第12卷第1期地學(xué)前緣(中國(guó)地質(zhì)大學(xué),北京;北京大學(xué)Vol 12 No. 12005年3月Earth Science Frontiers( China University of Geosciences, Beijing: Peking University)天然氣水合物—石油天然氣的未來(lái)替代能源姚伯初,吳能友國(guó)土資源部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣東廣州510075YAO Bo-chu, WU Neng-youGuangahou Marine Geological Survey, Ministry of Land and Resources, Guangzhou 510075, ChinaYAO Borchu, WU Neng-you. Gas hydrate, a future energy resource. Earth Science Frontiers, 2005, 12(1): 225-233Abstract The gas hydrate, being a solid material, is formed from the methane and water under the high-pres-sure and low-temperature, Laboratory experiments showed that one cubic meter of gas hydrate could liberate164 m gases. The total resources of the gas hydrates in the world, as calculated by different methods amountto 5X108X10m', which is equal to twice of the total resources of the oil and gas, coal, and other fossifuel in the world. At present, humankind is facing the exhaustion of fossil fuels, therefore, the scientists andworld governments should focus on gas hydrate resources. Research in the South China Sea showedhydrates are formed under different conditions. In the northeastern part of the South China Sea, high salinitywater has flowed from Philippine Sea, resulting in high organic productivity and accumulation of organic-richdiments. During these periods of high productivity, the rate of sedimentation was very high, thereby providingexcellent conditions for the formation of gas hydrates. In addition, since the end of the mhe Philippineea plate has collided with Asian plate in Taiwan area, resulting in the tectonic extrusion of the northeasternpart of the South China Sea along a northwest direction. Because of this tectonic extrusion, fluids in the sedi-ments were especially active, further stimulating the formation of the gas hydrate. On the basis of these analyses, we suggest that throughout the continental slope of the South China Sea conditions existed are favorablefor the formation of gas hydrate. Therefore we believe that the northeastern part of the South China Sea shouldKey words: gas hydrate; bottom simulating reflection; resources; sedimentary environment; tectonic environ摘要:天然氣水合物是甲烷等天然氣在高壓、低溫條件下形成的冰狀固體物質(zhì)。據(jù)估算,全球天然氣水合物中碳的含量等于石油、煤等化石能源中碳含量的兩倍,這是一個(gè)非常誘人的數(shù)字。在人類(lèi)面臨化石能源即將枯竭的時(shí)候,科學(xué)家和各國(guó)政府都把眼光投向這一未來(lái)能替代化石能源的新能源。南海在新生代構(gòu)造演化歷史、沉積條件、沉積環(huán)境等方面都顯示這里具有生成和藴藏巨大天然氣水合物資源的條件,因此,這里可能成為中國(guó)在不遠(yuǎn)的將來(lái)之新能源基地關(guān)鍵詞:天然氣水合物;似海底反射波;資源量;沉積環(huán)境;構(gòu)造環(huán)境中圖分類(lèi)號(hào):P534.53;P617文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1005-2321(2005)01-0225-09凵中國(guó)煤化工昆合時(shí),會(huì)產(chǎn)生一種像0引言驗(yàn)冰CNMHG然氣水合物(gshydrate)。