南海北部天然气水合物钻探区烃类气体成因类型

南海天然气水合物钻探区的自生碳酸盐岩~

——海底富烃流体活动的记录
陆红锋1，陈芳1，刘坚1，孙晓明2，廖志良1
陆红锋（1976—），男，博士，高级工程师，主要从事岩矿测试和地球化学研究，E-mail:arloo@hydz.cn。
1.广州海洋地质调查局，广州　510275
2.中山大学地球科学系，广州　510760
摘要：大陆边缘海的流体喷流活动或天然气水合物分解都会导致自生碳酸盐岩的形成。南海天然气水合物钻探区出现的自生碳酸盐岩主要为烟囱状，以铁白云石、文石、方解石碳酸盐矿物为主；稳定同位素研究显示，烟囱的δ13CPDB值为－40.18‰～－38.69‰、δ18OPDB值为3.75‰～4.31‰，显示了来源于甲烷厌氧氧化作用的特征，是海底富含甲烷的流体活动的最终产物。持续或间断的流体喷流活动，使钻探区碳酸盐岩烟囱发生单阶段或多阶段沉淀。
关键词：南海；天然气水合物；自生碳酸盐岩；稳定同位素；甲烷厌氧氧化作用
Characteristics of Authigenic Carbonate Chimneys in Shenhu Area,Northern South
China Sea:Recorders of Hydrocarbon-Enriched Fluid Activity
Lu Hongfeng1,Chen Fang1,Liu Jian1,Sun Xiaoming2,Liao Zhiliang1
1.Guangzhou Marine Geological Survey,Guangzhou 510760,China
2.Department of Earth Sciences,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510275,China
Abstract:Authigenic carbonates often occur in continental margin with fluids venting and/or gas hydrate dissociation.Authigenic carbonates found in Shenhu area,northern South China Sea,are in the form of chimney,and mainly comprise ankerite,aragonite and calcite.Carbon and oxygen stable isotope studies show that δ13C rangesfrom -40.18‰PDB to-38.69‰PDB,and δ18O varies between 3.75‰PDB and 4.31‰PDB.The typical isotope ratios suggest that these carbonate chimneys are derived from anaerobic methane oxidation and preticipated during methane-enriched fluid venting.
Key words:authigenic carbonates; northern South China Sea; stable isotope; anaerobic methane oxidation
0 引言
在大陆边缘海区，常常出现自生碳酸盐岩，该类岩石是海底存在喷流作用或冷泉流体活动的忠实体现者。近几年来，在天然气水合物赋存区也发现了大量的自生碳酸盐岩，如西大西洋布莱克海岭[1]、美国俄勒冈外海水合物脊[2]、墨西哥湾北部陆坡[3]等。自生碳酸盐岩在水合物赋存区的表层沉积物中沉淀，岩石典型特点为∑Ca CO3质量分数高、δ13C极度轻值，是水合物赋存区的独特岩类，记录了水合物稳定性、冷泉活动以及甲烷生成与释放等信息。2007年，广州海洋地质调查局在南海神狐海域实施了我国海域首次天然气水合物钻探，获取岩心最大深度260 m，在其中两口钻孔SH2B和SH7B中发现天然气水合物样品。笔者针对2004年广州海洋地质调查局在该钻探区获取的烟囱状自生碳酸盐岩开展研究，探讨该海区海底流体活动以及天然气水合物与自生碳酸盐岩成因关系。
1 地质背景和取样位置
南海是西太平洋最大的边缘海之一，位于欧亚板块、太平洋板块和印度洋板块的交汇处。受三大板块互相运动所制约，南海具有独特的边缘构造特征：东部为汇聚陆缘，北部、西部为离散陆缘。在东部汇聚陆缘南海板块沿马尼拉海沟向东俯冲，形成叠瓦状逆掩推覆的增生楔；北部、西部离散陆缘发生一系列的扩张裂陷、剪切、沉降作用，形成大中型沉积盆地，为有机质的富集提供最佳场所，同时也形成各类裂隙，为海底喷流作用提供通道。
南海天然气水合物钻探区位于神狐海域，海底地形变化相对平缓，水深变化范围在300～3 500m，水深线与海岸大致平行。地形由北西向南东倾斜，平均坡降为13.6‰，平均坡角达7°40 ＇。在海区西北和陆架转折带及上陆坡附近，海底地形及坡度变化较大，往东南部，水深缓慢增加，地形变化较平缓。该海区HS4DG和HS4a DG站位出现大量烟囱状自生碳酸盐岩，站位水深在350～400 m之间（图1）。

图1 南海天然气水合物钻探区碳酸盐岩的取样位置

2 样品处理和分析方法
样品的物相分析采用日本理学公司12 k W 旋转阳极X射线衍射仪，在北京大学地质系完成。共分析了4个碳酸盐岩烟囱全岩物相及不同矿物相的相对质量分数。分析前，先用蒸馏水把样品冲洗晾干，然后用玛瑙研钵磨碎成粉末（以样品中的石英为内标），之后制作成任意取向的粉末片，从5°～70°（2θ）进行扫描。采用Cu靶α射线，测试电压40 k V，电流100 m A，石墨单色器；扫描速度为4°2θ/min；采数步宽为0.02°（2θ/s）；射线发散狭缝角度为1°，接收狭缝宽设为0.3 mm，防散射狭缝为1°。
成分分析在中国科学院地质与地球物理研究所完成，采用岛津XRF-1500型荧光光谱仪。分析方法为标准曲线法（经验系数法），程序名称为Rock-major，制样设备是岛津TR-1000S自动玻璃熔融制样机（automatic bead fusion furnace）。样品先用蒸馏水冲洗干净晾干，制样方法使用玻璃片法，稀释比1:10，取碳酸盐试样0.6 g，熔剂(Li2B4O7，无水，高纯）6.0 g,1100 ℃熔融10 min。
碳氧稳定同位素的分析在中国科学院地质与地球物理研究所完成。样品分析采用磷酸法。取样品新鲜部位15 mg，研磨均匀，在300℃真空中烘烤2 h除去有机质，之后称取处理好的样品10 mg，放入反应器底部，再用注射针管将5 m L纯度为100％的正磷酸注入反应器支管内，将反应器接在真空系统上，抽取真空，真空度达到10-2Pa为止。然后将支管内的正磷酸与样品混合反应，并进行25℃水浴恒温72 h。反应完全后，把释放出来的CO2气体进行－110℃低温分离，去除在溶解样品的过程中产生的杂质气体。然后在美国菲尼根公司（Finnigan)MAT252质谱仪上进行测定，分析结果用6值表示，采用PDB国际标准。
3 结果和讨论
3.1 碳酸盐岩类型和组分
研究区获取的碳酸盐岩主要为烟囱状，颜色为灰色、灰绿色，坚硬（图2）。碳酸盐岩烟囱中间具有通道，部分样品分为内外两层，明显可见两层的分界线，显示了不同的生长期次。岩石薄片鉴定结果表明，碳酸盐岩烟囱主要由碳酸盐矿物、陆源碎屑、黏土组成，碳酸盐矿物主要为铁白云石、文石、方解石，陆源碎屑主要以石英、长石为主。

