合物存在的特征，其中5个站位最为显著，表明钻探区水合物分布广泛。通过对其中4个站位进行钻探取心，获取了大量含水合物岩心资料。通过对样品的测试分析，证实水合物分布情况与测井基本吻合，表明随着水合物调查与研究的不断深入而积累形成的系列天然气水合物评价预测技术进一步成熟，具有较高的可靠性和可信度，针对获取水合物及其他地质目标的井位选取具有较高命中率。

　　（2）水合物藏储量大，矿体具有大厚度、高孔隙度、高饱和度特征。钻探结果表明，钻探区水合物分布面积约128km2，预测资源量超过1500亿m3。在钻探区域内，绝大部分站位的含水合物层在三维地震体上呈连片分布特征，且形成一定规模的矿体，圈出了10个规模较大的矿体（图1），其中2个大型矿体，探明储量高达400亿m3。根据测井资料分析计算以及钻探取心揭示，19口井单井含水合物层厚度在20~100m之间；根据孔隙水盐度和保压岩心释放气体计算，19口井单井饱和度位于20%~70%之间。

　　（3）水合物成矿条件独特。钻探取心揭示，有2个站位水合物储层主要为富含有孔虫粘土质粉砂。测井曲线呈明显的低伽马、低密度和高孔隙度特征。中子测井孔隙度平均高达65%，相比其他层段高出15%，而且水合物饱和度较高，最高达64%。另有2个站位水合物储层呈现出不同的特征，主要为粉砂质粘土或含粉砂粘土，厚度分别达63m和90m，饱和度最高达58%。在细粒沉积物中形成如此厚度大、饱和度高、分布范围广的水合物矿体，表明储层内部渗流体系非常发育，气体来源丰富，水合物成藏机制独特。

　　（4）首次发现区内存在Ⅱ型水合物。分析4个取心站位的水合物分解气体构成，水合物气体C1/C2值在100~1600之间，而且随深度增加比值减少趋势明显。4个站位乙烷浓度最大分别为1.8‰、1.8‰、1 . 9‰和1 . 5‰；丙烷浓度分别为1 0‰、10‰、11‰和0.8‰。表明水合物的形成有来自深部热解气，存在Ⅱ型水合物。

　　（5）成功发现“海马冷泉”。前期调查表明，神狐邻近海域具备良好的水合物成矿远景，通过精细解释与研究，发现调查区部分区域存在疑似“冷泉”地震反射特征——具有气体向上疏导的同相轴上拉现象和海底丘状体特征。根据这些特征，2015年3月，在该海域有针对性地布设了ROV站位，利用“海马”号ROV首次对“冷泉”生态系统进行探测，共执行了3个站位的海底详查，在其中2个站位首次发现了双壳类生物群、甲烷生物化学礁、碳酸盐结壳、气体渗漏等活动性“冷泉”标志，并命名为“海马冷泉”（图2）。“海马”号的观察和作业结果表明，该区域海底依赖甲烷气体生存的双壳类生物群落非常发育，海底甲烷气体充足，揭示出“海马冷泉”区具有良好的水合物赋存前景。

图2 “海马”号在“海马冷泉”区进行海底作业

　　（6）“海马冷泉”区首次采获高纯度的天然气水合物实物样品。为进一步揭示“海马冷泉”与水合物的成藏关系，在2个ROV站位进行了取样调查，并首次通过重力取样器采获了海底浅表层高纯度的水合物实物样品(图3)，充分验证了“海马”号的重大发现。取样调查中，在2个站位各自100m半径的范围内共进行了12次取样。由于是非保压取样，水合物发生分解，所有柱状样在出水前都能观察到大量气泡逸散到海表的现象，出水后沉积物柱呈现低温异常。取样结果表明，水合物分布于海底，实物样品以块状为主，多呈圆饼、杆状和结核状；ROV1站位有个别柱状样发育脉状水合物。

图3  ROV2站位沉积物中的块状水合物

　　3. 成果意义

　　神狐海域钻探发现了超大型天然气水合物矿藏，为海域水合物试开采提供了重要参考靶区。首次发现了Ⅱ型水合物，对指导深部油气勘探具有重要意义。在神狐邻近海域利用自主研发的“海马”号ROV首次发现了海底活动性“冷泉”——“海马冷泉”区，并首次通过重力取样器直接在海底浅表层采获水合物实物样品。验证了前期勘查研究中对海底渗漏型水合物分布预测的正确性，在南海海域水合物资源富集规律及与冷泉有关的海底生态系统认识上取得新突破，对后续钻探部署具有重要的指导意义。针对中国南海水合物资源的赋存地质条件，形成一套适合南海特点的水合物高精度资源勘查、评价和预测技术体系，总结南海水合物成藏模式，创造性地提出南海水合物成藏理论，提高了矿藏目标预测的可靠性。锻造培养了一支海域水合物勘查研究人才队伍，从水合物资源勘查评价、成藏理论研究、技术研发直至钻探实践都全面掌握的复合型研究团队，同时还培养、锻炼和造就出一支以“海马”号ROV为支撑平台的海洋地质勘查技术研发与应用科技创新团队。

（中国地质调查局广州海洋地质调查局 杨胜雄 梁金强 陶军 陆敬安 沙志彬 龚跃华 付少英供稿）