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南海北部陆坡天然气水合物钻探发现及成藏特征

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地学前缘 2024年

作者：匡增桂任金锋邓炜赖洪飞谢莹峰天然气水合物勘查开发国家工程研究中心广州海洋地质调查局

天然气水合物因其潜在的能源价值而备受关注，我国自上个世纪90年代开始在南海开展水合物调查，截止到目前已实施了9个水合物钻探航次，取得了一系列水合物找矿突破。钻探结果证实，南海北部发育多种类型水合物，神狐海域主要发育扩散... 详细信息

天然气水合物因其潜在的能源价值而备受关注，我国自上个世纪90年代开始在南海开展水合物调查，截止到目前已实施了9个水合物钻探航次，取得了一系列水合物找矿突破。钻探结果证实，南海北部发育多种类型水合物，神狐海域主要发育扩散型水合物，东沙海域发育复合型水合物，琼东南发育渗漏型及砂质型水合物。本文结合钻探成果，详细阐述了各种类型水合物的地震反射特征以及测井响应特征。扩散型天然气水合物在地震上主要表现为显著的BSR以及BSR之上的强正极性反射，在测井上主要表现为高电阻率、高纵波速度、高横波速度，如出现水合物与游离气共存的混合层则在测井上表现为高电阻、低纵波速度、高横波速度、中子-密度反交等特征。渗漏型水合物在地震上通常不发育典型的BSR，BSR之上发育亮点反射或者浅部地层发育上拉反射以及柱状的空白反射，海底发育显著的异常地貌，如丘状体和麻坑，在测井上表现为极高的电阻率、稍微增高的纵波及横波速度、高角度层理等特征。砂质水合物在地震上表现为极强的BSR和指示砂质水合物的强正极性反射，测井上表现为低伽马、极高的电阻率、极高的纵横波速度、略微增高的密度、略微降低的中子孔隙度等特征。最后总结了神狐及琼东南水合物成藏控制因素，认为神狐海域发育的深大断裂以及倾斜的天然堤沉积控制了神狐海域高丰度天然气水合物藏的发育，而琼东南海域水合物发育受古潜山及差异压实作用控制。

关键词：水合物钻探扩散型水合物渗漏型水合物砂质水合物南海北部

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基于EMD的地震数据速度谱优化方法

石油地球物理勘探 2024年第3期59卷 465-472页

作者：刘玉萍张衡张宝金顾元自然资源部海底矿产资源重点实验室中国地质调查局广州海洋地质调查局广东广州511458 天然气水合物勘查开发国家工程研究中心广东广州511458

地震波在地层中的传播速度可间接反映地下岩性及地质构造特征,速度的提取与分析影响地震数据处理和解释全过程。目前,速度谱分辨率低,导致拾取的速度不准确,构建的速度模型精度经常不能满足复杂地质构造的地震成像要求。为此,提出基于... 详细信息

地震波在地层中的传播速度可间接反映地下岩性及地质构造特征,速度的提取与分析影响地震数据处理和解释全过程。目前,速度谱分辨率低,导致拾取的速度不准确,构建的速度模型精度经常不能满足复杂地质构造的地震成像要求。为此,提出基于经验模态分解(EMD)的地震数据速度谱优化方法。该方法是一种频移处理技术,能有效提高地震数据低频端能量的信噪比。首先,基于Hilbert变换获得地震数据的瞬时振幅;其次,对瞬时振幅进行EMD;然后,筛选分解后的本征模量(IMF),选择具有有益表达速度谱信息的本征模态模量;最后,构建新的速度谱数据。经过优化后的地震数据频谱分辨率更高,有效频带向低频端移动。实验测试和实际资料处理结果表明,所提方法能有效扩大速度谱拾取的寻优区间,提高速度分析准确性,提升地震资料成像品质。该方法在成果数据处理和速度谱优化方面具有广泛的应用价值。

关键词： Hilbert变换经验模态分解(EMD) 速度谱频移地震数据

原位红外光谱-吡啶吸附法表征分子筛酸性性质的实验方法研究

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光谱学与光谱分析 2024年第9期44卷 2488-2493页

作者：卢思陈晓丽苏秋成亓伟夏声鹏李明付娟中国科学院广州能源研究所分析测试中心广东广州510640

分子筛因具有规则的孔道结构、较大的比表面积和高效的酸性性质,是当前催化领域中应用极为广泛的一类固体酸催化剂。分子筛的催化反应活性与其酸性性质紧密相关,如何准确表征分子筛的酸性性质,对于建立分子筛结构、酸性与催化反应性能... 详细信息