图2 南海天然气水合物钻探区获取的烟囱状自生碳酸盐岩

从X射线衍射分析结果来看（表1），神狐海区的碳酸盐岩主要由石英长石类陆源碎屑、碳酸盐矿物组成，含少量黏土矿物。岩石的陆源碎屑主要以石英、长石为主，石英的质量分数为15％～24％，长石类质量分数主要为8％～20％；碳酸盐矿物主要为铁白云石、文石、方解石，偶尔出现极少量菱铁矿。所有样品中皆出现铁白云石，质量分数为24％～52％; 2个样品中文石的全岩质量分数分别为21％、16％；方解石的质量分数为4％～11％；黏土矿物质量分数为9％～16％，泥质成分质量分数相对较低。
根据方解石d(104）衍射峰偏移正常峰（0.3305 nm）情况，对方解石的MgCO3质量分数（n）进行了估算。所有碳酸盐岩中方解石的n(MgCO3）主要为10.1％～14.4％（以mol为单位），全部高于8％，属于高镁方解石。
碳酸盐岩类X荧光光谱成分分析结果也表明（表2），岩石以碳酸盐相为主要成分。Al2O3的质量分数为3.47％～5.01％，反映了长石和黏土矿物成分；Ca O质量分数主要为24.02％～30.11％，Mg O质量分数为8.96％～10.15％，代表了岩石中碳酸盐成分。Mn O的质量分数小于0.5％,Sr的质量分数为（679～1751）×10-6,Mn和Sr均可能来自于碳酸盐矿物的晶格。
表1 碳酸盐岩烟囱X射线衍射分析结果　φB/%


表2 碳酸盐岩烟囱XRF成分分析结果


3.2 碳、氧稳定同位素组成
碳酸盐岩烟囱的碳、氧同位素比值结果见表3。3个样品的碳氧同位素值比较接近，变化范围不大，碳同位素δ13CPDB值为－40.18‰～－38.69‰，氧同位素δ18OPDB值为3.75‰～4.31‰，显示了很轻的碳同位素比值和较重的氧同位素比值，属于非正常海相碳酸盐岩。大量研究表明，甲烷喷溢口沉淀的碳酸盐岩的碳同位素组成表现为明显亏损13C，典型的δ13CPDB为－35‰～－70‰[4-6]，这种δ13C值是由于甲烷细菌性厌氧氧化作用导致碳同位素分馏而产生。研究区碳酸盐岩烟囱的δ13C值表明，其碳源来自甲烷的细菌性氧化作用，具有甲烷喷溢口碳酸盐岩的特征。这3个碳酸盐岩烟囱，与发现于琉球群岛Kuroshima海丘甲烷喷流形成的碳酸盐岩烟囱极为类似[7]，该区域发现的碳酸盐岩烟囱主要由1 μm的白云石微晶组成，碳同位素δ13CPDB值为－50‰～－15‰，氧同位素δ18OPDB为6‰～8‰。
将研究区碳酸盐岩烟囱的碳、氧同位素值与南海台西南海域、世界水合物区相关碳酸盐岩的数值进行对比（图3）。可以看出，本区样品与南海台西南海区[8]、布莱克海岭996站位[1]、水合物脊[2]以及鄂霍次克海[9]等天然气水合物赋存区的碳酸盐岩的碳、氧同位素值皆在同一区域，显示了南海天然气水合物钻探区碳酸盐岩烟囱，与国外已获取水合物实物海域的同类岩石相似，皆为导源于甲烷厌氧氧化的碳酸盐岩，与天然气水合物的成矿过程存在密切地联系。
3.3 碳酸盐烟囱的形成机理
全球具有甲烷冷泉喷流活动的海区，常常以独特的生物（蛤类、菌席、蠕虫等）发育、自生碳酸盐岩覆盖为特点。冷泉的形成，主要由于陆缘巨厚的、富含有机质的沉积物压实脱水或下伏天然气水合物分解而产生，沉积物中有机质与硫酸盐作用（1）、甲烷在硫酸盐还原带的厌氧氧化作用（2），都会产生 和高碱度：
表3 神狐海区碳酸盐岩碳、氧同位素组成



图3 碳酸盐岩碳、氧同位素分布图

南海台西南海域、布莱克海岭996、水合物脊和鄂霍次克海数据分别引自[1,2,8,9]

南海天然气水合物富集规律与开采基础研究专集

这2个过程，是喷流海区存在大量自生碳酸盐岩沉淀的主要原因，而微生物的存在，也是主要的驱动力之一。
南海天然气水合物钻探区碳酸盐岩烟囱，从成分和同位素特征来看，属于海底自生胶结岩类，具有典型的微生物甲烷碳同位素特征，属于非陆源或非正常海相成因。鄂霍次克海（Okhotsk sea）、埃尔河（Eel River）盆地、水合物脊（Hydrate Ridge）和布莱克海岭（Black Ridge）等处发现的自生碳酸盐岩均与水合物分解产生的冷泉有关[1-2,9,10]，这类碳酸盐岩具有极负的δ13C值。南海天然气水合物钻探区的碳酸盐烟囱具有非常轻的δ13C值，表明它们是从富含轻碳的流体中沉淀的。钻探结果表明，钻探区的天然气水合物饱和度较高，主要烃类气体为甲烷[11]，这为研究区海底喷流作用提供了必要的背景条件；沉积物下伏的天然气水合物的稳定性变化，容易导致海底烃类流体活动，为碳酸盐岩的形成提供了必要的基础。在喷流作用发生期间，由于流体大量排溢到海底表面，高碱度和富含 的流体促使碳酸盐烟囱沉淀。烟囱含有一定含量的石英、长石等陆源碎屑，故烟囱是在沉积物裂隙或通道中胶结形成，在沉积物被底流侵蚀后，出露在海底表面。
另外，对具2层结构的烟囱进行横向取样分析。结果显示，δ13CPDB值由外（B点）到内（A点）变重，两者相差了2‰（图4）。这表明碳酸盐岩形成于2次流体喷溢期间，导致2个阶段的碳酸盐岩烟囱的形成，可能的形成模式：第一次喷溢流体的向上喷溢速率较快、流量较大，穿透能力随之增强，上升流体的同位素被海底沉积物孔隙水或海水稀释的效果也就减弱。这时从富含Ca、Mg和 的上升流体中沉淀的白云石烟囱外层具有较轻的δ13C值。第二次流体喷溢的时候，先前形成的中空的碳酸盐烟囱，成为二期流体上升的通道，并直到碳酸盐岩的再次沉淀，堵塞通道。由于2期流速和流量都相对较小，受下渗海水、沉积物孔隙水的扩散稀释作用的影响，在内圈沉淀的碳酸盐岩的δ13C值相对增大。据此推论，该区至少发生过2次较具规模的喷流作用。而天然气水合物的稳定性变化可能是海底喷流活动的主要原因。

