南海天然气水合物成藏理论

《南海天然气水合物成藏理论》主要反映国家重点基础研究计划（973计划）项目“南海天然气水合物富集规律与开采基础研究”的重要研究成果，针对南海北部典型天然气水合物藏，分别从微观、介观及宏观角度深入揭示天然气水合物开采方法的传热和传质机理，在天然气水合物成核机制、海域天然气水合物的综合识别方法、南海水合物成藏类型和形成机制，以及南海北部天然气水合物富集规律等重大基础问题上取得一系列重要研究成果和创新性认识。这些重要的理论成果正在逐渐被南海水合物勘查工作所证实，也必将对我国海域水合物勘探开发起到重要的理论指导作用。

目录
丛书序
序一
序二
序三
前言
第一章 天然气水合物研究进展 1
第一节 天然气水合物的微观特征 1
第二节 天然气水合物成藏的地质环境 2
一、构造条件 4
二、沉积条件 11
三、温压条件 15
第三节 国内外天然气水合物勘探开发进展 17
一、国外天然气水合物勘探开发现状 17
二、国内天然气水合物调查与开发研究 25
参考文献 30
第二章 天然气水合物形成的分子机制和相平衡条件 32
第一节 水合物成核的分子机制 32
一、水合物形成机制的研究进展 32
二、水合物形成的分子动力学模拟 35
三、笼子吸附成核机制 39
四、 温度、压力、溶解度对水合物成核的影响 42
第二节 水合物成藏的相平衡条件研究 45
一、实验方法 46
二、离子-水-气体-水合物体系相平衡 47
三、沉积物-水-气体-水合物体系相平衡 51
四、沉积物-离子-水-气体-水合物体系相平衡 57
五、南海北部海区实际沉积物中水合物相平衡 58
参考文献 60
第三章 天然气水合物形成的热力学条件和动力学机制 68
第一节 水合物结晶生长动力学研究 68
一、TBAB 水合物晶体形状及生长特性 68
二、甲烷水合物膜厚度测量及膜生长研究 71
第二节 水合物形成动力学实验与理论 78
一、水合物形成动力学过程及理论 78
二、水合物形成动力学实验 83
三、甲烷-二氧化碳混合水合物形成分子动力学 88
第三节 沉积物中水合物形成动力学 95
一、沉积物中扩散体系水合物形成动力学 95
二、沉积物中渗漏体系水合物形成动力学 103
三、沉积物中水合物形成动力学模拟 115
参考文献 126
第四章 南海天然气水合物成藏的控制因素 130
第一节 区域背景 130
一、海底地形地貌 130
二、构造背景 132
三、沉积环境 134
第二节 水合物成藏的构造控制因素 135
一、断裂对水合物形成分布的影响 135
二、泥底辟构造对水合物形成分布的影响 141
三、气烟囱构造对水合物形成分布的影响 144
四、海底滑坡对水合物形成分布的影响 147
第三节 天然气水合物成藏的沉积环境 152
一、神狐钻探区天然气水合物成藏的沉积控制因素 152
二、东沙海域水合物成藏的沉积条件 164
第四节 温压场对水合物成藏的控制作用 172
一、南海北部陆坡热流分布特征 172
二、热流演化历史及其对水合物成藏的影响 174
三、温压条件及其对水合物成藏的影响 179
四、南海北部陆坡水合物稳定域特征 185
参考文献 189
第五章 南海天然气水合物的成矿气源 193
第一节 烃类气体的成因及来源 193
一、烃类气体成因分类 193
二、神狐地区天然气水合物的成矿气源 195
三、南海其他地区天然气水合物的成矿气源 204
四、南海与祁连山冻土区天然气水合物成矿气源对比 206
第二节 非烃气体及其成藏贡献 210
一、非烃气体成因类型 210
二、非烃气体分布特征 220
三、非烃气体成藏贡献 229
第三节 南海北部天然气水合物分解事件 232
一、天然气水合物分解事件 232
二、南海天然气水合物分解证据 233
参考文献 246
第六章 南海北部沉积物和生物对冷泉甲烷渗漏的响应 252
第一节 冷泉区沉积学研究 252
一、沉积物年代地层学研究 253
二、晚更新世异常沉积与甲烷渗漏 254
三、沉积物特征及变化 258
四、磁学特征及甲烷喷溢关系 260
五、有机化合物的分布及意义 262
第二节 微体古生物识别标志 268
一、冷泉区底栖有孔虫指示甲烷喷溢机理 268
二、南海北部底栖有孔虫壳体同位素对甲烷喷溢的指示 268
第三节 微生物与冷泉甲烷渗漏和水合物分布关系研究 270
