譚富榮，耿慶明，劉世明，杜芳鵬，劉志武

(1.廣東省新能源和可再生能源研究開發(fā)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640;2.陜西省礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710068;3.中國煤炭地質(zhì)局，北京 100038;4.西安科技大學(xué)，陜西 西安 710054;5.長安大學(xué)，陜西 西安 710054)

0 引言

天然氣水合物是由天然氣氣體分子和水在低溫高壓條件下形成的一種像冰一樣的固態(tài)物質(zhì)，也被稱為“可燃冰”［1－2］。作為一種能量密度高、清潔無污染、使用方便的非常規(guī)能源，也被認(rèn)為是21世紀(jì)重要的潛在能源之一［3］，其廣泛分布于大陸凍土區(qū)和淺海大陸架。目前，全球已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物礦點(diǎn)超過230處［4］，潛在天然氣水合物資源量超過了 9 400×1012m3［5］。針對這些已發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物的形成過程，學(xué)者分別提出了原地常規(guī)油藏轉(zhuǎn)化、運(yùn)聚體系、動態(tài)成藏、成藏系統(tǒng)等多種天然氣水合物成藏理論［6－13］。上述諸多研究重點(diǎn)探討了一種要素或者某幾種要素與某一控制過程對天然氣水合物形成的控制作用，對天然氣水合物形成機(jī)理和勘探開發(fā)具有重要意義。而天然氣水合物的形成和分解為一個多重靜態(tài)要素(烴源巖、儲集層、溫度－壓力、含水條件等)與多重動態(tài)過程(生烴、運(yùn)移、聚集)耦合的產(chǎn)物，因此，從天然氣水合物形成的多靜態(tài)要素和多動態(tài)過程間耦合的思想來指導(dǎo)天然氣水合物分布規(guī)律研究成為天然氣水合物理論研究中亟待解決的關(guān)鍵問題。近年來，基于系統(tǒng)論思想的含油氣系統(tǒng)理論在油氣勘探和資源評價中取得了很好的效果，這為天然氣水合物研究提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)和新的思路。Collett［14］提出的天然氣水合物油氣系統(tǒng)(Natural Gas Hydrate Petroleum System)概念被廣為接受，成為天然氣水合物成藏理論研究的熱點(diǎn)。此次研究以該理論為基礎(chǔ)，結(jié)合其他學(xué)者對天然氣水合物含油氣系統(tǒng)的研究成果，探討天然氣水合物形成的6個要素(氣源、溫度－壓力、含水條件、運(yùn)移條件、儲集空間、關(guān)鍵時刻)的研究進(jìn)展、存在問題和發(fā)展趨勢，對天然氣水合物分布規(guī)律研究具有重要指導(dǎo)意義，并可為天然氣水合物勘探開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 天然氣水合物含油氣系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

天然氣水合物含油氣系統(tǒng)是指天然氣水合物形成、分解和富集成藏的地質(zhì)要素與地質(zhì)作用過程的總和，其類似于常規(guī)油氣勘探的含油氣系統(tǒng)［14］，包括了同一運(yùn)聚系統(tǒng)內(nèi)有效烴源巖及與其相關(guān)的天然氣水合物，以及天然氣水合物形成所需要的一切靜態(tài)要素與動態(tài)過程。根據(jù)這一概念，將形成天然氣水合物含油氣系統(tǒng)分為6個要素進(jìn)行探討，分別為氣源、溫度－壓力、含水條件、運(yùn)移條件、儲集空間、關(guān)鍵時刻。

