Distribution of fine-grained turbidites on canyon ridges in the Shenhu area of northern South China Sea and its implications
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摘要: 利用广州海洋地质调查局在南海北部神狐钻探区采集的高分辨率地震数据，结合2007年第一次水合物钻探航次(GMGS01)获取的岩心资料，从宏观地震反射结构、微观岩心粒度特征两个方面对GMGS01区块内残留在峡谷群脊部的细粒浊积体进行特征识别和刻画。研究结果显示，似海底反射(bottom simulating reflectors，BSR)之上存在着2套特征不同的沉积单元，位于下部的沉积单元1表现为薄层杂乱透镜状的地震反射特征，对应于粒度C-M图版中与C=M基线近似平行的含水合物层段的样品，被解释为峡谷群脊部的细粒浊积体。选取穿过神狐海域峡谷群中第16条海底峡谷的8条测线为研究对象，能够揭示沉积单元1(细粒浊积体)自北向南的空间变化特征，从而进行分布范围的确定。神狐海域沉积过程分析表明，峡谷群脊部的细粒浊积体是北部小型水道侵蚀下伏沉积物并发生再搬运和再沉积的结果。利用区域性覆盖的二维地震资料，本次研究确定了小型水道的北部侵蚀边界。综合GMGS01区块细粒浊积体的地震反射特征、穿过神狐海域东部第16号海底峡谷自北向南的地震反射差异、研究区北部小型水道的侵蚀边界，本次研究利用两点确定一线和相似平行的方法，在整个神狐海域初步确定了峡谷群脊部细粒浊积体的分布范围。细粒浊积体沉积边界的识别，将为从深水沉积的角度探讨神狐海域水合物不均匀性分布提供依据，同时也能进一步揭示该区域峡谷群脊部水合物的成藏机制和富集规律。Abstract: Based on the high-resolution seismic data acquired by the Guangzhou Marine Geological Survey (GMGS) in the Shenhu area of northern South China Sea, supported by the cores collected by the first Chinese drilling expedition of marine hydrate in 2007 (GMGS01), in particular the seismic reflection attributes and grain size data, the fine-grained turbidites deposited in the inter-canyons area were identified and described. There are two depositional units occurred above the bottom simulating reflectors (BSR) In the study area. The first one (Unit 1) at the bottom, is characterized by thin-bedded lenticular chaotic seismic reflections in seismic profiles and the samples of the hydrate layer with a grain size distribution pattern approximately parallel to the C M line on the C-M diagram. It is interpreted as fine-grained turbidites. Eight seismic profiles from north to south crossing the submarine canyons No. 16 in the study area are used to reveal the spatial variations of the interval above the stratigraphy boundary T1. In terms of depositional processes, these fine-grained turbidites are interpreted as re-worked sediments from the small-scale channels in the north of the Shenhu area. The northern boundary of small-scale channels could be traced through the 2-D seismic data covering the study area. The distribution of fine-grained turbidites are parallel to the northern boundary of small-scale channels. Understanding the spatial distribution of fine-grained turbidites located at the canyons ridges would not only be used to explain the heterogeneous distribution of gas hydrate in GMGS01, but also provide some new insights for revealing the forming mechanism of hydrate-bearing deposits in the Shenhu area of the northern South China Sea.
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Keywords:
- fine-grained turbidites /
- gas hydrate /
- Shenhu area /
- South China Sea
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天然气水合物(Gas hydrate)简称为“水合物”，赋存于低温高压环境，这种似笼型化合物因形态似冰又称为“可燃冰”，主要由烃类气体和水分子构成。作为一种非常规能源矿产，水合物广泛分布于大陆边缘深水盆地的海底沉积物中(通常水深>300m)和陆地的永久冻土区，具有“分布广、储量大、能量密度高和超清洁性”等特征，被视为未来的替代能源之一[1-7]。世界范围内典型海域水合物勘探实例显示，水合物的形成、聚集和分布更多地受到实际地质条件的控制，尤其是在范围较小、条件相似的远景区内，以浊积体、水道、富砂质MTD和扇体为代表性深水沉积体，可能直接影响和控制了水合物的分布和产出[8-10]，因此，将深水沉积作用作为海域天然气水合物钻探站位选择的重要依据之一。