图4 HS4DG碳酸盐烟囱从外圈向中心的碳、氧同位素变化特征

南海天然气水合物钻探区碳酸盐岩烟囱铁白云石质量分数很高。白云石的成因问题，一般认为是交代成因即白云石化作用，在w(Mg)/w(Ca）比值高的环境中，白云石可以交代文石、方解石。一般情况下，海洋沉积物中 的主要来自海水，在 质量分数高的环境下，Mg2＋与 形成比Ca CO3难溶的Mg SO4，抑制白云石的形成。然而，在类似烟囱的半封闭通道环境里， 的含量受到限制，w(Mg)/w(Ca）的比值增加，有利于白云石交代沉淀形成。此外，沉积物中黄铁矿、黏土矿物提供丰富的Fe源，是本区铁白云石形成因素之一。
南海天然气水合物钻探区发现的碳酸盐岩烟囱，与全球陆缘海区存在的碳酸盐岩的形成机理是一致的，主要是海底富含碳氢化合物的流体向上排溢的结果。该钻探区天然气水合物稳定性发生变化，可能是冷泉流体活动的主要原因，是该钻探区与甲烷喷溢成因相关的自生碳酸盐岩形成的主要因素。碳酸盐岩烟囱忠实地记录了钻探区天然气水合物稳定性变化历史。
4 结论
1）南海天然气水合物钻探区碳酸盐岩烟囱主要以铁白云石、文石、方解石等碳酸盐矿物为主，方解石为高镁方解石，n(MgCO3）的含量主要为10.1％～14.4％。碳同位素δ13CPDB值为－40.18‰～－38.69‰、氧同位素δ18OPDB值为3.75‰～4.31‰，烟囱以极轻的碳同位素比值和较重的氧同位素比值为特点。
2）碳酸盐岩烟囱极轻的碳同位素特征，与全球边缘海冷泉碳酸盐岩的特点相同，主要源于生物成因甲烷厌氧氧化作用。天然气水合物稳定性变化导致的富含甲烷的流体排溢活动，是本区烟囱形成的主要因素，在持续或间断的排溢喷流过程中，促使了碳酸盐岩烟囱的单阶段或多阶段的沉淀。沉积物中天然气水合物的分解，是南海天然气水合物钻探区烃类流体活动的重要原因。
感谢：广州海洋地质调查局“海洋四号调查船”2004航次全体人员，他（她）们的辛勤工作为本研究提供了样品；感谢北京大学地质系王佩瑛教授、中科院地质与地球物理研究所李禾研究员、张福松研究员，他（她）们分别完成了本文样品的X-RAY、X荧光和稳定同位素的分析工作！
参考文献
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祝有海，吴必豪
祝有海（1963－），男，研究员，主要从事盐类矿床和非金属矿床研究，E-mail:zyh@mx.cei.gov.cn。
注：本文曾发表于《海洋地质与第四纪地质》2005年第3期，本次出版略有修改。
中国地质科学院矿产资源研究所，北京　100037
摘要：ODP（大洋钻探计划）－1146站位位于东沙群岛南部的尖峰北小型裂谷盆地内。系统的顶空气和酸解烃分析结果表明，在0～250 m (bsf） (bsf代表海底之下深度，单位：m）的烃类气体体积分数较低且变化不大，但在390～600 m (bsf）特别是在550～590 m (bsf）存在较明显的高烃异常。这一高烃异常可能与天然气水合物有关，是邻区的天然气水合物分解后释放出的高烃流体沿层间裂隙或断层侧向迁移的结果。甲烷碳同位素的测定结果显示其δ13C1值为－24.0‰～－37.8‰（PDB标准），结合烃类气体的分子比值C1/(C2+C3）,1146站位的烃类气体应是热解气或是以热解气为主的混合气，但在中上部可能存在部分微生物气。
关键词：烃类气体；稳定同位素；天然气水合物；南海
Geochemistry and its Implications of Hydrocarbon Gases from Site 1146,ODP Leg 184,the South China Sea
Zhu Youhai,Wu Bihao
Institute of Mineral Resources,CAGS,Beijing 100037,China
Abstract:Site 1146,ODP leg 184,is located at a water depth of 2092 m within a small rift basin ( Jianfengbei Basin) o n the southern slope of the Dongsha Islands,which penetrated to the maximum depths of 607 meters below sea floor (mbsf) ,and ended in lower Miocene sediments.We have analyzed the concentrations of methane,ethane,propane,and normal-butane and carbon isotopic compositions of methane for headspace gas and “extraction” gas (released gas by acid treatment of the sediments) from Site 1146.Higher concentrations of hydrocarbon gases were observed between 390 and 600 mbsf intervals,in particular between 550 and 590 mbsf intervals,which probably caused by the decomposition of gas hydrate nearby and migrated to Site 1146 along faults or bedded planes.The carbon isotopic compositions of methane （δ13C values range from-37.8‰ to-24.0‰）and the molecular ratios show that gas below 400 mbsf composed of thermogenic gas or mixed gas.However,a partial of microbial gas perhaps occur above 400 mbsf.
Key words:hydrocarbon gases;isotope;gas hydrate; So uth China Sea
0 引言
沉积物中的烃类气体主要包括微生物气、热解气及其混合气。微生物气是绝大部分浅层气和天然气水合物的主要气源，而热解气则是常规天然气藏的主要气源[1]。
天然气水合物是由气体分子与水组成的白色结晶状物质，主要产于海底沉积物和陆上永久冻土带中。由于其甲烷资源量达（1.8～2.1）×1016m3，是世界上已知石油、天然气和煤等化石燃料总碳量的2倍[2]；对其开采由此引发的地质灾害和环境问题，世界各国和部分国际组织都非常重视对它的调查研究，是当今国际地学的研究热点。
南海有巨厚的中新生代沉积层，内含丰富的有机质，并已发现众多的油气田，特别是在北部陆架区和南部陆架区，发现了一批大中型天然气田，如莺歌海的崖－13气田和巴拉望气田等。同时，南海陆坡区也具备良好的天然气水合物形成条件，并已发现了一系列找矿标志，如模拟海底反射层（BSR）、烃类气体异常、卫星热红外海面增温异常等[3-8]。
过去对南海气体地球化学的研究主要集中在较浅的陆架区，较深水的陆坡区几乎是空白。笔者利用大洋钻探计划（ODP）在南海开展184航次调查的机会，采集到1 146站位的部分顶空气和沉积物样品，进行气体组分和甲烷碳同位素的分析测定。本文将介绍顶空气和酸解烃方面的测试结果，并探讨烃类气体的成因及意义。
1 样品与方法
1999年2月11日—4月12日，ODP的“JOIDES Resolution”号首航南海，开展“东亚季风演变历史在南海的记录及其全球气候意义”的第184航次调查，共在南海完成了6个站位17个钻孔的钻探任务。其中1146站位位于东沙群岛南部的一个小型裂谷盆地（尖峰北盆地）内，水深2 092 m（图1）。1146站位共完成了1146A、1146B和1146C 3个钻孔的钻探任务，井深分别为607.0、245.1和603.5 m (bsf），分别终孔于下中新统、上新统和下中新统，井底沉积物的最大年龄约为19 Ma，其中1146A孔与1146C孔相距约30 m[9]。由于1146站位位于天然气水合物成矿找矿的有利区内，有可能遇到天然气水合物或发现相关异常，据此笔者向ODP组织申请作为岸上科学家参与该站位的研究工作，并采集了部分沉积物和顶空气样品，以便进行各项地球化学分析。
以汪品先院士为首的ODP-184航次船上科学家共为笔者采集了39个顶空气样品，其中1146A孔13个，1146C孔26个，采样深度为342.6～598.3 m (bsf），采样间隔约20 m。具体方法是待岩心取出后，马上切取5 cm3的沉积物样品，置于特制的玻璃试管中，然后密封。为了排除现场空气的干扰，船上科学家还为笔者封装了1个现场空气的样品。待密封的样品运到实验室后，按顶空气（罐顶气）的要求进行制样，然后测试甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）和丙烷（C3H8）的体积分数及其甲烷的碳同位素值，具体的测试工作由中石化江陵研究院承担。
笔者也对1146站位的47个沉积物样品进行酸解烃分析，采样深度为8.15～604.92 m (bsf），采样间隔约15 m。具体的制样方法是待沉积物样品运到实验室后，先将其自然晾干、捣碎、过筛（20目），然后称取约10 g的样品置于烧瓶，按改正后的酸解装置缓慢加入5N的稀盐酸使样品酸解（用40℃的水浴加热以便加快反应速度），再利用7.5N的碱液来吸收CO2，这样剩余的气体主要是烃类气体。待酸解完成后（不再产生气泡为止），用微量注射器抽取一定量的气体，进行烃类气体含量和稳定同位素测试。