燈大然氣水臺(tái)物時(shí)發(fā)現(xiàn)和研究工作已有當(dāng)水和天然氣在高壓和冰點(diǎn)以上溫度(科學(xué)實(shí)195年的歷史,Davy于1810年第一次在實(shí)驗(yàn)室中收稿日期:2005-02-25;修回日期:2005-03-01作者簡(jiǎn)介:姚伯初(1940—),男教授級(jí)高級(jí)工程師圭要從事海洋地球物理調(diào)査和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、油氣地質(zhì)研究。Emi:beynon@163.net226姚伯初,吳能友/地學(xué)前緣( Earth Science Frontiers)005,12發(fā)現(xiàn)用氯氣和水生成的水合物, Faraday(1823)和同估算公式計(jì)算的資源量。Villard(1888)對(duì)天然氣水合物進(jìn)行了研究,他們的從表1看出,地球上的天然氣水合物之資源量是工作表明在一定的溫度和壓力條件下,甲烷與乙烷巨大的. Kyenyolden(1988)估計(jì),全球水合物中的碳均可產(chǎn)生水合物。圖1是Ⅴiard從實(shí)驗(yàn)工作中之質(zhì)量達(dá)10×10g,或體積1.8×1046m3,相當(dāng)于地所得甲烷形成水合物之溫度-壓力曲線,當(dāng)時(shí)他只做球上石油、煤和其他生物中碳的總和之兩倍到4000PSI(磅/吋2)的壓力。 Kobayshil(1949)和表1地球上天然氣水合物中的甲烷資源量Marshal41964通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn),修改了 Villard曲Tbe1 Methene resources of the gas hydrate in the earth線,將壓力增至10000PSI2。20世紀(jì)30年代,俄然氣水合物中羅斯科學(xué)家發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)東的石油天然氣輸送管道內(nèi)存在分布區(qū)域甲烷資源量/(1013m3參考文獻(xiàn)由天然氣與水所形成的水合物阻塞了管道中石油永久凍士帶57k,1977和天然氣的流動(dòng)。Mclver. 1981天然氣水合物是一種固體物質(zhì),其中的氣體3.4×10Dobrynin. 1981分子有CH4、C2H4、CO2、H2S等。它是在一定溫Meger, 1981壓條件下由水和氣體分子形成的,水分子形成剛Mokogon, 1998:Kyenvolden, 1998性籠形晶格,每個(gè)籠形晶格中包含一個(gè)氣體分子5~25)×102Trofimuk, 1977單體天然氣水合物的結(jié)構(gòu)分為Ⅰ型和Ⅱ型,以及3.1×102Mclver, 1981Ⅲ型。每種類(lèi)型的基礎(chǔ)是十二面體,這種十二7,6×103Dobrynin, 1981面體由12個(gè)水分子組成。五角十二面體與六面(1.0~1.8)×103體在一起,在Ⅰ型天然氣水合物中,形成12個(gè)五Kvenvolden. 199面體的晶面和2個(gè)六邊形的晶面;在Ⅱ型天然氣1959年,Katz對(duì)天然氣水合物的形成條件及其水合物中,與六面體一起形成12個(gè)五邊形的晶轉(zhuǎn)換特性進(jìn)行了全面總結(jié)。1974年,ol等在布面和4個(gè)六邊形的晶面(圖2)。在標(biāo)準(zhǔn)溫壓條件萊克海臺(tái)沉積中觀測(cè)到異常地震反射,他解釋那里下,1m3甲烷水合物可釋放164m3的甲烷。因此的沉積物中存在天然氣水合物。他們的工作將海洋天然氣水合物是一種具有巨大潛力的能源。地球科學(xué)家的目光吸引到海洋天然氣水合物這一新領(lǐng)800004000020000水合物存在區(qū)十四面體無(wú)水合物區(qū)十二面體u型結(jié)構(gòu)中國(guó)煤化工8090100110120圖1甲烷氣形成天然氣水臺(tái)物的溫度壓力曲線CNMHG晶體結(jié)構(gòu)單元(據(jù)蔣盛國(guó)等,2002Fig. 1 Hydrate formation conditions from metheneFig. 2 The crystal structure of the gas hydrate上天然氣水合物的資源量非常巨大,表1列出科域η]。1974年,通過(guò)DSDP海上鉆探,人類(lèi)第一次學(xué)家根據(jù)各自掌握的資料,從各自的認(rèn)識(shí)、采用不直接從海洋沉積物中取得了天然氣水合物樣品。自姚伯初,吳能友/地學(xué)前緣( earth Science Frontiers)005,12(1)227此之后,美國(guó)、加拿大、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本、印度亟待解決的問(wèn)題:一是天然氣水合物的生物地球和俄羅斯等國(guó)的科學(xué)家及政府對(duì)這種新礦藏非常感化學(xué)成因;二是水合物、沉積物、水、氣體系統(tǒng)的物興趣在世界冰凍帶及陸坡地區(qū)進(jìn)行了廣泛的調(diào)査理、化學(xué)、環(huán)境特征;三是調(diào)查技術(shù)(]。和研究。