天然气水合物能量密度非常高，而且储量极其巨大，被认为是一种极有潜力的能源。主要国家都设立了专门的水合物研究计划。我国的天然气水合物研究起步于20世纪90年代，晚于主要发达国家，但近十年来发展极为迅速。我国从2002年开始，正式实施了海域水合物资源调查与评价，将南海北部确定为天然气水合物有利区，在西沙海槽、东沙、神狐和琼东南海域发现了天然气水合物存在的地球物理和地球化学特征；2007年在神狐海域获得了天然气水合物实物样品；2013年在珠江口盆地东部海域钻获高纯度天然气水合物样品；2017年5月18日，我国海域天然气水合物试采在南海神狐海域实现连续8天稳定产气，试采取得圆满成功，实现了我国天然气水合物开发的历史性突破。

南海琼东南海域和神狐海域同属于Ⅰ级远景区^[1]。本文在南海琼东南Q深水区块以往油气地质、水文气象、地质灾害和水合物研究成果的基础上，对此区块天然气水合物的赋存条件和资源前景作一些探讨。

1 琼东南盆地Q区块天然气水合物稳定域厚度的计算

天然气发生相态变化形成天然气水合物，需要满足一定的温度和压力条件。对于海域天然气水合物，其中压力条件主要由水深决定；温度条件主要由海底温度和地温梯度决定。而海底温度又与水深和海底所在纬度有关系。具体研究一个海域的天然气水合物稳定域时，需要将形成水合物需要的温度和压力物理条件，转化为地质上的水深、海底温度和地温梯度条件。

以下分析琼东南盆地Q区块的水深、海底温度和地温梯度因素。

1.1 水深

琼东南盆地Q区块位于南海大陆坡－西沙海槽地形区（图 1），其中西北侧为陆坡地形区，东南侧为岛坡地形区，中部属西沙海槽的槽底地形区。陆坡区海底地形变化迅速，水深范围在200~800 m；陆坡下部地形坡度渐趋变缓，水深范围在800~1 200 m；陆坡底部至海槽中心区域地形平缓，水深范围在1 200~1 400 m；过海槽中心往东南方向，水深趋于变浅，水深范围在700~1 000 m。

1.2 海底温度

在浮标实测数据基础上经数值模拟后得到A、B和C三个井场（图 1）海水的温度剖面（图 2）。可以看出这三个井场所在海域的海水温度剖面是基本一致的：表层海水温度一般在25 ℃左右，向下至200 m左右是温跃层，水温迅速下降。在水深1 000 m以下，水温随水深变化不大，基本稳定在4 ℃左右。是典型的低纬度海域的温度剖面特征。

琼东南海区大面积的海底温度测量数据比较少。在进行天然气水合物稳定域计算时，利用此温度剖面上得到的海水温度近似代替不同深度海区海床表面的温度。

1.3 地温梯度

琼东南海区实测的地热流和地温梯度数据比较少。米立军（2009）等^[2]对南海北部392个地温梯度数据和234个大地热流数据的统计结果显示：南海北部深水区地温梯度为29.4~52.2 ℃ / km，平均为39.1 ± 0.74 ℃ /km。在浅部地层，地温梯度随埋深的变化较小，但可能存在区域上的地温梯度异常区。在计算时，不考虑地温梯度区域上的差异，统一采用平均地温梯度40 ℃/ km。

1.4 天然气水合物稳定域的计算

根据Dickens和Quinby-Hunt（1994）的海水中甲烷水合物温度－压力条件经验公式：

$ {\text{1/}}{\mathit{T}_{\text{1}}}{\text{ = 3}}{\text{.79}} \times {\text{1}}{{\text{0}}^{ - 3}} - 2.83 \times {10^{ - 4}}\left( {1{\text{g}}\mathit{P}} \right) $

(1)

式中：P为地层中的压力，MPa；T₁为在此压力下形成水合物所需要的最低地层温度，K。海底浅部地层一般都是松散沉积层，孔隙之间连通良好，故认为地层中的压力为正常静水压力，海底地层中某处的压力：P =0.01× (H+H₀)，式中：H为地层埋藏深度，m；H₀为海水深度，m。

