劉昌嶺，孫運(yùn)寶

1. 自然資源部天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所，青島 266237

2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，青島 266237

天然氣水合物分布廣、資源量大，是一種潛力巨大的清潔能源。自然界中天然氣水合物成藏需要滿(mǎn)足低溫高壓環(huán)境、充足的氣源、自由水及儲(chǔ)集空間等基本條件，這決定了僅在深海沉積物及陸上凍土帶等地區(qū)具備水合物賦存的地質(zhì)條件[1-3]。目前中國(guó)、日本、美國(guó)、韓國(guó)和印度等國(guó)均已從國(guó)家層面推動(dòng)海洋天然氣水合物資源調(diào)查與評(píng)價(jià)工作[4]（圖1）。

圖 1 海洋天然氣水合物調(diào)查研究現(xiàn)狀[5]Fig.1 Current status of scientific and industrial researches for Marine gas hydrate [5]

海洋天然氣水合物儲(chǔ)層特性直接影響天然氣水合物富集程度。天然氣水合物飽和度代表沉積物中天然氣水合物的富集程度，是評(píng)價(jià)水合物資源量的重要指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，含水合物沉積物顆粒越粗，孔隙空間越大，水合物飽和度越高。如阿拉斯加北坡發(fā)現(xiàn)的水合物飽和度為60%～90%，主要賦存于以砂巖為主的儲(chǔ)層中[6]；日本Nankai海槽中發(fā)現(xiàn)的水合物賦存在細(xì)砂沉積物中，水合物飽和度超過(guò)60%[7]；而中國(guó)南海北部海域發(fā)現(xiàn)的水合物主要賦存于泥質(zhì)粉砂沉積中，飽和度較低，只有10%～45%[8]。因此，天然氣水合物的富集規(guī)模取決于其賦存的地質(zhì)條件，且受儲(chǔ)層性質(zhì)影響。

天然氣水合物資源量評(píng)價(jià)方法主要有體積法、成因法與類(lèi)比法3種，其方法原理與適用性各不相同。由于對(duì)多賦存類(lèi)型水合物基礎(chǔ)地質(zhì)條件與富集規(guī)律之間的復(fù)雜關(guān)系仍然缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，不同研究人員采用不同方法、在不同時(shí)期對(duì)全球天然氣水合物資源量的評(píng)價(jià)結(jié)果差異很大。隨著天然氣水合物調(diào)查研究程度的深入，全球天然氣水合物資源量呈現(xiàn)明顯的減少趨勢(shì)[9]。2020年，中國(guó)在南海完成了第二輪水合物試采，創(chuàng)造了日產(chǎn)氣量和總產(chǎn)氣量的世界紀(jì)錄[10]，有力地推進(jìn)了天然氣水合物的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。然而，水合物試采成功仍未能回答天然氣水合物產(chǎn)業(yè)化的資源基礎(chǔ)是否具備的問(wèn)題，限制了中長(zhǎng)期開(kāi)采方案和規(guī)劃的制定。因此，精細(xì)刻畫(huà)天然氣水合物儲(chǔ)層特征，建立針對(duì)不同儲(chǔ)層類(lèi)型天然氣水合物資源量的評(píng)價(jià)方法，準(zhǔn)確獲取天然氣水合物地質(zhì)儲(chǔ)量，是天然氣水合物產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。

本文從水合物賦存形態(tài)和儲(chǔ)層性質(zhì)兩方面論述了海洋天然氣水合物儲(chǔ)層特性，介紹了海洋天然氣水合物的資源評(píng)價(jià)方法，提出了“從面到點(diǎn)、由粗至精”的評(píng)價(jià)思路，針對(duì)調(diào)查程度高的區(qū)域首次提出了海洋天然氣水合物資源精評(píng)方法，旨在為海洋天然氣水合物資源量精確評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 海洋天然氣水合物儲(chǔ)層特性

1.1 天然氣水合物賦存形態(tài)

天然氣水合物的成藏條件除了需要合適的溫度、壓力及充足的水分外，還需要持續(xù)的氣源供應(yīng)。通常情況下，天然氣水合物儲(chǔ)層氣體主要來(lái)源于深部的氣體運(yùn)移和穩(wěn)定帶內(nèi)部和下部的微生物作用。氣體運(yùn)移方式、水合物賦存形態(tài)和沉積物性質(zhì)不同，海洋天然氣水合物有多種類(lèi)型，如孔隙填充型水合物、裂隙填充型水合物、擴(kuò)散型水合物、滲漏型水合物、泥質(zhì)粉砂型水合物和淺表層塊狀水合物等等，這些概念術(shù)語(yǔ)，有的是從成因的角度，有的是從賦存角度，有的是從地質(zhì)的角度來(lái)進(jìn)行描述，目前尚存在混用、亂用等現(xiàn)象，急需闡明這些概念的內(nèi)涵，厘清各術(shù)語(yǔ)之間的關(guān)系，對(duì)問(wèn)題形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。

從氣體運(yùn)移方式看，海洋天然氣水合物主要分為擴(kuò)散型水合物和滲漏型水合物兩種，前者是指氣體或溶解氣流體以擴(kuò)散方式由底部向上部沉積物運(yùn)移，多生成于高滲透率的粗砂沉積物孔隙中；而后者是氣體以滲漏的方式沿著裂隙等通道向海底運(yùn)移，根據(jù)裂隙大小、產(chǎn)狀和填充物等不同，以塊

狀、結(jié)核、透鏡體和脈狀等多種形態(tài)存在于沉積層裂隙中。在一些海底冷泉滲漏點(diǎn)附近，淺海底地層甚至海底還會(huì)出現(xiàn)塊狀水合物。從水合物賦存狀態(tài)看，主要分為孔隙填充型水合物與裂隙填充型水合物兩種。一般來(lái)說(shuō)，氣體擴(kuò)散易生成孔隙填充型水合物，而氣體滲漏易生成裂隙填充型水合物。但是，生成何種賦存類(lèi)型的水合物，主要取決于沉積層孔隙、裂隙等聚集空間的性質(zhì)，與氣體的運(yùn)移方式?jīng)]有對(duì)應(yīng)關(guān)系。

在顆?？紫洞?、滲透率高的砂質(zhì)沉積物中，水合物以孔隙填充形式存在（圖2），稱(chēng)為孔隙填充型水合物，其發(fā)育規(guī)模受砂體范圍控制，主要分布于海底扇、水道、天然堤和濁流沉積等深水沉積，多位于穩(wěn)定帶內(nèi)部，如黑海周?chē)笮凸藕酉档臐岱e巖和河道系統(tǒng)[11]、墨西哥灣[12]及日本南海海槽等海域的濁積巖系統(tǒng)[13]，此類(lèi)砂質(zhì)儲(chǔ)層水合物飽和度常常會(huì)超過(guò)50%，最高達(dá)90%[14]。在有些粉砂質(zhì)沉積物中，由于含有豐富的有孔蟲(chóng)殼體、硅藻及黃鐵礦等，通常也具有較高的孔隙度和滲透率，水合物以孔隙填充形式存在于生物殼體內(nèi)，一般以擴(kuò)散狀分布于大陸邊緣，如布萊克海臺(tái)[15]、南海神狐海域[16]和墨西哥灣等海域[17]，水合物飽和度一般大于10%，主要受儲(chǔ)層巖石的巖性、孔隙結(jié)構(gòu)及表面性質(zhì)的影響。