1.1 氣源

氣源在天然氣水合物形成過程中具有重要作用。只有當(dāng)流體中的甲烷(烴類)濃度超過其溶解度才能夠形成具有規(guī)模的天然氣水合物［15］。因此，充足的甲烷(烴類)是形成天然氣水合物的關(guān)鍵條件之一。不同濃度的甲烷(烴類)將形成不同的天然氣水合物成藏模式(圖1)［16］。在天然氣水合物穩(wěn)定帶內(nèi)，當(dāng)流體中的甲烷(烴類)濃度小于其溶解度時，在水合物穩(wěn)定帶內(nèi)形成天然氣水合物(圖1a);當(dāng)流體中的甲烷(烴類)濃度大于溶解度時，不僅在水合物穩(wěn)定帶內(nèi)形成天然氣水合物，在水合物穩(wěn)定帶頂、底也分別形成游離氣藏(圖1b)。當(dāng)天然氣水合物穩(wěn)定帶及其底界以下流體中甲烷(烴類)濃度大于其溶解度時，水合物穩(wěn)定帶頂部不斷有游離氣溢出，并在下部的水合物穩(wěn)定帶內(nèi)不斷形成水合物，達(dá)到平衡狀態(tài)(圖1c)。這一模式很好地解釋了海底有游離氣不斷逸散的區(qū)域是天然氣水合物有利分布區(qū)的原因。因此，高濃度的甲烷(烴類)供給形成的天然氣水合物分布區(qū)應(yīng)是優(yōu)先關(guān)注的資源勘探靶區(qū)。

圖1 甲烷濃度對天然氣水合物分布模式影響示意圖Fig.1 The schematic diagram of the effect of methane concentration on the distribution pattern of natural gas hydrates

形成天然氣水合物的烴類氣體由沉積物中的有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化而來或直接來源于深部的游離氣。據(jù)此可將形成天然氣水合物的氣源分為有機(jī)成因、無機(jī)成因、無機(jī)－有機(jī)、混合成因4類。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物氣源研究結(jié)果表明，其氣源全都為有機(jī)成因，主要來自于有機(jī)質(zhì)熱分解(熱成因)和微生物降解(圖2)。由于熱成因烴類氣體可形成高濃度甲烷(烴類)，進(jìn)而可形成高豐度的天然氣水合物。因此，熱成因氣源對天然氣水合物形成具有重要意義。阿拉斯加北坡盆地、阿姆斯特丹、溫哥華島近海岸、墨西哥灣、珠江口盆地以及祁連山凍土區(qū)的天然氣水合物均為熱成因氣源，但遭受了不同程度的次生生物降解作用(圖2a)。日本南凱海槽、挪威海盆地、加拿大馬歇更及郁陵盆地、印度克里希納－戈達(dá)瓦里盆地等地的天然氣水合物的氣源則為微生物成因氣(圖2b)。總之，已發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物多數(shù)都與生物降解作用有關(guān)，而在海洋中形成的天然氣水合物烷烴氣與生物降解作用的關(guān)系尤為密切。由于生物降解作用產(chǎn)生的天然氣豐度低、分布廣，可解釋在諸多有機(jī)質(zhì)含量不足的淺部地層中的天然氣水合物的成因。

圖2 天然氣水合物烷烴氣成因判別Fig.2 The natural gas hydrate alkane gas genesis discrimination

熱成因氣為沉積巖中的有機(jī)質(zhì)在高溫、還原條件下分解和裂解的產(chǎn)物。通常，熱成因天然氣水合物氣體組分中甲烷含量相對較低，而∑C2—C5含量相對較高。熱成因氣的氣源又可分為油型氣和煤成氣，通常油型氣中∑C2—C5組分含量又相對較高，多形成穩(wěn)定的Ⅱ型和H型天然氣水合物，而煤成氣中甲烷含量相對較油型氣高，常形成Ⅰ型和Ⅱ型天然氣水合物［7，14］。由于熱成因天然氣水合物在氣源上與常規(guī)油氣一致，可參考常規(guī)油氣有機(jī)質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)，評價內(nèi)容主要包括有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)類型和有機(jī)質(zhì)熱演化程度。