至今,他們已在北美東海岸外陸綠、墨西哥作者在1998年曾利用我們?cè)谀虾２杉拇鬄场⒓永毡群?、南美大西洋邊緣、非洲大西洋邊緣、北量地球物理資料,追蹤和解釋了約10·km地震剖美和南美太平洋邊緣、白令海、鄂霍茨克海、日本海、面,發(fā)現(xiàn)這里存在天然氣水合物的地震證據(jù)菲律賓海、南海、里海、黑海、貝加爾湖、地中海,以及BSR(Bot! om Simulating Reflection,似海底反射北極地區(qū)、南極地區(qū)及其周邊海域,均發(fā)現(xiàn)了存在波),特別是在南海北部明;2001年又用世界上通天然氣水合物的各種證據(jù)(圖3),或直接取得了水用的公式估算出南海天然氣水合物的資源量達(dá)合物樣品。特別是ODP鉆探了兩個(gè)有關(guān)水合物600~700億t油當(dāng)量。自1999年我們?cè)谀虾５暮酱?如204航次(2004年)在北美俄勒岡外水西沙海槽地區(qū)開(kāi)展天然氣水合物調(diào)查以來(lái),發(fā)現(xiàn)合物脊的鉆探,不僅取得了大量水合物樣品,還對(duì)了大量存在天然氣水合物的地質(zhì)、地球物理和地水合物的形成環(huán)境、生長(zhǎng)速率、沉積物中流體運(yùn)動(dòng)球化學(xué)證據(jù)。2001年,我們申請(qǐng)加入了“中國(guó)海域規(guī)律進(jìn)行了研究。目前,美國(guó)、日本、德國(guó)、印度、天然氣水合物調(diào)查”國(guó)家計(jì)劃,廣州海洋地質(zhì)調(diào)查韓國(guó)等國(guó)都先后設(shè)立天然氣水合物國(guó)家計(jì)劃,在局具體執(zhí)行這一計(jì)劃,目前已在南海北部做了大本國(guó)海域或凍土帶開(kāi)展天然氣水合物調(diào)查和研究量調(diào)查,計(jì)劃在近期內(nèi)實(shí)施鉆探,希望能取得水合工作。美國(guó)能源部圍繞天然氣水合物的資源特物樣品征、開(kāi)發(fā)、全球碳循環(huán)、安全及海底穩(wěn)定性4個(gè)主題制定了長(zhǎng)達(dá)10年(20002010年)的詳細(xì)計(jì)1調(diào)查方法劃。日本先后制定了兩個(gè)天然氣水合物研究計(jì)劃,1995—1999年日本通產(chǎn)省設(shè)立了“甲烷水合物海洋中天然氣水合物的發(fā)現(xiàn)首先是在地震剖面研究及開(kāi)發(fā)推進(jìn)初步計(jì)劃”;最近,日本又推出21上發(fā)現(xiàn)似海底反射波(BSR),因此,地震方法是調(diào)查世紀(jì)甲烷水合物勘探計(jì)劃(簡(jiǎn)稱(chēng)“MH21”),主要開(kāi)前期的重要方法。當(dāng)前,高分辨率地震剖面是最好展試生產(chǎn)實(shí)驗(yàn),為商業(yè)生產(chǎn)做技術(shù)準(zhǔn)備,同時(shí)強(qiáng)調(diào)的方法。在一個(gè)海區(qū)開(kāi)展水合物調(diào)查時(shí),首先進(jìn)行圍繞開(kāi)發(fā)應(yīng)重視水合物的基礎(chǔ)研究。有人估計(jì),高分辨率地震調(diào)查,發(fā)現(xiàn)和圈定BSR分布范圍,然日本可能在5年內(nèi)在其海域進(jìn)行開(kāi)發(fā)試驗(yàn)。歐洲后在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)地球物理和地球化學(xué)調(diào)査與自然科學(xué)基金委的海洋綜合研究科學(xué)計(jì)劃,對(duì)天研究工作,確定水合物礦層的厚度、埋深、特征并估然氣水合物的研究工作也異常重視,提出了3個(gè)算其資源量。在高分辨率地震剖面上,BSR和海底大西洋印度詳H中國(guó)煤化工CNMHG海洋和湖泊[凍土帶■已采集水合物樣品[⊙口推測(cè)存在水合物圖3世界上天然氣水合物分布圖Fig. 3 The distribution of the gas hydrate in the world228姚伯初,吳能友/地學(xué)前緣( Earth Science Frontiers)005,12(1)反射波平行,但相位相反,而且BSR之上會(huì)出現(xiàn)振幅空白帶。如果水合物礦層之下存在游離氣那么,2南海的天然氣水合物資源含水合物地層之地震速度較高,在1.9~2.3km/s范圍內(nèi),而下伏含游離氣地層之速度僅1.3~1.6南海是西太平洋最大的邊緣海之一,面積為km/s。圖4是美國(guó)東海岸外布萊克海臺(tái)上的地震300萬(wàn)km2。南海是一菱形海盆,北東向長(zhǎng)1600剖面,這是顯示天然氣水合物存在的典型地震剖面,km,東西向?qū)?00km,水深在3000~4400m。陸架邊緣大體沿200m水深線延展,陸坡與深海平原海底反射波NE的邊界大約沿3000m水深線延伸(圖5)。北部廣BSR東陸架寬150~300km,南部巽它陸寬600km,是世界上最寬的陸架之一。東部和西部陸架很窄,僅數(shù)十千米陸架地形平坦,在大河岸外分布著區(qū)水下三角洲,如北部陸架上的珠江水下三角洲,西南園部的湄公河三角洲等。陸坡地形復(fù)雜分布著眾多圖4布萊克海臺(tái)的地震反射剖面的海山、海丘、海槽、海谷和海臺(tái)。如北部陸坡上,海Fig. 4 The seismic profile in Blake Ridge山、海丘呈線狀分布,自神狐暗沙與一統(tǒng)暗沙起,經(jīng)圖中似海底反射波BsR切割地層反射波但與海底反射波平行南衛(wèi)灘和北衛(wèi)灘至臺(tái)灣淺灘,為一北東向海丘鏈,海BSR平行于海底反射波切割地層反射波ODP在此丘高200~600m。在其南部,自雙峰海山經(jīng)尖峰海打鉆,取到水合物樣品,與地震剖面顯示的一山至北坡海山,為一北東向海山鏈,海山高度大于致-]。