圖 2 粗粒沉積物孔隙中水合物的3種賦存模式示意圖Fig.2 Occurrence types of hydrate in coarse-grained sediments

在顆粒孔隙小的泥質(zhì)粉砂沉積物中，水合物以裂隙填充形式存在，稱(chēng)為裂隙填充型水合物。由于很難填充細(xì)粒沉積物孔隙，水合物只能以塊狀、脈狀和結(jié)核狀等多種形態(tài)占據(jù)不同形狀、大小的裂隙，形成了多賦存類(lèi)型的水合物儲(chǔ)層。水合物飽和度的概念并不適合裂隙填充型水合物，因?yàn)榱严队写笥行?，用含水合物裂隙?shù)占總孔隙數(shù)比例的飽和度表征方法顯然不能準(zhǔn)確描述儲(chǔ)層水合物的量。為此，我們提出一個(gè)“水合物地層豐度”新概念，即沉積地層中水合物的豐度，指在單位體積沉積地層中含水合物的體積，用這個(gè)概念可以合理地評(píng)估裂隙填充型水合物的含量。在一些海底滲漏區(qū)，裂隙填充型水合物的含量為40%～100%[18]。

通過(guò)X-CT掃描可從微觀角度分析水合物與沉積物的賦存關(guān)系。圖3和圖4分別為南海神狐海域的塊狀水合物（裂隙填充型水合物）和分散狀水合物（孔隙填充型水合物）兩種典型巖心樣品內(nèi)部二維截面圖，水合物與沉積物界限非常清晰。圖3中包裹水合物的沉積物非常疏松，有很多氣孔，可能是由鉆探取樣過(guò)程中部分水合物分解引起的。沉積物中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)孔隙填充型水合物[19]。圖4為孔隙填充型水合物巖心樣品，沉積物內(nèi)部有孔蟲(chóng)等微體古生物殼體含量豐富，最大的微體古生物殼體尺寸約為800 μm，總體積百分含量最高可達(dá)25%[19]。這些微體古生物殼體為多孔狀，滲透性好，可充當(dāng)沉積物中的粗砂成分，增大了沉積物的孔隙度和滲透率[20-21]。與此類(lèi)似，韓國(guó)Ulleung盆地某鉆孔水合物儲(chǔ)層砂含量?jī)H為0.5%～2.2%，但由于富含多孔微結(jié)構(gòu)硅藻，水合物含量高達(dá)34.7%～43.0%[22]。

圖 3 塊狀水合物巖心樣品CT二維截面圖Fig.3 CT section of massive hydrate sample

圖 4 分散狀水合物巖心樣品CT二維截面圖Fig.4 CT section of dispersed hydrate sample

南海神狐海域及珠江口盆地水合物鉆探巖心樣品測(cè)試及大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果[23-24]表明，在不含微生物碎屑且沒(méi)有裂隙的泥質(zhì)粉砂沉積物中很難生成水合物，即在微納米孔隙中水合物成核困難，故在該種類(lèi)型沉積物中只能存在裂隙填充型水合物，只有在粗砂大孔隙沉積物或富含微生物殼體的泥質(zhì)粉砂沉積物中才能形成孔隙填充型水合物。

1.2 天然氣水合物儲(chǔ)層性質(zhì)

天然氣水合物儲(chǔ)層的沉積物類(lèi)型、儲(chǔ)集空間有效性和非均質(zhì)性等因素影響水合物的生長(zhǎng)和空間分布，進(jìn)而影響儲(chǔ)層性質(zhì)，與資源量大小、開(kāi)發(fā)難易程度密切相關(guān)[25]。

1.2.1 沉積物與儲(chǔ)集空間

海洋天然氣水合物主要賦存在新近系及第四系砂質(zhì)、粉砂質(zhì)、黏土質(zhì)粉砂、粉砂質(zhì)黏土等未固結(jié)沉積物中，甚至直接出露在海底，如“海馬冷泉”和臺(tái)灣東北部沖繩海槽地區(qū)淺表層水合物[3]。中國(guó)南海神狐海域多為富含有孔蟲(chóng)等古生物化石的黏土質(zhì)粉砂，其次為粉砂質(zhì)黏土[26]。儲(chǔ)層沉積物礦物主要包含石英、伊利石、方解石、白云石、綠泥石、鈉長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、黃鐵礦，以及少量透閃石和巖鹽。伊利石和石英在沉積物中的含量普遍偏高，其次為綠泥石和碳酸鹽礦物，其他礦物的含量均較低[27-28]。

海洋沉積物的孔隙與沉積層的裂隙就是水合物的生成與儲(chǔ)集空間。沉積物孔隙可細(xì)分為粒間孔隙和粒內(nèi)孔隙兩種。粒間孔隙是由粗碎屑顆粒相互接觸形成的空間，粒內(nèi)孔隙主要指生物死亡后未被填充或部分填充的微生物殼體空間，大部分有孔蟲(chóng)殼體大小相當(dāng)于砂粒級(jí)，所提供的粒內(nèi)孔隙比粒間孔隙要大得多。一般來(lái)說(shuō)，砂質(zhì)沉積物孔隙空間大、連通性好、滲透率高，有利于含烴流體通暢運(yùn)移和天然氣水合物生成與就地存儲(chǔ)[29]。粉砂質(zhì)沉積物如果富含有孔蟲(chóng)和鈣質(zhì)化石顆粒等生物碳酸鹽[20]、硅藻化石[30]和火山灰[14]等，可改變沉積物的孔隙結(jié)構(gòu)、連通性和滲透率等重要儲(chǔ)層特征參數(shù)，使其粒度級(jí)別可達(dá)砂級(jí)和粗粉砂級(jí)，大大改善了水合物生成與儲(chǔ)集環(huán)境。泥質(zhì)沉積物孔隙度小、滲透率低、有機(jī)質(zhì)豐富、儲(chǔ)層性能較差，但由于構(gòu)造作用、差異壓實(shí)和流體影響可形成斷裂、氣煙囪、泥底辟和泥火山等構(gòu)造，這些沉積層內(nèi)廣泛存在的高角度斷層或裂隙，可有效擴(kuò)展細(xì)粒沉積物的儲(chǔ)集空間，形成塊狀、脈狀、結(jié)核狀等不同產(chǎn)狀的裂隙填充型水合物[31]。

