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《浙江大学》 2008年
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南海天然气水合物的早期成岩作用和地球化学特性研究

邬黛黛  
【摘要】: 天然气水合物已在近些年成为热点研究领域。根据已有的资料,我国最有希望实现此领域突破的海区是南海陆坡区。在分析了天然气水合物成矿背景和成矿条件的基础上,确定了沉积速率高、沉积物巨厚、地质构造独特的南海存在台西南盆地、珠江口盆地、西沙海槽、琼东南盆地、东沙海域等水合物远景区。 本文对琼东南盆地T1、尖峰北盆地T2、台西南盆地GC10、HD196A和HD319的五个站位大型重力活塞柱沉积物样品,及九龙甲烷礁的TVG-1和TVG-11两个站位的电视抓斗样品,通过自生矿物组分,孔隙水化学成分异常,有机碳含量,沉积速率,顶空气甲烷含量以及烃类化合物等分析,对南海天然气水合物的早期成岩作用和地球化学特性做了系统的研究。最后,结合前人的研究成果,指出南海北部陆坡特别是台西南盆地和琼东南盆地是天然气水合物成藏的有利远景区。其中,主要成果和认识有: 1.XRD和扫描电镜观察表明,在琼东南盆地、台西南盆地和尖峰北盆地的沉积物样品中普遍存在对天然气水合物有指示意义的自生碳酸盐、硫酸盐、和草莓状黄铁矿。其中文石~高镁方解石的显微结构特征与冷泉沉积物类似,属微生物成因,特别是九龙甲烷礁。 2.从九龙甲烷礁的自生矿物组合和显微结构构造,可以确认TVG-1和TVG-11所代表的地质体与冷泉活动有关,流体中的CH_4/Ba~(2+)比值高,与墨西哥湾和黑海的冷泉类似。甲烷礁样品的超显微结构表明,碳酸盐沉淀与微生物活动有直接关系。TVG-1形成较早,文石已转化为方解石,但仍保留文石假象,TVG-11形成较迟,文石尚未变化。 3.琼东南盆地和台西南盆地的孔隙水成分分析结果显示,孔隙水中的离子浓度随深度有明显的变化。随着深度加深,SO_4~(2-)含量急剧降低,较浅的硫酸根-甲烷界面(SMI)深度,Ca~(2+)、Mg~(2+)、Sr~(2+)浓度显著降低,Mg~(2+)/Ca~(2+)、Sr~(2+)/Ca~(2+)比值急剧增加等地球化学特性与世界上天然气水合物产区的浅表层沉积物孔隙水中离子浓度异常吻合较好,暗示这些地方很可能是深水油气或海底天然气水合物的产出位置。 4.台西南盆地沉积物中有机碳含量丰富,HD196A站位大部分在1%以上,可以满足天然气水合物形成的气源条件。台西南盆地在晚更新世以来的沉积速率都较高,在16.7-20.8cm/ka之间。柱状沉积物底部甲烷含量急剧增加,可能和来自深部的烃渗漏有关。因此台西南盆地,特别是HD196A站位,是天然气水合物形成的有利地区。 5.台西南盆地HD196A站位沉积物的烃类化合物主要为:正构烷烃、类异戊二烯烃、支链烷烃、多环芳烃等化合物。根据正构烷烃分布曲线的形状、碳数范围、主峰位置以及CPI值和OEP值,说明沉积物中的有机质主要来源是大陆高等植物、海洋浮游生物藻类和细菌源共存,并以陆源高等植物来源占优势。在样品中检测到角鲨烯,验证了这一地区的生物甲烷合成和细菌作用,具有生成油气及天然气水合物可能性。样品中普遍存在菲系列化合物、屈系列化合物、苝和惹烯化合物等,均表明沉积物中的多坏芳烃主要来自陆源高等植物。其中含量丰富的苝指示了陆源有机物质的快速堆积和还原环境。芳烃的甲基化和甲基重排作用,显示沉积物中有机质的热演化程度较高,有机质处于较成熟状态。从柱状样品的中部到底部,S_8相对浓度的急剧增加,结合孔隙水中SO_4~(2-)浓度异常和顶空气甲烷含量的异常,暗示沉积物底部已接近SMI界面。可以认为HD196A站位是海底油气和天然气水合物勘探的有利地区。 6.综合考虑南海尖峰北盆地、琼东南盆地和台西南盆地都是水合物有利地区,巨厚的沉积物和高含量的有机质,有利于天然气水合物形成的气源条件、温压条件和良好的圈闭条件,说明这些海域是天然气水合物的有利勘探远景区。尤其是台西南盆地采样点附近的海域,存在天然气水合物的可能最大,琼东南盆地次之,而尖峰北盆地采样点有待进一步的考察研究。
【关键词】:南海 天然气水合物 早期成岩作用 自生矿物 孔隙水 烃类化合物
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:P744.4
【目录】:
  • 摘要6-8
  • ABSTRACT8-11
  • 目录11-14
  • 第一章 绪论14-34
  • 1.1 研究目的和意义14-17
  • 1.1.1 天然气水合物的概念和性质14-16
  • 1.1.2 天然气水合物的研究意义16-17
  • 1.2 天然气水合物的国内外研究现状17-22
  • 1.2.1 水合物研究的发展历程17-19
  • 1.2.2 国外研究现状19-20