图1 ODP-1146站位及其邻近地区BSR分布图

2 分析结果
2.1 顶空气
由于采样、运输和制样过程中气体的逸失，笔者测定的甲烷含量仅为船上科学家现场测定的1％～33％，部分样品甚至全部逸失。因此，笔者的分析结果难以反映烃类气体的真实情况，为了显示该站位烃类气体的体积分数变化及其异常特征，这里引用船上的现场分析数据进行讨论。
184航次船上科学家对1146A孔的顶空气样品进行了系统的烃类气体体积分数分析，结果显示：在井深231 m (bsf）上方，甲烷体积分数较低（< 30×10-6），且变化不大；往下甲烷体积分数快速增加，在284m(bsf）处达1 000×10－6，在390m(bsf）处达10 000×10-6，在563 m(bsf）处，甲烷体积分数最高，达85 000×10-6，再往下甲烷体积分数有所降低（图2）。他们的分析结果也显示，在井深505 m (bsf）处开始出现乙烷（C2H6），在534 m(bsf）处开始出现丙烷（C2H6），至572.8 m (bsf）处达到最大，分别为155×10-6和7.3×10-6（图2）。1146C孔的分析结果也有类似的变化趋势，在588.7 m (bsf）处烃类气体的体积分数最高，甲烷、乙烷、丙烷的体积分数分别为56987×10-6、130×10-6和9×10-6[9]。这一站位也是ODP-184航次全部6个站位中烃类气体体积分数最高的站位。
2.2 酸解烃
47个样品的分析结果显示，甲烷体积分数为15.7～394.lμL/kg，平均为133.4μL/kg。乙烷体积分数为1.2～92.5μL/kg，平均为25.1μL/kg。丙烷体积分数为0.5～38.6μL/kg，平均为10.7μL/kg。正丁烷体积分数为0.1～16.9μL/kg，平均为4.6μL/kg。无论其最低值、最高值，还是平均值，1 146站位的烃类气体体积分数均要高于笔者运用同一种方法对西沙海槽和整个南海海域浅表层沉积物所做的相应含量，其平均值几乎相当于浅表层沉积物的2倍，说明深部沉积物的烃类气体体积分数要比浅表层沉积物的高得多。

图2 ODP-1146站位顶空气中烃类气体体积分数及其分子比值变化图（原始数据引自于文献[9])

剖面上：在254.3 m (bsf）之上，甲烷体积分数相对较低，为15.7～129.3μL/kg，且变化不大；往下逐渐升高，在393.5 m (bsf）处达到峰值394.1μL/kg；再往下有所降低并在553 m (bsf）和583.7 m (bsf）处出现2个次峰值，分别为286.3μL/kg和282.5μL/kg；至底部再次降低（图3）；与顶空气相比，酸解烃的峰值位置明显偏上，但2个次峰的位置与顶空气峰值的位置基本一致。乙烷、丙烷、正丁烷的变化趋势与甲烷基本一致，但正丁烷在342.5 m(bsf）处还出现一个峰值（图3）。