1.2.2 非均質(zhì)性

由于海洋沉積物粒度、礦物種類(lèi)分布不均勻，水合物生成具有隨機(jī)性，使得海洋天然氣水合物分布極不均勻。礦物表面附近孔隙水活性降低，粒徑越小其比表面積越大，孔隙水活性越低。因此，細(xì)粒沉積物內(nèi)水合物生長(zhǎng)受到抑制，水合物更傾向于在粗粒沉積物中形成，導(dǎo)致水合物優(yōu)先生長(zhǎng)于儲(chǔ)集空間大的沉積物中[32]。如在砂、泥質(zhì)沉積物互層中，甲烷水合物通常集中在富砂層中，而泥質(zhì)層中通常不含或極少含水合物。南海海槽弧前盆地、安達(dá)曼海的水合物鉆探取心發(fā)現(xiàn)，甲烷水合物只存在于粗顆粒沉積層中，周?chē)^厚的細(xì)粒層段不含水合物[14]；布萊克海臺(tái)沉積物相對(duì)均勻且粒度差異微乎其微，但甲烷水合物仍?xún)?yōu)先出現(xiàn)在含砂比例較高或含有更多微生物化石和脈狀黃鐵礦的地層中[33]。

對(duì)于低孔、低滲細(xì)粒沉積物儲(chǔ)層而言，基質(zhì)孔隙已基本不具備有效滲濾條件，水合物并不占據(jù)孔隙空間，而是形成于沉積層裂隙內(nèi)，迫使地層裂隙增大并填充其中。因此，裂隙不僅起著流體運(yùn)移通道的作用，同時(shí)還起著儲(chǔ)集空間的作用。例如，印度近海的克里希納-戈達(dá)瓦里盆地在細(xì)粒沉積物為主地層內(nèi)發(fā)現(xiàn)近125 m的水合物填充裂隙[34]，美國(guó)路易斯安那州近海發(fā)現(xiàn)構(gòu)造作用引起的低通量、低滲透的含裂隙型水合物系統(tǒng)[35]，布萊克海臺(tái)發(fā)現(xiàn)構(gòu)造、差異剝蝕、水合物抬升和自由氣毛細(xì)管壓力共同作用下形成的低通量、中等滲透、含大量游離氣體的裂隙型水合物系統(tǒng)[36]，水合物脊在黏土層段發(fā)現(xiàn)水力壓裂作用下發(fā)育的高通量、高滲透含水合物裂縫系統(tǒng)[37]。

1.2.3 儲(chǔ)層特征參數(shù)

天然氣水合物儲(chǔ)層由水合物、水、氣和沉積物骨架組成，水合物的含量與賦存形態(tài)對(duì)儲(chǔ)層基礎(chǔ)物性（如聲學(xué)性質(zhì)、電性、力學(xué)性質(zhì)和滲透率等）影響顯著[38]。因此，正確認(rèn)識(shí)聲波速度、電阻率、力學(xué)參數(shù)和滲透率等特征參數(shù)及其變化規(guī)律，是精細(xì)刻畫(huà)水合物儲(chǔ)層的關(guān)鍵，可為水合物資源評(píng)價(jià)和開(kāi)采提供依據(jù)。

（1）聲波速度

目前，實(shí)驗(yàn)室較為常用的水合物聲波速度測(cè)試技術(shù)主要有3種：超聲波探測(cè)、彎曲元測(cè)試和共振柱技術(shù)。其中，超聲波測(cè)量技術(shù)主要應(yīng)用于水合物的聲學(xué)特性的高頻（0.25～1 MHz）測(cè)量，能較好地應(yīng)用于固結(jié)巖心的測(cè)試，但在松散沉積物中聲波衰減嚴(yán)重，難以獲取松散沉積物中水合物橫波速度[39]。彎曲元技術(shù)可用于松散沉積物中水合物生成過(guò)程的縱、橫波速度的測(cè)量[40]，但彎曲元產(chǎn)生的彈性波在沉積物中傳播時(shí)會(huì)出現(xiàn)近場(chǎng)效應(yīng)和過(guò)沖現(xiàn)象。共振柱常用于低頻（10 Hz～10 kHz）波速測(cè)量，可以在接近地震頻率下測(cè)量含水合物沉積物樣品的縱、橫波速度，其結(jié)果與野外地球物理勘探的波速有可比性[41]。天然氣水合物儲(chǔ)層往往表現(xiàn)為相對(duì)高的聲波速度[42]。如神狐海域的測(cè)井顯示，水合物儲(chǔ)層頂部壓縮波速度（Vp）值由1.87 km/s開(kāi)始明顯增大，最大值達(dá)2.30 km/s，在水合物儲(chǔ)層底部回落至正常趨勢(shì)值1.79 km/s[43]。2017年和2020年兩次試采所在水合物儲(chǔ)層的縱波波速平均約為2.03 km/s，而下部由于水和游離氣含量的增加，導(dǎo)致水合物、水和游離氣混合區(qū)的波速迅速回落到1.1～1.7 km/s[44]。基于實(shí)驗(yàn)室聲波測(cè)試技術(shù)建立聲波速度與沉積物物性關(guān)系模型，可模擬聲波時(shí)差測(cè)井響應(yīng)，預(yù)測(cè)孔隙度和飽和度等物性參數(shù)，分析水合物含量，進(jìn)而反演儲(chǔ)層物性。

（2）電阻率

沉積物導(dǎo)電特性主要依靠孔隙流體內(nèi)的離子導(dǎo)電，而沉積物孔隙中的水合物微觀賦存分布改變了其原有的孔隙結(jié)構(gòu)特征（孔隙體積、孔隙直徑、連通性等），限制了孔隙流體的運(yùn)移，改變了含水合物沉積物的電阻率[45]。因此，含水合物沉積物的電阻率受水合物微觀形態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)的耦合作用影響。水合物的微觀形態(tài)取決于孔隙內(nèi)氣水分布和氣水運(yùn)移，而氣水分布和運(yùn)移又受孔隙結(jié)構(gòu)特征的控制[46]。Dong等[47-48]基于巖石物理模擬方法，分別計(jì)算了接觸、膠結(jié)和懸浮型水合物數(shù)字巖心的電阻率，結(jié)果表明水合物的微觀賦存形態(tài)對(duì)沉積物電阻率影響顯著。陳國(guó)旗等[49]利用X-CT和電阻率聯(lián)合測(cè)量技術(shù)，研究了含水合物沉積物電阻率響應(yīng)特征，結(jié)果表明當(dāng)水合物飽和度低于20%時(shí)，電阻率主要受排鹽效應(yīng)控制，水合物含量影響不顯著；當(dāng)水合物飽和度高于20%時(shí)，由于水合物的增加而導(dǎo)致孔隙阻塞加強(qiáng)，電阻率變化明顯。電阻率測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)結(jié)合Archie公式能夠獲得水合物在地層中的飽和度[50]。例如中國(guó)南海神狐海域第一次水合物鉆探航次（GMGS-1），通過(guò)電阻率測(cè)井等一系列數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了10～25 m的水合物層，根據(jù)Archie公式估算SH2站位和SH7站位飽和度最高達(dá)43%[51]?；趯?shí)驗(yàn)室電阻率測(cè)試技術(shù)建立的電阻率與飽和度關(guān)系模型，可分析電阻率異常響應(yīng)特征，進(jìn)而用于反演儲(chǔ)層飽和度。

