南海的天然气水合物矿藏

      中图分类号：P744.4

      文献标识码：A

      自从1810年Davy在实验室中首次合成氯气水合物后，科学家迄今已经对水合物进行了近两个世纪的调查和研究。特别是60年代以来，在两极地区和大陆边缘地区勘探石油和实施深海钻探计划（DSDP和ODP），发现上述地区的大部分地带均存在天然气水合物矿藏；同时，也发现地球气圈外的环境中也存在天然气水合物[1-5]。至今已在各大洋和边缘海的大陆边缘及内陆湖泊中发现了32处存在天然气水合物，在两极地区发现8处存在天然气水合物矿藏[6-15]。

      从地质条件看，全球各大洋的陆缘上，无论是活动边缘，还是被动边缘，或是转换边缘，都可能存在天然气水合物矿藏。这是因为这些地区大都满足天然气水合物形成的4个条件：一是沉积物中有足够的气体分子存在；二是有足够的水分子以形成水合物的腔洞；三是温度处于水合物的稳定区间内；四是压力处于水合物的稳定区间中。本文根据南海的地形地貌特征、区域地质条件分析天然气水合物存在的证据，并估算天然气水合物的资源量。

      1　南海的地形地貌特征

      南海是西太平洋最大的边缘海之一，面积约350万平方千米[16-18]，为一菱形海盆，平均水深1000m以上。

      南海北部陆架呈北东走向，海底自西北向东南缓倾，沿岸岛屿密布，珠江河口为深入内陆的三角型海湾。珠江口以东的陆架宽度大于200km；珠江口以西的陆架宽度小于200km。南海南部陆架宽度在300km以上。陆架地形复杂，等深线呈不规则弯曲，岛屿、浅滩和沟谷甚多。南海西部陆架沿中南半岛东岸呈条带状分布，宽40-70km。南海东部岛架狭窄，宽50-100km，坡度较大（图1）。

      

      图1　南海地貌图

      图中的圆黑点表示该处海底表层沉积的地震层速度大于2km·s[-1]，预示该处地层中可能存在天然气水合物。黑粗线表示文中地震剖面的位置

      Fig.1 The geomorphology of the South China Sea

      南海北部陆坡的水深为200-3400m，陆隆区水深为3400-4200m。陆坡东窄西宽。陆坡大约以1100m水深为界，其上部地形较平缓，而陆坡下部地形特别陡峭，坡度为50×10[-3]。陆坡上分布着一系列海山、海丘和海谷。海山和海丘主要分布在东沙群岛东至东南部，山体为长条形。著名的海山有北坡海山、尖峰海山和笔架海山，相对高差在1000m以上。这里有东沙东海谷和珠江海谷。东沙东海谷全长315km，海谷上部切割深度大，有的地方深切至1200m，谷底坡度达162×10[-3]；海谷下部切割深度为300m左右，谷底坡度达20×10[-3]。珠江海谷全长346km，海谷上部切割深度为440m，谷底坡度达16×10[-3]。中部切割深度为530m，谷底坡度达18×10[-3]。下部切割深度为770m，谷底坡度达19×10[-3]。

      南海西部陆坡近南北向延伸，从北向南宽度变窄，坡度变陡。北部宽度超过486km，而南部约200km。从总体看，本区水深小于1500-2000m的海地区海底地形平缓，而水深大于1500-2000m的海区为一北东向沿伸的陡坡带，群峰突起，沟谷相间，地形极为复杂。这里分布着西沙海底高原和西沙群岛、中沙海底高原和中沙群岛、西沙海槽和中沙海槽，以及北东向的海山和海谷带。西沙海底高原水深在900-1100m，呈东西向分布，长170km。西沙群岛除高尖石岛外，其余是由30余座珊瑚礁构成的低矮的礁岛和暗礁。中沙海底高原北东向长约120km。水深大于200m处为高原斜坡，坡度为35×10[-3]-105×10[-3]，其东南坡度达1235×10[-3]，中沙群岛是分布于中沙海底高原上的一群沙洲、浅滩和暗礁，大都位于水下20m处。西沙海槽为一东西向的弓形海槽，长约420km。槽底自西向东缓倾，平均坡度3×10[-3]。槽底比周围海底低400-700m，中沙海槽呈北东向展布，长约300km。槽底带10-80km，低于周围海底400-500m。海槽地形复杂，底部自中部向西北和西南倾斜。

      南海南部陆坡宽度达400km。海底切割强烈，地形崎岖不平。这里分布着南沙海底高原和南沙群岛、南沙海槽和多条裂谷。南沙海底高原水深为1400-2000m，与深海平原相对高差达2300m。高原海底地形复杂，切割强烈，礁滩密布，沟谷纵横。南沙群岛位于南沙海底高原上，由众多岛屿、沙洲、暗滩、暗礁和暗沙组成。南沙海槽位于南沙海底高原和巴拉望岛之间，为北东向海槽，长500km，宽70km。槽底水深2800-2900m，低于周围海底800-1000m。海槽两边坡度较陡，槽底平坦，发育有小型海丘和海洼，海洼水深大于3000m，低于槽底300余米。南海南部海底沟谷甚多，海谷一般低于高原300-500m，大多分布于群岛和群礁之间。

      南海东部岛坡地形狭窄而陡峭，最大宽度不超过150km，平均坡度30×10[-3]。在吕宋海槽和马尼拉海沟之间，岛坡坡度达109×10[-3]-164×10[-3]；南部沙巴一带坡度27×10[-3]。东部岛坡上发育有北吕宋海槽和西吕宋海槽，以及海山和海丘。北吕宋海槽呈南北走向，长240km。槽底水深2900-3400m，平均坡度2×10[-3]，比周围海底深约500m。西吕宋海槽近南北走向，长约210km，槽底低于周围海底400-600m，南宽北窄。北部槽底水深2400-2500m，宽30km；南部水深2400-2600m，槽底宽阔，槽坡陡峭，地形复杂。自台湾南端至吕宋岛，发育两列南北连绵的海山，或称海脊。