南海富含有孔虫沉积物中水合物形成及其声学响应机理研究

Foraminifera has been validated to relate with high-saturation gas hydrate distribution from Shenhu Area, South China Sea (SCS). Understanding the impacts of foraminifera on hydrate formation and its acoustic response on the host sediments are significant for "Foraminifera-Type" gas hydrate prospecting and subsequent resource evaluation. However, hydrate-related foraminifera research was mainly focused on reconstruction of gas-seepage evironment, the physical property changes by foraminifera were rarely reported. Here, we proposed a combination of the high-resolution X-ray Computed Tomography (X-CT) and the joint acoustical -TDR (Time Domain Reflectometry) technique to reveal micro processes and acoustic parameter changes in the hose sediments during hydrate formation in "foraminifera-rich sediments from SCS", "foraminifera-free SCS sediments" and "pure foraminifera" in laboratory. Combining the above results with an investigation of the macro relationship between foraminifera and the ages of hydrate host sediment from SCS, the impacts of foraminifera on macro- and micro- timescale and spatial distribution of SCS hydrate accumulation will be discussed. With the experimental data, a relation among hydrate saturation, hydrate microscopic distribution and acoustic properties of the host sediments will also be got, with which we will try to demonstrate the acoustic mechanism of hydrate formation in foraminifera-rich sediments and to propose an effective "Foraminifera-Type" hydrate-velocity model. These results will provide basic information for studying SCS gas hydrate accumulation mechanism, as well as giving important approaches for hydrate prospecting and resource evaluation in SCS.

有孔虫是促进南海神狐海域高饱和度水合物富集的重要因素之一，了解有孔虫对水合物形成的时空分布及其声学响应影响特征，是应用地质、地球物理手段对"有孔虫型"水合物进行勘探和资源评价的基础。国内外与水合物相关的有孔虫研究多用于指示环境，鲜有从物性角度揭示其对水合物储层物性异常影响的研究工作。本研究拟结合国际先进的"高精度X-CT技术"和"声学与时域反射联合探测技术"，采用模拟实验的方法直接观测"原始南海沉积物"、"剔除有孔虫后的沉积物"和"纯有孔虫"中水合物的微观形成过程和声学参数变化情况，结合南海水合物赋存的沉积物地质年代与有孔虫分布的宏观关系，从宏、微观角度探讨有孔虫对南海水合物形成的时空分布影响机理；通过建立水合物饱和度、微观分布和声学特性三者之间的关系，阐明有孔虫对水合物形成的声学响应影响机理，并提出"有孔虫型"水合物声学模型，为南海水合物的富集规律研究和资源勘探与评价提供理论支撑。

有孔虫对沉积物中水合物的生长和赋存具有重要的影响，南海富含有孔虫沉积物中水合物形成及其声学响应机理对水合物地球物理勘探具有重要意义。本项目以实验手段分别在南海沉积物和剔除有孔虫后的沉积物中进行水合物的形成实验，利用声学与时域反射联合探测技术，原位测量沉积介质的纵横波参数和水合物饱和度。随后，使用相同样品和温压条件进行水合物的形成实验，应用高精度CT技术原位观测含有孔虫和不含有孔虫时水合物的微观分布模式。此外，调查获取南海水合物赋存沉积物的年代与有孔虫的宏观关系。最后，由宏、微观数据揭示有孔虫对水合物形成的时空分布影响，阐明有孔虫对水合物形成的声学响应机理。.研究结果表明，水合物在南海沉积物中优先在颗粒较大的有孔虫壳体内部生长，且主要以附着在壳体内壁的模式生长，这对南海水合物地震勘探和资源量估算具有重要的参考价值。以南海纯有孔虫壳体作为介质进行水合物生长模拟实验，并在线观测了水合物在有孔虫壳体中的生长和赋存特征。.在南海原始沉积物、纯有孔虫沉积物和剔除有孔虫沉积物中分别开展水合物的形成实验，在南海原始沉积物中，水合物生成量较少，水合物饱和度最高可达24%，纵横波速度分别从1574m/s和548m/s升高到2017m/s和805m/s。在纯有孔虫沉积物中，水合物非常容易形成，水合物饱和度最高可达92%，从CT图像上可以较为清晰的观测到水合物的分布，纯有孔虫沉积介质的纵横波速度可从1570m/s和535m/s升高到3256m/s和1506m/s。在剔除有孔虫的沉积物中，在实验室条件下水合物非常难以形成。依据CT扫描结果，结合岩石物理模型的理论分析，水合物在有孔虫壳体中形成时，首先从接触有孔虫壳体的壁处开始生成，逐渐在孔隙空间中形成。权重方程和BGTL理论通过调节因子却可以较为准确地预测含水合物南海沉积物的纵横波速度，这两个模型具有很强的适应能力。.项目执行期间共发表论文17篇，参与撰写专著1部，获得国家发明专利9项，实用新型专利9项，参加国际会议3次并作报告，参加IODP372航次并开展研究工作。