（3）力學(xué)參數(shù)

天然氣水合物儲(chǔ)層的抗剪強(qiáng)度、彈性模量和泊松比等力學(xué)參數(shù)是海域水合物開(kāi)采重要的物性參數(shù)，針對(duì)南海神狐海域W18/19 站位的水合物上覆層，采用井下孔壓靜力觸探（CPTU）測(cè)試并依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測(cè)泥線以下150 m范圍的剪切強(qiáng)度約為180 kPa[52]，而保壓取心測(cè)試的水合物儲(chǔ)層原位樣品的剪切強(qiáng)度為0.3～1.1 MPa[53]。由于保壓取心成本高、保壓轉(zhuǎn)移測(cè)試技術(shù)難度大，常采用含水合物沉積物的重塑樣品進(jìn)行原位力學(xué)特征研究。含水合物沉積物力學(xué)特性測(cè)試主要依托高壓低溫三軸壓縮儀進(jìn)行，大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，原位水合物沉積物重塑樣品總體上能夠反映水合物儲(chǔ)層的力學(xué)性質(zhì)，其剪切強(qiáng)度特性主要受骨架成分、水合物飽和度和分布狀態(tài)、應(yīng)力條件等參數(shù)的影響[53-57]?；谑覂?nèi)力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、水合物飽和度和聲波測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)建立的力學(xué)經(jīng)驗(yàn)公式[58-60]，也可以預(yù)測(cè)相應(yīng)水合物儲(chǔ)層剪切強(qiáng)度范圍，如根據(jù)神狐W17 井?dāng)?shù)據(jù)預(yù)測(cè)的水合物儲(chǔ)層剪切強(qiáng)度約為0.7～1.6 MPa，與原位保壓樣品測(cè)試數(shù)據(jù)較接近。因此，該經(jīng)驗(yàn)公式可用于快速評(píng)價(jià)水合物儲(chǔ)層力學(xué)性質(zhì)。

（4）滲透率

沉積物中由于水合物的生成導(dǎo)致孔隙尺寸和分布的變化，進(jìn)而影響沉積物的滲透率。隨著水合物的生成，沉積物孔隙空間的最大孔隙半徑和平均孔隙半徑逐漸減小，沉積物水相滲透率隨水合物生成先迅速減小后緩慢減??；具有不同孔隙結(jié)構(gòu)特征的樣品水相滲透率變化規(guī)律存在較大差異[61]。沉積物中水合物飽和度、孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)和滲透率存在定量關(guān)系，利用X-CT技術(shù)可從沉積物內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)、水合物賦存形態(tài)和微觀滲流規(guī)律角度來(lái)揭示三者之間的內(nèi)在聯(lián)系[62-63]。神狐海域沉積物整體孔隙比較均勻，以微納米孔為主，吼道呈席狀、彎曲片狀，孔隙直徑為500 nm～20 μm，是連通性空間的主體；部分有孔蟲(chóng)存在大孔隙，局部發(fā)現(xiàn)有裂隙，整體孔隙度約為33%～55%，毛管力為0.57～1.10 MPa[64]，有效滲透率為0.2～40 mD[65-68]。東沙海域以微米孔為主，整體孔隙度約為30%～60.5%[69]。西沙海域孔隙度約為35%～47%[70]，有效滲透率約為2～20 mD。瓊東南海域依據(jù)不同的估算方式得到的結(jié)果差別較大，孔隙度約為25.9%～59.1%[26]。由于中國(guó)南海海域沉積物富含黏土，常規(guī)的分析測(cè)試手段在表征儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)上有一定的難度，目前尚缺乏定量性的孔隙結(jié)構(gòu)描述。

2 海洋天然氣水合物資源評(píng)價(jià)方法

現(xiàn)階段海洋天然氣水合物資源評(píng)價(jià)根據(jù)勘探開(kāi)發(fā)階段和研究深入程度的不同，可劃分為成礦遠(yuǎn)景區(qū)評(píng)價(jià)、成礦區(qū)帶評(píng)價(jià)、有利區(qū)塊評(píng)價(jià)和礦體評(píng)價(jià)4個(gè)層次。對(duì)于成礦遠(yuǎn)景區(qū)，多采用體積法結(jié)合蒙特卡羅法或成因法估算遠(yuǎn)景資源量，可靠性較低；對(duì)于成礦區(qū)帶，常采用豐度類(lèi)比法估算推測(cè)資源量，可靠性較高；對(duì)于有利區(qū)塊評(píng)價(jià)采用類(lèi)比法結(jié)合體積法計(jì)算控制地質(zhì)儲(chǔ)量，可靠性高；對(duì)于礦體，基于刻度區(qū)類(lèi)比進(jìn)行探明地質(zhì)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)，可靠性最高。

2.1 常用評(píng)價(jià)方法

2.1.1 體積法

（1）基本原理

從天然氣水合物靜態(tài)賦存特征出發(fā)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)層參數(shù)的概率分布，建立資源量與儲(chǔ)層參數(shù)的線性關(guān)系，進(jìn)行資源量計(jì)算，其數(shù)學(xué)公式可概括為：

式中：Qh為天然氣水合物資源量（m3）；Ah為儲(chǔ)層有效面積（m2）；Zh為儲(chǔ)層有效厚度（m）；Ф為孔隙度；Sh為水合物飽和度；E為產(chǎn)氣因子。

（2）評(píng)價(jià)參數(shù)

體積法通過(guò)計(jì)算聚集于沉積物有效孔隙空間的水合物體積推算資源量，主要計(jì)算參數(shù)包括含天然氣水合物儲(chǔ)層有效面積、有效厚度、孔隙度、飽和度和產(chǎn)氣因子。儲(chǔ)層有效面積指水合物賦存區(qū)中具有資源前景地區(qū)所圍成的面積，表征水合物儲(chǔ)層橫向聚集范圍，可通過(guò)基于沉積相圖、儲(chǔ)層綜合異常圖和烴類(lèi)異常圖等疊加分析得到的平面邊界計(jì)算。有效厚度指儲(chǔ)層有效面積內(nèi)含水合物沉積層的厚度，指示水合物儲(chǔ)層垂向聚集區(qū)間，可基于測(cè)井約束地震反演和電磁屬性反演識(shí)別的水合物頂?shù)捉缑婢嚯x求取。孔隙度指水合物儲(chǔ)層中孔隙占據(jù)沉積物總體積的百分?jǐn)?shù)，代表水合物的有效儲(chǔ)集空間。飽和度指儲(chǔ)層中沉積物孔隙中水合物的體積與孔隙總體積的比值，指示水合物的富集程度，分別基于測(cè)井模型建立的孔隙度-波阻抗、飽和度-波阻抗經(jīng)驗(yàn)關(guān)系預(yù)測(cè)，采用測(cè)井約束波阻抗反演獲取。產(chǎn)氣因子基于實(shí)際樣品測(cè)試得到的氣水比推算[57, 71-72]。

