天然气水合物钻探对区域海水溶解甲烷含量的影响

摘要：开展GMGS3钻探前后海水甲烷含量的变化测量，评价天然气水合物钻探对区域环境的影响。调查结果显示，天然气水合物钻探后，钻探区海水剖面溶解甲烷含量远低于钻探前；钻井附近底层海水溶解甲烷含量亦低于钻探前，且远低于珠江口盆地西部海域“海马”冷泉海底边界层位自然渗漏的甲烷含量。综合调查结果表明，天然气水合物钻探对区域环境没有明显的影响。

　　1. 项目概况

　　该子项目“南海天然气水合物勘查与试采环境评价”，归属于“南海天然气水合物环境效应调查评价”项目，承担单位为中国地质调查局广州海洋地质调查局。依托“海域天然气水合物资源勘查”工程，在南海天然气水合物区开展环境基线调查，评价天然气水合物勘查与试采对环境的可能影响。2015年5月（钻探前）～9月（钻探后）开展2个航次的海上调查，测量GMGS3钻探前后海水甲烷含量的变化，评价天然气水合物钻探对区域环境的影响，为后期的天然气水合物试采环境评价服务。

　　2. 成果简介

　　（1）天然气水合物钻探对区域海水溶解甲烷含量无影响。2 0 1 5年5月，GMGS3天然气水合物钻探前，钻探区海水溶解甲烷含量为5～30nmol/L。纵向上，海水甲烷含量随着水深的变浅而升高，在表层达到最大，达10～30nmol/L（图1-a），远高于全球平均海水溶解甲烷含量（0.5～2nmol/L），表明钻探前研究区海水—大气甲烷交换是由海水向大气中扩散，即海水是大气甲烷的源。2015年8月底完成钻探后，2015年9月测量400m以下海水甲烷含量基本保持不变，其含量范围为5～20nmol/L（图1-b）；从400m到表层，海水甲烷含量先升高，至约75m水深时达到最大，然后随着水深的变浅而减小（图1-c），在30～0m间减小至甲烷传感器的检测下限（1nmol/L）（图1-d），表明此时钻探区海水—大气甲烷交换是由大气向海水中溶解，即海水是大气甲烷的汇。钻探前后海水甲烷含量的变化结果表明，天然气水合物钻探对区域海水甲烷含量无影响。

图1 2015年GMGS3海域钻探前后海水甲烷含量变化趋势

a—测量时间为2015年5月；b—测量时间为2015年9月；c—为图b中局部放大；d—为图c局部放大

(CH为神狐海域GMGS1天然气水合物钻探区；DS为GMGS2天然气水合物钻探区；SH为GMGS3天然气水合物钻探区；虚线为1nmol/L，为METs甲烷传感器检测下限，数据仅供参考）

　　（2）天然气水合物区钻探对海底沉积物-海水甲烷渗漏无明显影响。采用座底式海底潜标观测系统，分别在珠江口西部海域“海马冷泉”区2个ROV调查站位和神狐天然气水合物钻探区（GMGS1：2个和GMGS3：1个）3个站位测量底层海水甲烷含量，初步评价天然气水合物钻探对海底沉积物—海水甲烷渗漏的影响（图2）。钻探前测量的GMGS1天然气水合物钻探区CH03-2015站位海水溶解甲烷浓度为7.9μatm（14.3nmol/L），与上覆水体溶解甲烷含量相当；而GMGS3钻探后2个钻探井位（SH-W22-2015站位，2.1μatm，3.8nmol/L；SH-W19-2015站位，1.8μatm，3.3nmol/L）海水溶解甲烷浓度（表1），略高于全球平均海水甲烷含量，但明显低于附近的CH03-2015站位海水溶解甲烷浓度。此3个站位的调查结果表明，GMGS1和GMGS3钻探区海底甲烷渗漏不明显，且天然气水合物钻探对海底沉积物—海水甲烷渗漏无明显影响。

图2 现场封装采获的样品

　　（3）“海马冷泉”区海底沉积物-海水界面存在强烈的甲烷微渗漏。继2015年3月“海马”号ROV在南海北部陆坡西部海域首次发现与天然气水合物赋存有关的活动性“冷泉”后，2015年4月在该海域开展天然气水合物环境调查评价工作，为建立钻探和试采环境基线/本底奠定基础。调查结果表明，2个ROV调查站位（ROV1站位，57.5μatm，104.5nmol/L；ROV2站位，37.8μatm，68.8nmol/L）海底边界层位海水甲烷含量远高于全球平均海水溶解甲烷含量（表1），亦远高于南海相关天然气水合物调查区海水溶解甲烷含量。ROV调查摄像显示，该冷泉区没有明显的甲烷气泡泄露现象（宏渗漏），因此可以断定，“海马冷泉”区甲烷渗漏是以微渗漏为主，且渗漏通量较大。

表1 2015年GMGS3天然气水合物钻探区和“海马冷泉”区海底边界层位海水甲烷含量

　　3. 成果意义

　　（1）调查结果表明，南海海水甲烷含量本底值不能仅使用全球平均海水甲烷含量，仅南海而言，其可能是大气甲烷的汇，也可能是大气甲烷的源；持续的调查结果丰富了对南海天然气水合物含量本底/基线的认识，为天然气水合物试采环境评价提供了基础数据。

　　（2）“海马冷泉”区海底边界层位海水溶解甲烷的含量特征显示，天然气水合物钻探区海底沉积物—海水甲烷渗漏远小于位于非钻探区自然渗漏的冷泉区，进一步表明天然气水合物钻探对区域海水甲烷含量无明显影响。

（中国地质调查局广州海洋地质调查局 梁前勇 林进清 杨胜雄 梁金强 陆敬安供稿）