分子筛因具有规则的孔道结构、较大的比表面积和高效的酸性性质,是当前催化领域中应用极为广泛的一类固体酸催化剂。分子筛的催化反应活性与其酸性性质紧密相关,如何准确表征分子筛的酸性性质,对于建立分子筛结构、酸性与催化反应性能之间的构效关系具有重要意义。其中,表征分子筛酸中心类型和酸强度最有效的方法是以碱性分子吡啶为探针进行原位红外光谱分析。阐述了原位红外光谱-吡啶吸附法表征固体酸催化剂酸性性质的实验原理,以ZSM-5分子筛为模型,采用原位红外光谱-吡啶吸附法优化了鉴定分子筛表面酸性的测试条件,考察了活化温度、活化时间、吸附吡啶时间、脱附温度及脱附时间等实验条件对相关的红外特征峰的影响,结果表明吡啶与分子筛酸性位点作用的最佳实验条件为:活化温度400℃、活化时间60min、室温吸附吡啶10min、脱附温度150℃、脱附时间30min。在该实验条件下吡啶分子与分子筛上的酸性位点进行了高效吸附,Brønsted酸与Lewis酸对应的红外特征峰强度达到饱和,有效消除了物理吸附、氢键吸附以及样品表面附着的污染物对吸附吡啶的干扰,获得了最佳的红外谱图,并具有高度可重复性。通过优化的实验方法对Fe-ZSM-5、HZSM-5和Na-HZSM-5三种改性分子筛进行表征,均获得了质量优异的红外谱图,Brønsted酸与Lewis酸的酸量比与报道一致。本方法提高了测试效率与成功率,排除了相关干扰,使测得的分子筛的酸性类别、强度和相对含量等信息更加准确可靠,并为表征其他固体酸催化剂的酸性性质提供了实验方法参考,对于指导固体酸催化剂的制备和机理研究具有重要意义。

关键词：原位红外光谱酸性分子筛吡啶吸附

南海北部琼东南盆地砂质天然气水合物储层沉积特征及成藏模式

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地学前缘 2024年

作者：任金锋陈雨核徐梦婕李廷微王笑雪赖洪飞谢莹锋匡增桂广州海洋地质调查局天然气水合物勘查开发国家工程研究中心中国地质大学(武汉)海洋学院

砂质水合物储层是国际上水合物勘查试采的首选目标，我国在南海北部琼东南盆地钻探发现了高饱和度砂质水合物。通过三维地震、测井、岩心及测试分析资料，证实了规模化成藏的砂质水合物藏。砂质水合物储层表现为低自然伽马、低西格玛、... 详细信息

砂质水合物储层是国际上水合物勘查试采的首选目标，我国在南海北部琼东南盆地钻探发现了高饱和度砂质水合物。通过三维地震、测井、岩心及测试分析资料，证实了规模化成藏的砂质水合物藏。砂质水合物储层表现为低自然伽马、低西格玛、高电阻率、高声波速度和T2谱信号幅度急剧降低等测井响应特征，同时纵波及横波信号均明显衰减。砂层呈楔形近水平席状分布。岩性为粗粉砂-细砂为主，属于深水浊积体系末端的朵体沉积。剖面上，水合物和游离气具有同层分布、横向过渡的特点。平面上，水合物藏呈现椭圆形分布，中部发育伴生游离气，外围发育水合物。与世界其他海域钻探发现的倾斜砂质水合物储层不同的是，该水合物藏是在稳定域底界附近的水平砂层，在下伏气烟囱背景下局部高热流驱动和上覆细粒沉积地层的封盖下，充足游离气由中部向外横向长运移而形成大面积高饱和度水合物。

关键词：砂质水合物气烟囱深水朵体沉积横向接触成藏琼东南盆地

南海北部气烟囱成因及其与油气及水合物运聚成藏关系

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海洋地质前沿 2024年第4期40卷 1-8页

作者：何家雄关进安王梦荷苏丕波中国科学院大学北京100049 中国科学院天然气水合物重点实验室广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室中国科学院广州能源研究所广州510640 中国科学技术大学能源科学与技术学院合肥230026 广州海洋地质调查局三亚南海地质研究所三亚572024