（3）適用性

體積法適用于大面積、均勻分布的孔隙填充型水合物的資源評(píng)價(jià)，可大致描述不同巖性沉積物中水合物儲(chǔ)層的空間分布，但對(duì)于裂隙填充型水合物，由于儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，地球物理響應(yīng)特征不明顯，難以對(duì)水合物飽和度等關(guān)鍵儲(chǔ)層參數(shù)界定，不適用于非均質(zhì)性明顯的儲(chǔ)層評(píng)價(jià)。

2.1.2 成因法

（1）基本原理

從天然氣水合物動(dòng)態(tài)聚集過(guò)程出發(fā)，基于油氣系統(tǒng)理論對(duì)氣體產(chǎn)氣量、排氣量及聚集量預(yù)測(cè)，結(jié)合天然氣水合物相平衡理論計(jì)算穩(wěn)定帶內(nèi)水合物所固結(jié)的氣體資源量[73-74]。

（2）評(píng)價(jià)參數(shù)

成因法基于地質(zhì)模型將實(shí)際地質(zhì)體分布及特征抽象為數(shù)學(xué)模型，通過(guò)邊界模型將水合物系統(tǒng)形成所需要的基本條件量化為地質(zhì)模型的初始條件，結(jié)合生排烴模型模擬水合物系統(tǒng)中氣體的生成過(guò)程和運(yùn)移特征，計(jì)算產(chǎn)氣量、排氣量和聚集量等氣源參數(shù)，利用水合物聚集模型模擬氣體進(jìn)入穩(wěn)定帶后被水合物所固結(jié)的氣體資源量。相應(yīng)的評(píng)價(jià)參數(shù)主要包括地質(zhì)模型參數(shù)、邊界條件參數(shù)、含氣性參數(shù)和相平衡參數(shù)。地質(zhì)模型參數(shù)指斷層特征、地層分布及巖性等，用于刻畫(huà)流體運(yùn)移條件及有效儲(chǔ)集空間，基于斷層體刻畫(huà)技術(shù)、層序地層學(xué)解釋和巖心樣品測(cè)定等獲取。邊界條件參數(shù)指古溫度、古熱流和古水深數(shù)據(jù)等，表征水合物系統(tǒng)演化所需的環(huán)境條件，基于古溫標(biāo)分析、構(gòu)造熱演化分析和平衡剖面恢復(fù)技術(shù)預(yù)測(cè)。含氣性參數(shù)指氣體組分、有機(jī)質(zhì)含量和成熟度等，指示水合物形成的氣源條件，基于鏡質(zhì)體反射率測(cè)試、滲流力學(xué)分析和流體勢(shì)分析獲取。相平衡參數(shù)指現(xiàn)今溫度、壓力和鹽度等，表征水合物穩(wěn)定聚集條件，基于氣體組分分析、水合物生成動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)校正得到[75-77]。

（3）適用性

成因法適用于不考慮水合物賦存方式的大尺度綜合評(píng)價(jià)，模型結(jié)合單個(gè)站位數(shù)據(jù)描述垂向非均質(zhì)性，利用溫壓和巖性數(shù)據(jù)控制橫向非均質(zhì)性，但無(wú)法明確孔隙填充型和裂隙填充型水合物儲(chǔ)層規(guī)模，難以制定有針對(duì)性的開(kāi)采方案。評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性和精度受水合物勘探及研究程度限制，結(jié)果不確定性較大。

2.1.3 類(lèi)比法

（1）基本原理

從天然氣水合物成藏基礎(chǔ)地質(zhì)條件相似性出發(fā)，由已知刻度區(qū)儲(chǔ)量推算評(píng)價(jià)區(qū)儲(chǔ)量[71]，計(jì)算公式概括如下：式中：Qh為評(píng)價(jià)區(qū)天然氣水合物資源量（m3）；A為評(píng)價(jià)區(qū)面積（m2）；a為相似系數(shù)，0＜a≤1；P為刻度區(qū)天然氣水合物資源豐度（m3/m2）。

（2）評(píng)價(jià)參數(shù)

類(lèi)比法基于刻度區(qū)與評(píng)價(jià)區(qū)水合物成藏條件的相似程度，由刻度區(qū)單位面積所對(duì)應(yīng)的地下空間水合物資源量計(jì)算評(píng)價(jià)區(qū)氣體資源量。主要評(píng)價(jià)參數(shù)包括評(píng)價(jià)單元面積、相似系數(shù)和刻度區(qū)資源豐度。評(píng)價(jià)區(qū)面積與體積法參數(shù)相同，相似系數(shù)以基于刻度區(qū)建立的評(píng)價(jià)參數(shù)指標(biāo)及賦值標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，采用主/客觀賦權(quán)法對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)的相應(yīng)指標(biāo)打分確定，刻度區(qū)資源豐度通過(guò)采用體積法計(jì)算井控區(qū)單位面積對(duì)應(yīng)的資源量得到。

（3）適用性

類(lèi)比法適用于對(duì)勘探前期的快速評(píng)價(jià)，參數(shù)多基于定性或低精度測(cè)量數(shù)據(jù)，與刻度區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)條件高度吻合區(qū)域評(píng)價(jià)結(jié)果較為可靠，反之則誤差較大。

2.2 全球天然氣水合物資源量評(píng)價(jià)結(jié)果分析

2.2.1 評(píng)價(jià)結(jié)果

全球海洋天然氣水合物資源量早期評(píng)價(jià)結(jié)果具有很大的不確定性，總體上差異顯著，呈階段性降低的趨勢(shì)，大致可分為3個(gè)階段（表1，圖5）：①探索研究階段：20世紀(jì)70 年代到80 年代，海域天然氣水合物的資源價(jià)值尚未得到認(rèn)可，體積法是主要的評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)參數(shù)多基于過(guò)于樂(lè)觀的假設(shè)，1017～1018m3的估計(jì)值被廣泛認(rèn)可。②資源發(fā)現(xiàn)階段：20世紀(jì)80 年代到21 世紀(jì)初，大洋鉆探證實(shí)了海洋天然氣水合物的資源價(jià)值，體積法和類(lèi)比法是主要的評(píng)價(jià)方法，基于實(shí)際數(shù)據(jù)的體積法評(píng)價(jià)參數(shù)取值更為合理，評(píng)價(jià)結(jié)果基本穩(wěn)定在1016m3，評(píng)價(jià)結(jié)果差異性明顯減少。③能源開(kāi)發(fā)階段：21世紀(jì)初至今，日本南海海槽砂質(zhì)儲(chǔ)層高飽和度天然氣水合物勘探成果促使各界達(dá)成了將海洋天然氣水合物可作為能源儲(chǔ)備的共識(shí)[78]，體積法、成因法和類(lèi)比法參數(shù)設(shè)置更接近實(shí)際地質(zhì)情況，且多種評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)結(jié)果吻合度較高，1015m3的全球海洋天然氣

表 1 主要海洋天然氣水合物資源量評(píng)價(jià)結(jié)果Table 1 Evaluation of main marine gas hydrate resources

圖 5 海洋天然氣水合物資源量評(píng)價(jià)結(jié)果綠色代表體積法，紫色代表類(lèi)比法，青色代表成因法。Fig.5 Marine gas hydrate resources evaluationGreen, purple and cyan represents the resources calculated by volume method, analogy method and genetic method respectively.