对于海域水合物成藏系统而言，深水沉积作用将会直接或间接地影响水合物形成的条件，包括地层充填序列、可对比的地质时间序列、气体运移条件、有利于水合物富集的储层条件(如颗粒大小、分布面积、厚度、沉积速率)等。其相关性表现在如下方面：(1)利用钻井和地震数据的高精度层序地层分析，在研究区内建立充填序列相对的等时地层格架，从而为含水合物层的描述和对比提供等时单元框架，如阿拉斯加北坡古新近纪砂岩储层自下而上划分了6个含水合物的沉积单元[11]、日本海东缘Umitaka海岭第四纪Haizume组内部识别出的6个地震反射界面可以将目的层段划分为7个等时单元[12]；(2)深水沉积类型及其内部的物性条件为水合物的分布提供了潜在的储集空间并制约了其产出位置。一方面，对于水合物形成和聚集的深水沉积体类型一般具有较高的沉积速率[13, 14]，如布莱克海台发育的等深流沉积体[15]、印度Krishna-Godavari盆地的碎屑流沉积体[16]、墨西哥湾北部深水区的浊积水道-天然堤复合体系[17]、琼东南盆地的大型块体流沉积体[10]等。另一方面，水合物的钻探结果显示水合物的富集与沉积物颗粒粒度表现出正相关的关系[18]，如南海北部神狐海域获取的粉砂含量高的层位[19]；(3)地质历史时期，沉积作用的差异可以间接影响水合物的稳定条件，进而“打破”其稳定状态，使水合物发生分解，并形成特殊的“动态”演化过程，如随着BSR上方沉积物不断增厚，位于BSR附近处的水合物发生分解，生成的甲烷会向上再次运移至水合物稳定区新底界面从而再次形成水合物，这一过程被称为methane recycling[20]。此外，如海床受到剥蚀、海床表面的河道改道以及新的峡谷出现，其正下方BSR处的水合物会释放出大量甲烷进入到海水中[21]。同样，水合物的分解也会导致上部沉积物发生失稳，从而诱发滑塌沉积体、厚层浊积岩等特殊沉积体的发育。说明深水沉积作用在海域水合物形成、赋存和分布过程中起到了关键的控制作用。
我国海域天然气水合物勘探的重点目标区神狐海域位于南海北部陆坡区600~1500m的水深范围之内，构造上隶属于珠江口盆地的珠Ⅱ坳陷(图 1a)。针对神狐海域的含水合物沉积层，近年来的海域水合物资源调查结果表明，水合物的赋存通常与深水浊流沉积体有着密切的关联，微观尺度上，与半远洋-远洋细粒沉积体相比，浊流沉积体往往具有较大的沉积物颗粒粒径或代表了沉积物再次搬运和再次沉积的结果，因此，浊积体通常具有较大的孔隙度和较好的渗透率，为水合物的形成提供潜在的空间，并且制约了水合物的产出位置。宏观尺度上，深水沉积背景下以朵叶体、深水水道、富砂质天然堤、块体流沉积体为代表的不同类型的浊积体，当深水浊积体发育的区域存在一系列指示水合物存在的异常标志时，可作为海域水合物勘探开发的目标区。本次研究利用广州海洋地质调查局所采集的高分辨率地震数据和岩心粒度资料，进行地震解释和粒度C-M图版绘制，再结合区域沉积过程分析，综合分析和探讨细粒浊积体对水合物形成和分布的影响，并且初步确定了神狐海域海底峡谷群脊部细粒浊积体的分布范围。
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图 1 南海北部陆坡神狐海域区域位置图(a)、海底地貌特征图(b)及GMGS01区块内的钻井分布(c)Figure 1. (a) Location map of the Shenhu Area on the northern continental slope of the South China Sea; (b) Bathymetric map of the study area (Shenhu Area) showing the seventeen slope-confined submarine canyons; (c) Locations of hydrate drilling sites of GMGS01 in 20071. 区域地质背景
南海北部海底沉积层温度和压力等条件均符合水合物成藏的要求，海底温度平均值为4℃左右[22]，是水合物勘探开发的重点区域。白云凹陷发育有2套主要的烃源岩，分别为古近系文昌组和恩平组，在南海北部陆坡区，其下伏地层中发育有断层和断裂，多贯穿上部较新的沉积层，并延伸至海底，为下部天然气提供了良好的运移通道，有利于含烃流体向上运移。而其上部也发育有褶皱这类较好的圈闭构造，有利于天然气的储藏，进而形成水合物矿体[23, 24]。自20世纪90年代开始，我国在南海北部进行了多次水合物调查钻探航次，利用多个指示水合物存在的地球物理、地质和地球化学等异常标志圈定了水合物存在的富集区。2007、2013、2015和2016年，广州海洋地质调查局在南海北部组织实施了4次水合物钻探(GMGS01、02、03和04)，均获取了水合物实物样品，证实了水合物在南海北部的资源前景。并且在2017年5—7月，国土资源部中国地质调查局在南海北部神狐海域进行了我国首次海域天然气水合物试采工作，累计产气30.9万m3，平均日产5151m3，甲烷含量最高达99.5%，连续试气点火60天[25]，中国成为世界上目前为止试采产气时间最长产气量最多的国家。
神狐海域天然气水合物钻探区位于南海北部陆坡区中段和中央海盆的过渡带，介于西沙海槽和东沙群岛之间(图 1a)。针对2007年神狐海域水合物钻井层序的划分(SH7、SH5)匡增桂等进行分析，得出在神狐海域晚中新世以来的地层中可识别出3个二级层序界面：T1、T2、T3[26]。本次研究主要针对的是T1界面之上的地层，而T1界面表现为高频、连续、中振幅的反射特征，可见较明显的上超和削截现象。T1界面到海底之间称为层序A，此时期上陆坡靠近陆坡部位发育有浅海相沉积，而其他部位主要以半深海-深海相发育为主[27]。海底地形地貌十分复杂，地形总体呈东北高、西南低的斜坡形态，整个陆坡表现出NE—SW方向延伸的特征，坡度较陡，平均坡度为2~3°[28]。区内的海底温度几乎小于4℃，海底受到的水深压力大于10MPa，热流值约为56~101W/m2[29]。受沉积物供给(北部珠江水系和珠江水下三角洲)和地形坡度变化的影响，中中新世以来，珠江口盆地的构造活动趋于稳定，但受东沙运动的影响，表现出构造沉降速率异常高值的特征[30]。同时期也表现出以海相沉积为主的沉积充填序列，常见的有陆架边缘三角洲、深水浊积水道、块体流沉积体等[31-33]，且发育了多种类型与水合物形成相关的深水浊积体。神狐海域还发育大量的深水水道、海底峡谷、沉积物失稳(滑移、滑塌)等，呈现出类型多样、相互叠置、成因复杂的深水沉积特征。且在这一区域发现有大量指示水合物存在的3G(geological-geophysical-geochemical anomalies, 地质地球物理地球化学异常)异常标志，因此，神狐海域具有良好的开发前景。
2. 神狐海域水合物与浊流沉积体的关联性