微生物成因天然氣的氣源是厭氧性細(xì)菌在海(湖)底消化有機(jī)碎屑的產(chǎn)物。包括厭氧細(xì)菌硫酸鹽還原菌(SRB)、硝酸鹽還原菌(NRB)在內(nèi)的非產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)甲烷菌相互依賴，互為對方提供和創(chuàng)造良好的環(huán)境和條件［17－19］。由于甲烷菌的活動對生物成因氣形成起著重要作用，甲烷菌的生存條件決定了生物氣發(fā)育狀況。甲烷菌生存深度主要為800～1 300 m，溫度低于80 ℃［20］;其能夠承受的最高地層水鹽度為4 mol/kg［21］;適合于甲烷菌生長的氧化還原電位為－540～－590 mV;適合生長的pH 為 5.9～8.4［22－24］，若 pH 超過 8.0 時就受到抑制［25］。非產(chǎn)甲烷菌將動植物有機(jī)體進(jìn)行厭氧消化，為甲烷菌提供生長和代謝所需的碳源，甲烷菌通過乙酸發(fā)酵途徑產(chǎn)生甲烷氣、二氧化碳，自養(yǎng)型甲烷菌則還原二氧化碳形成甲烷氣，在這一復(fù)雜過程中產(chǎn)生了二氧化碳、硫化氫、丙烷、乙烷和大量的甲烷。通常微生物成因天然氣與水主要形成Ⅰ型結(jié)構(gòu)的天然氣水合物［26］。這一成因的天然氣水合物廣泛分布于現(xiàn)今的淺海地區(qū)［27］。

微生物成因的天然氣水合物多形成于海底或海底松散沉積物中，流體中的甲烷(烴類)濃度是形成天然氣水合物的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，淺層沉積物中豐富的有機(jī)質(zhì)是形成微生物成因天然氣的重要條件［28］，然而，柴達(dá)木盆地的微生物成因氣田的研究結(jié)果證實(shí)，新近系和第四系烴源巖的TOC均極低［29］，說明有機(jī)質(zhì)的富集程度和微生物成因氣氣田的形成并沒有直接關(guān)系。來自爪哇海的微生物成因天然氣也表明:0.5%～1.0%的有機(jī)碳可以支撐大量產(chǎn)甲烷菌的活動［30］。更有研究表明，與微生物成因天然氣有關(guān)的微生物種群含量與有機(jī)質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系［31］。由此看來，有機(jī)質(zhì)含量的高低也許并不能說明微生物成因天然氣形成的多少。微生物成因天然氣與沉積物中的有機(jī)質(zhì)豐度、微生物種群含量之間的關(guān)系尚不明確。因此，到目前為止，還沒有統(tǒng)一的微生物成因天然氣有機(jī)質(zhì)豐度評價標(biāo)準(zhǔn)，成為制約微生物成因天然氣相關(guān)研究的關(guān)鍵。

微生物成因天然氣資源總量約占全世界天然氣資源量的20%，而與之有密切關(guān)系的天然氣水合物的資源量豐富，廣泛分布于海洋［8，14，32］。隨著非常規(guī)油氣勘探開發(fā)技術(shù)的不斷進(jìn)步，也不再將目光局限于陸地，進(jìn)軍海洋成為大勢所趨，由于多數(shù)海域的天然氣水合物都與生物降解作用相關(guān)，因此，開展微生物成因天然氣有機(jī)質(zhì)豐度的評價標(biāo)準(zhǔn)研究將是天然氣水合物氣源研究的重要內(nèi)容之一。

1.2 溫度－壓力

天然氣水合物的生成與分解是氣、液、固三相流體動態(tài)平衡的可逆物理化學(xué)變化過程，任何影響相平衡的因素都能影響水合物的生成與分解過程。影響因素包括溫度、孔隙壓力、天然氣氣體組分、孔隙水鹽度等因素［4，14］。對于純甲烷的天然氣，隨著溫度升高，形成天然氣水合物需要的孔隙壓力也隨之升高［5，14］，甚至呈指數(shù)增加［4，32－34］。對于不同組分的天然氣，其天然氣水合物溫度－壓力臨界曲線也存在不同:在溫度一定的條件下，隨著甲烷含量降低(其他輕烴組分增加)，形成水合物相應(yīng)的最低壓力降低，這表明隨著輕烴組分的增加，天然氣水合物形成的溫度－壓力范圍也更大，從而大幅增加了天然氣水合物的穩(wěn)定帶厚度。相關(guān)研究表明［14，35］:①隨著地表凍土層厚度的增加，天然氣水合物穩(wěn)定帶厚度也隨之增加。②隨著地溫梯度降低，天然氣水合物厚度也逐漸增加。隨著溫度降低，天然氣水合物賦存范圍變大，而隨著埋深增加，孔隙壓力也隨之增大，從而導(dǎo)致天然氣水合物的賦存深度進(jìn)一步加大，在地溫梯度降低1/2時，天然氣水合物厚度可增加一倍多。③在相同溫度下，特定組分的天然氣在不同的壓力梯度條件下，其形成的天然氣水合物壓力也相同，這也進(jìn)一步證實(shí)地溫梯度不改變天然氣水合物的臨界溫度－壓力平衡。Dickens等研究表明［36］:在海水中水合物分解的溫度要比在純水中低1.1℃。因此，當(dāng)有鹽溶液進(jìn)入孔隙時將使水合物帶厚度變薄。在墨西哥灣鹽底辟帶，因鹽度的增加，底辟帶水合物厚度要比周圍低數(shù)百米［32］。