水 合物資源量被認(rèn)為是合理的（圖5）。

2.2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果差異性分析

造成不同階段全球天然氣水合物資源量評(píng)價(jià)結(jié)果的差異有多種原因，其中主要與天然氣水合物系統(tǒng)理論認(rèn)識(shí)水平和勘探程度密切相關(guān)。

（1）理論認(rèn)識(shí)水平

理論認(rèn)識(shí)水平是資源評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，決定了評(píng)價(jià)方法的選擇和評(píng)價(jià)參數(shù)的選取。早期評(píng)價(jià)基于相平衡理論，對(duì)其賦存條件、形成過(guò)程及影響因素等問(wèn)題的研究尚處于探索階段，認(rèn)為海洋天然氣水合物在全海域穩(wěn)定帶內(nèi)廣泛均勻分布，未考慮氣源、運(yùn)移通道及地質(zhì)儲(chǔ)集條件，結(jié)果差異主要來(lái)自于對(duì)評(píng)價(jià)面積、穩(wěn)定帶厚度和資源密度等參數(shù)的主觀判斷[79-81]。隨著天然氣水合物主要形成于大陸邊緣且需足夠有機(jī)碳供應(yīng)的觀點(diǎn)得到廣泛共識(shí)，尤其是不同產(chǎn)狀天然氣水合物的發(fā)現(xiàn)，TOC、BSR、飽和度和孔隙度等參數(shù)引入擴(kuò)散型和滲漏型水合物體積法評(píng)價(jià)，概率統(tǒng)計(jì)體積法和類(lèi)比法得以發(fā)展，但對(duì)海洋天然氣水合物成藏機(jī)制和富集規(guī)律理論缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，評(píng)價(jià)結(jié)果的差異主要來(lái)自于對(duì)天然氣水合物分布面積、厚度和飽和度等具體參數(shù)的不同獲取方式[82,84]。近年來(lái)，“天然氣水合物油氣系統(tǒng)”概念[89]的提出，加速了對(duì)天然氣水合物成核機(jī)制、綜合識(shí)別方法和形成機(jī)制等基礎(chǔ)地質(zhì)問(wèn)題的系統(tǒng)理解，基于精確計(jì)算數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的體積法[86]、以全球數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的類(lèi)比法和對(duì)海洋水合物成藏過(guò)程動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)的成因法得以快速發(fā)展，評(píng)價(jià)結(jié)果的差異主要取決于對(duì)儲(chǔ)層特征刻畫(huà)的程度[85,87-88]。因此，理論認(rèn)識(shí)水平的不斷提升是導(dǎo)致全球海洋天然氣水合物資源量計(jì)算結(jié)果巨大差異（達(dá)3個(gè)量級(jí)）的主要原因之一。

（2）天然氣水合物資源勘探程度

天然氣水合物資源勘探程度是評(píng)價(jià)的關(guān)鍵，決定了評(píng)價(jià)參數(shù)的精度和合理性。早期天然氣水合物資源評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)來(lái)源于有限的樣品實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)和海底水深數(shù)據(jù)，覆蓋率低、精度有限，由于計(jì)算過(guò)程未采納儲(chǔ)層特征參數(shù)，因而無(wú)法描述水合物富集特征，評(píng)價(jià)方法過(guò)于簡(jiǎn)單，參數(shù)取值多基于假設(shè)估算，主觀性強(qiáng)，結(jié)果可靠性差。隨著天然氣水合物勘探程度的不斷深入，大洋鉆探取樣成功以及多道地震技術(shù)的應(yīng)用，由間接手段獲取的儲(chǔ)層特征參數(shù)被引入資源評(píng)價(jià)，聲波速度和電阻率等被用于識(shí)別BSR、預(yù)測(cè)水合物孔隙度和飽和度，體積法日趨完善，基于全球數(shù)據(jù)庫(kù)（水深、海底溫度和TOC含量等）建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)增加了類(lèi)比法的可信度[83]，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海洋天然氣水合物富集規(guī)模和儲(chǔ)層品質(zhì)的初步預(yù)測(cè)。然而，由于天然氣水合物勘探僅在有限區(qū)域開(kāi)展，雖然參數(shù)獲取方法有據(jù)可依，但就全球資源量評(píng)價(jià)來(lái)說(shuō)，這些數(shù)據(jù)仍然有限，精度有待提高。自天然氣水合物被作為一種潛在的能源資源以來(lái)，一系列的勘查技術(shù)如地球物理、地球化學(xué)、微生物、海底可視化和地質(zhì)取樣等被廣泛應(yīng)用，基于多源數(shù)據(jù)的體積法參數(shù)精度得到大幅度提高，高覆蓋率、高精度、高可信度的網(wǎng)格化全球數(shù)據(jù)庫(kù)使類(lèi)比法指標(biāo)更為明確[86]，力學(xué)參數(shù)、滲透率和甲烷通量等反映儲(chǔ)層和流體特征的參數(shù)被引入數(shù)值模型，對(duì)天然氣水合物系統(tǒng)成藏參數(shù)的“微觀-宏觀”精細(xì)刻畫(huà)使成因法得以廣泛運(yùn)用[88]。因此，勘探程度的提高也是導(dǎo)致天然氣水合物資源量計(jì)算結(jié)果差異（近1個(gè)量級(jí)）的主要原因之一。

2.3 海洋天然氣水合物資源評(píng)價(jià)方法探討

2.3.1 評(píng)價(jià)思路

本文結(jié)合海洋天然氣水合物勘探的特點(diǎn)，提出“從面到點(diǎn)、由粗至精”的評(píng)價(jià)思路，即先勘探找儲(chǔ)層，根據(jù)儲(chǔ)層特性提取特征參數(shù)，采用概率統(tǒng)計(jì)方法評(píng)價(jià)面上資源量；后鉆探定礦體，基于多井產(chǎn)氣量計(jì)算資源豐度，結(jié)合鉆探資料進(jìn)行局部精準(zhǔn)評(píng)價(jià)。在天然氣水合物資源詳查階段，通過(guò)地質(zhì)取樣和二維地震調(diào)查，基于地震和鉆探測(cè)井資料，采用詳評(píng)方法計(jì)算水合物控制地質(zhì)儲(chǔ)量，對(duì)具有能源前景的有利區(qū)塊進(jìn)行不確定性評(píng)價(jià)。在鉆探評(píng)價(jià)和試采階段，通過(guò)高密度井網(wǎng)和三維地震勘探，基于取心樣品直接測(cè)算水合物“地層豐度”，采用精評(píng)方法計(jì)算水合物探明地質(zhì)儲(chǔ)量，對(duì)井場(chǎng)小范圍礦體進(jìn)行確定性評(píng)價(jià)（圖6）。

