1. 地震是怎麼形成的 地震形成的原因
地震是地殼在內、外營力作用下，集聚的構造應力突然釋放，產生震動彈性波，從震源向四周傳播引起的地面顫動。地震(earthquake)又稱地動、地振動，是地殼快速釋放能量過程中造成振動，期間會產生地震波的一種自然現象。
地震成因是地震學科中的一個重大課題。目前有如大陸漂移學說、海底擴張學說等。現在比較流行的是大家普遍認同的板塊構造學說。1965年加拿大著名地球物理學家威爾遜首先提出「板塊」概念，1968年法國人把全球岩石圈劃分成六大板塊，即歐亞、太平洋、美洲、印度洋、非洲和南極洲板塊。板塊與板塊的交界處，是地殼活動比較活躍的地帶，也是火山、地震較為集中的地帶。板塊學說是大陸漂移、海底擴張等學說的綜合與延伸，它雖不能解決地殼運動的所有問題，卻為地震成因的理論研究奠定了基礎。
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3. 國外天然氣水合物沉積學研究進展——以馬利克和日本南海海槽為例
匡增桂 郭依群 沙志斌 梁金強
（廣州海洋地質調查局 廣州 510760）
作者簡介：匡增桂（1983—），男，工程師，主要從事石油地質和天然氣水合物的研究。E-mail：kzg21001＠163.com。
摘要 本文回顧了近年來國外在天然氣水合物沉積學方面的研究進展，並以加拿大馬利克（Mallik）以及日本南海海槽的水合物勘探實踐為例進行了詳細的闡述。在馬利克的三角洲相的砂岩層中以及日本南海海槽的濁積砂岩層中都鑽遇了高飽和度的天然氣水合物，這表明高飽和度易於開發的天然氣水合物優先在粗碎屑砂岩中富集，受沉積相控制明顯，這一結論為天然氣水合物沉積學的研究指明了方向。
關鍵詞 天然氣水合物 沉積學 馬利克 日本南海海槽
1 前言
20世紀90年代以來，天然氣水合物調查研究在世界范圍內迅速擴大和深入，調查研究的深度、廣度以及技術水平不斷提高。其中大洋鑽探計劃對水合物研究給予了高度重視，隨著各個專門調查航次的實施，有力地推動了水合物勘探及研究科學技術的進步。近年來，美國、加拿大、日本、印度、韓國等相繼實施鑽探、發現並獲取了水合物實物樣品（圖1），給人類帶來了開發利用水合物的希望曙光。就水合物的沉積學或成礦沉積條件研究來說，也由於鑽井岩心資料的日益豐富也取得了較大的突破。
2 水合物儲層類型及遠景
2009年，Collett［1］等首次提出了水合物油氣系統（Gas-Hydrate petroleum system）的概念，主要包括了以下六個方面的內容：(1)水合物穩定條件（溫壓、氣體成分以及孔隙水的鹽度）；(2)氣源；(3)水源；(4)氣體遷移；(5)儲層、圈閉及蓋層；(6)演化時間（圈閉的形成，天然氣的生成及就位在時間上的相互匹配）。沉積學在水合物勘探中需要解決的問題就是尋找優質儲層、圈定成礦有利相帶，而要進行水合物的儲層研究，其中最重要的一個手段就是從已取得的岩心入手。Sloan和Koh（2008）［2］通過對已取得的水合物樣品的分析，總結出了水合物的四種賦存狀態：(1)充填於粗顆粒岩石的孔隙空間；(2)彌散於細顆粒岩石中；(3)充填於裂縫之中；(4)呈瘤狀或塊狀產出。但是大量的水合物勘探實踐表明，高飽和度的水合物一般產出於裂縫以及粗顆粒沉積物中，在這些環境中，水合物一般充填於裂縫之中或者富砂層的孔隙之中。Boswell和Collett（2006）［3］根據水合物的賦存量以及開採的難易程度將水合物劃分為四種遠景類型：(1)砂岩儲層；(2)泥岩裂縫型儲層；(3)塊狀水合物（暴露於海底或產出於細粒沉積物中）；(4)低飽和度、彌散於低滲透泥岩之中。他們把這四種類型用一個金字塔表現出來（圖2），從塔尖到塔底，資源量逐漸增加，但儲層質量逐漸降低，開采難度也逐漸增大。位於塔尖的是最接近商業開發的遠景類型，這種類型中最具代表性的水合物聚集帶是北極凍土帶砂岩儲層中的高飽和度水合物藏，包括加拿大麥肯齊三角洲的馬利克地區以及美國阿拉斯加的北部陸坡。其次最具開發前景的是海洋環境中砂岩儲層的中-高飽和度水合物藏，這種類型以日本南海海槽地區以及美國墨西哥灣地區為代表。金字塔中位於砂岩儲層類型之下的是泥岩裂縫型儲層，水合物以塊狀或充填狀產出，這種類型以印度的孟加拉灣地區以及韓國東海地區為代表。但是如果要從這種泥岩裂縫中提取出水合物，則需要大量的技術革新，以現有的技術水平很難實現經濟開發［4］。位於金字塔底的是在低滲透率泥岩中產出的低飽和度水合物藏，這種類型最典型的實例是美國布萊克海台，以現有的經濟技術水平要獲取這種彌散狀水合物是非常困難的，但是全球絕大部分的水合物資源都賦存在這種泥岩中。現有的常規開發技術只適用於砂岩儲層的水合物藏，因此Boswell（2007）［4］認為只有前兩種遠景類型才值得進一步勘探。下文對加拿大馬利克地區以及日本南海海槽的沉積學研究進行簡要回顧。
