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海底泥底辟/泥火山流体热效应及其对水合物赋存的影响

Håkon Mosby泥火山；神狐泥底辟；流体热力学；数值模拟；天然气水合物成藏

泥底辟/泥火山在海底陆坡区广泛发育，可为浅层水合物的形成提供充足的气源，是寻找天然气水合物的重要标志。另一方面，泥底辟/泥火山的流体热效应会制约天然气水合物的赋存。前人通过原位观测，BSR计算等手段认为泥底辟/泥火山的流体热异常会制约天然气水合物成藏。但缺少对泥底辟/泥火山流体流动和热演化特征的定量分析，难以有效揭示泥底辟/泥火山发育区天然气水合物的赋存规律及资源潜力。针对上述科学问题，本文分别以西南巴伦支海Håkon Mosby泥火山、南海珠江口盆地神狐海域泥底辟为研究对象，综合利用了地震、测井、钻井以及热流调查等数据，运用流体动力学和流体热力学的原理和方法，开展了泥底辟/泥火山流体流动与传热过程数值模拟，建立了泥底辟/泥火山流体温度场精细的热结构及其时空演化格架，分析了Håkon Mosby泥火山、SH5泥底辟的流体热效应对天然气水合物赋存层的影响，从热力学角度揭示泥底辟/泥火山发育区水合物的分布规律及资源潜力。数值模拟结果表明，泥底辟/泥火山活动时，深部热流体向上运移至浅层的过程中，热流体会传递热量至围岩，通道内流体的温度会不断降低。泥底辟、泥火山分别以点源、线源的方式向水合物赋存层传递热量，热流体在水合物层的热传导效应明显增强，泥底辟/泥火山活动可以在短时间内提高水合物赋存层的温度场，造成热流异常，甚至使部分早期形成的水合物矿藏发生分解。本文通过数值模拟建立了Håkon Mosby泥火山和SH5泥底辟的热结构特征，根据模拟出的三维热结构分布特征可以圈定出天然气水合物的赋存范围，在天然气水合物赋存温度线以内，可以形成天然气水合物，而在天然气水合物赋存温度线以外无法形成天然气水合物，该研究为流体渗漏构造环境下天然气水合物成藏研究与勘探开采提供了热力学理论依据。该数值模型还可用来模拟、预测其它海域泥底辟/泥火山发育区的温度分布规律，揭示泥底辟/泥火山发育区天然气水合物的分布规律。