南海神狐海域含水合物地层测井响应特征

第24卷󰀁第3期2010年6月现󰀁代󰀁地󰀁质GEOSCIENCEVol󰀁24󰀁No󰀁3Jun󰀁2010

南海神狐海域含水合物地层测井响应特征

梁󰀁劲1,2,王明君3,陆敬安2,王宏斌2,梁金强2,苏丕波4

(1󰀁中国地质大学地球物理与空间信息学院,湖北武汉󰀁430074;2󰀁广州海洋地质调查局,广东广州󰀁510760;

3󰀁中国地质科学院矿产资源研究所,北京󰀁100037;4󰀁厦门大学海洋与环境学院,福建厦门󰀁361005)

󰀁󰀁收稿日期:2010󰀂02󰀂26;改回日期:2010󰀂05󰀂04;责任编辑:潘令枝。󰀁󰀁基金项目:中国科学院边缘海地质重点实验室项目(MSGL08-03);国家重点基础研究发展计划(2009CB219508)。󰀁󰀁作者简介:梁󰀁劲,男,高级工程师,1971年出生,应用地球物理专业,主要从事天然气水合物调查与研究工作。Emai:lliangjin1999@163󰀁com。摘要:分析了南海北部神狐海域含天然气水合物沉积层声波速度及密度的分布特征和变化规律,并通过对比DSDP84

航次570号钻孔含天然气水合物层段测井资料,总结出神狐海域含水合物地层的测井响应规律特征:神狐海域含水合

物地层存在着明显的高声波速度、低密度特征,地层密度随声波速度的变化并不是单一的反比例关系,总体趋势上随

声波速度的升高而降低;含水合物地层高声波速度值主要集中在197~220m段,饱和度值在15%~47%之间,低密度

值集中在200~212m段,分布在水合物饱和度大于20%的地层内;含水合物地层声波速度平均值为2076m/s,其上覆和

下伏地层的声波速度平均值为1903m/s和1892m/s,所对应的地层密度值分别为1󰀁89g/cm3、1󰀁98g/cm3和2󰀁03g/cm3,

声波速度受孔隙度和饱和度的共同影响,地层密度受水合物饱和度影响较大;从水合物上覆地层到声波速度最高值段,声

波速度值增加了9󰀁1%,相对应的地层密度值减少了4󰀁55%,从水合物声波速度最高值段到下伏地层,声波速度值减少了

8󰀁86%,相对应的地层密度值增加了7󰀁41%。这些测井响应特征,可用来识别地层中天然气水合物,并可以用来计算

水合物的饱和度,同时结合其他地质和地球物理资料,确定水合物层的厚度、分布范围,计算天然气水合物的资源量。

关键词:水合物;测井响应;速度;密度;孔隙度;饱和度

中图分类号:P631󰀁8󰀁󰀁󰀁󰀁文献标志码:A󰀁󰀁󰀁󰀁文章编号:1000-8527(2010)03-0506-09

LoggingResponseCharacteristicsofGasHydrateFormation

inShenhuAreaoftheSouthChinaSea

LIANGJin1,2,WANGMing󰀂jun3,LUJing󰀂an2,WANGHong󰀂bin2,LIANGJin󰀂qiang2,SUPi󰀂bo4

(1󰀁CollegeofGeophysicsandSpaceInformation,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei󰀁430074,China;

2󰀁GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou,Guangdong󰀁510760,China;

3󰀁InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing󰀁100037,China;

4󰀁CollegeofOceanographyandEnvironmentalScience,XiamenUniversity,Xiamen,Fujian󰀁361005,China)

Abstract:Withanalysisofthedistributingfeatureandthechanginglawofthesonicvelocityanddensityofsedi󰀂

mentswithgashydrateinShenhuAreaoftheSouthChinaSea,bycomparingwithloggingdataofgashydrate

formationatSite570ofDSDP84,theloggingresponsecharacteristicsofgashydrateformationinShenhuArea

wereconducted.Theresultsshowtha:t(1)SedimentswithgashydrateinShenhuAreahavetheclearfeatures

thatthesonicvelocityishighanddensityislow,andthedensityisgenerallydecreasedwiththeincreasingof

thesonicvelocity.(2)Thehighsonicvelocitysectioninsedimentswithgashydrateisinthedepthof197to

220m,andthelowdensitysectionisinthedepthof200to212m;thevalueofsaturationisintherangeof

15%to47%.(3)Theaveragesonicvelocitiesofsedimentswithgashydratesandtheoverlyingstrataandun󰀂

derlyingstrataare2,076m/s,1,903m/sand1,892m/s,respectively,andthecorrespondingdensitiesare

1󰀁89g/cm3,1󰀁98g/cm3and2󰀁03g/cm3,respectively;sonicvelocityiseffectedbyporosityandsaturation,

anddensityisgreatlyinfluencedbysaturation;(4)Thesonicvelocityincreasesby9󰀁1%fromtheoverlying

strataofhydratestothemaximum󰀂valuesection,andthecorrespondingdensitydecreasedby4󰀁55%;thesonicvelocitydecreasesby8󰀁86%fromthemaximum󰀂valuesectiontotheunderlyingstrataofhydrates,andthecor󰀂

respondingdensityincreasesby7󰀁41%.Theloggingresponsecharacteristicscanbeusedtoidentifytheexist󰀂

enceofgashydratesandtocalculatethesaturationofgashydrate,furthermore,toprovideaccurateareaand

thicknessofgashydratezoneforcalculatinggashydratesreserveswithcombinationofothergeologicalandgeo󰀂

physicaldata.