圖1 全球天然氣水合物的研究現狀［1］
圖2 天然氣水合物儲層類型及遠景［3］
3 馬利克
在近期馬利克水合物鑽探研究計劃之前，加拿大帝國石油公司於1972年在馬利克地區實施了第一口探井Mallik L-38，完鑽井深為2524 m，在810～1102 m的層段內，發現了至少存在10個含水合物的砂層段，合計達110 m長［5］。到90年代，人們逐漸認識到水合物的資源潛力，各國政府對水合物的研究投入逐年增加。
1998年，日本石油勘探公司、日本國家石油公司與加拿大地調局合作，啟動了Mallik2L-38水合物鑽探研究計劃，旨在查清水合物在馬利克地區的分布。Mallik 2L-38距離Mallik L-38隻有100 m，完鑽深度1150 m［5］。在878～944 m層段內，獲取了37 m的岩心，發現水合物主要以充填孔隙空間的形式賦存於未固結的砂岩和礫岩中，而粉砂岩及泥岩夾層則幾乎不含水合物。通過測井曲線分析，Mallik 2L-38在889～1101 m深度范圍內大約存在150 m厚的水合物層［1］。這項研究的結果證實了在馬利克地區，高飽和度的水合物（達到80％）主要賦存於砂岩和礫岩中，而細粒沉積物則很少含水合物［5］。
Mallik 2L-38水合物鑽探計劃雖然查明了水合物的成因及分布，但是卻沒有評估水合物的產出能力。2001年，加拿大地調局與日本國家石油公司聯合美國地調局、美國能源部等組織了 「Mallik 2002鑽探研究計劃」。這個計劃總共實施了三口鑽井，其中Mallik3L-38與Mallik 4L-38為兩口觀察井，Mallik 5L-38為產能測試井［5］。這次鑽探獲得了從885.63 m至1150.79 m共265 m長的岩心，根據這些岩心的岩性、層理以及沉積構造的不同，科學家將其劃分出6個沉積單元（圖3）。單元一（885.63～932.64 m）：塊狀至弱層狀，生物擾動細砂岩，可見粉砂及礫岩夾層。單元二（932.64～944.44 m）：弱層狀至層狀粉砂岩，見低品位煤及褐煤夾層。單元三（944.44～1004.65 m）：一套厚的砂岩層，頂部可見基質支撐的礫岩夾層，粉砂岩互層廣泛分布。砂岩為細至中砂岩，呈弱層狀至層狀。發育一系列向上變細的旋迴。單元四（1004.65～1087.56 m）：富含有機質的層狀粉砂岩，夾黃褐色低品位煤及褐煤，底部可見塊狀細砂岩。單元五（1087.56～1143.70 m）：塊狀至弱層狀細至中砂岩，偶見有機質層及礫岩層。單元六（1142.7～1150.79 m）：層狀粉砂岩，夾砂岩及泥岩層［6］。
圖3 Mallik 5L-38井岩心柱狀圖［6］
其中單元一屬於中新世的麥肯齊灣層序（Mackenzie Bay Sequence），單元二至單元六屬於漸新世的卡格瑪麗特層序（Kugmallit Sequence），除了一些薄的被白雲石膠結的砂岩層之外，所有的沉積物都是未固結的，整個岩心段都可見自生黃鐵礦（圖4）。Medioli等（2003）根據所獲得岩心研究認為：麥肯齊灣層序上部的粉砂岩段及底部的砂岩段為三角洲前緣相沉積，卡格瑪麗特層序則為三角洲平原相沉積，包括河道（礫岩層）、分流河道（砂岩礫岩互層）以及泛濫平原（粉砂及煤互層）等沉積微相［6］。
圖4 Mallik 5L-38井含水合物岩心，（a）粗-中砂岩；（b）礫岩
4 南海海槽
1995年，日本經濟貿易及工業省（METI）啟動了日本第一個大型的國家水合物研究計劃，至2000年該計劃結束，已經在日本南海海槽地區成功鑽探了一系列布置緊密的鑽孔，並進行了地球物理測井。2001年，METI啟動了一個更大規模的水合物研究項目——「日本甲烷水合物開發計劃」，以評估日本南海海槽地區深水天然氣水合物的資源潛力。至2004年，已經成功實施了16個站位的鑽探，獲得了大量的含水合物的砂岩岩心。該計劃在2010年完成了水合物的產能測試，2016年完成實施商業開採的技術准備［1］。值得注意的是，日本企業直接參與並領導了加拿大Mallik水合物研究計劃，事實上，日本在水合物研究領域已經成為世界的領先者。
