2020年 第36卷 第9期
气体水合物的结构类型、热力学与动力学、界面现象与表面形貌特征等基础特性是水合物研究的重要基础，也是水合物学科发展的基石。此外，水合物在沉积物中的微观赋存形态及其对渗流的影响也是水合物的基础特性之一，是水合物储层研究的热点。笔者主要基于近3年来的文献资料，对气体水合物的结构类型、热力学与动力学、界面现象、微观赋存形态及其对渗流的影响这4个方面的研究进行了梳理与归纳，追踪学科研究前沿，较为全面地阐述了国内外气体水合物相关研究的最新进展，也提出了气体水合物基础特性研究下一步的方向与趋势，以期为多尺度、多维度研究气体水合物的基础理论与科学问题提供借鉴。
海洋地质前沿. 2020, 36(9): 1-10
天然气水合物作为一种潜在的替代能源和环境扰动因素，相关研究仍然面临着水合物储层微观结构量化表征不足的问题，而分形理论为此提供了良好的思路与手段。首先介绍分形理论基础，然后对分形理论在水合物研究领域的应用情况进行综述，接着概述含水合物沉积物有效孔隙分形理论，最后对研究进展进行总结并展望未来分形理论在水合物研究领域的可能方向。
海洋地质前沿. 2020, 36(9): 11-22
含水合物沉积物孔隙结构特征分析和微观渗流模拟是水合物研究的基础性、关键性工作，对深入理解沉积物中水合物的分解机理、储层渗流机理和开采机理有十分重要的意义。总结了国内外含水合物沉积物的微观孔隙探测方法，对比分析了多种微观探测技术应用在水合物研究中的技术特点；重点分析了计算机断层扫描（CT）、扫描电子显微镜（SEM）和核磁共振成像（MRI）技术在含水合物沉积物孔隙结构研究中的应用现状；简述了利用微观数值模拟方法进行含水合物沉积物渗流分析的研究进展；在此基础上，展望了含水合物沉积物孔隙特征分析和微观渗流模拟研究的未来方向和挑战。
海洋地质前沿. 2020, 36(9): 23-33
储层力学参数的评价及预测是天然气水合物安全高效开发的关键。笔者从力学试验、本构模型以及离散元数值模拟等方面介绍了含水合物沉积物力学性质测试及数值计算研究新进展，分析总结了力学参数评价及预测的主要方法及其特点，探究了目前含水合物储层力学性质测试及评价研究存在的问题及其主要原因。为了更好的解决相关工程技术问题，笔者建议通过结合室内试验与数值模拟的方法对水合物储层力学特性及破坏机制进行分析，针对不同工况条件及储层特征建立更加准确的力学参数计算模型。
海洋地质前沿. 2020, 36(9): 34-43
随着全球海域天然气水合物资源勘探工作的深入和油气开发技术装备水平的提升，深水浅层天然气水合物资源商业化开采的前景逐渐明晰。自2013年开始，日本、中国相继进行了多次海域水合物试开采尝试，连续产气时间、累计产气量和日均产气量逐步获得提升。2020年中国率先实现了从“探索性试采”向“试验性试采”的跨越。然而，以“降压”为核心理念的开采技术单井产气量瓶颈明显，制约了水合物资源产业化发展进程，必须在已有技术方法基础上创新发展，形成高效、安全、经济的海域天然气水合物资源开采专有技术体系。笔者梳理了近年来海域天然气水合物开采技术研发领域内的新进展，分析了包括“原位分解采气”和“原位破碎抽取”两大开采框架指导下，多种开采技术的创新升级进展和存在的主要问题，在此基础上展望了未来海域天然气水合物资源开采技术的研发方向。
海洋地质前沿. 2020, 36(9): 44-55
含水合物沉积物声学特性在水合物勘探中非常重要。针对含水合物沉积物声学特性，前人通过实验模拟及岩石物理建模已取得一定的进展，但基于实验条件开展的数值模拟及其结果的对比研究仍鲜有涉及。笔者拟采用实验室物理模拟与实验储层数值模拟相结合的方法，通过物理实验模拟获得水合物储层声学特征。在此基础上，以实验物理模型以及声波采集系统为基本构建对应条件下的近似地质模型和声波观测系统，分别在50 kHz和80 Hz频率条件下获得具有不同水合物饱和度储层的波形记录和波场快照，并获得不同时间点和饱和度条件下的储层速度，对比分析实验模拟与数值模拟获得结果的异同。研究表明在3种模拟条件下获得的不同时刻的含水合物储层声速对应关系良好，数值模拟结果很好地印证了实验室模拟实验的结果，表明在实验室内进行相应物理模型的岩石物理模拟实验具有可行性。将实验模拟与数值模拟结果同野外探测数据对比分析，具有一致的变化趋势，表明物理模拟实验和数值模拟结果对野外勘探数据分析具有重要的指导意义。
海洋地质前沿. 2020, 36(9): 56-67
利用X射线计算机断层扫描系统（CT）获得不同饱和度下含水合物石英砂内部气、水、水合物各相态分布特征，通过有限元方法计算了不同水合物饱和度下石英砂液相渗透率变化，并模拟了流体在孔隙内的流动情况，获得了假定边界条件下孔隙流体的三维流速分布。研究结果表明，随着水合物饱和度的降低，渗透率逐渐增大，其中当水合物饱和度从56%下降到39%时，液相渗透率值增速最大；水合物分解末期，液相渗透率并未随着有效孔隙度的增大而快速升高，通过CT扫描图像显示，部分石英砂孔隙和喉道可见甲烷气泡滞留，由于气体的贾敏效应在一定程度上阻碍了液体的流动，从而导致液相渗透率增速降低。本研究建立了一种基于石英砂内部真实孔隙特征的液相渗透率和液体流速计算方法，可为水合物开采过程中储层微观渗流演化机理研究提供参考。