圖 6 海洋天然氣水合物資源評(píng)價(jià)思路Fig.6 Thoughts on evaluation of marine gas hydrate resources

2.3.2 資源詳評(píng)

傳統(tǒng)天然氣水合物儲(chǔ)層參數(shù)預(yù)測(cè)是基于均勻網(wǎng)格對(duì)數(shù)平方公里區(qū)域進(jìn)行差值，難以對(duì)非均質(zhì)性特征明顯的水合物富集區(qū)物性參數(shù)準(zhǔn)確描述?？紤]到海底及淺表層資料獲取成本更低、橫向連續(xù)性更好的特點(diǎn)，提出基于“小面元”的資源詳評(píng)方法，即基于規(guī)則地球物理調(diào)查測(cè)網(wǎng)，將評(píng)價(jià)區(qū)的海平面投影網(wǎng)格化為若干網(wǎng)格單元（面元），通過(guò)提取每個(gè)平面網(wǎng)格單元所對(duì)應(yīng)地下柱狀含水合物層的有效厚度、有效孔隙度和飽和度等參數(shù)，采用體積法計(jì)算每個(gè)平面網(wǎng)格單元所對(duì)應(yīng)的地下儲(chǔ)層含氣量，通過(guò)所有平面網(wǎng)格單元地質(zhì)儲(chǔ)量累加得到評(píng)價(jià)區(qū)水合物控制地質(zhì)儲(chǔ)量。對(duì)于有數(shù)據(jù)控制的小面元，取數(shù)據(jù)點(diǎn)各項(xiàng)參數(shù)平均值；對(duì)于無(wú)數(shù)據(jù)控制的小面元，通過(guò)建立非線性預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)，該方法通過(guò)對(duì)水合物有效儲(chǔ)集體精細(xì)刻畫(huà)達(dá)到儲(chǔ)層評(píng)價(jià)目的。計(jì)算公式如下：

式中：Qh為天然氣水合物資源量（m3）；n為評(píng)價(jià)區(qū)含有的總面元數(shù)量；Ai為第i個(gè)面元的含水合物面積（m2）；Ri、Zi、Фi和Shi分別為第i個(gè)面元所對(duì)應(yīng)地下柱狀含水合物層的資源豐度（m3/ m2）、有效厚度（m）、孔隙度和水合物飽和度，E為產(chǎn)氣因子。

基于小面元的資源詳評(píng)方法以單個(gè)面元所對(duì)應(yīng)的地下沉積體為評(píng)價(jià)目標(biāo)，通過(guò)匯總有利區(qū)塊內(nèi)所有面元覆蓋區(qū)域的含水合物沉積物總含氣量，計(jì)算水合物控制地質(zhì)儲(chǔ)量。資源詳評(píng)參數(shù)主要包括評(píng)價(jià)面積和面元資源豐度。

（1）評(píng)價(jià)面積

評(píng)價(jià)面積包括指示水合物儲(chǔ)層橫向分布范圍的評(píng)價(jià)區(qū)面積和用于獨(dú)立計(jì)算的面元面積。評(píng)價(jià)區(qū)面積用于確定總面元數(shù)量，基于海底滲漏識(shí)別、地球物理解釋和地化異常分析判別水合物可能賦存類(lèi)型，利用區(qū)域綜合異常響應(yīng)成圖明確邊界，結(jié)合指標(biāo)權(quán)重來(lái)厘定孔隙填充型和裂隙填充型水合物分布范圍。面元面積指單個(gè)平面網(wǎng)格單元中天然氣水合物聚集區(qū)在海平面的投影面積，用于約束水合物橫向分布的不均質(zhì)性，基于儲(chǔ)層特征參數(shù)下限確定。平面網(wǎng)格單元以測(cè)線交叉點(diǎn)為中心，基于評(píng)價(jià)區(qū)邊界，采用最小儲(chǔ)層規(guī)模或最小主測(cè)線間隔劃分。

（2）面元資源豐度

面元資源豐度指單位面積面元所對(duì)應(yīng)下部沉積層中的水合物資源量。對(duì)于數(shù)據(jù)覆蓋區(qū)，結(jié)合測(cè)井約束的地震和電磁資料，通過(guò)聲波速度和電阻率與儲(chǔ)層物性關(guān)系，反演水合物儲(chǔ)層厚度、孔隙度和飽和度等儲(chǔ)層參數(shù)，采用常規(guī)體積法對(duì)典型礦體內(nèi)部面元范圍內(nèi)資源量預(yù)測(cè)，通過(guò)計(jì)算資源量與面元面積比值得到資源豐度。對(duì)于無(wú)數(shù)據(jù)覆蓋區(qū)，將測(cè)線交叉點(diǎn)所在面元作為類(lèi)比區(qū)，基于虛擬井重構(gòu)技術(shù)等間隔提取儲(chǔ)層參數(shù)和資源豐度，結(jié)合關(guān)鍵海底參數(shù)（水深、鹽度、海底溫度、熱流和TOC等）、沉積物參數(shù)（沉積物類(lèi)型和沉積速率）和儲(chǔ)層參數(shù)建立指標(biāo)參數(shù)體系，采用地理空間機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)建立指標(biāo)參數(shù)與資源豐度的非線性預(yù)測(cè)模型，計(jì)算無(wú)數(shù)據(jù)區(qū)面元資源豐度。

基于小面元的資源詳評(píng)方法，通過(guò)結(jié)合有數(shù)據(jù)區(qū)高精度地球物理反演儲(chǔ)層參數(shù)和無(wú)數(shù)據(jù)區(qū)相似度預(yù)測(cè)儲(chǔ)層參數(shù)，可間接計(jì)算孔隙填充型和裂隙填充型水合物資源量。適用于地球物理（2 km × 4 km～1 km × 2 km）相對(duì)密集的情況，可用于中國(guó)珠江口盆地東部、神狐海域和瓊東南海域鉆探證實(shí)的水合物有利區(qū)塊控制地質(zhì)儲(chǔ)量評(píng)價(jià)，但由于仍未解決裂隙填充型水合物飽和度參數(shù)預(yù)測(cè)問(wèn)題，因而，主要適用于孔隙填充型水合物的資源評(píng)價(jià)。

2.3.3 資源精評(píng)

受地震勘探分辨率限制，精細(xì)勘探難以更深入刻畫(huà)孔隙填充型水合物儲(chǔ)層特性，尤其是對(duì)裂隙填充型水合物儲(chǔ)層參數(shù)評(píng)價(jià)技術(shù)瓶頸仍然難以突破。鑒于可直接根據(jù)取心樣品測(cè)量地層中游離氣和水合物氣含量，我們首次提出了“水合物地層豐度”概念，即單位體積地層中含有的天然氣水合物的量。在此基礎(chǔ)上，提出了天然氣水合物資源精評(píng)方法，即無(wú)需通過(guò)水合物孔隙度和飽和度參數(shù)間接計(jì)算資源量，而是基于鉆探取心測(cè)試得到的單位體積沉積物含水合物量和井控礦體面積，直接精確計(jì)算水合物儲(chǔ)層含氣量，計(jì)算公式如下：