南海北部大陆边缘盆地油气勘探及天然气水合物调查与勘查评价中,地球物理资料尤其是二维/三维地震剖面上常见不同类型、不同特征且与油气藏及天然气水合物藏密切相关的地震反射模糊带等地震地质异常体,即“气烟囱”或“流体底辟”或“... 详细信息

南海北部大陆边缘盆地油气勘探及天然气水合物调查与勘查评价中,地球物理资料尤其是二维/三维地震剖面上常见不同类型、不同特征且与油气藏及天然气水合物藏密切相关的地震反射模糊带等地震地质异常体,即“气烟囱”或“流体底辟”或“含气陷阱”。本文拟重点研究“气烟囱”成因及其与油气及天然气水合物运聚成藏的关系。油气勘探实践表明,气烟囱往往与油气藏尤其是天然气水合物藏伴生,且油气及水合物多处于其上覆或两侧位置附近。通过大量油气及天然气水合物勘探实践、地质地球物理资料综合分析及油气地球化学分析等,充分证实了气烟囱与其上覆或两侧附近的油气及天然气水合物藏具有密切的成因联系。研究表明,气烟囱作为连接和沟通烃源/气源供给系统与油气藏及水合物藏之间的重要桥梁和纽带,是油气(水合物)勘探中判识追踪油气藏及水合物藏成因、确定其烃源/气源供给系统活动特征的重要依据和指示。因此,深入分析研究气烟囱系统成因及类型,不仅能够追踪探索和判识确定油气及水合物成因,阐明其运聚成藏规律及控制因素,而且能够指导油气及水合物勘探部署与综合评价工作。同时,通过油气及水合物成因的地球化学分析,亦可判识确定其气烟囱成因及其对油气和水合物运聚成藏的控制影响作用。

关键词：气烟囱气源构成气源类型油气及水合物运聚特征

南海北部渗漏型水合物成藏系统的发育特征及其形成演化规律

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地学前缘 2024年

作者：陈雨核任金锋李廷微徐梦婕王笑雪廖远涛中国地质大学(武汉)海洋学院广州海洋地质调查局天然气水合物勘查开发国家工程研究中心

渗漏型水合物成藏系统往往发育中-高饱和度的水合物及其下伏伴生气，是海域广泛分布的一类水合物资源，也是海底灾害、冷泉系统和气候变化的重要研究对象。因此，认识其分布规律和形成机制具有重要意义。本文通过南海北部海底观测、岩... 详细信息

渗漏型水合物成藏系统往往发育中-高饱和度的水合物及其下伏伴生气，是海域广泛分布的一类水合物资源，也是海底灾害、冷泉系统和气候变化的重要研究对象。因此，认识其分布规律和形成机制具有重要意义。本文通过南海北部海底观测、岩心、测井、地震及测试分析资料，系统总结了渗漏型水合物成藏系统发育的地貌、地质、地球物理与地球化学方面的识别标志，发现渗漏型水合物主要分布在渗漏通道内。按照渗漏通道形成的机械失稳方式不同将其分为两类：构造圈闭控制的水力破裂型渗漏通道，呈集群状分布；高角度断层控制的剪切破裂型渗漏通道，呈线状分布。在渗漏型水合物成藏系统中，深部气体沿气烟囱、断层等运移并聚集在甲烷水合物稳定带底部附近。当流体压力大于上覆细粒沉积地层的破裂力时，游离气向上突破形成渗漏通道，在渗漏通道内的高角度裂隙网中形成中高饱和度裂隙充填型水合物，在穿越的薄砂层中形成高饱和度孔隙充填型水合物。游离气在渗漏通道内的长距离运移过程可能受到三种机制的影响，即排盐效应维持的热力学三相平衡、水合物壳的形成使得甲烷扩散受限和高甲烷通量导致的水合物动力学生长速率受限。与活动冷泉相关的渗漏型水合物的形成过程可划分为三个阶段：①盖层破裂阶段，在超压作用下可能受水合物动力学生长速率的影响；②向上突破阶段，局部升高的盐度和温度维持了热力学三相平衡；③当流体到达海底后，地温趋近背景值，进入稳定渗漏阶段，排盐效应和水合物壳导致的甲烷扩散受限控制了水合物的生成。当冷泉停止活动后，盐度随着的不断扩散而降低，渗漏通道的底部逐渐有新的水合物再次形成。

