中国近海气体水合物成矿远景

吴必豪¹ 陈邦彦² 张光学² 祝有海¹

气体水合物(Gas Hydrate)，也可称天然气水合物，是由水和轻烃气体分子(如甲烷乙烷等)在低温高压条件下形成的一种冰状物质。这是近三十年来所发现的，从物化性质到赋存产出特征均不同于常规油气藏的新型能源矿产。因其能量密度高，分布面积广，规模大，燃烧污染少，被誉为“21世纪能源”、“未来能源”，可望替代行将枯竭的常规油气能源；又由于气体水合物对海底地质灾害、海洋油气的安全开发和全球变化也有着重要的影响，因而引起科技界和各国政府的高度重视，如日本、印度、美国均已制订了自己的研究计划，其他许多国家也正在筹划之中。中国人口众多，是一个能源消耗大国。为保证经济和社会的可持续发展，能源是重要关键。从90年代初以来，注意到天然气水合物作为一种新能源的重要意义，笔者开始了资料信息的追踪。从1995年起，在中国大洋协会、原地质矿产部和国家科委的支持下，笔者在国内首次开展了西太平洋海域、中国近海气体水合物找矿前景和其勘查技术方法等4项课题的研究，相继参加这些工作的还有杨庭槐³、汪集炀⁴、强祖基⁵教授等人。

初步的工作结果表明，南海和东海作为中国两个最大的近海，也是西太平洋中的大型边缘海，具备水合物形成的良好动力学环境。它们的面积分别为350×10⁴km²和77×10⁴km²，最大水深相应为5377m和2799m，具有适合水合物生成和保存的海底温度、压力条件；陆坡宽广，总面积大于120×10⁴km²，并都拥有巨厚的中新生代沉积物，最大厚度均在万米以上；沉积物富含有机质，常规油(气)藏分布广泛，可为浅部微生物气的形成和深部热解气的补给提供充足的物源；存在着汇聚型或离散型板块边缘大陆坡、海岭、深水阶地、海槽、热水沉积、泥底辟等有利于水合物聚集成矿的构造地貌环境(图1)

已发现一系列物化遥标志，可作为具备良好找矿前景的证明。它们是：

1．地震地球物理的拟海底反射层(Bottom Simulating Reflector)和声阻抗空白化带，被认为是指示海底水合物存在的有效标志。经对以往多道地震资料的(技术)处理复查，从南海西沙海槽、东沙群岛南坡到台湾岛西南部及其他一些地区均已有BSR的发现 (图2, 3, 4) 。德国太阳号调查船也曾在南沙海槽区发现了BSR标志。

2．临震前的海面增温异常，可能与海底气体水合物、油气田或热液活动区受地震构造应力的作用，使烃类气体逸出，并在海面经太阳能或大地电场的激发升温有关。通过卫星热红外扫描，可对西太平洋海域和我国近海的海面温度变化进行长期监测，用于寻找海底气体水合物。这是强祖基教授等和笔者正在研究试验中的一项宏观、快速、低成本技术方法，已初见成效。长期来的观测研究表明，在南海北部从琼东南到东沙群岛一带的陆坡区、南沙海域东南部、冲绳海槽等地区均曾多次重复出现临震前的增温异常(5-6℃)，预示着海底水合物或油气田存在的可能(图5)。

3．沉积物流体地球化学异常，也是一种比较直接有效的标志，可与地震地球物理异常相互验证。通过对南海部分地区浅表层沉积物酸解烃、热释烃等类有机气体地球化学的分析，在西沙海槽西缘、台西南和东沙南部的一些深水区均曾发现甲烷异常(图6)。今春大洋钻探(ODP)-184航次曾在南海北部陆坡和南沙海域进行调查钻探，应笔者和日本东京大学松本良教授的申请，同意让中日双方联合搭载进行水合物研究，并在钻探过程中帮助采集研究所需的气体和孔隙水样。经船上实验室和笔者的初步研究表明，在东沙群岛附近的1146和1144号站位钻孔海床以下大约400-500m的层段存在孔隙水盐度或氯度的明显降低(30-32‰)；沉积物气体中的甲烷含量高达26,000-80,000ppm (图7)；在相应沉积物中还发现碳酸盐结核。上述异常标志都很可能是海底气体水合物分解所致。此外，研究组成员侯增谦博士和日本学者曾于1994年深潜至冲绳海槽中段的JADE热水沉积区附近，首次观察到富含CO₂类型的气体水合物。俄罗斯Obzhirov博士等人在对东海进行海水气体地球化学调查时，也曾在东海大陆坡区和台湾东北部附近海域发现多处甲烷气体异常。

综上所述，南海陆坡广阔，成矿温压动力学环境甚佳，物源丰富，尤其是北部陆坡区，从东到西已经多处发现水合物赋存的物化探标志，区内常规油气田广泛分布，成矿条件优越，可望找到大规模的气体水合物矿藏，宜作为优先调查研究的远景区；其次是东海大陆坡中南部，成矿条件也比较好，并初见端倪，值得进一步注意。

注：

1．中国地质科学院矿产资源研究所 北京 100037

2．中国地质调查局广州海洋地质调查中心 广州 510075

3．国土资源部信息中心 北京 100037

4．中国科学院地质地球物理研究所 北京 100029

5．国家地震局地质研究所 北京 100029