式中：Qh為天然氣水合物資源量（m3）；n為井控礦體數(shù)量；Ai為第i個(gè)井控礦體面積（m2）；Zi為第i個(gè)井控礦體厚度（m）；Aci為第i個(gè)井控礦體天然氣水合物地層豐度（m3/m3）。

基于“水合物地層豐度”概念的資源精評(píng)方法，以多個(gè)鉆井控制的孤立水合物礦體為評(píng)價(jià)目標(biāo)，通過(guò)匯總評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)所有礦體總含氣量計(jì)算水合物探明地質(zhì)儲(chǔ)量。資源精評(píng)參數(shù)主要包括評(píng)價(jià)面積、礦體厚度和天然氣水合物地層豐度。

（1）井控礦體面積

井控礦體評(píng)價(jià)面積包括基于基礎(chǔ)井網(wǎng)控制的評(píng)價(jià)區(qū)面積和高密度井網(wǎng)控制的礦體面積。評(píng)價(jià)區(qū)范圍首先基于測(cè)井約束三維體雕刻技術(shù)刻畫(huà)水合物儲(chǔ)層特征，結(jié)合井間地震解釋的儲(chǔ)層位置、巖性和裂隙分布等特征，圈定儲(chǔ)層范圍，然后分別采用九點(diǎn)法或五點(diǎn)法在儲(chǔ)層邊界和中心布設(shè)基礎(chǔ)井網(wǎng)，基于沉積樣品分析、含氣量測(cè)試和測(cè)井分析等落實(shí)評(píng)價(jià)區(qū)邊界。礦體范圍基于三維測(cè)網(wǎng)密度和最小裂隙密度建立評(píng)價(jià)區(qū)水合物儲(chǔ)層高密度井網(wǎng)，結(jié)合聯(lián)井剖面解釋?zhuān)糟@井控制的最小儲(chǔ)集體邊界作為礦體邊界?；谠u(píng)價(jià)區(qū)范圍和礦體范圍分別計(jì)算評(píng)價(jià)區(qū)面積和礦體面積。

（2）礦體厚度

礦體厚度指由鉆探巖心直接驗(yàn)證的含水合物層厚度。對(duì)于鉆探站位，樣品采用紅外掃描、氯離子濃度測(cè)量和巖心樣品測(cè)試等直接觀測(cè)?；趲r心樣品分析，識(shí)別天然氣水合物賦存形態(tài)，落實(shí)孔隙填充型和裂隙填充型水合物礦體厚度空間分布。對(duì)于未鉆探站位，則基于高密度井網(wǎng)信息平面成圖，對(duì)厚度變化平緩且與三維高精度解釋成果一致的區(qū)域采用均勻網(wǎng)格差值；對(duì)厚度變化仍然難以確定的區(qū)域，采用多參數(shù)回歸算法推測(cè)或繼續(xù)加密測(cè)網(wǎng)。

（3）天然氣水合物地層豐度

天然氣水合物地層豐度表征固體水合物占據(jù)含水合物沉積物體積的百分比。對(duì)于鉆探站位，既可通過(guò)對(duì)全取心樣品分析測(cè)試獲得巖心總含氣量，也可對(duì)部分取心樣品，基于力學(xué)參數(shù)監(jiān)測(cè)、不均質(zhì)性分析和儲(chǔ)層厚度觀測(cè)，計(jì)算測(cè)試樣品中的水合物豐度，在根據(jù)多個(gè)測(cè)試樣品水合物豐度的加和平均，得到整個(gè)巖心樣品的水合物地層豐度。對(duì)于未鉆探站位，需對(duì)已鉆探井位含氣量進(jìn)行平面差值，通過(guò)繪制含氣量分布圖預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)區(qū)含氣量分布。

基于“水合物地層豐度”概念的資源精評(píng)方法，以取心樣品實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合三維高精度地震解釋成果，基于水合物實(shí)測(cè)含氣量，直接評(píng)價(jià)天然氣水合物礦體，可規(guī)避傳統(tǒng)飽和度參數(shù)難以獲取或不確定性大的風(fēng)險(xiǎn)。適合于地球物理測(cè)網(wǎng)密集（＜1 km）、鉆井密度大、井場(chǎng)范圍小的情況，如中國(guó)南海神狐和瓊東南先導(dǎo)區(qū)內(nèi)水合物礦體精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，對(duì)于塊狀、脈狀、結(jié)核狀等賦存形態(tài)不明的裂隙填充型水合物資源評(píng)價(jià)尤其有效，可為海洋天然氣水合物開(kāi)發(fā)提供可靠的探明地質(zhì)儲(chǔ)量。

3 結(jié)論

（1）準(zhǔn)確評(píng)價(jià)海洋天然氣水合物資源量的提前是正確理解天然氣水合物儲(chǔ)層特性。由于地層中水合物的含量、賦存形態(tài)不同，水合物儲(chǔ)層的物性響應(yīng)差別較大。因此，根據(jù)測(cè)井的聲波、電阻等物性參數(shù)反演天然氣水合物含量時(shí)，需要考慮儲(chǔ)層中水合物的賦存形態(tài)。

（2）海洋沉積層性質(zhì)控制天然氣水合物的賦存形態(tài)。海洋沉積物中水合物的賦存形態(tài)，主要受沉積層孔隙、裂隙等聚集空間的性質(zhì)與大小控制，與擴(kuò)散或滲漏等氣體運(yùn)移方式?jīng)]有對(duì)應(yīng)關(guān)系。只有在粗顆粒大孔隙沉積物或富含微生物殼體的泥質(zhì)粉砂沉積物中才能形成孔隙填充型水合物，而在不含微生物碎屑的泥質(zhì)粉砂沉積層中主要以裂隙填充型水合物形態(tài)存在。

（3）海洋天然氣水合物資源評(píng)價(jià)應(yīng)遵循“從面到點(diǎn)、由粗至精”的評(píng)價(jià)思路，先勘探找儲(chǔ)層，根據(jù)儲(chǔ)層特性提取特征參數(shù)，進(jìn)行面上資源量評(píng)價(jià)；然后鉆探定礦體，根據(jù)鉆探資料進(jìn)行局部的精準(zhǔn)評(píng)價(jià)。

（4）基于小面元的資源詳評(píng)方法，適用于鉆井稀少、地質(zhì)-地球物理測(cè)網(wǎng)較為密集的孔隙填充型水合物有利區(qū)塊評(píng)價(jià)，是控制水合物儲(chǔ)層規(guī)模的可靠依據(jù)；而基于“水合物地層豐度”概念的資源精評(píng)方法，適用于井網(wǎng)密集的井場(chǎng)小范圍礦體精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，是落實(shí)海洋天然氣水合物探明地質(zhì)儲(chǔ)量及儲(chǔ)層品質(zhì)的關(guān)鍵。