图3 ODP-1146站位酸解烃中烃类气体体积分数（μL/kg）及其分子比值变化图

2.3 甲烷碳同位素
笔者对1146站位的9个顶空气样品进行了甲烷碳同位素测定，结果显示其δ13C1值为－24.0‰～－37.8‰（PDB标准，下同），平均为－33.1‰。其中1146A孔的δ13C1相对较高， 2个样品分别为－24.0‰和－26.4‰；而1146C孔的δ13C1相对较低，其变化区间为－31.3‰～－37.8‰（表1）。同时，也对1146站位的16个酸解烃样品的甲烷碳同位素进行测定，结果显示其δ13C1值为－29.8‰～－36.2‰，平均为－33.7‰，与顶空气的测试结果基本一致（表1）。由于气体量的限制，甲烷的氢同位素和乙烷、丙烷的碳氢同位素均未进行测试。
3 结果讨论
3.1 烃类气体异常层位
综合1 146站位烃类气体的分析结果可以发现：在0～250 m (bsf），无论是顶空气还是酸解烃中的烃类气体体积分数均比较低且变化不大；往下烃类气体体积分数逐渐升高，在近393 m (bsf）处酸解烃开始出现第一个峰值，顶空气也呈快速升高的趋势；在550～590 m (bsf），烃类气体出现高值异常，顶空气的峰值出现于563 m (bsf） (1146A孔）和572.8 m (bsf） (1146C孔）处，而酸解烃则在553～583.7 m (bsf）出现次峰值。再往下顶空气和酸解烃中的烃类气体体积分数均有所降低（图2和图3）。也就是说，在390～600 m (bsf）存在较明显的高烃异常。
引起高烃异常的原因包括原地成烃性能强、外来补给和天然气水合物分解等。在390～600 m (bsf）并不存在高有机碳异常，而1 146站位的有机碳质量分数自上而下有逐渐降低的变化趋向[9]，故原地成烃不大可能导致该区间的高烃异常。若是因为地温梯度导致中下部更易于成烃，那么烃类气体体积分数应是逐渐增加而不应在中间出现峰值。倘若是深部补给，烃类气体体积分数同样应是自上而下逐渐升高，而不应在390～600 m (bsf）出现高值异常，往下又逐渐降低的变化特征。
天然气水合物是由轻烃分子（主要是甲烷）和水组成的固体物质，若沉积物中含有较丰富的烃类气体，将有利于形成天然气水合物，而水合物一旦分解后将释放出大量的烃类气体，从而使得沉积物中烃类气体体积分数相对升高。若烃类气体以游离状态赋存在沉积物的孔隙中或以吸附状态吸附在沉积物的表面上，就可用顶空气方法进行探测；若以包裹体状态进入到自生碳酸盐矿物内部或胶结物中，则可用酸解烃方法进行探测。因此，1146站位390～600 m (bsf）区间的高烃异常有可能与天然气水合物有关，结合该站位550～600 m (bsf）区间发现Cl－含量降低标志和在600 m (bsf）附近发现富18O的自生菱铁矿结核标志等[10]，认为这一区间各项地球化学异常最合理的解释是与天然气水合物有关。
表1 ODP-1146站位甲烷碳同位素测试结果


1 146站位的地热梯度为59℃/km，海底水温为2.88℃[9]，据此计算出1146站位天然气水合物稳定带的底界约为268 m (bsf)[10]，故390～600 m (bsf）的高烃异常也不可能是天然气水合物原位分解的结果。考虑到邻区已发现BSR（图1），宋海斌等[11]认为在1144站位也有BSR存在，最近广州海洋地质调查局在1 148站位也发现有BSR存在（约337 m (bsf）处），因此，邻区应有天然气水合物产出。当天然气水合物分解后，释放出的高烃低氯流体沿层间裂隙或断层侧向迁移到1146站位。
184航次船上科学家的初步研究显示，在1146站位430 m (bsf）附近存在T2地震反射面，可能是中中新统/上中新统的界面，该界面的声阻抗最低。而520～530 m (bsf）附近，则是T4地震反射面，可能为下中新统/中中新统的界面，这里还伴随着一系列岩性和物性的改变，如线性沉积速率（LSR）降低、磁化率降低、天然伽马值升高等，并在其西北方向约1.852 km处存在一断层[12]。因此，这一断层和2个地震反射界面完全有可能为孔隙流体的侧向迁移提供通道，致使1146站位390～600 m (bsf）出现高烃异常和其他地球化学异常。
3.2 烃类气体成因
烃类气体是天然气水合物和常规天然气的物质基础，其成因与来源不仅影响到天然气水合物或常规天然气的成矿机理和形成过程，也影响到其资源评价和具体的找矿方法。一般说来，沉积物中的烃类气体可分成有机成因气体和非有机成因气体两大类；其中有机气体又细分成微生物气、热解气及其它们之间的混合气。微生物气是指沉积物中的有机质在细菌作用下转化而成的气体，主要包括CO2还原和乙酸发酵2种方式，是绝大部分浅层气和天然气水合物的主要气源。热解气则是指有机质演化到成油阶段后，受深成裂解作用所形成的气体，包括油型伴生气和非油型伴生气（煤型气）两类，是常规天然气藏的主要气源。
统计数据表明世界上80％的天然气是热解气， 20％是微生物气，而无机成因的天然气则比较少见[1]。相反，绝大多数天然气水合物是由微生物气组成的，如Blake海岭、南海海槽、Hydrate海岭等；只有少部分是由热解气组成的，如里海、墨西哥湾和加拿大的Mallik地区等；此外还有一部分是由混合气组成的，其典型例子是中美海槽DSDP-570站位附近的水合物[13-14]。
利用烃类气体的分子组成及其甲烷的碳同位素值，可帮助判断气体的成因和来源。若甲烷的δ13C小于－60‰，且Cl/(C2+C3）大于1 000，为微生物气；若甲烷的δ13C大于－50‰，且C1/(C2+C3）小于100，为热解气；介于两者之间的则为混合气[1]。
ODP-184航次的船上科学家对1146站位共进行了74个顶空气样品的分析测试，由于中上部样品的乙烷和丙烷含量均低于检出限，无法计算出C1/(C2+C3）值，但在500 m (bsf）之下开始出现乙烷及丙烷，据此计算出的C1/(C2+C3）值为316～3 100，且往下有逐渐降低的变化趋势（图2）。由此显示，该站位的下部可能为热解气或混合气，中上部则可能含有微生物气。C1/(C2+C3）值往下逐渐降低的事实也表明，随着深度的增加，其成熟度也逐渐增加，热解气所占的比重也就越来越大。
笔者对1146站位406.5 m (bsf）之下9个顶空气样品的甲烷碳同位素测定结果表明，其δ13C1值为－24.0‰～－37.8‰（表1），明显属于热解气范围。由于只有4个样品同时具有δ13C1和C1/(C2+C3）值，将之投图后发现它们均位于混合气区间但更靠近于热解气（图4），其他5个样品因未检测出乙烷和丙烷含量而无法投图，但依其δ13C1数据外推也应位于混合气区间。因此，1146站位400 m (bsf）之下的顶空气应是热解气或是以热解气为主的混合气。