不同的溫度－壓力形成不同的天然氣水合物和游離氣組合模式:當(dāng)凍土層厚度較大、地層溫度較低時，?？梢姷絻鐾翆又轮苯臃植继烊粴馑衔?當(dāng)凍土層厚度較小、地溫較高、地溫梯度較小和孔隙流體壓力梯度較大時，凍土層下不具備形成天然氣水合物的溫度－壓力條件。隨著深度加大，地層壓力和溫度升高，溫度－壓力條件適合形成天然氣水合物;隨著深度進(jìn)一步加大，地層壓力和溫度進(jìn)一步升高，溫度－壓力條件不再適合形成天然氣水合物，從而在剖面上自上而下形成凍土—游離氣—天然氣水合物—游離氣的天然氣水合物分布模式。祁連山凍土區(qū)天然氣水合物穩(wěn)定帶上下均有游離氣，證實(shí)其溫度－壓力平衡屬于此類［37］。

諸多學(xué)者對天然氣水合物溫度－壓力做了研究工作，但大多數(shù)集中于2種或3種不同氣體組分的物理化學(xué)的單相、兩相實(shí)驗(yàn)?zāi)M，考慮的控制要素比較單一。實(shí)際上，由于天然氣水合物溫度－壓力平衡系統(tǒng)是一個氣－液－固3種相態(tài)、多要素的復(fù)雜物理化學(xué)過程系統(tǒng)。將天然氣組分、溫度、壓力等多要素納入統(tǒng)一評價體系量化研究天然氣水合物溫度－壓力曲線成為關(guān)鍵，進(jìn)而為解決天然氣水合物賦存空間條件提供有力依據(jù)。

1.3 含水條件

I型天然氣水合物的理想氣水比為8∶46，而Ⅱ型天然氣水合物的理想氣水比為24∶136［14］。同時，1.0 m3的天然氣水合物可分解產(chǎn)生0.8 m3的水［3］。這些事實(shí)表明，天然氣水合物含有大量的水。在大多數(shù)情況下，水在海洋和陸地沉積物中普遍存在，但是由于隔水層(泥頁巖、黏土巖)阻斷了水的運(yùn)移，會導(dǎo)致含天然氣的儲層中缺少水，從而會阻礙天然氣水合物的形成。對深海排出的天然氣氣泡和泥火山通道研究發(fā)現(xiàn):在天然氣水合物穩(wěn)定帶內(nèi)，沿著斷裂面或裂縫壁廣泛分布天然氣水合物薄膜，而游離氣則沿著斷層通道或裂縫通道分布或運(yùn)移。形成這種現(xiàn)象的原因在于早期沿斷裂面或裂縫壁形成的天然氣水合物阻礙了水向裂縫、斷裂運(yùn)移，從而導(dǎo)致天然氣和水各自保持原狀，不能在天然氣水合物穩(wěn)定帶形成水合物。在阿拉斯加北部的一個預(yù)測的天然氣水合物穩(wěn)定帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一個孤立的含氣砂巖體中充滿了游離氣，其被厚頁巖所包圍，其水飽和度僅為百分之幾［5］。這種現(xiàn)象就是由于缺乏有效的孔隙水與天然氣結(jié)合，從而沒有形成天然氣水合物。

