摘要：自然界中的天然气水合物广泛分布于海洋陆棚与斜坡区域以及陆上永久冻土带，而在自然界中如何勘查识别水合物并掌握其属性显得极其重要。为此介绍了天然气水合物的物理性质及其资源分布，探讨了天然气水合物主要的勘查识别技术。其中，地球物理识别及地球化学识别技术占据主导地位，似海底反射层(BSR)、振幅空白反射带以及烃类异常等特征对天然气水合物的存在有着较好的指示作用；模拟实验技术是天然气水合物研究的基础技术之一。加强勘查识别技术和实验技术的研究，对认识天然气水合物的分布规律、物理、化学性质等有着重要的指导意义。
关键词：天然气水合物；勘查识别；资源分布；BSR地球物理；地球化学；实验室实验
1 天然气水合物物理性质及资源分布
1.1 天然气水合物结构与物理性质
天然气水合物是在一定的压力和温度条件下，由水分子形成的空穴吸附小分子烃类气体而形成的一种笼形结晶化合物。在自然界已经发现的三种[1]结构的水合物类型(结构Ⅰ型、结构Ⅱ型和结构H型)中，结构Ⅰ型的笼架以立方体形堆积，只容纳较小烃分子以及CO2、H2S等非烃分子；结构Ⅱ型的笼架以菱形堆积，不仅能容纳小分子烃，而且可容纳C4、i-C4等大分子；结构H型为六方晶体结构，可直接包容直径超过i-C4的大分子。
天然气水合物的物理性质与冰之间有一定的相似性，利用水合物及其充填的分散介质的这些热导率和温度传导率等相关属性，可进行海洋沉积物中天然气水合物藏的普查和勘探。
1.2 天然气水合物的资源分布
目前已发现的天然气水合物主要分布在大陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境，以及陆上永久冻土区域。
1.2.1全球资源分布
目前已调查发现[2～3]，天然气水合物的主要分布地区在太平洋、大西洋、印度洋海域，直接或间接发现的天然气水合物矿点总计有220多处。
1.2.2我国资源分布
根据调查研究，我国水合物主要分布在南海海域、东海海域、青藏高原冻土带、以及东北冻土带，其中又以南海的天然气水合物资源最为丰富[4～5]。据粗略估算，南海海域天然气水合物资源总量约为64.97×1012m3，东海海域水合物资源量约为3.38×1012m3，陆上青藏高原和东北冻土带的天然气水合物资源量分别为12.50×1012m3和2.80×1012m3。
2 天然气水合物勘查识别及实验技术
2.1 勘查识别技术
天然气水合物的勘查识别技术包括直接识别和间接识别方式[6]，直接识别包括底部沉积物取样、钻探取样和深潜考察等方式；间接识别包括地球物理、地球化学异常、多波速测深与海底视像等方式。目前，天然气水合物的勘查识别主要通过间接识别技术特别是地球物理技术来识别天然气水合物。
2.1.1地球物理识别技术
地球物理识别技术主要包括地震与测井识别技术。地震识别技术是目前最常用的天然气水合物识别手段，概括起来可以分为基于BSR的水合物识别技术、BSR与地震属性相结合的水合物识别技术以及基于弹性参数的水合物识别技术3大类。同时，对于已经开展过钻井的区域，可以利用钻井资料进行识别。
2.1.1.1 地震识别技术
海洋天然气水合物存在的主要地震标志有似海底反射层(BSR)、振幅空白反射、速度倒置、速度-振幅异常结构等。
1) 似海底反射层
来自海底水合物稳定带底面的反射大致与海底平行，称为似海底反射，是目前使用最多、最直观的标志。但是ODP164航次也证实BSR并非唯一指标，有BSR显示的往往有天然气水合物，有天然气水合物的海域未必一定有BSR。
2) 振幅空白反射带
空白反射带在反射地震剖面上通常与BSR伴生，位于BSR之上。在含天然气水合物地层中，由于地震波速度增大，使得它与下伏地层之间的反射系数增大，在地震剖面上，天然气水合物的底边界出现相应的强反射界面，而在含天然气水合物的层内，由于沉积物孔隙被水合物充填胶结，使地层变得均匀，减少波阻抗差，地震反射剖面上通常表现为弱振幅或振幅空白带(图1)。
3) 速度异常特征
采用叠前AVO反演求得纵横波速度信息[7]。通常海洋中浅层地层的地震纵波速度为1.6～1.8km/s，在含天然气水合物层中，地震波速度将提高至1.85～2.5km/s，在速度剖面上，水合物层的层速度变化趋势呈典型的三段式，即上下低，中间高。同时结合疏松系数、地热梯度等参数，可以提高水合物识别的可信度(图2)。
2.1.1.2 测井识别标志