同时，根据海底温度和地温梯度，可以计算一定埋藏深度处地层的实际温度：T₂ = T₀+ΔT×H，式中：T₀为海底温度，℃；ΔT为地温梯度，℃ /m。

随着地层埋藏深度的加大，地温逐渐升高。当实际地层温度接近并超过形成水合物所需要的地层温度时，相应的地层埋藏深度就是天然气水合物稳定域的底界。其上直至海床是天然气水合物稳定域；其下不能形成天然气水合物，天然气只能以浅层气的形式存在。

计算可得（表 1）：在琼东南海区的海底温度和地温梯度条件下，水深大于600 m的海域才能满足在海底形成天然气水合物的温度和压力条件。天然气水合物稳定域的厚度与水深成正比关系（图 3），最大厚度在350 m左右。

陈多福等^[3]利用Sloan（1998）开发的CSMHYD程序计算了南海琼东南盆地天然气水合物稳定域的厚度，其结论为：“南海琼东南盆地生物成因甲烷水合物分布于水深大于约600 m的海底，稳定域最大厚度约314 m。”本文计算的结果与其基本吻合。

需要指出的是：不同天然气组份和地层孔隙水盐度条件下，水合物相变的温度和压力条件是不一样的。生物成因的天然气，其绝大部分均为甲烷。利用上述公式计算得到的稳定带厚度适用于生物成因的天然气水合物。

在水深、海底温度和地温梯度数据中，一般而言高精度的水深数据比较容易获得；根据海底温度与水深、纬度的关系，也能获得比较精确的海底温度。密集的、高精度的地温梯度数据比较难获得。故浅部地层精确的地温梯度数据，是影响天然气水合物稳定域计算精度的关键因素。而在深水区，水深和海底温度一般不会出现急剧变化，地温梯度的局部异常，将显著改变天然气水合物稳定域厚度。

2 在琼东南井场地质灾害解释成果基础上对天然气水合物进行探讨——与韩国郁陵盆地类比 2.1 韩国郁陵盆地的天然气水合物研究

韩国郁陵盆地的天然气水合物研究中^[4]，认为有6种指示天然气水合物的地震特征，包括：（1）似海底反射；（2）气烟囱；（3）在天然气水合物稳定域以内的强反射（指示水合物）；（4）声波空白带；（5）BSR下部的强反射（指示游离气）；（6）海床上的气体溢出特征。

同时其认为在郁陵盆地存在两种流体运移通道：（1）构造类型的通道，即断层、断裂，并常常伴有地震上的气烟囱；（2）地层类型的通道，主要是的上倾浊流沉积/半深海沉积。相应的，有两种水合物赋存类型：（1）孔隙填充型水合物，主要存在于浊流砂体中；（2）块状、结核状和脉状水合物体，主要存在于气烟囱中。

在2010年韩国郁陵盆地第二次钻探计划（UBGH2）中，在BSR明显的区域，通过钻探取样获得了填充于沉积物孔隙的天然气水合物；在麻坑、气帽和烟囱处，获得了成块状、脉状、结核状的天然气水合物（图 4）。

2.2 琼东南井场地质灾害研究成果

利用三维地震资料，对琼东南某区块进行地质灾害解释^[5]后，得出存在的主要地质灾害因素有：浅层气、碎屑流沉积体、海底麻坑、滑坡/蠕动滑移、埋藏水道、浅部断层等地质灾害（图 5、图 6）。

其中A井场解释出的“浅层气和疑似浅层气的振幅异常”大部分埋藏深度在320 m左右；B井场解释出的“浅层气和疑似浅层气的振幅异常”大部分埋藏深度在180 m左右；C井场解释出的“浅层气和疑似浅层气的振幅异常”大部分埋藏深度200 m左右。同时B、C井场发现了海底麻坑地貌。

2.3 对琼东南3个井场天然气水合物的分析

琼东南Q区块三维地震剖面上发现的浅层气、碎屑流沉积体、海底麻坑等特征，与韩国郁陵盆地相似。韩国在郁陵盆地已获得天然气水合物实物样品，可以类比，琼东南海域类似地震特征处，也可能获得天然气水合物实物样品。