神狐海域GMGS01区块内取样不连续，样品岩性和粒度自下而上没有发生大的变化，说明水合物稳定带之上，含水合物的沉积体与不含水合物的沉积体大致相同[19, 34]。但是利用高分辨率的地震资料解释，在BSR之上却识别出2套特征迥异的地震反射单元[35, 36]。本次研究选取如图 2a所示的地震测线穿过GMGS01区块内陆坡限制型海底峡谷西部一侧脊部且过SH7和SH3站位，从准三维地震剖面上，可发现BSR之上存在2套反射特征不同的沉积单元。沉积单元1位于底部，表现为薄层、透镜状、强振幅的地震反射特征，局部为杂乱反射。上部沉积单元2表现为厚层、中等反射强度、连续性较好的地震反射特征，整体上呈现波状起伏的形态，尽管局部可见一些小规模的断层，但内部层里大多保持原有的样式和特征，无明显地扰动和破坏(如杂乱反射等)(图 2a)。神狐海域广泛发育有沉积单元2，尤其是位于陆坡限制型海底峡谷群的脊部，解释为沉积物失稳(也称海底滑坡体和海底滑移体)[36-38]。
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图 2 神狐海域GMGS01区块细粒浊积体的地震反射特征与粒度特征a:过含水合物站位SH7和SH3的地震测线；b:粒度C-M综合图版(SH1、SH2、SH5、SH7)Figure 2. Seismic reflection features and distribution pattern of grain sizes of the fine-grained turbidites in GMGS01a: Seismic profile across the Sites SH7 and SH3; b: C-M diagram (SH1, SH2, SH5 and SH7)将SH1、SH2、SH5和SH7 4个站位获取样品的粒度数据点投到一个C-M图中[39]，能更加清晰地揭示GMGS01区块内含水合物层段(橙色实心圆点)与不含水合物层段(蓝色实心三角形)之间的关系，从整体上揭示2套沉积单元在微观粒度特征上的差异。从图 2b中可见GMGS01区块内含水合物样品的结果(橙色实心圆点)位于图版中M值7~20、C值60~100(主体都小于100)的范围之内，整体趋势表现为与C=M基线近似平行的特征(图 2b中右上角的橙色实心圆点推测为异常值)，为浊流沉积体。与之相对不含水合物样品的结果(蓝色实心三角形)位于图版中M值2~20(主体都小于10)、C值20~500的范围之内，整体趋势与C=M基线具有一定的夹角。通过对多个站位获得的粒度C-M综合图版数值分布范围和整体趋势分析，结合沉积单元在地震反射特征上的差异，综合判断下部沉积单元1为浊流沉积体。
从神狐海域GMGS01区块水合物成藏模式图中可见低通量的甲烷沿气烟囱发生垂向运移[40]，进入水合物稳定带，并优先在位于下部的薄层沉积单元1(细粒浊积体)中富集并形成水合物(图 3)；而上覆沉积单元2(细粒沉积物失稳)阻碍了含气流体的进一步向上运移视为致密的盖层，两者共同影响着该区域水合物的分布。深水浊积体具有较好的储层性能，是深水油气勘探的有利储集层[41]；对于海域水合物而言，实际钻探的结果证实浊流沉积体为水合物的形成提供了良好的储集空间，如印度Krishna-Godavari盆地[16]、墨西哥湾[17]。但是海洋环境当中未固结的细粒沉积物常易发生变形而形成沉积物失稳，相对于事件沉积而言，沉积物失稳的变形过程相对较长，颗粒之间接触的更为紧密[42]，同时在沉积物失稳环境当中其内部泥基含量有所增加[43]。因此，海洋环境当中细粒的沉积物失稳通常不具有较好的储层物性[44]。而且细粒浊积体中已形成的水合物也会阻碍含气流体的垂向运移，位于上部的厚层沉积物失稳中甲烷的含量很少，使得水合物全被“限制”在细粒浊积体当中[35]，再次验证了之前的观点水合物产出与浊流沉积体具有一定的匹配关联，由此可见，若能确定细粒浊积体的分布范围对寻找水合物矿藏具有进一步指示作用。
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图 3 神狐海域GMGS01水合物的成藏模式(据文献[36])Figure 3. Model for hydrate formation in GMGS01 of the Shenhu area3. 神狐海域峡谷群脊部沉积单元1边界的确定
3.1 神狐海域GMGS01钻探区沉积单元1边界
2007年，广州海洋地质调查局在神狐海域实施的首个水合物钻探航次(GMGS01)，实际完成钻探站位8个(图 1c)，取心站位5个(SH1、SH2、SH3、SH5和SH7)。钻探结果表明，水合物具有明显的空间分布不均匀性，平面上，仅在SH2、SH3和SH7 3个站位获取了水合物样品，SH1和SH5 2个站位具有测井曲线异常，但并未获取到水合物实物样品，SH4、SH6和SH9站位因异常特征不明显而放弃取心(图 1c)；垂向上，水合物以浸染状分布于细粒沉积物之中(图 3)，且仅仅位于水合物稳定带基底之上10~40m的范围之内[45, 46]。
通过之前对GMGS01区块地震特征和粒度特征的综合研究，得出下部薄层、杂乱、透镜状、强振幅反射的沉积单元1对应于粒度C-M图版中含水合物层段的样品(橙色实心圆点)，说明沉积单元1是水合物很好的储集层，也证明了水合物的产出与沉积单元1(细粒浊积体)具有一定的匹配关联。从图 4a、图 4b所示的地震剖面中仍可明显的看到BSR之上2套特征不同的沉积单元，通过对地震资料的地质解释划分出GMGS01区块沉积单元1的边界如图 4c所示。
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图 4 神狐海域GMGS01区块海底峡谷脊部沉积单元1边界Figure 4. The boundary of sedimentary unit 1 in the inter-canyons area in GMGS013.2 神狐海域C16海底峡谷沉积单元1边界
神狐海域内的海底峡谷均属于陆坡限制型的海底峡谷，如图 1b所示，在长20~50km，宽1~2km范围内发育有17条海底峡谷，这些似梳状的线性海底峡谷沿SSE方向倾斜，意味着沉积物是从峡谷群以北搬运过来的。本文选择了自西向东方向上的C16海底峡谷为研究对象(如图 1b)，并选取了穿过该峡谷的8条地震测线进行地质解释和探讨。如图 5a是C16海底峡谷的位置图，图上白色测线范围对应着其相应的地震剖面图，其中图 5b和图 5c对应的测线位置位于海底峡谷的头部，从地震剖面图中解释出T1界面之上存在一系列表现为“V”或“U”字型的小型浊积水道，浊积水道顶界面之上仅见一套厚层、中等反射强度、连续性较好的沉积单元，偶尔可见波状起伏的特征，可能是由于沉积物失稳所导致的。沿着海底峡谷走向方面可见图 5d、图 5e、图 5f是穿过海底峡谷脊部测线所对应的地震剖面图，总体上显示出的地震反射特征相似，T1界面之上存在2套特征不同的沉积单元，位于下部的沉积单元1表现为薄层、杂乱的地震反射特征，而上部单元2表现为厚层、连续性较好的地震反射特征，可以推断出下部单元1可能为浊积体。继续沿着峡谷走向方向向下可见位于峡谷中-下游段到峡谷嘴部的地震测线如图 5g、图 5h、图 5i所示，地震剖面上可见相似的地震反射特征，T1界面之上只有一套厚层、连续、中等反射强度的沉积单元，不同的是在这套沉积单元中夹杂着一系列杂乱的细粒块体流沉积物以及强振幅的浊积朵叶体，整体上的地震反射特征与峡谷头部以及峡谷脊部表现出的特征不同。通过上述地震解释初步推测出峡谷脊部浊积体的沉积边界可能在测线g和测线h之间，为了更准确的确定峡谷脊部沉积单元1的沉积边界，还要结合区域沉积过程以及北部小型水道边界进行综合分析。