由于含水合物沉积层的孔隙和裂隙被冰状水合物充填，所以其弹性特征发生了变化，根据现有水合物钻井的测井资料分析，含天然气水合物地层常规测井通常具有低视密度、高视电阻率、高声波速度、高中子孔隙度、低自然伽马值等特征，其中，尤其以电阻率测井、声波速度测井识别天然气水合物层的方法最为有效。
2.1.2地球化学识别技术
地球化学识别主要基于海底浅表层沉积物、沉积物中的自生矿物及底水的综合分析和研究。浅层沉积物和底层海水的甲烷浓度异常高，通过对烃类气体运移路径的追踪可以间接识别和评价天然气水合物；浅层沉积物孔隙水含量和异常是识别水合物层的依据，一般来说，含天然气水合物的沉积层的孔隙水盐度和氯度会降低(图3)。其次孔隙水中的氧化-还原电位和硫酸盐含量的降低也可能是天然气水合物存在的标志[8]。
2.1.3其他识别技术
除地球物理识别技术、地球化学识别技术外，海底地形地貌识别、微地貌勘测以及深海钻探等识别技术也在天然气水合物勘查中起着重要的作用[9]。
2.1.3.1 海底视像与海底微地貌勘测
通过船载深水多波束技术及海底电视摄像技术，探测海底地形地貌，分析并圈出与水合物可能有关的特殊构造(可视为水合物的地貌标志)的分布范围。
2.1.3.2 海底热流探查
温度和压力是天然气水合物形成、稳定与分解的重要因素。可以利用热流、温度等资料来求出天然气水合物稳定带的底界，借此预测出海底反射层的大致位置；同时，利用热导率的测试来预测沉积物中天然气水合物的分布，天然气水合物聚集带附近的沉积物热导率会发生很大的变化，另外，通过研究热导率，建立热导率与P波速度的关系，可以确定更接近实际的速度剖面。
2.1.3.3 海底地质取样与深海钻探
地质取样技术是发现天然气水合物的直接手段，也是验证其他方法所得调查成果的必要手段。通过地质取样，可以分析天然气水合物产状(脉状、团块状、结核状、星点状)及赋存方式、测试天然气水合物中气体成分及其有关成因参数(如比值、甲烷中值、硫化氢的值等)、计算天然气水合物的充填率以及估算其资源量等。
总之，天然气水合物勘查识别技术手段较多，并正朝着多样化方向发展，其中最重要的地球物理勘探和地球化学勘查技术日趋成熟，各种新的勘查技术也不断出现。
2.2 天然气水合物实验技术
室内实验技术是研究天然气水合物的一项重要的基础技术，主要研究天然气水合物的物理化学性质、相平衡、生长动力学、生成/分解过程和水合物形成沉积物响应等相关基础问题以及天然气多相体系下的渗流作用机制，钻采方式下天然气水合物分解与再形成机理等[10]。这些技术主要包括天然气水合物的快速生成技术和室内探测技术(室内光电探测技术、声学探测技术、电阻法探测技术、温压法探测技术，以及时域反射探测等技术)。
3 结束语
天然气水合物的勘查识别正向着多学科、多方法相结合的方向发展。以地球物理勘探为主，结合地球化学识别标志等其他手段，可以较为有效地综合判断天然气水合物的存在。
随着科技的提高，现代天然气水合物低温高压实验室检测手段越来越多，综合运用光学、声学、电学等多种检测方法获取天然气水合物形成和分解的相关参数，使模拟天然气水合物在沉积层中生成的室内实验研究有了长足的进展。
天然气水合物作为一种极具开发前景的能源，引起了许多国家的重视，并开展了诸多的科学研究，取得了一系列成果，但总体上看，从性质研究、室内模拟、勘查识别到开发利用，还存在着很多问题。加强勘查识别技术和室内模拟实验技术的研究，对加深天然气水合物的物化性质及其形成机制、产出条件、分布规律、环境效应、资源量评价等方面的认识有着重要的指导意义。
参考文献
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[8] 方银霞，初风友.硫酸盐-甲烷界面与甲烷通量及下伏天然气水合物赋存的关系[J].海洋学研究，2007，25(1)：1-9.
[9] 郭平，刘士鑫，杜建芬，等.天然气水合物气藏开发[M].北京：石油工业出版社，2006.
[10] 宋永臣，杨明军，刘瑜.天然气水合物生成与分解实验检测技术进展[J].天然气工业，2008，28(8)：111-113.
(本文作者：魏伟1 张金华1，2 孙爱1 吝文1 王莉1 胡旭健3 1.中国石油勘探开发研究院廊坊分院；2.中国地质大学(北京)工程技术学院；3.中国石油冀东油田公司能源开发有限公司)
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