海洋地质前沿. 2020, 36(9): 68-72
按照天然气水合物形成的气体疏导方式划分，渗漏系统是海洋浅表层天然气水合物藏形成的主要模式。关键成藏要素包括温压场、气源等，温压场主要控制天然气水合物成藏的平面分布和纵向分布；海底热流低值区有利于形成天然气水合物，但在海底热流超高的海域，只要有充足的气源供给，在高甲烷通量区深海浅表层也可以形成天然气水合物藏，而且往往与泥火山、气烟囱等特殊地质体伴生，形成致密的数米厚层状天然气水合物藏。浅表层天然气水合物藏气源主要是有机热解成因气，一般其深部均发育有成熟的含油气盆地，有烃源层广泛分布，并且干酪根发生过明确的生烃过程，形成的热解甲烷气通过断层、气烟囱等破碎带垂向运移通道渗漏上升，在温压场控制的相平衡区形成天然气水合物藏，因此，海底热流值较高的海盆也是浅表层天然气水合物藏形成的有利海域。
海洋地质前沿. 2020, 36(9): 73-78
高沉积速率、构造活动发育和高热流值3个重要地质条件促使了冲绳海槽广泛发育泥火山、气烟囱等烃类流体渗漏构造，前人对该类泥火山及气烟囱的地球物理特征做过较多的研究，但是鲜有研究从地球化学角度揭示渗漏流体来源及形成机制。本研究通过对东海冲绳海槽中部泥火山发育区2个泥火山站位开展海底钻探取样，获取浅表层60 m沉积物并开展孔隙水烃类浓度、甲烷稳定碳、氢同位素研究。通过分析发现，18-01孔孔隙水顶空烃类比值C1/C2为960.53～1 120.75，甲烷稳定碳同位素（δ13C\begin{document}${_{{\rm{C}}{{\rm{H}}_{\rm{4}}}}} $\end{document} ![]()
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海洋地质前沿. 2020, 36(9): 79-86
浅表层天然气水合物具有埋藏浅、厚度大、纯度高等特点。现有的评价方法多针对于具有明显BSR反射特征的中深层天然气水合物，而对浅表层天然气水合物的相关研究鲜有发表。本研究通过对国内外浅表层水合物发育区广泛调研，以浅表层水合物的形成机理为基础，探究水合物资源评价方法的选择；以水合物空间展布规律为参考，明确评价范围界定条件；以综合指示特征为参考，分析评价参数的选取依据。并在此基础上，与中深层天然气水合物进行对比，提出浅表层天然气水合物资源刻度区选取及解剖的初步建议，引出评价中存在的问题，梳理出浅表层天然气水合物的资源评价方法的关键问题。
海洋地质前沿. 2020, 36(9): 87-93
深海环境泥火山活动为甲烷从深部向浅部迁移提供了搬运介质和通道，泥火山附近天然气水合物成藏具有独特的形成过程和富集规律。泥火山型水合物资源潜力和环境影响的理论假设已被提出，而在工程实施阶段的论述相对较少。本次研究通过调研世界范围内典型海域泥火山-天然气水合物系统研究进展和赋存规律，结合我国海域泥火山的调查成果，归纳出泥火山型天然气水合物赋存地质模型。之后分析该模型组成要素的地质记录，获得识别泥火山型天然气水合物的3G异常标志，总结出该类型水合物实用的勘探思路。
海洋地质前沿. 2020, 36(9): 94-100
浅表层天然气水合物资源勘查是天然气水合物资源勘查的重要组成部分，对深水地质灾害预测和评价、气候变化等都具有重要的指导意义。地震勘探是天然气水合物勘探的重要手段，但浅表层天然气水合物赋存于近海底沉积物中，埋深一般小于海底以下60 m，对地震浅层分辨率具有较高的要求，常规地震勘探方法难以满足以高频信号为主的浅表层天然气水合物勘探的需要。针对浅表层天然气水合物的特点，充分利用小道距高分辨率多道地震电火花震源气泡效应小、可重复性好，激发频率高、接收系统动态范围大等特点，结合参量阵浅地层剖面，形成了一套高分辨率地震勘探方法，提高了浅部地层的地震分辨率，满足了浅表层天然气水合物勘查对资料分辨率的要求。浅表层天然气水合物似海底反射（BSR）不明显，通常与海底甲烷渗漏密切相关，因此海底气体渗漏相关的地形地貌、气体运移通道、速度异常和振幅异常等特征是浅表层天然气水合物的重要识别标志。
海洋地质前沿. 2020, 36(9): 101-108
北极海域赋存丰富的油气和天然气水合物资源，也是全球环境变化的一个重要窗口，北极巴伦支海西南部陆架已发现大量天然气水合物赋存的识别标志，笔者综述了巴伦支海西南部海域陆架区水合物形成的条件和已发现的天然气水合物分布情况和泄漏特征，总结影响巴伦支海西南陆架区天然气水合物形成和分解的各项因素，评价北极巴伦支海西南部天然气水合物资源前景。掌握北极巴伦支海及其周边区域的水合物资源情况是提升中国在北极事务话语权的必要内容之一，北极海域水合物动态变化对于全球气候变化具有十分重要的指导意义；这类极地低温海域水合物流体聚集和运移特征十分特殊，对丰富水合物成藏研究有重要的理论意义。
海洋地质前沿. 2020, 36(9): 109-120