一、冷泉区微生物与甲烷和天然气水合物相关机理 270
二、冷泉区微生物对甲烷渗漏和水合物响应 271
参考文献 274
第七章 南海北部天然气水合物的地球化学异常特征研究 275
第一节 东沙海域沉积物地球化学异常特征 275
一、孔隙水地球化学异常和硫酸盐-甲烷作用界面 275
二、底栖有孔虫及其碳、氧同位素 285
第二节 神狐海域沉积物地球化学异常特征 303
一、烃类有机质 303
二、自生矿物及其碳、氧、硫同位素 310
第三节 冷泉碳酸盐岩地球化学异常特征 315
一、矿物学及岩石学 315
二、碳、氧、锶同位素及冷泉流体来源 322
三、U/Th年龄及冷泉活动诱发因素 326
四、烟囱状冷泉碳酸盐岩成岩模式 329
五、生物标志物、微生物种群特征及其控制因素 336
参考文献 344
第八章 南海北部天然气水合物的地球物理异常特征研究 360
第一节 水合物地球物理特征研究 360
一、含水合物地层速度特征 360
二、含水合物地层渗透率特征 369
第二节 羽状流特征研究 386
一、含气泡水体声学特征研究 386
二、羽状流数值模拟研究 391
三、羽状流地震响应特征研究 398
四、小结 409
第三节 水合物识别技术研究 410
一、含水合物地层渗透率估计 410
二、CRS成像技术研究 418
三、高精度速度反演技术研究 431
四、天然气水合物识别方法 436
第四节 南海水合物地球物理响应及地质特征分析 457
一、试验线羽状流探测及地质认识 457
二、试验线水合物探测及地质认识 463
三、孔隙充填型水合物地球物理响应及地质特征分析 478
四、裂隙充填型水合物地球物理响应及地质特征分析 484
参考文献 493
第九章 南海北部天然气成藏系统 499
第一节 天然气水合物成藏系统 499
一、概念 499
二、天然气水合物成藏系统的组成 501
三、天然气水合物成藏系统研究的意义 504
第二节 南海北部天然气水合物成藏模式与分布 505
一、神狐海域天然气水合物成藏地质模式 506
二、琼东南海域天然气水合物成藏地质模式 508
三、东沙海域天然气水合物成藏地质模式 511
四、南海北部天然气水合物成藏分布特征 513
第三节 南海神狐钻探区天然气水合物成藏特征 514
一、水合物产出特征 514
二、水合物富集层位 519
三、水合物储层特征 520
四、地层温度 521
五、流体活动 522
第四节 神狐海域天然气水合物开发潜力评价研究 524
一、开发潜力评价模型 525
二、开发潜力评价 527
参考文献 534
第十章 天然气水合物开采中的多相流动机理和相关基础理论研究 538
第一节 天然气水合物藏开发技术和方法 538
一、降压法开采技术 538
二、加热法开采技术 538
三、注化学药剂法开采技术 539
四、新型天然气水合物藏开采技术 539
第二节 水合物沉积物渗透率和热导率测定研究 540
一、渗透率测定研究 540
二、热导率测定研究 543
第三节 水合物沉积物分解渗流特性的核磁共振实验研究 544
一、填砂模拟沉积层中水合物分解特性的MRI实验及分析 544
二、填砂模拟沉积层中单相、气液两相流体流动的MRI成像测速实验 548
三、多孔介质内气、水两相流场与温度场的MRI成像实验模拟 550
第四节 LBM数值模拟技术应用于沉积物中水合物分解渗流特性研究 553
一、LBM数值模型的建立与验证 553
二、LBM方法应用于复杂微通道内单相和多相流动的初步研究 559
三、含水合物均匀多孔介质孔渗饱特性的LBM数值模拟研究 563
四、LBM模拟单相流体在多孔介质中的流场 565
五、对MRI图像处理后进行水合物分解过程模拟 567
第五节 水合物相态变化过程传热和传质的分子模拟研究 574
一、天然气水合物微观性质的分子动力学模拟研究 574
二、天然气水合物热激法分解的传热、传质分子动力学模拟分析 576
三、天然气水合物降压法分解的传热、传质分子动力学模拟分析 578
四、天然气水合物注剂法分解的传热、传质分子动力学模拟分析 579
第六节 沉积物中水合物分解动力学研究 581
一、沉积物中水合物分解动力学实验模拟 581
二、沉积物中水合物分解动力学模型分析 584
本章小结 588
参考文献 589