第二種地球物理方法是地?zé)崃鳒y(cè)量。由于1000m在中沙群島之南,分布著一系列北東向排水合物在溫度達(dá)到25℃時(shí),無(wú)論壓力多大,它都會(huì)分列的海山與海谷,山與谷相間排列。著名的海槽有解成氣和水。由于世界海洋的海底溫度均在θ℃左西沙海槽、中沙海槽、禮樂(lè)海槽和南沙海槽,著名的海右,所以,一個(gè)海區(qū)的地溫梯度小則其水合物礦層就谷有東沙海谷和珠江海谷。南海南部陸坡寬達(dá)400厚否則就薄。因此,一個(gè)地區(qū)的地?zé)崃髦稻蜎Q定了km,地形切割強(qiáng)烈崎嶇不平。這里分布著230多座其水合物礦層之厚度。其他地球物理方法包括地磁島嶼、沙洲、暗沙、暗礁和暗灘,是航海的危險(xiǎn)地區(qū)。測(cè)量、重力測(cè)量等。在水合物分布區(qū)打鉆后,要進(jìn)行南海深海平原的水深在300~4400m,海底平地球物理測(cè)井,包括電阻率測(cè)井、自然電位測(cè)井、聲速坦,海山廣布。根據(jù)水深線及海山的走向,可將其分測(cè)井、密度測(cè)井、伽馬測(cè)井、中子測(cè)井,以及孔隙率測(cè)為3個(gè)次海盆:西北次海盆、中央海盆和西南次海井等。由于含水合物沉積的孔隙和裂隙被冰狀水合盆。西北次海盆位于中沙群島以北.西沙海槽之東物所充填所以其密度大孔隙率低聲速高。由于水水深為3000~3800m。海底自西向東傾斜,中間合物中不存在導(dǎo)電電子和離子,故其電阻率大分布著北東向的雙峰海山。這里新生代沉積厚1.5地質(zhì)方法包括海底拖網(wǎng)取樣、抓斗取樣、箱式取~2.0km,因此,層2頂部埋深在4.5~5.8km。地樣、柱狀取樣、活塞取樣和淺鉆取樣等方法。取到地殼厚5.0~5.8km,等厚線沿北東向展布1。中央質(zhì)樣品后,進(jìn)行各種分析,用以判斷海底沉積中是否海盆呈長(zhǎng)方形,南北長(zhǎng)900km,東西寬450km。海存在天然氣水合物礦藏。在采集了地質(zhì)樣品之后,底上分布著一系列東西向的海山、海丘,著名的黃巖需要進(jìn)行下列地質(zhì)和地球化學(xué)分析:(1)沉積物粒度海山分布在海盆中部。海盆水深度3000~3900分析、組分分析和物理性質(zhì)分析;(2)粘土礦物分析;m,個(gè)別地方達(dá)4000m。新生沉積厚0.5~2.4(3沉積物中硫酸根、氯離子、有機(jī)碳和硫化物分析;km,層?頂部埋深3.5~5.5km,海盆中部高.向南(4)沉積物中磁性物的磁性分析;(5)對(duì)底層水進(jìn)行向北中國(guó)煤化工殼之年齡較小,向南向鹽度和甲烷富集度分析,以及對(duì)孔隙水進(jìn)行化學(xué)與北逐CNMHG水深在4300~4400同位素分析;(6)對(duì)底棲有孔蟲(chóng)及其特性進(jìn)行分析;m,是南海深海平原上最低洼之處。這里新生代沉(⑦)對(duì)孔隙水中的硼與氯同位素進(jìn)行分析;(8)對(duì)積厚1.0~2.0km,因此層2頂部埋深在5.3~7.5采集的甲烷氣進(jìn)行碳同位素分析,以判斷甲烷氣是km。海盆中部分布著北東走向的長(zhǎng)龍海山,到114°生物來(lái)源還是深部運(yùn)移上來(lái)的裂解氣E處與南北走向的中南海山相遇,終止于此。姚伯初,吳能友/地學(xué)前緣( earth Science Frontiers)005,12(1)229110011700南影北部灣比坡海山?？谑泻Ｄ蠉u昏果島聲方的含歡長(zhǎng)、C西沙海槽→北碳t海9央"漲中海山海支龍北海山盆盆島A半路拉西衛(wèi)遣群島碎淑啼皇路北納土納島中國(guó)煤化工CNMHG加囟開(kāi)地形國(guó)The topography of the South China Sea圖中V1、V3和V;是中文中提到的柱狀樣品之位置,a、b、c分別是圖6a、6b和6c地震剖面的位置230姚伯初,吳能友/地學(xué)前緣( Earth Science Frontiers)005,12(1)孔為4.1cm/ka;1147孔為4.1cm/ka;1148孔為3南海上新世以來(lái)的沉積環(huán)境及沉積2cmka,在東沙群島南側(cè)的114站位上,水深速率變化2037m,1.05Ma以來(lái)沉積堆積體的沉積速率很大,達(dá)49cm/ka,這可能是來(lái)自臺(tái)灣方向的河流經(jīng)南海北部和南部陸架濱海地帶寬Ⅰ~5km,水澎湖水道搬運(yùn)來(lái)沉積堆積的結(jié)果。ODPI84航次還動(dòng)力強(qiáng)盛,因此沉積物的顆粒較粗。在陸架區(qū),沉積發(fā)現(xiàn),自約10Ma來(lái),南海南部陸坡的1143井處,以淺海粘土為主;外陸架上分布著一套粗粒沉積,主水深2772m,沉積速率為ηcm/ka。南海北部陸坡要是砂質(zhì)或粉砂質(zhì)沉積,為晚更新世低海平面時(shí)期的1145井處,水深3175m,記錄了3Ma以來(lái)的沉的殘留沉積。此外,在陸架上分布有風(fēng)暴流沉積,顯積,平均沉積速率為4~25cm/ka;1146井處,水深示下粗上細(xì)的正遞變粒序。在陸坡上,分布著重力2092m,19Ma以來(lái)沉積速率為2~3.6cm/ka;流沉積,是濁流沉積作用的產(chǎn)物。從沉積物類(lèi)型看,1148井處,水深3294m,32Ma以來(lái)沉積速率為粘土沉積分布于全海區(qū),在陸架區(qū),粘土礦物中伊利1~2cm/ka。由上述資料看,南海地區(qū),自約石的含量最高,蒙脫石的含量最低。在半深海沉積10Ma以來(lái),沉積速率較高,在4~25cm/ka范圍環(huán)境中,粘土礦物中的伊利石含量最高,蒙脫石和高內(nèi)。