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图 5 神狐海域过自西向东第16条海底峡谷的8条测线的地震反射特征(5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h、5i)Figure 5. Seismic reflection characteristics of 8 seismic profiles across the sixteenth submarine canyon from north to south(5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h、5i)3.3 神狐海域北部小型水道边界的确定
神狐海域沉积物的物源大部分是来自峡谷群以北，之前所解释的位于峡谷群脊部的沉积单元1是受北部小型水道侵蚀下伏地层，沿峡谷走向方向经过再次搬运而堆积在海底峡谷群脊部所形成的细粒浊积体，所以为了确定峡谷群脊部的沉积单元1边界，北部小型水道的边界划分尤为重要。本次研究选取了北部小型水道附近的4条地震测线(如图 7所示绿色测线)进行地质解释。沿SEE方向上的地震剖面(图 6a)可见T1界面之上明显存在着小型水道的地震反射特征表现出下切现象，而图 6b、图 6c和图 6d 3条测线都是沿NEE方向，由于这些测线横切峡谷，所以在地震剖面上能够更为清晰的识别出浊积水道“U”字型和“V”字型的地震反射特征，并且沿峡谷走向方向依次为图 6d、图 6b、图 6c，从地震反射特征上可见图 6d表现出“U”字型特征并且开口较大深度较小，是水道初期的特征，而图 6b则表现出开口较大的“v”型特征，且深度较图 6d变深，图 6c较图 6b开口变小深度变大表现出“U”或“V”字型特征，综合分析可初步勾绘出第四纪早期小型水道的北部边界如图 7中绿色虚线所示。
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图 6 北部小型水道边界处4条测线的地震反射特征Figure 6. Seismic reflection characteristics of the small-scale channels in the north of the Shenhu area![]()
图 7 神狐海域北部小型水道边界(绿色虚线)、GMGS01区块沉积单元1边界(黑色虚线)、第16条峡谷沉积单元1边界(红色虚线)Figure 7. The boundary of the small-scale channels (Green dotted line), the boundary of sedimentary unit 1 in GMGS01 (black dotted line), and the boundary of sedimentary unit 1 in the sixteenth submarine canyon (red dotted line)3.4 神狐海域结合沉积过程及沉积相分析
神狐海域水合物的有利聚集区沉积体系为低位体系域时期发育的浊流沉积和泥流沉积，沉积相发育以浊流和泥流为主，从上陆坡到下陆坡半深海-深海相地层发育。在浊积水道侵蚀-沉积物再沉积阶段，神狐海域峡谷群北部最明显的沉积单元是T1界面之上垂直陆坡分布的浊积水道。受北部小型浊积水道侵蚀的影响，前期形成的沉积物会沿着地形变化发生自北向南的运移和输送。经侵蚀-再沉积过程的影响，沉积物的物性条件变好，更适宜于水合物的储集和赋存，其中发生近距离搬运再次沉积下来的沉积物推测为图 2a中下部具有杂乱强振幅反射特征的沉积单元1(细粒浊积体)[34]。并且此沉积单元1对应于图 2b粒度C-M图版中含水合物层段(橙色实心圆点)样品，再次说明了神狐海域第四纪以来的沉积演化是钻探区水合物不均匀性分布的关键控制因素之一。
4. 讨论
海洋沉积环境中，浊流沉积体通常代表着沉积物再搬运和再沉积的结果，具有较好的沉积物物性条件，可为海域水合物提供适宜的储集空间。如卡斯卡迪亚大陆边缘[47]、印度Krishna-Godavari盆地[48]、日本南海海槽[49]、美国墨西哥湾[17]、韩国郁龙盆地[50]等，都已证实了浊积体与水合物产生存在密切的关联。而本次研究中所解释的BSR之上2套特征不同的沉积单元，因其成因机制和沉积过程不同对水合物的形成和富集所起的作用也不同。下部的薄层细粒浊积体比上部的厚层细粒沉积物失稳具有更好的沉积物性条件，因此，下部细粒浊积体视为水合物的储集层，而上部细粒沉积物失稳视为水合物的区域性盖层，两者也影响着该区域水合物的生成、聚集和不均匀分布。
基于神狐海域GMGS01区块高分辨率地震资料解释和钻探站位岩心粒度分析结果，综合宏观上地震反射结构的差异(图 2a)和微观上岩心粒度C-M图的差异(图 2b)，对GMGS01区块SH1、SH2、SH5、SH7 4个站位进行综合分析，通过类比峡谷的沉积物来源和沉积作用，大致确定了沉积单元1的海相边界。因为该区域的物源都是来自峡谷群以北的广泛区域，而且沉积物都是受北部小型水道侵蚀下伏地层影响，沿峡谷走向的方向搬运再次沉积而形成的，由于沉积单元1(细粒浊积体)具有近距离搬运和近距离沉积的特征，整个运移过程相似，搬运的距离也大致相同，因此，在平面上再沉积单元与北部小型浊积水道的分布相平行，也呈NEE向带状分布，所以将图 7中红色虚线所示的沉积单元1(细粒浊积体)边界、图 7中黑色虚线所示的沉积单元1(细粒浊积体)边界及北部小型水道边界(图 7蓝色虚线)三者相结合，利用两点确定一条直线及平行相似的方法，推断出神狐海域海底峡谷群脊部沉积单元1(细粒浊积体)的沉积边界如图 8蓝色虚线所示。
5. 结论
利用GMGS01区块含水合物钻探站位地震、岩心、粒度等资料的综合分析，得出的沉积单元1(细粒浊积体)边界对应于位于海底峡谷群脊部位置处受北部浊积水道侵蚀沉积物经搬运再次沉积的沉积体边界(图 8)，并且与水合物存在的异常标志相匹配。本次研究通过对北部小型浊积水道沉积边界的划分，验证了神狐海域峡谷群脊部含水合物层在区域位置上具有“南-北”方向上的差异，如果在峡谷群脊部进行水合物钻探站位的选取，在有流体运移通道的情况下，最好在沉积单元1边界以北的受浊积水道影响再沉积沉积体的范围内进行(图 8)，能更为准确的钻获水合物样品。
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图 8 神狐海域峡谷群脊部沉积单元1(细粒浊积体)边界Figure 8. The boundary of sedimentary unit 1(fine-grained turbidity) in the Shenhu area -