1.4 運(yùn)移條件

在大多數(shù)情況下，僅在天然氣水合物穩(wěn)定帶內(nèi)生成的甲烷不足以解釋天然氣水合物中的氣體含量。因此，天然氣水合物在形成之前，其作為流體已經(jīng)發(fā)生了運(yùn)移。氣體主要通過以下3種相態(tài)發(fā)生運(yùn)移［14］:①擴(kuò)散。氣體通過擴(kuò)散遷移是一個非常緩慢的過程，并且在大多數(shù)情況下不能進(jìn)行長距離氣體遷移。由于擴(kuò)散緩慢，導(dǎo)致天然氣流體濃度較低，通常不能形成天然氣水合物［17］。②溶解在水中遷移。Hyndman等［38］證實(shí)，溶解在遷移水中的氣體可運(yùn)移至水合物穩(wěn)定區(qū)形成天然氣水合物。③游離氣泡在浮力作用下運(yùn)移，即甲烷以氣泡相(分離氣相)向上遷移進(jìn)入水合物穩(wěn)定帶，水合物在氣泡與孔隙水界面處形成天然氣水合物。后2種氣體運(yùn)移相態(tài)是流體運(yùn)移的重要途徑。這2種運(yùn)移相態(tài)都需要通道允許流體(水、氣泡)發(fā)生運(yùn)移，并且氣相遷移相對需要更好的運(yùn)移通道［14］。流體的運(yùn)移通道可分為孔隙、裂縫、斷層和不整合。目前發(fā)現(xiàn)與天然氣水合物有關(guān)的天然氣或流體運(yùn)移主要是通過活動斷裂系統(tǒng)(包括多邊形斷層)、底辟構(gòu)造(鹽底辟、泥底辟和流體底辟等)及其伴生斷裂、不整合面和高滲透性沉積地層(砂體、濁積古河道)等通道運(yùn)移(表 1)［9－10］。

表1 流體主要運(yùn)移通道及儲層類型Table 1 The main fluid migration pathways and reservoir types

1.5 儲集空間

儲集空間也是天然氣水合物成藏的主要要素之一。根據(jù)天然氣水合物賦存的空間類型和產(chǎn)狀可將儲層分為4類:①孔隙儲層。水合物充填在沉積物孔隙中，通常情況下肉眼不可見，也叫彌散型水合物。②斷層或裂縫儲層。水合物充填在沉積巖的裂隙中，由于裂隙的形狀、大小不同，可形成塊狀、脈狀、結(jié)核狀及層狀等不同形態(tài)的天然氣水合物藏;Cook等［39］認(rèn)為，當(dāng)流體中氣體濃度超過了其溶解度，天然氣水合物將在垂直裂縫面上大量形成，該模型可以合理地解釋裂縫充填天然氣水合物的發(fā)生。在鄂霍次克海海底沉積層中的天然氣水合物占其儲存空間的30%～40%［40］。③泥頁巖儲層。天然氣水合物充填于泥頁巖等細(xì)粒沉積物的微孔隙中，這類天然氣水合物呈分散狀分布;然而，目前對于富含黏土的沉積物中的天然氣水合物的形成機(jī)制并不明確。④暴露于海底的天然氣水合物。鉆探證實(shí)，該類天然氣水合物主要受粗粒沉積物控制。由于粗粒沉積物中毛細(xì)管壓力較低，允許氣體遷移和水結(jié)合形成天然氣水合物，因此，天然氣水合物優(yōu)先發(fā)育于粗粒沉積物中［41－42］。例如，美國阿拉斯加凍土帶、麥肯錫三角洲、日本南海海槽等地的天然氣水合物廣泛分布于砂巖以及濁積物中(表1)。