关键词：渗漏型水合物渗漏通道机械失稳长距离运移南海北部

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启动压力对南海北部水合物藏开发动态的影响

地学前缘 2024年

作者：余路李贤崔国栋邢东辉陆红锋王烨嘉广州海洋地质调查局天然气水合物勘察开发国家工程研究中心中国地质大学(武汉)工程学院广东省海洋发展规划研究中心

南海北部神狐海域水合物资源丰富，具有工业性开发远景。勘查和试采结果均表明，该区域水合物系统多为I型水合物藏，水合物层下伏游离气层，泥质含量高，储层渗流存在启动压力梯度，极大地影响水合物系统生产动态。本文针对南海泥质粉... 详细信息

南海北部神狐海域水合物资源丰富，具有工业性开发远景。勘查和试采结果均表明，该区域水合物系统多为I型水合物藏，水合物层下伏游离气层，泥质含量高，储层渗流存在启动压力梯度，极大地影响水合物系统生产动态。本文针对南海泥质粉砂储层中水合物开发实际渗流过程，建立考虑启动压力梯度的渗流数学模型，在TOUGH+HYDRATE模拟器基础上自主开发了启动压力梯度耦合求解功能，以神狐海域SHSC-4井站位水合物藏为目标，利用室内实验所得目标储层启动压力值，开展了垂直井及水平井降压开采数值模拟，探究了南海神狐海域泥质粉砂水合物藏启动压力梯度对产能及开采过程中储层压力、温度、各相饱和度分布演化规律的影响。结果表明，启动压力梯度的存在抑制储层中的压降扩散，远井处水合物无法分解。生产中出现“低产水量，高气水比”现象，水平井开采后期几乎无水产出。启动压力的存在可避免水合物分解前缘出现二次水合物，消除二次水合物棱镜体对气相的圈闭。尽管抑制远井水合物分解，但10年模拟结果显示启动压力梯度的存在可以促进I型水合物藏的产能，尤其在直井开采下，产能可提高近40%，这是由于液相产出的减少及储层高压力梯度，增强了生产井前期对三相混合层和游离气层中气相抽汲能力。

关键词：天然气水合物启动压力梯度数值模拟 I型水合物藏中国南海

“自上而下”构筑TiO_(2)与Pt纳米簇之间的活性界面I:再分散过程和机制

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第3期58卷 237-246页

作者：杜晓蕊黄一珂潘晓丽江训柱苏杨杨静怡郭亚琳韩冰文承彦王晨光乔波涛中国科学院大连化学物理研究所中国科学院应用催化科技重点实验室辽宁大连116023 中国科学院广州能源研究所广东广州510640 北京科学智能研究院北京100000 中国科学院大学北京100049 重庆大学化学化工学院多尺度多孔材料研究中心重庆400044 中国石化大连石油化工研究院辽宁大连116023 中国科学院可再生能源重点实验室广东广州510640

负载型金属催化剂广泛应用于现代化学化工过程,其中,金属颗粒的尺寸通常对催化性能起着至关重要的作用.尤其是,那些粒径低于2 nm的高分散金属纳米簇,不仅具有接近单原子催化剂的原子利用效率,而且展现出协同活化底物的能力.这使得它们... 详细信息