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图 1 南海北部陆坡神狐海域区域位置图(a)、海底地貌特征图(b)及GMGS01区块内的钻井分布(c)
Figure 1. (a) Location map of the Shenhu Area on the northern continental slope of the South China Sea; (b) Bathymetric map of the study area (Shenhu Area) showing the seventeen slope-confined submarine canyons; (c) Locations of hydrate drilling sites of GMGS01 in 2007
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图 2 神狐海域GMGS01区块细粒浊积体的地震反射特征与粒度特征
a:过含水合物站位SH7和SH3的地震测线；b:粒度C-M综合图版(SH1、SH2、SH5、SH7)
Figure 2. Seismic reflection features and distribution pattern of grain sizes of the fine-grained turbidites in GMGS01
a: Seismic profile across the Sites SH7 and SH3; b: C-M diagram (SH1, SH2, SH5 and SH7)
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图 3 神狐海域GMGS01水合物的成藏模式(据文献[36])
Figure 3. Model for hydrate formation in GMGS01 of the Shenhu area
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图 4 神狐海域GMGS01区块海底峡谷脊部沉积单元1边界
Figure 4. The boundary of sedimentary unit 1 in the inter-canyons area in GMGS01
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图 5 神狐海域过自西向东第16条海底峡谷的8条测线的地震反射特征(5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h、5i)
Figure 5. Seismic reflection characteristics of 8 seismic profiles across the sixteenth submarine canyon from north to south(5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h、5i)
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图 6 北部小型水道边界处4条测线的地震反射特征
Figure 6. Seismic reflection characteristics of the small-scale channels in the north of the Shenhu area
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图 7 神狐海域北部小型水道边界(绿色虚线)、GMGS01区块沉积单元1边界(黑色虚线)、第16条峡谷沉积单元1边界(红色虚线)
Figure 7. The boundary of the small-scale channels (Green dotted line), the boundary of sedimentary unit 1 in GMGS01 (black dotted line), and the boundary of sedimentary unit 1 in the sixteenth submarine canyon (red dotted line)
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[1] Sloan E D. Clathrate Hydrates of Natural Gases(Second Edit)[M]. New York: Marcel Dekker Inc., 1998.pp.628.
[2] Kvenvolden K A. Potential effects of gas hydrate on human welfare[J].PNAS, 1999, 96(7):3420-3426. doi: 10.1073/pnas.96.7.3420
[3] Dickens G R. The potential volume of oceanic methane hydrates with variable external conditions[J]. Organic Geochemistry, 2001, 32(10):1179-1193. doi: 10.1016/S0146-6380(01)00086-9
[4] Collett T S. Energy resource potential of natural gas hydrates[J].AAPG Bulletin, 2002, 86(11): 1971-1992. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=4cc7f4468db7f70503b21ab5e2fd2f09
[5] Buffett B A, Archer D. Global inventory of methane clathrate: Sensitivity to changes in the deep ocean [J].Earth and Planetary Science Letters, 2004, 227(3-4):185-199. doi: 10.1016/j.epsl.2004.09.005
[6] Milkov A V. Global estimates of hydrate-bound gas in marine sediments: how much is really out there?[J]. Earth-Science Review, 2004, 66(3-4):183-197. doi: 10.1016/j.earscirev.2003.11.002
[7] Klauda J B, Sandler S I. Global distribution of methane hydrate in ocean sediment[J].Energy & Fuels, 2005, 19(2):459-470.