不同類型儲層中的天然氣水合物資源量呈金字塔形分布。其中，以阿拉斯加北部斜坡盆地凍土帶砂巖和墨西哥海灣海洋環(huán)境中的砂巖為代表的儲層，具備形成高濃度天然氣水合物聚集所需條件，具有較好的勘探和利用價值，但其資源量較少;與斷裂、裂縫相關(guān)的泥巖天然氣水合物儲層較為常見，資源量次之;泥頁巖、黏土巖等細(xì)粒沉積物中賦存的天然氣水合物資源量巨大。從金字塔的頂端向下，原位資源量在增加，但儲層孔隙度、滲透率、飽和度和采收率均逐漸降低，開采難度和采收成本增加?，F(xiàn)階段天然氣水合物的勘探和開發(fā)主要集中在凍土帶和海洋的砂巖儲層，而裂縫性儲層和細(xì)粒沉積物中賦存的天然氣水合物的勘探和開發(fā)工作尚未形成規(guī)模。

1.6 關(guān)鍵時刻

在常規(guī)石油系統(tǒng)中，油氣成藏(油氣生成、運(yùn)移和聚集)和保存相關(guān)的關(guān)鍵地質(zhì)事件的發(fā)生時間是一個非常重要的控制因素。與傳統(tǒng)石油系統(tǒng)一樣，天然氣水合物含油氣系統(tǒng)也要考慮諸多靜態(tài)要素在地質(zhì)演化過程中的恰當(dāng)配置，才能構(gòu)成一個完整的天然氣水合物含油氣系統(tǒng)［14］。關(guān)鍵時刻包括2個方面的內(nèi)涵:各要素在空間上的疊置關(guān)系和匹配序列。

各要素的空間疊置主要表現(xiàn)為靜態(tài)要素的疊加。根據(jù)不同氣源、運(yùn)移通道、儲層空間的組合關(guān)系，可將其分為構(gòu)造型、地層型、復(fù)合型3種主要的疊置組合關(guān)系(圖3)［9，32］。構(gòu)造型天然氣水合物主要由熱成因氣、生物成因氣或者混合氣從較深部位油氣藏沿斷裂、泥火山或其他構(gòu)造通道快速運(yùn)移至天然氣水合物穩(wěn)定帶(如墨西哥灣西北部、水合物脊)，這類沉積物中通常天然氣水合物飽和度較高，具有較高的資源密度和開采價值(圖3a)。地層型天然氣水合物產(chǎn)于滲透性相對較高的沉積物中，主要由原地產(chǎn)出的或從深部緩慢遷移而來的生物成因天然氣所形成(如布萊克海臺、墨西哥灣的小型盆地、日本南海海槽)，該類型天然氣水合物空間分布受滲透性相對較高的地層的幾何形態(tài)所控制(圖3b)，天然氣水合物主要賦存于利于流體運(yùn)移并為天然氣水合物提供了成核空間的粗粒沉積物中，通常位于海底以下。這類沉積物中形成的天然氣水合物飽和度較低，開采難度較大，但在日本南海海槽的天然氣水合物礦藏高滲透性薄砂層中水合物的含量很高，甚至高達(dá)整個孔隙的82%，具有開發(fā)價值。復(fù)合型天然氣水合物礦藏則主要由活動斷裂或底辟構(gòu)造快速供應(yīng)的流體(天然氣和水)在滲透性相對高的沉積物中所形成(圖3c)。水合物脊、布萊克海臺、日本南海海槽等地也具有這種復(fù)合型的天然氣水合物。

圖3 天然氣水合物成藏組合方式Fig.3 The natural gas hydrate accumulation association

天然氣水合物成藏要素的匹配序列主要表現(xiàn)為一個復(fù)雜的動態(tài)過程，并非與含油氣系統(tǒng)中的關(guān)鍵時刻的內(nèi)涵相同。通常最理想的匹配序列如下:天然氣水合物穩(wěn)定帶和儲層空間形成于氣體運(yùn)移到其之前，否則氣體因?yàn)槿鄙俜€(wěn)定帶這一“圈閉”而逸散。而后，含有飽和氣的水充注到具有天然氣水合物穩(wěn)定帶的儲層中。這一過程涉及儲層、烴源巖或微生物、斷裂、溫度、壓力等因素，取決于盆地構(gòu)造－沉積演化史和盆地?zé)崾?，它們是天然氣水合物含油氣系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)和依據(jù)。