陸坡上的高沉積速率為生成生物氣奠定了堅(jiān)實(shí)嶺土的含量少。在深海沉積環(huán)境中,與半深海環(huán)境的物質(zhì)基礎(chǔ),從而為生成天然氣水合物帶來(lái)了物質(zhì)對(duì)比,伊利石減少,蒙脫石增加條件。生物沉積在海洋沉積中占有重要比例。在陸架區(qū),浮游有孔蟲(chóng)的豐度低,進(jìn)入陸坡后,豐度迅速增4上新世以來(lái)的構(gòu)造環(huán)境加;從水深2300~2800m開(kāi)始,豐度急劇下降;在深海平原上,豐度很低,但硅藻的豐度則增加。沉積南海地區(qū)在新生代發(fā)生過(guò)兩次海地底擴(kuò)張,第物中碳酸鈣含量變化趨勢(shì)與浮游有孔蟲(chóng)殼體豐度變一次海底擴(kuò)張發(fā)生于42~35Ma前,北西-南東向發(fā)化趨勢(shì)相似,陸架區(qū)含量低,上陸坡高,但從1000生海底擴(kuò)張產(chǎn)生南海西南海盆;第二次海底擴(kuò)張發(fā)水深起,碳酸鈣含量開(kāi)始降低.到水深2000~生于32~17Ma前,南北向海底擴(kuò)張產(chǎn)生南海中央3000m,急劇下降。由此可見(jiàn),利用浮游有孔蟲(chóng)殼海21。早中新世末,向南運(yùn)動(dòng)的禮樂(lè)—東北巴拉望體的豐度,可以分析地質(zhì)時(shí)期碳酸鈣的豐度。利用地塊與加里曼丹東—西南巴拉望地塊發(fā)生了碰撞,柱狀樣和鉆井資料,可以研究地質(zhì)時(shí)期碳酸鈣的變南海中央海盆的海底擴(kuò)張停止了,此時(shí)菲律賓海板化。經(jīng)分析,在氧同位素奇數(shù)期浮游有孔蟲(chóng)的豐度塊仍然在向北運(yùn)動(dòng),并且還在逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn);到中髙,因此有利于生物氣的生成;偶數(shù)期浮游有孔蟲(chóng)的新世末,它與歐亞板塊在臺(tái)灣地區(qū)發(fā)生碰撞,臺(tái)灣島豐度低,因此不利于生物氣的生成開(kāi)始誕生,并對(duì)南海北部產(chǎn)生向北西向擠壓。在珠根據(jù)海底柱狀樣品和鉆探資料以及沉積物年代江口盆地中可見(jiàn)一系列北西向斷裂,它們錯(cuò)斷其他測(cè)量資料,計(jì)算地質(zhì)時(shí)期的沉積速率。在計(jì)算時(shí),將方向的斷裂,表示它們是晚期發(fā)生的構(gòu)造21異常的沉積厚度去除。計(jì)算結(jié)果表明,南海海域在Hall1997)23利用在東印度尼西亞(菲律賓海氧同位素(古氣候)奇數(shù)期沉積速率低,氧同位素偶板塊的南部)新采集的巖石標(biāo)本進(jìn)行古地磁測(cè)量的數(shù)期沉積速率高。例如,在氧同位素1期,沉積速率結(jié)果,研究了新生代菲律賓海板塊的運(yùn)動(dòng)過(guò)程及其為5.0~9.0cm/ka;氧同位素2期沉積速率為歷史位置的重建。他們根據(jù)新測(cè)量的古地磁資料和1~12.9cm/ka;氧同位素3期沉積速率為區(qū)域地質(zhì)資料進(jìn)行對(duì)比·2,得出東南亞在新生代4.7~7.7cm/ka;氧同位素4期沉積速率為6.0~的構(gòu)造演化模式。他指岀,在中中新世,向北移動(dòng)的10.5cm/ka;氧同位素5期沉積速率為3.3~9.0菲律中國(guó)煤化工板塊大陸邊緣的民都cm/ka,在陸坡上的柱狀樣v處(圖5)沉積速率為洛島CNMHG件延續(xù)到中中新世末9.ocm/ka,V3處(圖5)為8.6cm/ka,但在深海平(10MaBP),由于此次碰撞,使蘇祿海的俯沖跳到原上沉積速率則較低,如V1站位處沉積速率為5.1南部,俯沖于蘇祿脊之下。這次碰撞事件對(duì)南海南cm/ka。ODP184航次在東沙群島西南陸坡上鉆了部海域產(chǎn)生了強(qiáng)烈的北西向擠壓。在13Ma時(shí),從3個(gè)鉆孔結(jié)果表明第四紀(jì)平均沉積速率:ODP1146澳大利亞板塊上刮下來(lái)的東南蘇拉威西地塊和西蘇姚伯初,吳能友/地學(xué)前緣( earth Science Frontiers)005,12(1)拉威西(屬大巽他地塊,為歐亞板塊的東南緣)發(fā)生處顯示存在BSR反射波,說(shuō)明南海陸坡的確存在天了碰撞,此次碰撞加快了大巽他地塊的順時(shí)針?lè)较蛉粴馑衔锏V藏。下面舉出幾個(gè)例孑加以說(shuō)明。旋轉(zhuǎn)6,也對(duì)歐亞板塊產(chǎn)生了擠壓。在11Ma時(shí)圖6顯示存在BSR的三段地震反射剖面。圖禮樂(lè)—東北巴拉望地塊和加里曼丹—蘇祿地塊發(fā)生6a是西沙海槽北部的一段剖面,位置見(jiàn)圖5中了碰撞,在西北婆羅洲,淺層區(qū)域不整合面就和此次這里水深1800m左右,在雙程走時(shí)2.8s處岀現(xiàn)碰撞有關(guān)。這3次時(shí)間間隔很短的碰撞事件對(duì)南沙反射波,它平行于海底反射波,但切割地層反射波,地塊都產(chǎn)生強(qiáng)烈影響造成了新生代沉積中的晩中它具備似海底反射波的特征,因此我們推斷這里新世區(qū)域不整合面。在南沙地區(qū)被命名為“萬(wàn)安運(yùn)BSR之上的地層中可能存在天然氣水合物礦藏在10MaBP,婆羅洲完成了反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn),2隨著渙大利亞板塊連續(xù)向北運(yùn)動(dòng),引起了區(qū)域板塊邊界的重新調(diào)整,以及板內(nèi)變形特征的變化(7在爪哇海溝東部歐亞一菲律賓海一澳大利亞三大~30板塊的板塊三聯(lián)點(diǎn)伴隨此次板塊邊界調(diào)整而解體為微板塊帶部分為索瑯斷裂( Sorong fault)的分支。