[8] 苏明, 李俊良, 姜涛, 等.琼东南盆地中央峡谷的形态及成因[J].海洋地质与第四纪地质, 2009, (4): 85-93. http://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=e364a568c603f1b389e87b07186b4e7f&site=xueshu_se SU Ming, LI Junliang, JIANG Tao, et al. Morphological features and formation mechanism of central canyon in the Qiongdongnan basin, Northern South China Sea[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2009, (4):85-93. http://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=e364a568c603f1b389e87b07186b4e7f&site=xueshu_se
[9] 何云龙, 解习农, 陆永潮, 等.琼东南盆地深水块体流构成及其沉积特征[J].地球科学-中国地质大学学报, 2011, 36(5): 905-913. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqkx201105016 HE Yunlong, XIE Xinong, LU Yongchao, et al. Architecture and characteristics of mass transport deposits (MTDs) in Qiongdongnan basin in northern South China Sea[J].Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 2011, 36(5):905-913. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqkx201105016
[10] 王秀娟, 吴时国, 董冬冬, 等.琼东南盆地块体搬运体系对天然气水合物形成的控制作用[J].海洋地质与第四纪地质, 2011, 31(3): 109-118. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HYDZ201101017.htm WANG Xiujuan, WU Shiguo, DOND Dongdong, et al. Control of mass transport deposits over the occurrence of gas hydrate in Qiongdongnan basin[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2011, 31(3):109-118. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HYDZ201101017.htm
[11] Collett T S. Natural gas hydrates of the Prudhoe Bay and Kuparuk River Area, North Slope, Alaska[J]. AAPG Bulletin, 1993, 77(5): 793-812. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=WYeVF+p1DB0E8wWyeoMKBBwRXazIC7au9idufUpXJh0=
[12] Freire A FM, Matsumoto R, Santos L A. Structural-stratigraphic control on the Umitaka Spur gas hydrates of Joetsu Basin in the eastern margin of Japan Sea[J]. Marine and Petroleum Geology, 2011, 28(10): 1967-1978. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2010.10.004
[13] 于兴河, 张志杰, 苏新, 等.中国南海天然气水合物沉积成藏条件初探及其分布[J]地学前缘(中国地质大学, 北京), 2004, 11(1): 311-315. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dxqy200401029 YU Xinghe, ZHANG Zhijie, SU Xin, et al.Primary discussion on accumulation conditions for sedimentation of gas hydrate and its distribution in South China Sea[J].Earth Science Frontiers (China University of Geosciences Beijing, 2004, 11(1):311-315. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dxqy200401029
[14] 栾锡武, 赵克斌, 孙东胜, 等.鄂霍次克海天然气水合物成藏条件分析[J].海洋地质与第四纪地质, 2006, 26(6): 91-100. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hydzydsjdz200606012 LUAN Xiwu, ZHAO Kebin, SUN Dongsheng, et al. Geological factors for the development of gas hydrates in Okhotsk Sea[J].Marine Geology & Quaternary Geology, 2006, 26(6):91-100. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hydzydsjdz200606012
[15] Matveva T V, Soloview V A. Geological control over gas hydrate accumulation on the Blake outer ridge[J]. Geologiya I Geofizika, 2002, 43(7): 658-668.
[16] Riedel M, Collett T S, Kumar P, et al. Seismic imaging of a fractured gas hydrate system in the Krishna-Godavari Basin offshore India[J]. Marine and Peteoleum Geology, 2010, 27(7):1476-1493. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2010.06.002
[17] Boswell R, Frye M, Shelander D, et al, Architecture of gas-hydrate-bearing sands from Walker Ridge 313, Green canyon 955, and Alaminos Canyon 21: Northern deepwater Gulf of Mexico[J]. Marine and Petroleum Geology, 2011, 34(1):134-149.
[18] 陈芳, 周洋, 苏新, 等.南海神狐海域含水合物层粒度变化及与水合物饱和度的关系[J].海洋地质与第四纪地质, 2011, 31(5): 95-100. http://xueshu.baidu.com/s?wd=paperuri%3A%28d6a33d70322bdae6b114a64e98be455c%29&filter=sc_long_sign&tn=SE_xueshusource_2kduw22v&sc_vurl=http%3A%2F%2Fwww.cnki.com.cn%2FArticle%2FCJFDTotal-HYDZ201105017.htm&ie=utf-8&sc_us=2400529275753046574 CHEN Fang, ZHOU Yang, SU Xin, et al. Gas hydrate saturation and its relation with grain size of the hydrate-bearing sediment in the Shenhu Area of northern South China Sea [J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2011, 31(5): 95-100. http://xueshu.baidu.com/s?wd=paperuri%3A%28d6a33d70322bdae6b114a64e98be455c%29&filter=sc_long_sign&tn=SE_xueshusource_2kduw22v&sc_vurl=http%3A%2F%2Fwww.cnki.com.cn%2FArticle%2FCJFDTotal-HYDZ201105017.htm&ie=utf-8&sc_us=2400529275753046574
[19] 王家生, 高钰涯, 李清, 等.沉积物粒度对水合物形成的制约:来自IODP 311航次证据[J].地球科学进展, 2007(7):659-665. doi: 10.3321/j.issn:1001-8166.2007.07.001 WANG Jiasheng, GAO Yuya, LI Qing, et al. Grain size constraint on Gas Hydrate occurrence evidence from sediment size during IODP311[J].Advances in Earth Science, 2007(7):659-665. doi: 10.3321/j.issn:1001-8166.2007.07.001
[20] 龚跃华, 吴时国, 张光学, 等.南海东沙海域天然气水合物与地质构造的关系[J].海洋地质与第四纪地质, 2008(1): 99-104. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HYDZ200801016.htm GONG Yuehua, WU Shiguo, ZHANG Guangxue, et al. Relation between gas hydrate and geologic structures in Dongsha Islands sea area of South China Sea[J].Marine Geology & Quaternary Geology, 2008(1):99-104. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-HYDZ200801016.htm
