海域天然气水合物成藏地质条件浅析

摘 要：基于近年来国内外天然气水合物勘查试采经验，多角度探讨了海域天然气水合物成藏地质条件，以期为推动下一步研究及商业化开采提供一定的借鉴意义。

关键词：海域天然气水合物;甲烷成因;外部环境;疏导体系;储集

海域天然气水合物作为人类未来新型清洁能源之一，具有广阔的应用前景，由于主要埋藏于深海海底，为了能够安全高效的开发，开展对天然气水合物的成藏地质条件研究意义重大。本文主要从天然气水合物成藏系统中的气体来源及类型、天然气水合物形成稳定外部条件、气体运移疏导体系和储集条件等方面对天然气水合物的成藏地质条件进行了探讨分析。

一、气体来源及类型

天然气水合物的主要构成成分是以甲烷（CH4）为主的烃类气体，该类气体的形成受海底复杂的地质因素和微生物环境因素等的控制，一般来说，地学界通常将天然气水合物的成因归为有机成因（热解成因、微生物成因等）和无机成因（火山岩浆气、无机盐分解气等）。热解成因气主要为存在于地球深部的有机物质在特定温度和压力环境下，经过复杂的物理化学反应和微生物细菌等的分解及再生作用生成的烃类气体;无机成因气主要为来自海底深部地层的各种构造地质活动（岩浆活动、变质成岩作用等）及无机盐化学反应等产生的气体。

二、天然气水合物形成稳定外部条件

海域天然气水合物的形成具有明显的特殊性，一般来说，海底陆坡及浅海盆地是天然气水合物赋存的主要区域，相似的外部环境是主导这种分布特征的重要因素之一。通过学术界多年研究成果发现，特定的温度条件、压力条件和持续稳定的烃源气体供应是天然气水合物形成的稳定外部条件。

天然气水合物作为一种降温结晶状固体，主要呈白色或浅灰色，需要在特定的低温条件下才能维持正常的固体状态，当水合物周围温度超过20℃时便会直接分解，0～10℃是天然气水合物生成的适宜温度，海底0～4℃的低温环境能够满足天然气水合物的生成条件;高压是天然气水合物生成的另一重要条件之一，和普通气体物态变化要求一样，高压条件能增加气态烃类转化为固态天然气水合物的速率，研究发现，0℃附近维持30个大气压便可以生成天然气水合物，粗略计算，以水深每下降10m增加1个大气压计，300m水深的海域便可轻松满足天然气水合物生成的压力条件;以甲烷为主的烃类气体是天然气水合物生成的原材料，固体天然气水合物与气态甲烷的体积比约为164∶1，说明天然气水合物的生成需要大量以甲烷为主的气态烃类，因此，持续不断的甲烷等烃类气体供应是天然气水合物生成的第三个主要条件，在特定的温度、压力和充足气体来源的环境下，使得海底天然气水合物生成变为可能。

三、气体运移疏导体系

正如前一节所述，天然气水合物的形成需要大量以甲烷为主的气态烃类，而天然气水合物生成区附近的气态烃类远远无法满足该区域天然气水合物的生成需要，必须从水合物稳定区周围及底部深层沉积物中不断进行气体甲烷输运，因此，甲烷气体的运移疏导体系在天然气水合物成矿过程中同样扮演着重要的角色。

海底地层断裂、小型泥底辟构造、气烟囱、滑塌扇及滑塌体等各种规模的地质构造可以作为海底气态烃类的疏导通道在控制天然气水合物成矿原材料供给等方面具有重要作用。在深海底部板块碰撞、海底扩张等复杂构造地质作用下，海底地层断裂广泛发育，来自深部的气体沿断裂缝向上逃逸，在浅部天然气水合物生成区被捕获并合成;小型泥底辟又被称作泥火山，也是气态烃类运移疏导的重要通道，组成泥底辟的高塑性泥岩在海底发育上涌刺穿地层到达天然氣水合物形成稳定区，气态烃类沿泥底辟通道向上输运，混入水合物稳定区进而不断反应生成更大规模的天然气水合物;气烟囱是海底热性液体或气体由高压环境向低压环境流动的通道，也是控制气体运移疏导体系发育的重要一环，气烟囱可以促使海底气态烃类不断向上垂直运移，往往在海底表面伴随着麻坑地貌的产生，是寻找天然气水合物的重要特征之一;滑塌扇及滑塌体主要为沉积物在重力作用下顺海底滑动产生的高速堆积体，研究表明，滑塌扇及滑塌体孔隙度越高，越利于烃类气体的运移和富集，进而越有利于天然气水合物的生成。

四、天然气水合物储集条件

由于天然气水合物生成需要特定的外部环境和气体供应，外部条件的改变会引起已生成的天然气水合物分解，因此，稳定的储集条件是天然气水合物长期赋存的重要保证。目前已发现的天然气水合物赋存状态主要包括分散状、结核状、脉状和块状等，其主要储集地层性质主要以松散且没有严重固结的粘土、粉砂质粘土、粘土质粉砂等为主，并伴有大量裂隙发育，孔隙度多介于35%～60%左右。经验表明，生物碎屑沉积物质广泛发育的地区，特别是海底三角洲平原、浊积扇、等深流沉积及浅海盆地等均是天然气水合物赋存储集的良好场所，这说明深水沉积体系对于天然气水合物的储集条件具有明显的影响，不同的海底沉积环境、底质沉积物粒径组分和断裂等微构造结构均控制着水合物的成藏及分布。探究天然气水合物储集条件控制因素，不仅能够了解天然气水合物的成矿规律，而且可以深入探讨不同区域天然气水合物在海底的赋存状态和稳定性，对未来天然气水合物的勘查、试采及商业化开发等均具有非常重要的指示意义。

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基金项目：中国地质调查局项目（DD20190232、DD2190583、DD20190584）资助

作者简介：陈静（1991-），女，汉族，硕士，助理工程师，主要从事天然气水合物地球化学测试分析、国内外水合物开采现状及战略研究。