图4 ODP-1146站位烃类气体的甲烷碳同位素（δ13C1）及其分子比C1/(C2+C3）投点图

对1146站位共进行了47个酸解烃样品的分析测试，结果显示其C1/(C2+C3）值为4～18，平均为6，明显属于热解气范围，且往下也有逐渐降低的变化趋势（图3）。16个酸解烃样品的甲烷碳同位素测定结果表明其δ13C1值为－29.8‰～－36.2‰（表1），也明显属于热解气范围。将这16个样品的δ13C1和C1/(C2+C3）值投图后发现它们均位于热解气区间（图4）。由此可见，1146站位的酸解烃应属于热解气。
综上所述，ODP-1 146站位的烃类气体应是热解气或是以热解气为主的混合气，但在中上部可能存在部分微生物气。即1 146站位及其邻区的天然气水合物应该是热解气型水合物。尽管世界上绝大部分天然气水合物多是由微生物气组成的，但若有热解气的加入，那么其气体体积分数将更会增高，更有利于形成天然气水合物。
4 结语
通过对ODP-1146站位烃类气体的系统测试分析后发现：在0～250 m (bsf）的烃类气体含量较低且变化不大；往下烃类气体体积分数逐渐升高，在近393 m(bsf）处酸解烃开始出现峰值，顶空气中的甲烷体积分数也大幅升高，并开始出现乙烷、丙烷等高分子烃类；在550～590 m (bsf），顶空气出现峰值，酸解烃则出现次峰值；再往下顶空气和酸解烃中的烃类气体均有所降低。在390～600 m (bsf）的高烃异常可能是邻区天然气水合物分解后的富烃流体沿层间裂隙或断层侧向迁移的结果。
9个顶空气和16个酸解烃样品的甲烷碳同位素测定结果表明其δ13C1值为－24.0‰～－37.8‰，结合烃类气体的分子比值C1/(C2+C3）表明1146站位的烃类气体应是热解气或是以热解气为主的混合气。其中酸解烃样品全部属于热解气，下部的顶空气也是热解气或是以热解气为主的混合气，而中上部的顶空气可能含有微生物气。因此， 1146站位及其邻区的天然气水合物应是热解气型水合物。
致谢：本文得到国家自然科学基金项目（40473001）和国家南沙专项的资助。特别感谢ODP-184航次以汪品先院士为首的船上科学家集体为我们采集了顶空气样品，感谢国家地质实验测试中心的饶竹同志和中科院兰州地质研究所的李立武同志帮助我们分析了部分样品。
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黄霞，祝有海，卢振权，王平康

黄霞（1982－），女，副研究员，主要从事天然气水合物气体成因及来源研究，E-mail：

注：本文曾发表于《现代地质》2010年第3期，本次出版略有修改。

中国地质科学院矿产资源研究所，北京　100037

摘要南海北部天然气水合物钻探区水合物气、顶空气样品和沉积物样品烃类气体组分和甲烷同位素特征测试结果表明：气体样品中烃类气体以甲烷为主，含微量乙烷和丙烷，C₁/(C₂+C₃）值均大于或接近1 000；甲烷的碳同位素值为－54.1‰～－62.2‰，氢同位素值为－180‰～－255‰，属于微生物气或是以微生物气为主的混合气，甲烷由CO₂还原生成，由原地提供或侧向运移而来。沉积物样品酸解烃分析显示多数样品甲烷丰度大于90％，含一定量的乙烷、丙烷及少量的丁烷， C₁/(C₂+C₃）值均小于50；甲烷碳同位素值为－29.8‰～－48.2‰，呈现典型的热解气特征，显示由深部运移而来。

关键词：南海北部；天然气水合物；气体成因类型

Study on Genetic Types of Hydrocarbon Gases from the Gas Hydrate Drilling Area,the Northern South China Sea

Huang Xia,Zhu Youhai,Lu Zhenquan,Wang Pingkang

Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037,China

Abstract:Gas composition and isotopes of gas hydrate,headspace gas and sediment samples from the gas hydrate drilling area,the Northern South China Sea,are analysed.Results show that gas hydrate and headspace gas are nearly composed of methane with trace ethane and propane.Their ratios of C₁/(C₂+C₃) are higher than or close to 1000.δ¹³C₁values range from-54.1‰ to-62.2‰，and

δ values vary from-180‰to-255‰.Hence they are mainly bacterial or mixed with bacterial gases,derived from CO₂reduction and produced in situ or by side migration.Results of acid-degassed gases of sediment samples also indicate that methane is mostly higher than 90%,with some ethane,propane and minor butane.The ratios of C_l/(C₂+C₃) are lower than 50 and δ¹³C₁values change from -29.8‰to-48.2‰.Thesefeatures are indicative of typical thermogenic gases migrated up from the depth.