  • 1.2.3 国内研究现状20-22
  • 1.2.4 当前研究中存在的问题22
  • 1.3 天然气水合物在我国的分布情况及南海水合物研究概况22-24
  • 1.3.1 水合物气藏在我国的分布22-23
  • 1.3.2 南海水合物研究概况23-24
  • 1.4 与天然气水合物有关的自生矿物研究24-32
  • 1.4.1 自生碳酸盐26-29
  • 1.4.2 硫酸盐29-30
  • 1.4.3 铁硫化物30-31
  • 1.4.4 铁、锰氧化物和氢氧化物31
  • 1.4.5 自生二氧化硅31-32
  • 1.5 研究内容32-34
  • 第二章 研究区地质背景研究34-51
  • 2.1 南海的地质构造背景34-36
  • 2.2 南海天然气水合物成矿条件36-46
  • 2.2.1 区域成矿背景36-37
  • 2.2.2 地貌条件37
  • 2.2.3 沉积条件37-39
  • 2.2.4 构造条件39-40
  • 2.2.5 气源条件40-45
  • 2.2.6 地温状况45-46
  • 2.3 南海天然气水合物成矿远景区研究46-50
  • 2.3.1 台西南远景区47
  • 2.3.2 琼东南盆地远景区47-48
  • 2.3.3 东沙海域远景区48-49
  • 2.3.4 西沙海槽远景区49-50
  • 2.4 小结50-51
  • 第三章 样品来源及研究方法51-61
  • 3.1 海底采样方法介绍51-52
  • 3.2 样品来源52-58
  • 3.2.1 琼东南盆地的T1重力活塞柱状样概况54-55
  • 3.2.2 尖峰北盆地T2重力活塞柱状样概况55-56
  • 3.2.3 台西南盆地的HD319,HD196A和GC10重力活塞柱状样概况56-57
  • 3.2.4 九龙甲烷礁TVG-1和TVG-11电视抓斗样概况57-58
  • 3.3 实验仪器与实验方法58-61
  • 3.3.1 样品前处理58
  • 3.3.2 X-射线衍射与扫描电镜58-59
  • 3.3.3 GC和GC-MS的实验分析过程59-60
  • 3.3.4 孔隙水的提取与分析60
  • 3.3.5 碳和硫含量测试60-61
  • 第四章 与天然气水合物有关的早期成岩作用分析61-87
  • 4.1 早期成岩作用对天然气水合物潜在区的指示意义61-64
  • 4.2 与天然气水合物有关的早期成岩作用研究概况64-65
  • 4.3 XRD数据结果与南海沉积物的矿物组分分析65-77
  • 4.3.1 琼东南盆地T1沉积物样品矿物组分分析65-71
  • 4.3.2 尖峰北盆地T2沉积物样品矿物组分分析71-73
  • 4.3.3 九龙甲烷礁TVG-1和TVG-11沉积物样品矿物组分分析73-74
  • 4.3.4 台西南盆地GC10,HD196A和HD319柱状沉积物样品矿物组分分析74-77
  • 4.4 扫描电镜结果与分析77-86
  • 4.4.1 琼东南盆地T1沉积物样品扫描电镜分析77-80
  • 4.4.2 尖峰北盆地T2沉积物样品扫描电镜分析80-83
  • 4.4.3 九龙甲烷礁TVG-1和TVG-11沉积物样品扫描电镜分析83-85
  • 4.4.4 台西南盆地GC10柱状沉积物样品扫描电镜分析85-86
  • 4.5 小结86-87
  • 第五章 孔隙水分析87-102
  • 5.1 琼东南盆地T1站位沉积物中孔隙水的化学成分分析87-90
  • 5.2 尖峰北盆地T2站位沉积物中孔隙水的化学成分分析90-94
  • 5.3 台西南盆地沉积物中孔隙水的化学成分分析94-98
  • 5.4 与天然气水合物有关的沉积物孔隙水化学组分异常讨论98-100
  • 5.5 小结100-102
  • 第六章 南海沉积物中的烃类及其意义102-116
  • 6.1 有机地球化学研究概述102-104
  • 6.2 台西南盆地HD196A站位沉积物中烃类化合物分析104-113
  • 6.2.1 正构烷烃106-108
  • 6.2.2 类异戊二烯烃108-109
  • 6.2.3 多环芳烃(PAHs)109-111
  • 6.2.4 支链烷烃111-113
  • 6.3 有机质中硫浓度变化规律及其原因分析113-114
  • 6.4 小结114-116
  • 第七章 结论116-119
  • 致谢119-121
  • 参考文献121-136
  • 个人简历、在校期间发表的论文与授权专利136-139
  • 个人情况简介136
  • 在校期间参加的项目136-137
  • 攻读博士学位期间发表的论文137-138
  • 攻读博士学位期间已授权的发明专利138-139

【引证文献】