Keywords:gashydrate;loggingresponse;velocity;density;porosity;saturation

0󰀁引󰀁言

天然气水合物是在低温、高压环境下,由水

的冰晶格架及其间吸附的天然气分子组成的笼状

结构化合物,主要存在于陆地永久冻土带和水深

超过300m的海洋沉积物中。据估计,全球天然

气水合物中蕴涵的有机碳总量是已探明的所有煤、

石油、天然气等化石类燃料中有机碳总量的两倍,

因而是一种极有前途的21世纪乃至以后更长时期

的潜在能源。水合物对温度、压力十分敏感,由

于温压变化引起的水合物分解可释放出大量温室

效应极强的甲烷气体,同时还会引起海底滑坡,

从而破坏钻井平台和海底电缆等基础设施。因此,

当今对赋存于海底的水合物研究已在能源、环境

和灾害等领域引起了普遍关注。一般认为地层声

波速度和密度的差异是识别天然气水合物的重要

物性数据,声波速度和密度异常是天然气水合物

地层特征之一,是判断沉积地层中是否含天然气

水合物的重要判据。海底天然气水合物的资源量

主要取决于水合物的分布面积、水合物稳定带的

厚度、沉积层的孔隙度及水合物的饱和度(或充填

率)等,而这些参数都与地层声波速度和密度有

直接的对应关系;因此,准确的声波速度和密度

数据对天然气水合物的资源量估算具有重要的

意义[1-2]。

广州海洋地质调查局于2007年在南海神狐海

域进行了天然气水合物钻探取样工作,共完成钻

探站位8个,在5个站位进行了取心,其中在3个

站位取得了天然气水合物实物样品。这使我国成

为继美国、日本、印度之后第4个通过国家级研

发计划采到水合物实物样品的国家,实现了我国天

然气水合物资源调查研究的新突破,取得了一系列

重大发现和成果[3]。本研究通过对神狐海域SHB站

位声波测井速度与地层密度曲线的特征分析,结合

含水合物地层孔隙度和饱和度特征,最后对声波测井速度与密度的关系进行了分析和探讨。1󰀁研究区地质概况

研究区位于南海北部陆缘陆坡区中段的神狐

暗沙东南海域附近珠江口盆地的珠二坳陷南翼(图

1),是欧亚、太平洋和印度󰀂澳大利亚3大板块

的交汇处的一部分,其地质发展经历了由板内裂

陷演变为边缘坳陷的过程,该坳陷自中中新世以

来处于构造沉降阶段,形成了良好的天然气水合

物成藏地质条件。研究区基底构造复杂,断裂发

育,新构造作用活跃,由于受到北东、北东东、

东西、北西方向断裂的控制,南海北部陆坡海底

地形呈阶梯状逐级下降,在陆坡上发育有深海槽、

海底高原、陆坡台地、冲刷槽沟、海底陡崖、海

底陡坡和海谷海丘等各种特殊构造地貌或地质体。

研究区内张性断层和褶皱构造发育,为下部天然

气向浅部地层运移开辟了有利通道,促使气体向

上运移到水合物的稳定带上,而褶皱构造更易于

对天然气的捕获,进而形成水合物矿藏。区内还

发育一系列可能与天然气水合物有关的特殊构造

体,如滑塌体、增生楔等,是天然气水合物发育

的有利区域。另外,新构造运动诱发深部超压泥

质岩类的塑性流动,形成泥底辟活动带,上覆地

层产生了高角度的断裂和垂向裂隙系统,构成流

体渗漏的主要通道,对本区水合物的形成相当有

利。此外,神狐海域海底滑塌作用非常强烈,有

分析认为可能与水合物的形成与分解有关。研究

区水深在600~1200m之间,东西横跨约100

km,南北纵跨约50km,水深线走向大体与海岸

线平行。海底地形形态复杂,总体趋势为从北向

南倾斜,坡度变化大,上陆坡较陡,海底坡降一

般在3󰀁0 10-2左右;下陆坡较缓,海底坡降一般

在2󰀁0 10-2左右。晚中新世以来深水重力流相当

发育,沉积速率达40~120cm/ka,高的沉积速率

导致发育有巨厚的中、新生代快速沉积物,厚达

几千米,有的甚至超过万米,并在沉积物中积累

大量有机质,为细菌将其降解成甲烷气提供物源。507󰀁第3期梁󰀁劲等:南海神狐海域含水合物地层测井响应特征