Key words:the Northern South China Sea; gas hydrate; genetic-types of gases

0 前言

我国南海北部沉积盆地油气资源丰富，海底天然气渗漏发育，根据迄今所获油气勘探成果及油气地质综合研究，其油气运聚分布特征可以概括为具有“北油南气、西气东油”和“北部陆架浅水区富油、西部陆架浅水区富气、南部陆坡深水区富气为主”的规律及特点^[1]。2007年4—6月，中国地质调查局在南海北部陆坡神狐海域实施了天然气水合物钻探，取得了天然气水合物实物样品，为南海北部能源战略布局开辟了新领域。由于南海北部含油气盆地发育，气源丰富，类型众多，深部热解气、浅层微生物气均有可能形成天然气水合物，究竟哪种气源形成天然气水合物？它们如何形成天然气水合物？本文通过南海北部陆坡水合物钻探区SH1、SH2、SH3、SH5、SH7站位气体样品和沉积物样品的测试分析，研究天然气水合物烃类气体成因，探讨烃类气体来源，以便为南海北部天然气水合物的成藏机理研究和资源调查、评价及其以后的开发利用奠定基础。

1 概况

天然气水合物是指由气体分子与水分子组成的一种冰状结晶固体物质，其中的气体分子以烃类气体（主要是甲烷）为主。烃类气体是天然气水合物的物质基础，是气体资源最重要的组成部分。不同成因类型的烃类气体具有不同的成生机制、不同的运移聚集过程，并影响到天然气水合物的成矿过程及其分布特征。

海底天然气水合物的烃类气体成因，常见的大致可以分为微生物气、热解气以及混合气成因^[2-5]。微生物气是指沉积物中的有机质在厌氧细菌作用下分解产生的气体，主要由二氧化碳还原以及醋酸根发酵作用形成^[5]。由于绝大多数天然气水合物均由微生物气组成，如布莱克海岭、南海海槽等^[6]，故微生物气的生成过程得到较大的关注。许多学者详细研究了水合物产区附近产甲烷菌的分布特征及其生物地球化学作用，探讨微生物气的成气机理和成气过程，并取得了重要进展^[7-8]。热解气是指沉积物中的有机质在一定的温度、压力条件下，经裂解作用产生的气体。热解气在其运移富集过程中常常与浅部的原地微生物气发生混合形成混合气。热解气是常规天然气藏的主要气源。在天然气水合物领域，过去并没有太多重视热解气研究，随着墨西哥湾、里海、黑海及加拿大Mallik等地发现热解气或混合气型天然气水合物^[9-10]，国外学者逐渐关注起热解气及混合气的成生运移机制。

2 钻探区地质特征及样品介绍

南海北部陆坡水合物钻探区位于神狐暗沙东南海域附近，即西沙海槽与东沙群岛之间的海域。晚中新世以来沉积速率较高，更新世平均沉积速率为4～8 cm/ka，上新世平均沉积速率为2～6 cm/ka，区内流体活动比较强烈，热流（现称“热流密度”，下同）值介于74.0～78.0 m W ·m-²之间，平均热流值为76.2 m W ·m-²，地温梯度为45～67.7℃/km^[11]。沉积物以粉砂和黏土质粉砂为主，富含有孔虫和钙质超微化石，硅质生物贫乏，孔隙度为40％～60％。沉积物主要由陆源物质和海洋生物碳酸盐组成。水合物赋存区不同时期沉积物靠近（有机碳）质量分数大体为0.39％～1.8%^[12]。钻探站位8个，取心孔5个，其中在3个站位（SH2、SH3、SH7）取得天然气水合物实物样品，通过钻探、测井、取心、原位温度测量和孔隙水取样、现场测试分析等表明，含天然气水合物沉积层位于海底之下153～225 m，厚度为10～25 m，最高天然气水合物饱和度分别为25％、44％和48%^[13]。

本文对钻探区SH1、SH2、SH3、SH5、SH7共5个站位的样品进行了采集，具体为：①4个气体样品，包括水合物分解后的气体样品（SH2B-12R、SH3B-13P）和顶空气样品（SH3B-7P、SH5C-11R）；②113个沉积物样品，其中SH1B站位32个，SH2B站位25个，SH5C站位37个， SH7B站位19个。对气体样品进行气体组分和碳氢同位素测试，对沉积物样品进行酸解烃分析，测试气体组分和碳同位素。测试由中国科学院兰州地质研究所地球化学测试部完成。

3 结果与讨论

3.1 气体组分特征

水合物气和顶空气样品气体组分主体上以烃类丰度高，含少量非烃气体为特征。烃类气体以甲烷为主，含微量重烃。将测试数据剔除掉大气组分后，按100％烃类气体来进行换算，分析测试结果见表1。从表1中可以看出：

水合物气样品中甲烷相对体积分数高达99.89％和99.91％，与钻探现场水合物样品甲烷体积分数测试结果（99.82%）非常相近^[11]，乙烷、丙烷相对体积分数低（表1），C₁/(C₂+C₃） （ 气体成分比，也称干燥系数，下同）值为1 000左右。顶空气样品中甲烷相对体积分数均为99％以上，乙烷、丙烷相对体积分数也非常低（表1），C₁/(C₂+C₃）值大于1 000。

表1 南海北部天然气水合物钻探区样品烃类气体组分及其同位素数据

沉积物样品酸解烃分析显示，SH1B站位甲烷相对体积分数为76.48％～94.69％，平均为90.56％，甲烷丰度大于90％的占75％,C₁/(C₂+C₃）值为5.0～22.7; SH2B站位甲烷相对体积分数为75％～93.93％，平均为90.80％，甲烷丰度大于90％的占80％,C₁/(C₂+C₃）值为4.7～20.9; SH5C站位甲烷相对体积分数为78.27％～94.95％，平均为84.80％，甲烷丰度大于90％的占24％，大于80％的占57％,C₁/(C₂+C₃）值为5.8～24.4; SH7B站位甲烷相对体积分数为78.42％～94.15％，平均为89.34％，甲烷丰度大于90％的占63％,C₁/(C₂+C₃）值为5.9～22.2。整体上来说，沉积物样品中甲烷分布范围较大，多数样品甲烷丰度大于90％，均含一定量的乙烷、丙烷，此外还有少量的丁烷等。湿度比（∑C₂-C₅/∑C₁-C₅）高，大于5％。C₁/(C₂+C₃）值较低，均小于50。

在天然气领域，一般来说甲烷体积分数在90％以上的叫干气。甲烷体积分数低于90％，而乙烷、丙烷等烷烃的体积分数在10％以上的叫湿气。在天然气水合物领域，较少使用气体组分来划分类型。按照气体组分测试结果，气体样品属于干气，与此不同，沉积物样品呈现湿气特征。对测试结果进一步分析发现，113个沉积物样品酸解烃甲烷体积分数有随深度增加而逐渐增加的趋势。这显示沉积物中烃类气体更多地可能来自于深部。