3班達(dá)火山弧向東推進(jìn)到帝汶島和鳥(niǎo)頭島微陸塊之40230包括被圈捕的部分印度洋中生代洋殼(班達(dá)海)148°再向北, Tukang besi地塊(布敦島地區(qū))增生到蘇1拉威西地塊,進(jìn)一步對(duì)巽他地塊產(chǎn)生擠壓由上述討論可見(jiàn),從13~10MaBP期間,南海南部的東南邊緣由于菲律賓海板塊、澳大利亞板塊20和歐亞板塊的相互作用,對(duì)南海南部海域產(chǎn)生過(guò)多次擠壓。其中,最強(qiáng)的一次應(yīng)是13~11MaBP菲25律賓海板塊和歐亞板塊在民都洛島處的碰撞事件,對(duì)南海南部海域產(chǎn)生向西的擠壓,這次擠壓事件應(yīng)2是引起萬(wàn)安運(yùn)動(dòng)的主要原因。因?yàn)榉坡少e海板塊是91729077292372939729557個(gè)較大的板塊,它向西擠壓應(yīng)在南海南部海域產(chǎn)生強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)由此可見(jiàn),南海地區(qū),無(wú)論是北部還是南部.從sr晚中新世以來(lái)都遭受到擠壓構(gòu)造的作用,新生代沉積中普遍受到擠壓構(gòu)造的改造,產(chǎn)生了許多擠壓構(gòu)境有利于流體在沉積中的活動(dòng)從而有利于天然氣圖6西沙海槽地區(qū)的地震剖面圖6東沙群島地區(qū)的水合物的形成Fig. 6a Seismic profile in the Xisha Trough area; Fig 6b Theseismic profile in Dongsha Islands area; Fig 6c The seismic pro5南海地區(qū)天然氣水物存在的地球物 le in luzon arc-trench area圖中BSR平行于海底反射,但切割地層反射波;剖面上分布著理證據(jù)典型的BsBSRI中國(guó)煤化工群島東南海域的地震根據(jù)世界上調(diào)查和勘探天然氣水合物的實(shí)踐,反射CNMHG剖面上在海底之下個(gè)海域在未進(jìn)行鉆探之前,首先依據(jù)地震剖面上0.25s處也出現(xiàn)一與海底平行、且切割地層反射波顯示的似海底反射波來(lái)判斷是否存在天然氣水合的似海底反射波,證明這里也有存在天然氣水合物物。在整個(gè)南海海域,我們已采集近20萬(wàn)km的地礦藏的可能性。圖6c是南海東北部馬尼拉俯沖帶震反射剖面(包括油氣勘探和水合物調(diào)查),已有多增生楔之上的一段地震反射剖面,位置見(jiàn)圖5中c。232姚伯初,吳能友/地學(xué)前緣( Earth Science Frontiers)005,12(1)由圖可見(jiàn),這里增生楔頂部有一小凹陷,存在較薄的率高,為天然氣水合物的生成提供了物質(zhì)條件;另沉積。在沉積中岀現(xiàn)一特殊反射波,它與海底反射外,自中新世末以來(lái),由于菲律賓海板塊與歐亞板塊波平行,但明顯地切割地層反射波,是一非常典型的在臺(tái)灣地區(qū)發(fā)生碰撞.對(duì)南海東北部產(chǎn)生北西向擠似海底反射波。在整個(gè)南域,這里的BSR是最典型壓,加快了流體在沉積物中的活動(dòng),為天然氣水合物的似海底反射波。的生成提供了良好的構(gòu)造環(huán)境。因此,我們認(rèn)為,整由上述討論的3個(gè)地方的三段地震反射剖面,個(gè)南海陸坡區(qū)均存在生成和蘊(yùn)藏天然氣水合物礦藏說(shuō)明南海海堿域極有可能存在天然氣水合物礦藏。的地質(zhì)條件,尤其是東北部陸坡應(yīng)是南海天然氣水合物最豐富的地區(qū)。6討論References由上述分析可見(jiàn),在氧同位素1、3、5期,由于海平面升高,南海與周邊海域的海水交換活躍,生物生[1] KAPALN IR. Natural Gases in Marine Sediments[M.產(chǎn)率低,但周?chē)懙氐闹参锓泵?南海周緣沉積中的Y. and London: Plenum press. 1974木本植物多,但這些沉積物只能沉積在陸架上,大多21 KOBAYASHI R, KATZ D L. Methene hydrate at highpressure[J]. Petrol Technol,1949(1):6不能達(dá)到陸坡地區(qū)。在氧同位素2、4、6期,氣候變3 JIANG Guosheng, WANG Da, TANG Fenglin, et al. The冷,海平面下降,陸架區(qū)大都出露水面,沉積物大都Exploration and Development of the Gas Hydrate [M].Wu沉積在今日的陸坡區(qū);當(dāng)時(shí)南海與周邊海域的海水n: China University of Geosciences Press, 2002( in Chi交換不活躍,僅在東北部的巴士海峽與菲律賓海相通。菲律賓海中的高鹽度海流經(jīng)巴士海峽進(jìn)入南海412 HANG Guangxue, HUANG Yongyang,CHEN東北部,南海東北部發(fā)育著高鹽度海流,生物生產(chǎn)率The Seismology for the Marine Gas Hydrate[M]Oceanic Press, 2003(in Chinese變高有利于有機(jī)質(zhì)的沉積,從而為天然氣水合物的[51 KVENVOLDEN K A. Methene hydrate- A major reservoir生成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。