海底泥火山对天然气水合物形成影响分析

王浩宇，吴 涛，秦梦华，吕晓伟，郝硕菲

(1. 长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室 长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100；2. 长江大学 石油工程学院，湖北 武汉 430100； 3. 中石油华北油田分公司勘探开发研究院，河北 任丘 062552；4. 中石油华北油田公司山西煤层气勘探开发分公司 郑二采气作业区，山西 晋城 048200)

海底泥火山对天然气水合物形成影响分析

王浩宇1，吴 涛2，秦梦华3，吕晓伟3，郝硕菲4

(1. 长江大学 油气资源与勘探技术教育部重点实验室 长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100；2. 长江大学 石油工程学院，湖北 武汉 430100； 3. 中石油华北油田分公司勘探开发研究院，河北 任丘 062552；4. 中石油华北油田公司山西煤层气勘探开发分公司 郑二采气作业区，山西 晋城 048200)

连通深海石油和天然气的主要通道为海底泥火山。因此分析泥火山对深海油气的运移特征和泥火山的形成机理，对探索海底泥火山控制下的油气藏的形成和影响具有重要科学意义。利用实验模拟技术分析泥火山的形成机制及其对油气的运移特征，分析出了海底泥火山的主要形成演化规律和演化模式。探索海底泥火山构造作用下的油气藏与天然气水合物藏共生研究，成为了今后研究天然气水合物藏的重要方向。

海底泥火山；触发因素；天然气水合物；通道

甲烷排放到水圈和大气圈的重要因素是因为泥火山的存在[1-3]。其类似构造受横向应力作用，发育在俯冲带及造山带[3-5]。海底泥火山是生命的证据，是形成天然气水合物的重要标志[5-8]。泥火山存在的区域经常受石油和天然气的产生、迁移、积累和破坏影响。研究泥火山的形成机理，对探索深海油气成藏具有重要意义。

1 泥火山形成机制

引起泥火山形成因素主要有2种基本机制：a垂直应力或横向挤压、拉张作用下，下覆地层刺穿上覆地层形成火山构造；b由于液化作用泥流沿着断层和破碎带上升的结果。泥火山形成触发的条件主要包括地震作用、火山活动作用、海啸、风暴气候、深水重力流滑塌或块体滑坡以及未知天体的撞击等作用。超压的形成发育与许多因素相关，其中包括地层水渗透、泥岩欠压实、有机质降解、构造挤压、水热增压(温)、压力传递、密度差异、气体运移、黏土矿物脱水、地层抬升剥蚀、等势面不规则性等。

2 泥火山主要形成过程

上下两套底层间形成超压、上覆地层变形，地层发生破裂、沉积物析出、沉积物附着上覆地层。综合观察所有的实验过程，可以发现，实验过程主要经历了几个变化阶段，最终形成海底泥火山构造样式(图1)。

图1 实验过程

通过本次物理模拟实验，建立了泥火山形成演化模式(图2)。泥火山的形成过程可以划分为以下几个阶段：初始阶段；早期阶段；中期阶段；晚期阶段。

初始阶段：厚层泥岩，未能达到一定的埋深，深部异常压力、温度并不能对泥岩层起作用。地层之间处在一种相对平衡的状态。

早期阶段：由于浮力、超压、构造挤压、不均匀压实作用，泥岩受到深部异常压力和温度的影响，产生塑性变形，形成低幅背斜形态，但上覆地层未发生破裂。

图2 演化模式

中期阶段：流体压力大于上覆地层所能承受的最大压力时，能量得到释放，盖层破裂。大量气体逸出。流体和气体以羽状气泡流形式，通过泥火山喷发，形成圆锥状泥火山或麻坑。

晚期阶段：泥火山多期喷发后，释放了大量的能量，形成了多个火山口。随着时间的推移，上部地层接受沉积，泥火山深部聚集的能量越来越多，当超过上覆地层的压力的时候，泥火山再次被激活，开始二次活跃期。

3 泥火山与天然气水合物的关系

天然气水合物的形成不仅受到物理、化学条件的影响(温压条件、地球化学特征、气体来源)，也受到实际地质条件的控制(运移条件、沉积作用)。泥火山中的流体上侵引起水合物温压场和地球化学特征的变化，造成热流异常，天然气水合物藏受到破坏，甲烷气体上涌喷发出海底地表，形成羽状流，从而影响水合物的形成和富集。同时，泥火山作为气体从深部地层进入到浅层的良好通道，其上侵作用中携带的甲烷成为天然气水合物气藏形成的重要气体来源。高通量的甲烷供给的表现是海底泥火山作为运移通道的结果。在泥底辟和泥火山发育的地区，常见羽状流，其表现大量、快速的流体逸散现象。

4 结 语

实验模拟了泥火山幕式形成的全部过程，并且建立了泥火山形成的演化模式。利用实验模拟的方法对泥火山的形成机制进行了全面的分析。

泥火山中的流体上侵引起水合物温压场和地球化学特征的变化，从而影响水合物的形成和富集。高通量的甲烷供给的表现是海底泥火山作为运移通道的结果，说明泥火山与天然气水合物有紧密的联系。

[1] Dimitrov L I. Mud volcanoes——the most important pathway for degassing deeply buried sediments[J]. Earth-Science Reviews, 2002, 59(1-4): 49-76.

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An Analysis of Influence of Submarine Mud Volcano on Gas Hydrate Formation

WANG Haoyu1, WU Tao2, QIN Menghua3, LV Xiaowei3, HAO Shuofei4

(1.KeyLaboratoryofExplorationTechnologiesforOil&GasResources,MinistryofEducation,YangtzeUniversity,Wuhan,Hubei430100,China; 2.SchoolofPetroleumEngineering,YangtzeUniversity,Wuhan,Hubei430100,China; 3.ExplorationandDevelopmentResearchInstituteofHuabeiOilfielf,CNPC,Renqiu,Hebei062552,China; 4.CNPCofHuabeiOilfieldCBMBranchCompany,Zheng’erGasProducingArea,Jincheng,Shanxi048200,China)

The main channel for connecting deep sea oil and gas is submarine mud volcanoes. Therefore, it is of great scientific significance to analyze the characteristics of mud volcanoes in deep-sea oil, including gas and the formation mechanism of mud volcanoes to explore the formation of oil and gas pools under the control of submarine mud volcanoes. The formation mechanism of mud volcano and its migration characteristics of oil and gas are analyzed by means of experimental simulation. The formation, evolution and evolution model of submarine mud volcano are analyzed. It is important to study the symbiosis between oil and gas reservoirs and gas hydrate reservoirs under the action of submarine mud volcanoes.

Submarine mud volcano；Trigger factor；Natural gas hydrate；channel

2017-05-20

国家“十二五”重大专项(2011ZX05023-002)

王浩宇(1990-)，男，山东聊城人，在读博士，研究方向：沉积，手机：15633172192，E-mail：271960104@qq.com；通讯作者：王振奇(1963-)，男，教授，博士生导师，研究方向：油气成藏规律及油气储层综合评价，E-mail: wzq@yangtzeu.edu.cn.

P618.13

B

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.04.017