[21] Davies R J, Clarke A L. Methane recycling between hydrate and critically pressured stratigraphic traps, offshore Mauritania[J]. Geology, 2010, 38: 963-966. doi: 10.1130/G31058.1
[22] 吴时国, 姚根顺, 董冬冬, 等.南海北部陆坡大型气田区天然气水合物的成藏地质构造特征[J].石油学报, 2008(3):324-328. doi: 10.3321/j.issn:0253-2697.2008.03.002 WU Shiguo, YAO Genshun, DONG Dongdong, et al. Geological structures for forming gas hydrate reservoir in the huge deepwater gas field of the northern South China Sea[J].Acta Petrolei Sinica, 2008(3):324-328 ] doi: 10.3321/j.issn:0253-2697.2008.03.002
[23] Bangs N L, Hornbach M J, Moore G F, et al. Massive methane release triggered by seafloor erosion offshore southwestern Japan[J]. Geology, 2010, 38(11): 1019-1022. doi: 10.1130/G31491.1
[24] 吴能友, 杨胜雄, 王宏斌, 等.南海北部陆坡神狐海域天然气水合物成藏的流体运移体系[J].地球物理学报, 2009, 52(6): 1641-1650. doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2009.06.027 WU Nengyou, YANG Shengxiong, WANG Hongbin, et al. Gas bearing fluid in flux sub-system for gas hydrate geological system in Shenhu Area, northern South China Sea [J]. Chinese Journal of Geophysics, 2009, 52(6): 1641-1650. doi: 10.3969/j.issn.0001-5733.2009.06.027
[25] 李刚.我国可燃冰试采圆满结束[N].人民日报, 2017-07-30(001). LI Gang. China's Produetion of Combustible Ice Ended[N]. People's Daily, 2017-07-30(001).
[26] 匡增桂, 郭依群.南海北部神狐海域新近系以来沉积相及水合物成藏模式[J].地球科学-中国地质大学学报, 2011, 36(5): 914-920. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqkx201105017 KUANG Zenggui, GUO Yiqun, et al.The sedimentary facies and gas hydrate accumulation models since Neogene of Shenhu Sea Area, Northern South China Sea[J].Earth Science-Journal of China University of Geosciences, 2011, 36(5):914-920. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dqkx201105017
[27] 马俊明, 薛林福, 付少英, 等.南海神狐海域地震-沉积相分析与沉积环境演化[J].世界地质, 2013, 32(2): 359-365. doi: 10.3969/j.issn.1004-5589.2013.02.021 MA Junming, XUE Linfu, FU Shaoying, et al. Seismic-sedimentary facies analysis and evolution of sedimentary environment in Shenhu Area, South China Sea [J]. Global Geology, 2013, 32(2): 359-365. doi: 10.3969/j.issn.1004-5589.2013.02.021
[28] Qiao S H, Su M, Kuang Z G, et al. Canyon-related undulation structures in the Shenhu area, northern South China Sea[J].Marine Geophysical Research, 2015, 36(2-3):243-252. doi: 10.1007/s11001-015-9252-1
[29] 张树林, 陈多福, 黄君权.白云凹陷天然气水合物成藏条件[J].天然气工业, 2007, 27(9): 7-10. doi: 10.3321/j.issn:1000-0976.2007.09.002 ZHANG Shulin, CHEN Duofu, HUANG Junquan. Conditions of accumulation of gas hydrate in Baiyun Sag [J]. Natural Gas Industry, 2007, 27(9): 7-10. doi: 10.3321/j.issn:1000-0976.2007.09.002
[30] 于兴河, 梁金强, 方竞男, 等.珠江口盆地深水区晚中新世以来构造沉降与似海底反射(BSR)分布的关系[J].古地理学报, 2012, 14(6): 787-800. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gdlxb201206010 YU Xinghe, LIANG Jinqiang, FANG Jingnan, et al. Tectonic subsidence characteristics and its relationship to BSR distribution in deep water area of Pearl River Mouth Basin since the Late Miocene[J]. Journal of Palaeogeography, 2012, 14(6):787-800. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gdlxb201206010
[31] Wu S G, Wong H K, Lüdmann T. Gravity-driven sedimentation on the northwestern continental slope in the South China Sea: results from high-resolution seismic data and piston cores [J].Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 1999, 17(2):155-169. doi: 10.1007/BF02842713
[32] Lüdmann T, Wong H K, Wang P X. Plio-Quaternary sedimentation process and neotectonics of the northern continental margin of the South China Sea [J]. Marine Geology, 2001, 172(3-4): 331-358. doi: 10.1016/S0025-3227(00)00129-8
[33] Pang X, Chen C M, Peng D J, et al. Sequence stratigraphy of deep-water fan system of Pearl River, South China Sea[J].Frontiers of Earth Science, 2007, 14(1):220-229. doi: 10.1016/S1872-5791(07)60010-4
[34] Liu C L, Ye Y G, Meng Q G, et al. The Characteristics of gas hydrates recovered from Shenhu Area in the South China Sea[J].Marine Geology, 2012, 307-310(3):22-27. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=64c9d09a741574548f691d0c561caf20
[35] 苏明, 沙志彬, 桥少华, 等.南海北部神狐海域天然气水合物钻探区第四纪以来的沉积演化特征[J].地球物理学报, 2015, 58(8): 2975-2985. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dqwlxb201508030 SU Ming, SHA Zhibin, QIAO Shaohua, et al. Sedimentary evolution since Quaternary in the Shenhu hydrate drilling area, northern South China Sea [J]. Chinese Journal of Geophysics, 2015, 58(8): 2975-2985. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dqwlxb201508030
[36] Su M, Yang R, Wang H B, et al. Gas hydrates distribution in the Shenhu Area, northern South China Sea: comparisons between the eight drilling sites with gas-hydrate petroleum system [J]. Geologica Acta, 2016, 14(2): 79-100.