3.2 同位素组成特征

甲烷碳同位素组成：水合物气样品甲烷的碳同位素值δ¹³C₁为－56.7‰和－60.9‰（PD B标准，下同），顶空气样品甲烷的碳同位素值6¹³C₁为－62.2‰和－54.1‰（表1），沉积物样品酸解烃甲烷的碳同位素值δ¹³C₁值偏高，为－29.8‰～－48.2‰，平均－39.47‰，大于－50‰。

甲烷氢同位素组成：水合物气样品甲烷氢同位素值

为－199‰和－180‰（VSMOW标准，下同）。顶空气样品甲烷的氢同位素值

为－255‰和－191‰（表1）。

3.3 C₁/(C₂+C₃)-δ¹³C₁的关系

气体组分和同位素组成的相互关系可以反映其来源、成因、演化和运聚特征。碳、氢同位素组成可以反映母质类型、沉积环境和演化环境，是气体类型划分、运移特征的重要参数。

M atsum oto等^[5]曾利用甲烷的碳同位素值（δ¹³C₁）和C₁/(C₂+C₃）来判别不同成因的水合物：若甲烷的δ¹³C₁小于－60‰，且C₁/(C₂+C₃）值大于1 000，为微生物气；若甲烷的δ¹³C₁大于－50‰，且C₁/(C₂+C₃）值小于100，为热解气；介于两者之间的则为混合气。

将水合物气、顶空气和沉积物样品中烃类气体的分子组成与甲烷碳同位素值在C₁/(C₂+C₃)－δ¹³C₁图上进行投点，结果显示：水合物样品和顶空气样品的数据落在微生物气及混合气区域；而沉积物样品全部落在热解气区域（图1）。

水合物气、顶空气样品甲烷的碳同位素δ¹³C₁值为－54.1‰～－62.2‰，C₁/(C₂+C₃）值均大于或接近1 000，从C₁/(C₂+C₃）值以及烃类气体成因类型判识图（图1）分析，南海北部天然气水合物钻探区水合物、顶空气样品中的烃类气体应是微生物气或是以微生物气为主的混合气。根据钻探区各站位大型重力活塞沉积物岩心及钻探岩心沉积物孔隙水硫酸根浓度和甲烷变化趋势计算出研究区硫酸盐—甲烷界面（SMI）的深度普遍较深^[11]。这说明形成天然气水合物的甲烷气体的垂向通量较小。由此，水合物气、顶空气样品中的烃类气体很可能由原地生成或因存在水平方向侧向挤压作用，由附近的微生物气侧向运移至此。

沉积物样品的酸解烃甲烷碳同位素分析显示，δ¹³C₁值明显偏高，均大于－50‰，而C₁/(C₂+C₃）值较低，除甲烷外，乙烷、丙烷等重烃组分体积分数较高，湿度比也较高。沉积物样品各项指标以及烃类气体成因类型判识图均显示出其属于典型的热解气（图1），应来源于深部。

水合物气、顶空气中的气体主要包括游离气以及部分弱吸附烃和水溶烃，而酸解烃中的气体主要是包裹于碳酸盐等次生矿物及胶结物中的吸附烃。有专家认为顶空气（溶解气）具有直接的指示意义，而酸解烃（吸附气）可能指示成岩时沉积物中的空间信息^[14]，且碳酸盐的含量在一定程度上对酸解烃的分析数据有影响^[15-17]。因此，水合物气、顶空气和酸解烃样品中烃类气体成因不同。

此外，来源于深部的热解气要在较浅的沉积物中形成天然气水合物，必须要有良好的输导体系，保证有充足的流体载体、运移动力以及运移的通道^[18]。虽然神狐海域海底地形起伏较大，其下伏地层中的断裂发育，很多断层切穿较新的沉积层延伸至海底附近，可为天然气向浅部水合物稳定带运移创造了有利条件。但深部的热解成因气要在浅部聚集形成天然气水合物，要求更为苛刻的低温和高压环境，热解气很有可能尚未形成水合物就大规模散失。这可能也是水合物气、顶空气和沉积物样品中烃类气体成因不同的原因。

图1 南海北部水合物钻探区天然气水合物甲烷碳同位素值（δ¹³C₁）与C₁/(C₂+C₃）投点图

虽然用酸解烃测试数据直接分析水合物烃类气体成因来源存在一定的问题^[14-17]，但这至少表明该地区存在热解成因类型的烃类气体，它很可能在运移富集过程中与浅部的微生物气发生混合，最终形成混合气型天然气水合物。

3.4

的关系

Matsumoto等^[5]利用水合物中甲烷氢同位素组成进一步判别微生物成因的方式：如果甲烷由二氧化碳还原生成，那么甲烷中氢来源于周围的水；而当甲烷由醋酸根发酵形成时，甲烷中氢有3/4来源于有机质，只有1/4来源于水，从而导致甲烷氢同位素组成的差别。通过二氧化碳还原形成的甲烷氢同位素值（

）一般大于－250‰（SMOW 标准），典型值为－191‰±19‰，如果甲烷由醋酸根发酵形成，其

值通常小于－250‰，一般为－355‰～－290‰。

为了更好地对烃类气体成因进一步进行判断，将

和δ¹³C₁值一起投图，结果显示所有数据投点均位于CO₂还原型微生物气或其边缘，显示出应是CO₂还原型甲烷（图2）。CO₂可能来源于有机质降解，即埋于地层深处的动植物遗骸等有机质被氧化为CO₂，而后由产甲烷菌还原为甲烷。

图2 南海北部水合物钻探区天然气水合物甲烷碳和氢同位素值投点图

4 结论

1）南海北部天然气水合物钻探区水合物气、顶空气样品均为微生物气或以微生物气为主的混合气，更确切点为CO₂还原所生成的甲烷，这和世界上已发现的绝大多数天然气水合物成因类型一致。

2）水合物气和顶空气样品中甲烷气体垂向通量较小，很可能由原地生成或由附近的微生物气侧向运移至此。

3）沉积物样品酸解烃分析结果显示热解气特征，说明其烃类气体来源于深部，通过下伏地层发育的断裂等有利构造向上运移至浅部。

4）南海北部天然气水合物钻探区水合物气、顶空气和沉积物样品分析测试表明，该地区存在2种不同成因类型和来源的烃类气体，有可能形成微生物气型水合物或是以微生物气为主的混合气型水合物。

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