在1999 ～2000年日本南海海槽鑽探計劃中，共設置了一口試驗井和三口探井，鑽探結果證實，這些探井中至少存在4個含水合物的砂層段，並認為這些砂層段屬於濁積扇體的沉積。在隨後的2004年鑽探計劃中，共布置了16個站位的鑽探，水深從720～2030 m。測井數據以及岩心樣品表明，日本南海的水合物主要有以下三種賦存狀態：(1)充填於砂岩孔隙空間；(2)充填於粉砂岩孔隙空間；(3)呈塊狀產出於細粒沉積物中。其中在站位4和站位13鑽遇的水合物屬於第一類（圖5），站位4中的含水合物的砂岩層總厚度為50 m（282～332 mbsf），站位13則達到了100 m（95～197 mbsf），保壓岩心及測井曲線揭示這些砂岩層的水合物平均飽和度為55％～68％［1］。
圖5 日本南海海槽站位13含水合物砂岩岩心，（a）取自海底以下164.3m；（b）取自海底以下162.8m，樣品被保存在塑料袋中，由於水合物分解而使得塑料袋迅速膨脹［7］
圖6 日本南海海槽站位13岩心綜合柱狀圖［7］
圖7 日本南海海槽沉積相模式圖（Fujii，T.，M.，2009）
站位13所取得的岩心顯示，海底之下是一段2.5 m厚的砂岩層，緊接著是一段大約40 m厚的泥岩層。從海底50 m往下，砂岩及泥岩的含量開始逐漸增加，從測井曲線上來看，厚的砂岩層段分布於海底之下93～197 m（圖6），單層砂岩厚度為1～80 cm。站位13中的砂岩大部分是細砂岩，但在含水合物層段可見中砂岩。微體化石測年顯示這些砂岩沉積物的年齡為0.65～1.65 Ma，屬於晚上新世沉積。科學家們經過詳細的岩心觀察及描述，識別出了五個沉積相（圖7），分別為A：分流河道沉積；B：近端舌狀體沉積；C：遠端舌狀體沉積；D：天然堤沉積；E：深海平原沉積。在A～D四個沉積相內可以明顯的識別出鮑馬序列以及向上變細的正粒序層理。相分析結果進一步證實了站位4以及站位13所處的沉積環境為海底扇沉積體系［7］。
5 結論
綜上所述，馬利克及日本南海海槽的水合物勘探實踐證實，高飽和度水合物的分布與沉積物的岩性有較好的對應關系，它們優先富集於較粗的砂岩以及礫岩當中，粉砂岩及泥岩層含量則相對較低。而以目前的經濟技術水平，存在於砂岩中的高飽和度水合物是最有可能也是最容易進行商業開發的類型。沉積相對於高飽和度易於開發的水合物的成藏有著非常重要的控製作用，三角洲沉積及海底扇沉積是其成藏的最有利場所，這對我國水合物的勘探事業具有重要的導向意義。
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Progress in gas hydrate sedimentology research abroad, with an example of Mallik and Nankai Trough
Kuang Zenggui，Guo Yiqun，Sha Zhibin，Liang Jinqiang
（Guangzhou Marine Geologic Survey，Guangzhou，510760）
Abstract：This paper comprehensively reviewed the progress made in gas hydrate sedimentologyresearch abroad in recent years，and had a detailed description on this with examples of gas hy-drate exploration practices concted in Mallik and Nankai Trough.High saturation gas-hydratewas driled in the sandstone developed in delta environment in Mallik area and in turbidity subma-rine-fan environment in Nankai Trough.This result suggested that high saturation and most acces-sible gas hydrate，obviously dominated by sedimentary facies，preferential enrichment in coarseclastic as sandstones.This conclusion shows the direction of the gas hydrate sedimentology re-search.
Key words：Gas hydrate Sedimentology Mallik Nankai Trough
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