微生物或熱成因來源對天然氣生成和運(yùn)移時間起著決定作用［14］。因此，生烴史研究成為天然氣水合物關(guān)鍵時刻研究的重點(diǎn)。而各個要素在時空上的耦合是天然氣水合物聚集發(fā)生的重要因素，時間要素是天然氣水合物含油氣系統(tǒng)諸多靜態(tài)要素貫串統(tǒng)一發(fā)揮作用的關(guān)鍵［43－44］。對于一個范圍較小的研究區(qū)而言，其水深、溫度、氣體來源等通常變化不大，表現(xiàn)為較為均一的特征。深水沉積體的類型、成因機(jī)制、分布和演化，以及含氣流體運(yùn)移通道通常具有一定差異性，會影響有利的儲集空間分布和垂向/側(cè)向的流體量，從而導(dǎo)致靶區(qū)內(nèi)天然氣水合物分布的不均勻性。

2 展望

(1)基于“源控論”思想，氣源決定油氣的形成與分布，氣源研究在天然氣水合物形成與分布中也占重要地位。目前，在生物氣源研究方面，關(guān)于生物氣田的形成與有機(jī)碳含量的關(guān)系至今還沒有定論，需要進(jìn)一步開展研究工作。此外，建立生物成因氣田的有機(jī)質(zhì)豐度評價標(biāo)準(zhǔn)也是開展海洋天然氣水合物勘探開發(fā)中亟待解決的問題之一。

(2)天然氣水合物的形成與分解是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，將影響天然氣水合物形成的溫度、壓力、天然氣組分和孔隙水的鹽度等諸多要素納入統(tǒng)一評價體系，進(jìn)行理論和實(shí)踐相結(jié)合的定量化研究，來探討天然氣水合物溫度－壓力平衡曲線，將對天然氣水合物穩(wěn)定帶分布規(guī)律研究具有重要意義。

(3)裂縫性儲層和細(xì)粒沉積物中賦存的天然氣水合物資源量巨大，開展裂縫性、細(xì)粒沉積物天然氣水合物儲層研究是未來天然氣水合物研究的重要方向。但是，對于該類非均質(zhì)性儲層目前尚沒有精準(zhǔn)的評價方法。此外，根據(jù)不同天然氣水合物的類型、儲層孔隙結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)物性，探索該類非均質(zhì)性儲層描述方法將成為天然氣水合物豐度定量表征方法研究的重要內(nèi)容，進(jìn)而為預(yù)測具有商業(yè)開采價值的天然氣水合物“甜點(diǎn)”區(qū)提供技術(shù)支撐。

(4)由于區(qū)域上天然氣水合物分布的不均勻性，必須綜合采用地質(zhì)－地球物理手段進(jìn)行分析。對于天然氣水合物形成過程的時序關(guān)系，盆地模擬技術(shù)將是關(guān)鍵時刻研究的重要手段［45］。

3 結(jié)論

(1)氣源在天然氣水合物形成過程中扮演著重要作用。天然氣水合物氣源主要來自于有機(jī)質(zhì)熱分解和微生物降解。充足的烴類氣體是形成天然氣水合物的關(guān)鍵條件之一。只有當(dāng)溶于流體中的烴類超過其對應(yīng)的烴類擴(kuò)散速率臨界值時，才能夠形成天然氣水合物。

(2)不同濃度的烴類氣體將形成不同的天然氣水合物成藏模式。天然氣水合物形成與分解是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。目前，開展單相態(tài)、單要素的定性研究成果較多，而進(jìn)行三相態(tài)(氣－液－固)、多要素、多變量的溫度－壓力平衡研究較少。

(3)天然氣水合物主要受裂縫和粗粒沉積物控制，同時在黏土巖內(nèi)廣泛發(fā)育。砂巖型儲層天然氣水合物是目前天然氣水合物勘探開發(fā)的重要目標(biāo)，裂縫性儲層和細(xì)粒沉積物中賦存的天然氣水合物資源量巨大，是未來天然氣水合物研究的重要方向之一。

(4)在天然氣水合物含油氣系統(tǒng)研究中，構(gòu)造－沉積演化史研究是基礎(chǔ)，生烴史研究是重點(diǎn)，要素匹配分析是關(guān)鍵。