根据表 1的计算结果：A井场区域天然气水合物稳定域的底界为：338~352 m；B井场区域天然气水合物稳定域的底界为：345~355 m；C井场区域天然气水合物稳定域的底界为：322~331 m。

A井场区域解释出的“浅层气和疑似浅层气的振幅异常”的埋藏深度大部分位于天然气水合物稳定域底界附近。B和C井场区域解释出的“浅层气和疑似浅层气的振幅异常”层位埋藏深度远远浅于天然气水合物稳定域的底界。

可能的原因是：B和C井场所在海域地层的可能存在局部的地温异常。在地震剖面上发现，工区南部疑似有底辟发育。底辟从地下深处上涌，热的底辟物质改变了上覆地层的地温场，使得此区域的天然气水合物稳定域底界向上移动。

3 讨论

（1）深水区域浅部松散地层中，无论是填充天然气，还是天然气水合物，在地震剖面上可能有类似的反映。地层中填充天然气或水合物后，与周围沉积物在波阻抗有显著差异，会在地震剖面上形成一个强反射界面；而其内部，由于均一性比较好，会形成弱反射带，甚至是空白反射带。所以，仅从地震剖面上去区分浅层气和水合物，并不容易。

对于天然气水合物最重要的地震指示标准——BSR的形成，有两种解释模型：一种认为BSR特征主要是由天然气水合物的填充引起的，另一种认为BSR特征主要是由天然气水合物下方的游离气引起的。但目前较统一的观点是：地震剖面上的BSR与天然气水合物稳定域的下界基本上是一致的。所以通过计算得出的天然气水合物稳定域底界埋藏深度，可以作为一个约束条件，指导地震剖面中浅层气与水合物的解释。

埋藏深度在天然气水合物稳定域底界附近的气或水合物地震异常，是水合物可能性较大；埋藏深度略大于天然气水合物稳定域底界的，有可能是水合物分解产生的游离气；埋藏深度远小于天然气水合物稳定域底界的，有可能存在气烟囱，有大量气体向浅层喷溢，并在天然气水合物稳定域中形成了水合物；埋藏深度远大于天然气水合物稳定域底界的，则可能是地质时期正常形成的浅层气藏或天然气水合物分解形成的浅层气藏。

（2）A井场区域内可能赋存有类似于韩国郁陵盆地中的“地层型水合物藏”，其天然气水合物的赋存方式，类似于传统油气，是以一定饱合度填充于沉积物的孔隙当中。天然气水合物主要在GHSZ的底界处，层状成藏。其在地震剖面上的BSR特征比较明显，同时与大量浅层气或振幅异常相伴，并发育碎屑流沉积。A井场区的340 m左右地层中，在BSR发育明显的区域，可能通过钻探取样获得孔隙填充型的天然气水合物。

（3）B和C井场区域内可能赋存有类似于韩国郁陵盆地中的“构造型水合物藏”，其天然气水合物的赋存形态主要是以块状、脉状和结核状，这是高通量的甲烷气在沉积物中冲出过程中形成的。其在地震剖面上的BSR特征不明显，但有大量的气烟囱，海床上有时能发现麻坑和气帽，其下部地层可能发育有底辟。B和C井场区的海底麻坑、气帽处，通过钻探取样或重力活塞取样，有可能取到块状天然气水合物。

4 结论

（1）在琼东南海区的海底温度和地温梯度条件下，水深大于600 m的海域才能满足在海底形成天然气水合物的温度和压力条件。天然气水合物稳定域的厚度与水深成正比关系，稳定域最大厚度在350 m左右。

（2）琼东南盆地某区块在地震剖面上发现了大量的浅层气、碎屑流堆积体、气烟囱等，与韩国郁陵盆地类似。韩国已在郁陵盆地在相应地震异常区域已获得了天然气水合物实物样品。可以推测，在琼东南类似地震特征处也可能取到天然气水合物。

（3）通过天然气水合物温度和压力条件计算得出的天然气水合物稳定域底界埋藏深度，可以作为一个约束条件，指导地震剖面中浅层气与水合物的解释。