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1 杨明军;原位条件下水合物形成与分解研究[D];大连理工大学;2010年
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7 雷兴林;何丽娟;;海洋沉积与天然气水合物形成过程的数值模拟研究[A];中国地球物理·2009[C];2009年
8 郭依群;梁金强;王宏斌;龚跃华;;南海北部海底滑坡与天然气水合物的关系[A];海洋地质、矿产资源与环境学术研讨会论文摘要集[C];2006年
9 吴必豪;肖汉强;;南海北部天然气水合物新能源的良好开发前景[A];海洋油气、能源装备制造业发展与国产化合作——第一届全国海洋高新技术产业化论坛文集[C];2004年
10 王秀娟;吴时国;王大伟;姚根顺;龚跃华;杨胜雄;;流体运移的控制作用及其与天然气水合物成藏的关系[A];中国地球物理·2009[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 窦克林 通讯员 陈惠玲;科技进步:我国海洋勘查的支撑[N];中国矿业报;2011年
2 樊栓狮;天然气水合物如何成为后续能源[N];中国化工报;2005年
3 谢宏;我国首次发现 南海天然气水合物碳酸盐岩标本[N];大众科技报;2005年
4 王宪忠;天然气水合物[N];大众科技报;2000年
5 ;与国家需求共呼吸 立科学前沿同攀登[N];中国国土资源报;2010年
6 记者 滕艳 特约记者 曹雪晴;模拟实验研究推进天然气水合物探测[N];中国国土资源报;2011年
7 本报通讯员 肖宝巨;点燃“冰”火[N];工人日报;2009年
8 李明明;青藏高原冻土区天然气水合物钻探计划通过论证[N];中国矿业报;2010年
9 毛彬;天然气水合物开发的利与弊[N];中国海洋报;2004年
10 肖宝巨;点燃“冰”火[N];中国煤炭报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邬黛黛;南海天然气水合物的早期成岩作用和地球化学特性研究[D];浙江大学;2008年
2 董冬冬;南海北部陆缘深水区构造演化及其资源效应[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2008年
3 吕琳;天然气水合物(地球物理属性)的神经网络识别方法及软件开发[D];吉林大学;2011年
4 赵江鹏;天然气水合物钻控泥浆制冷系统及孔底冷冻机构传热数值模拟[D];吉林大学;2011年
5 刘锋;南海北部陆坡天然气水合物分解引起的海底滑坡与环境风险评价[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2010年
6 蒲晓强;中国边缘海典型海域沉积物早期成岩过程中硫的循环[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2005年
7 孙建业;海洋沉积物中天然气水合物开采实验研究[D];中国海洋大学;2011年
8 涂运中;海洋天然气水合物地层钻井的钻井液研究[D];中国地质大学;2010年
9 邓辉;台湾西南海域地震数据处理及天然气水合物识别[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2006年
10 庞守吉;祁连山木里天然气水合物钻孔沉积构造特征及与水合物分布关系研究[D];中国地质大学(北京);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周越;天然气水合物测井解释方法初步研究[D];吉林大学;2010年
2 毕海波;台西南海域天然气水合物含量估算及地球化学特征分析[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2010年
3 王峰博;天然气水合物制备过程中的多相流传递研究[D];北京化工大学;2010年
4 庞群利;深水油气田开发过程中的天然气水合物预测模型研究[D];中国石油大学;2010年
5 贺涛;天然气水合物保温保压绳索取心钻具设计[D];中国地质大学(北京);2011年
6 房治强;冻土区天然气水合物热激法试开采系统及数值模拟研究[D];吉林大学;2011年
7 李国圣;天然气水合物钻探泥浆冷却系统数值模拟及应用研究[D];吉林大学;2011年
8 郭星旺;祁连山冻土区天然气水合物测井响应特征及评价[D];中国地质科学院;2011年
9 胡志兴;天然气水合物相平衡研究及其应用[D];燕山大学;2011年
10 屈科辉;输送天然气水合物的管道及双流道提升泵流场分析[D];中南大学;2010年
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