而且,自約10Ma以來(lái),沉of carbon in shallow geosphere[I]. Chem Geol, 1988,71(1)積速率較高,在4~25cm/ka范圍內(nèi)。陸坡上的高沉積速率為生物氣的生成奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ),[61 KATZ D L, CORNEL D, KOBAYASHI R,ea,Hand從而為生成天然氣水合物提供了物質(zhì)條件book of Natural Gas Engineering[M]. New York: McGray海洋的物理、化學(xué)及海洋地質(zhì)環(huán)境變化影響著[7]sron1.RE. Effects of gas hvd海洋中生物的演化,即影響海洋的生物生產(chǎn)率。由LAN I R. Natural Gases in Marine Sediments [M].New上述討論可知,在氧同位素1、3、5期,南海生物生產(chǎn)率較低,尤其是第1期,古生物生產(chǎn)率特別低;在氧[8] WU Nengyou, CHEN Hong, CAl Qiurong.eta. Scientific同位素2、4、6期,生物生產(chǎn)率高,尤其是第2期,生ocean drilling and gas hydrates[J]. Advance in earth Sciences, 2003,18(5): 753-758(in Chinese物生產(chǎn)率特別高。生物生產(chǎn)率高,則可沉積豐富的[9 YAO Bochu, Preliminary exploration of gas hydrate in the含生物沉積,為產(chǎn)生生物氣從而為生成天然氣水合northern margin of the South China Sea[J]. Marine Geology物提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。Quaternary Geolog y, 1998. 18(4): 11-18(in Chinese)從構(gòu)造環(huán)境看,南海地區(qū),無(wú)論是北部還是南[101 YAO Bochu. The gas hydrate in the South China Sea[部,從晚中新世以來(lái)都遭受到擠壓構(gòu)造的作用,新生Journal of Tropical Oceanography, 2001, 20(2): 20-28(in代沉積中普遍受到擠壓構(gòu)造的改造,產(chǎn)生了許多擠11 MA Zaitian,. SONG Haibin, SUN Jianguo. sophy sical pros-壓構(gòu)造,如斷塊、背斜、泥底辟、活動(dòng)斷裂等。這種構(gòu)造環(huán)境有利于流體在沉積中的活動(dòng),從而有利于天中國(guó)煤化工"hmAL.sONG然氣水合物的形成CNMHG13(in Chinese在整個(gè)南海海域,上述條件是存在差別的。南[12 HOLBROOID, DOLL W E, et al海東北部,在氧同位素2、4、6期,由于菲律賓海的高M(jìn)ethene hydrate and free gas on the Blake Ridge from vertial seismic profilingLJ]. Science,1996,273:1840-184鹽度海水的注入,這里的生物生產(chǎn)率特別高,陸坡上[131MY, WALIA R, HYNDMANR D. et a. Vertical seism沉積了豐富的有機(jī)物質(zhì),加上此期間該處的沉積速profile in the Mallik 2L-38 gas hydrate research well in the姚伯初,吳能友/地學(xué)前緣( earth Science Frontiers)005,12(1)Canadian Artic[J]. Soc Exp! Geoph ys, Expanded Abstand Petroleum Geology, 1991.8: 2-21[25 RANGIN C, JOLIVET L, PUBELLIER M. A simple mo[14 EDWARDS R N. On the resource evaluation of marine gael for the tectonic evolution of southeast Asia and Indonesiahydrate deposits using sea-floor transient electric dipole-dipoleregion for the past 43 Ma [J]. Bulletin de la Societe Gemethods[J. Geoph ysica,1997,62(1):63-74ologique de france, 1990, 8(6):889-905[15 CHEN J C, HONG CS, HUANG C Y, et al. Geological and [26 LONGLEY IAN M. The tectonostratigraphic evolution of SEgeochemical investigations in gas hydrate potential area offAsia[A]. FRASER A J, MATTHEWS SJ, MURPHY RSW TaiwanLA]. The Sympoisun on Gas Hydrate Betweenw. Petrleum Geology of Southeast Asia[M]. Geological Sothe Coasts of Taiwan Strait, China[C]. 