负载型金属催化剂广泛应用于现代化学化工过程,其中,金属颗粒的尺寸通常对催化性能起着至关重要的作用.尤其是,那些粒径低于2 nm的高分散金属纳米簇,不仅具有接近单原子催化剂的原子利用效率,而且展现出协同活化底物的能力.这使得它们在特定反应中能够兼具单原子和纳米催化剂的优势,并逐渐受到关注.然而,制备高稳定负载型纳米簇催化剂仍然是一项挑战.传统的“自下而上”制备策略存在成本高、产率低以及复杂配体难以去除等问题.近年来,通过“自上而下”的方法将金属纳米颗粒等聚集体再分散为单原子已经成为一种较普遍的单原子催化剂制备方法,但利用类似策略合成纳米簇催化剂的报道较少.本文通过对TiO_(2)负载的铂纳米颗粒或PtO_(2)粉末进行简单的煅烧,成功制备了高分散且热稳定的铂纳米簇,并通过系统表征和密度泛函理论(DFT)模拟深入研究了这一再分散过程和机制.首先,使用胶体沉淀法合成了TiO_(2)负载的铂纳米颗粒催化剂.在400°C空气中焙烧除去除保护剂后,铂纳米颗粒平均粒径为3.4 nm.然而,当焙烧温度升高至550°C时,Pt纳米颗粒消失,转化为高度分散的纳米簇,平均粒径约为1 nm.X射线光电子能谱和X射线吸收近边结构结果表明,再分散后铂的价态从金属态转变为+4价为主的氧化态;扩展X射线吸收精细结构的拟合结果进一步证实了再分散后铂的高价态和小尺寸.值得注意的是,与大部分金属再分散均形成单原子分散物种不同,本工作中铂在TiO_(2)载体上的再分散以纳米簇为最终物种.为了解释纳米簇的形成,详细研究了金属再分散过程.通过对照试验,排除了表面活性剂的作用,并证实形成氧化铂物种在再分散过程中起关键作用.通过DFT计算评估了可能的氧化铂中间体的化学势,结果表明铂的氧化单体,尤其是Pt_(1)(O_(2))/r110和气态PtO_(2)(g),具有更低的化学势,使得纳米颗粒的分解更有可能发生.进一步通过DFT模拟排除了以Pt_(1)(O_(2))/r110为中间体的表面扩散机理,并指出对于气相捕获机制,PtO_(2)(g)是最可能的气态中间体.模拟结果表明,PtO_(2)(g)分子优先被VTi_(5)c空位捕获并形成P_(tion)-r110位点;该位点可诱导更多的PtO_(2)(g)单体在其上聚集,从而生长为纳米簇;在550°C下焙烧时,其尺寸稳定分布在1 nm左右.综上,本工作提出一种“自上而下”的制备策略,通过金属颗粒在载体表面的再分散过程,成功合成了负载纳米簇催化剂.该制备方法简单可行,易于放大,为实现宏量制备提供了有效途径.同时,深入研究了再分散过程,揭示了纳米簇物种形成的原因和机理,为金属再分散现象提供了新的理解和认识.

关键词：多相催化纳米簇再分散金属-氧化物界面一氧化碳氧化

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南海及邻域砂矿资源分布特征及成矿模式

地质学报 2024年第4期98卷 1183-1197页

作者：周娇杨楚鹏李学杰蔡鹏捷聂鑫田成静钟和贤自然资源部海底矿产资源重点实验室中国地质调查局广州海洋地质调查局广东广州511458 天然气水合物勘查开发国家工程研究中心广东广州511458 南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023

南海及邻域具有多样的地形地貌和丰富的物源,为海洋固体矿产资源的形成和分布提供了物质来源和堆积环境。为系统查明南海及邻域砂矿资源分布情况,本文通过对南海及邻域2606个站位表层沉积物样品进行粒度测试、碎屑矿物鉴定,以及重矿物... 详细信息

南海及邻域具有多样的地形地貌和丰富的物源,为海洋固体矿产资源的形成和分布提供了物质来源和堆积环境。为系统查明南海及邻域砂矿资源分布情况,本文通过对南海及邻域2606个站位表层沉积物样品进行粒度测试、碎屑矿物鉴定,以及重矿物的品位计算,分析了南海及邻域有用矿物砂矿资源以及建筑用砂资源分布特征并预测了远景区,总结了砂矿成矿模式。结果表明,南海及邻域具有远景的矿种主要有锆石、钛铁矿、金红石、锐钛矿、独居石和石榴子石等;重矿物高品位矿点主要集中在南海东北陆架、菲律宾海盆、南部陆架,重矿物异常区主要位于周缘陆架浅水区以及越东外陆架浅水海域、菲律宾海盆。锆石品位异常区的范围最大,达到工业品位的面积也最大;其次是磁铁矿、钛铁矿、独居石的异常区;锐钛矿、金红石异常区的面积相当;石榴子石品位异常范围最小。根据砂矿的分布规律、大地构造背景、成矿条件以及成矿元素特征,圈定了24个有用重矿物砂矿成矿远景区和6个成矿带。沉积物中砂(0.063~2 mm)含量大于50%的建筑用砂的远景区9个,主要分布于海南岛西南面到台湾海峡南部一线以北海域,其次为南海南部礼乐滩、万安滩、曾母暗沙附近海域,其余海域极为罕见。基于南海砂矿资源分布特征,初步建立了近岸型、潮流砂脊型、古河道埋藏型、峡口型、陆架坡折带型等五种砂矿成矿模式,为海砂资源进一步勘查提供方向和建议。

关键词：砂矿资源有用重砂建筑用砂远景区成矿模式南海及邻域