[37] He Y, Zhang G F, Wang L L, et al. Characteristics and occurrence of submarine canyon-associated landslides in the middle of the northern continental slope, South China Sea [J]. Marine and Petroleum Geology, 2014, 57(2): 546-560. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=6310391effcb0a3da36305da39ddead6
[38] Chen D X, Wang X J, Völker David, et al. Three dimensional seismic studies of deep-water hazard-related features on the northern slope of South China Sea [J]. Marine and Petroleum Geology, 2016, 77: 1125-1139. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2016.08.012
[39] 姜衡, 苏明, 邬黛黛, 等.南海北部陆坡神狐海域GMGS01区块细粒浊积体的识别特征及意义[J].海洋地质与第四纪地质, 2017, 37(5): 131-140. Identification of fine-grained turbidites and significances in GMGS01 of the Shenhu Area, northern South China Sea[J]. Marine Geology & Quaternary Geology, 2017, 37(5): 131-140.
[40] Riedel M, Collett T S, Kim H S, et al. Large-scale depositional characteristics of the Ulleung Basin and its impact on electrical resistivity and Archie-parameters for gas hydrate saturation estimates [J]. Marine and Petroleum Geology, 2013b, 47: 222-235. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2013.03.014
[41] Hüneke H, Mulder T. Deep-Sea Sediments[M]// Developments in Sedimentology. Amsterdam: Elsevier, 2011: 1- 849.
[42] Mills P C. Genesis and diagnostic value of soft-sediment deformation structures a review [J]. Sedimentary Geology, 1983, 35: 83-104. doi: 10.1016/0037-0738(83)90046-5
[43] Normark W R, Gutmacher C E, Chase T E, et al.Monterey Fan, Pacific Ocean [A]. In: Bouma AH, Normark WR, Barnes NE. (Eds.), Submarine fans and related turbidite systems [C]. Springer-Verlag, New York, 1985, pp. 79-86
[44] Shanmugam G, Moiola R J. An unconventional model for the deep-water sandstones of the Jackfork Group (Pennsylvanian), Ouachita Mountains, Arkansas and Oklahoma [A]. In: Weimer, P., Bouma, A.H., Perkins, R.F. Submarine Fans and Turbidite Systems [C]. Houston: Gulf Coast Section SEPM Foundation 15th Annual Research Conference, 1994. 311-326
[45] Wu N Y, Yang S X, Zhang H Q, et al. Preliminary discussion on natural gas hydrate reservoir system of Shenhu area, North Slope of South China Sea [C]. 6th International Conference on Gas Hydrates (ICGH 2008), 7 pp, Worldoils, Vancouver B C, Canada, 6-10 Jul, 2008.
[46] Yang S X, Zhang H Q, Wu N Y, et al. High concentration hydrate in disseminated forms obtained in Shenhu area, North Slope of South China Sea [C]. 6th International Conference on Gas Hydrates (ICGH 2008), 10 pp, Worldoils, Vancouver B C, Canada, 6-10 Jul, 2008.
[47] Torres M E, Tréhu A M, Cespedes N, et al. Methane hydrate formation in turbidite sediments of northern Cascadia, IODP Expedition 311 [J]. Earth and Planetary Science Letters, 2008, 271: 170-180. doi: 10.1016/j.epsl.2008.03.061
[48] Riedel M, Collett T S, Shankar U. Documenting channel features associated with gas hydrates in the Krishna-Godavari Basin, Offshore India [J]. Marine Geology, 2011, 279: 1-11. doi: 10.1016/j.margeo.2010.10.008
[49] Noguchi S, Shimoda N, Takano O, et al. 3-D internal architecture of methane hydrate-bearing turbidite channels in the eastern Nankai Trough, Japan [J]. Marine and Petroleum Geology, 2011, 28: 1817-1828. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2011.02.004
[50] Riedel M, Bahk J J, Kim H S, et al. Seismic facies analyses as aid in regional gas hydrate assessments. Part-II: Prediction of reservoir properties, gas hydrate petroleum system analysis, and Monte Carlo simulation [J]. Marine and Petroleum Geology, 2013a, 47: 269-290. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2013.04.012
-
期刊类型引用(6)
1. 徐小蕾，白辰阳，苏丕波，马倩，张宇，梁金强. 南海北部神狐海域细粒储层矿物组分对天然气水合物储集赋存的影响. 地质论评. 2024(03): 1205-1220 . 
百度学术
2. Xishuang Li，Chengyi Zhang，Baohua Liu，Lejun Liu. Mounded seismic units in the modern canyon system in the Shenhu area, northern South China Sea: Sediment deformation, depositional structures or the mixed system?. Acta Oceanologica Sinica. 2022(09): 107-116 . 必应学术
3. 杨丹丹，刘盛，张志顺，赵彦彦，杨俊，魏浩天，张广璐，孙国静，郭晓强. 南海北部神狐海域不同粒级沉积物的地球化学特征及其物源指示意义. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2022(10): 109-126 . 百度学术
4. 孙鲁一，张广旭，王秀娟，靳佳澎，何敏，朱振宇. 南海神狐海域天然气水合物饱和度的数值模拟分析. 海洋地质与第四纪地质. 2021(02): 210-221 . 本站查看
5. 肖倩文，冯秀丽，苗晓明. 南海北部神狐海域SH37岩芯浊流沉积及其物源分析. 海洋地质与第四纪地质. 2021(05): 101-111 . 本站查看
6. 杨承志，罗坤文，梁金强，林智轩，张伯达，刘坊，苏明，方允鑫. 南海北部神狐海域浅层深水沉积体对天然气水合物成藏的控制. 天然气工业. 2020(08): 68-76 . 百度学术
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