2005: 11-13,ciety Special Publication. 1997. 126: 311-339[16 XUE Wanjun. Explanation for map of geomorphology[A]. [27 CURRAY J R, MOORE D G, LAWVER L A, et al. TecHE Liansheng, CHEN Bangyan. Atlas of Geology and Getonics of the Andaman Sea and Burma[J]. AAPG Memoirphysics of South China Sea [M]. Guangzhou: Map Publish1979,29:189-198House of guangdong Province, 1987(in Chines[17] BAO Caiwang. Explanation for map of topography].HE參考文獻(xiàn)Liansheng, CHEN Bangyan. Atlas of Geology and Geophics of South( hina sea[M]. guangzhouε Map Publishing[3」蔣國(guó)盛,王達(dá),湯鳳林,等,天然氣水合物的勘探與開(kāi)發(fā)[MHouse of guangdong Province, 1987(in Chinese武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,2002[18] YAO Bochu, WANG Guangyu.( rusal structure of the「4]張光學(xué),黃永樣,陳邦彥.海域天然氣水合物地震學(xué)[M].北South China Sea[J. Scientia Sinica( Series B),1983, 26(6)京:海洋出版社,2003I(in Chinese)8]吳能友,陳弘,蕠秋蓉,等.科學(xué)大洋鉆探與天然氣水合物[][19 SHAO Lei, LI Xianhua, WEI Gangjian, et al. The origin of地球科學(xué)進(jìn)展,2003,18(5):753-7species of accumulation pile in higher velocity on the slope of[9]姚伯初.南海北部陸緣天然氣水合物初探[J].海洋地質(zhì)與第the South China Sea[J]. Science in China( Series D),2001四紀(jì)地質(zhì),1998,18(4):11-1831(10):828-833( in Chinese)10]姚伯初.南海的天然氣水合物資源[].熱帶海洋學(xué)報(bào),2001[20 WANG P, PRELL W L. BLUM P, et al. Proc. ODPInit20(2):20-28.Re ports 184[R]. College Station, 199911]馬在田,宋海斌,孫建國(guó)海洋天然氣水合物的地球物理探測(cè)[21] YAO Bochu, ZENG Weijun, HAYES D E, et al. The Geo-高技術(shù)[A].宋海斌,等.天然氣水合物的地球物理研究[M]logical Memoir of South China Sea Surveyed Jointly by Chi北京:海洋出版社,2003:8-13&USA[R]. Wuhan: China university of geosciences[16〗薛萬(wàn)俊.南海地貌圖[A].何廉聲,陳邦彥.南海地質(zhì)地球物理圖集[M.廣州:廣東省地圖出版社,19872] YAO Bochu. The probing into Cenozoic tectonic movements[1冂]鮑才旺,南海地形圖A].何廉聲,陳邦彥.南海地質(zhì)地球物理the continental margin in NoSouth China Sea[J]圖集[M].廣州:廣東省地圖出版社,198h of South( hina sea,1993,5:1-12(in[18]姚伯初,王光宇.南海海盆的地殼結(jié)構(gòu)[J].中國(guó)科學(xué)(B)[23] HALL R. Cenozoic plate tectonic reconstructions of SE^sia[19]卲磊,李獻(xiàn)華,韋剛鍵,等.南海陸坡高速堆積體的物質(zhì)來(lái)源[A]. FRASER A J, MATTHEWS S J, MURPHY W.[J].中國(guó)科學(xué)(D),2001,31(10):828833Petroleum Geology of Southeast Asia[M]. Geological Society[21]姚伯初,曾維軍, HAYES D E,等.中美合作調(diào)研南海地質(zhì)專(zhuān)Special Publication, 1997,126: 11-24報(bào)[R].武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,1994.24] DALY M C, COOPER M A, WILSON I,etal. Cenozoic[22]姚伯初.南海北部陸緣新生代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)初探匚J].南海地質(zhì)研plate tectonics and basin evolution in Indonesia[J].Marine究,1993,5:1-12中國(guó)煤化工CNMHG