陆红锋，男，41岁，博士，专业技术五级，广州海洋局实验测试所岩矿室副主任。专业方向：地球化学

解决资源环境问题或基础地质问题情况:

担任2017年水合物试采工程现场测试组组长，试采工程持续点火60天。首次独立完成的南海水合物相平衡研究，解决了2017年南海水合物试采工程水合物分解启动压力参数等难题。率先独立完成南海水合物试采井位水合物类型分析，以I型为主，首次解决了工程中水合物类型不清的问题。带领测试团队完成了工程试采井位储层特征、沉积物矿物组分等分析，首次掌握了泥质粉砂储层的特征。负责组建了水合物试采现场测试小组，首次承担水合物试采测试任务，解决了水合物试采工程现场测试分析技术难题。 

实现转化应用和有效服务情况:

独立完成南海试采工程水合物相平衡研究成果，获得了水合物降压开采时的启动压差、整体分解压差等关键降压参数，保证了南海水合物试采的降压生产。负责编写了2017年南海水合物试采工程现场测试方案，负责组建了南海水合物试采工程现场测试团队和承担现场测试任务，个人在试采现场有效工作时间超过90天，团队有效工作时间超60天。以第1作者在科学出版社公开出版《南海天然气水合物沉积物矿物学和地球化学 》专著1部，发表水合物相关学术论文35 篇。 

促进科学理论创新和技术方法进步情况:

较早提出了南海水合物成藏系统中自生矿物的形成机理，认为南海水合物赋存区自生碳酸盐岩和黄铁矿是甲烷强烈排溢和厌氧演化的指纹性矿物，是南海水合物勘查找矿的重要地质证据；建立了南海水合物试采井位水合物相平衡模式，获得了水合物分解启动压降参数，刻画了水合物分解过程的温度、压力动态演变过程，有力支持了南海水合物试采过程中形成的三相控制开采理论，证实了水合物试采是温压控制下的以地层稳定为核心的三相控制开采过程。

促进人才成长和团队建设情况:

形成了一支水合物实验测试-地球化学研究团队。人才队伍具备成熟的实验分析和科研能力，培养高级工程师3名，工程师5名，成为2017年南海水合物试采工程现场测试小组的主要力量，承担了水合物试采工程全部现场测试工作。团队中1人获得局第三届“杰出青年”称号，4人获得了2017年海域天然气水合物试采先 进个人称号。 

近日，中国地质调查局青岛海洋地质研究所联合多家单位研究人员，在甲烷水合物分解行为的分子模拟研究方面取得新进展，研究成果《Molecular study on the behavior of methane hydrate decompositioninduced by ions electrophoresis》（离子电泳诱导下甲烷水合物分解的分子行为研究）在JCR一区期刊Fuel上在线发表。

天然气水合物被认为是潜在的重要能源，当前水合物开采大多使用改变相平衡的原理，尚未达到理想和经济的产气效率；强静电场可以有效诱导盐水中的离子（Na+和Cl-）迁移，且能一定程度上摆脱相平衡的约束，因此静电场下离子迁移对水合物分解的影响值得探究。本文通过分子动力学（MD）模拟研究了静电场诱导的Na+和Cl-迁移对甲烷水合物分解行为的影响，结果发现260 K和80 bar的温压条件下，在至少0.9 V/nm的静电场中，Na+和Cl-的迁移会穿透和破坏水合物相的水笼，最终导致水合物分解；随着静电场强度的增加，离子对水合物的破坏能力增强，水合物分解速度加快。本项工作为天然气水合物开采和抑制油气管道中水合物堵塞问题提供了一种新的方法，也可作为一种辅助开采方法与其他开采手段相结合来提高水合物开采效率，同时可作为新型的离子筛分材料而被进一步研究。

该项研究得到了国家海洋科学技术试验实验室（青岛）高性能计算和系统仿真中心、国家重点研发计划（No. 2017YFC0307602）、青岛海洋科学与技术试点国家实验室开放基金（No. QNLM2016ORP0207）、国家自然科学基金（No. 41474119、41906067）、山东省自然科学基金（No. ZR2019BD051）、中国博士后科学基金（No. 2018M632634）等科研经费的支持。

摘要：实验测试技术是获取天然气水合物基本信息的重要手段。通过研发、引进和技术集成，建立了系统的天然气水合物实验测试技术体系，具备了针对不同研究需要的分析测试能力，将为天然气水合物勘探、开发提供强有力的技术支撑。

1.项目概况

中国地质调查局青岛海洋地质研究所以大型高新仪器为支撑，通过研制特殊的实验装置，系统地开展天然气水合物测试技术研究，建立一系列的实验测试技术与方法，可获得天然气水合物的结构类型、笼占有率、气体组成、形态学、赋存状态、微观动力学过程等基本信息，已成功应用到天然气水合物的相关研究中。

2.成果简介

到目前为止，已建立、健全天然气水合物的实验测试技术体系（图1)，针对不同的研究对象，采用不同的实验测试技术，获取不同研究需要的特定参数信息。主要技术成果如下：

(1 )天然气水合物晶体分析技术: 建立了粉末X射线衍射(PXRD)实验测试技术，可测定水合物晶体的晶胞参数，从而判别水合物的结构类型（I型、n型或h型等)。

(2)天然气水合物谱学分析技术：建立了激光拉曼光谱（Raman)和固体核磁共振（NMR)实验测试技术，可提供客体种类及笼占有率、水合指数等参数。如果是甲烷水合物等简单水合物，还可判断水合物的结构类型。建立了核磁共振成像（MRI)和拉曼成像技术，可对天然气水合物生成/分解微观过程进行直接观测，准确捕捉到水合物在生成与分解过程中微观结构的变化，对水合物的相关理论研究有重要的意义。

(3)天然气水合物晶体微观形态学分析技术：通过研制专用装置建立了X-CT技术，可直接观测沉积物中水合物的赋存状态。无论其测试分辨率（最小分辨率可达20 pm)，还是灰度识别方法都领先于国际上的同类技术，实现了对水合物与气、水及沉积物颗粒边界的准确划分，形象地阐明了水合物在沉积物孔隙内的生长、聚集和分布特征，对天然气水合物成藏微观动力学机理研究具有重要的科学意义。建立了低温扫描电镜（SEM)实验测试技术，能够观测到天然气水合物晶体表面形态，对于研究不同条件下水合物表面形态学具有重要意义。

(4)天然气水合物地球化学分析技术：建立了一套完整的天然气水合物气体组成的分析测试方法（GC、GC-IRMS)，包括水合物样品的气体分解与收集方法、气体成分与同位素组成的测定等。该技术已成功应用到我国在海域和陆域天然气水合物样品的气体组成、气 源与结构信息的研究中。建立了水合物样品气水比测定法，能够提供不同样品中的气水比，对水合物样品含气量评价具有重要意义。

(5 )天然气水合物热学分析技术：建立了高压差示扫描量热仪（DSC)实验测试技术，可在高压环境下在线测量水合物的热力学数据，确定不同条件下水合物的相平衡曲线。另外，通过对反应进行在线监测，可了解天然气水合物生成/分解微观过程，对水合物的相关理论研究具有重要意义。

3.成果意义

天然气水合物实验测试技术体系的建立，为我国深入、系统地开展天然气水合物研究提供了技术支撑。该技术体系可广泛地应用于我国海域和陆域钻获的天然气水合物样品中，提供了丰富、准确的分析测试信息，揭开水合物的神秘面纱，推动了我国天然气水合物研究的不断深入。(中国地质调查局青岛海洋地质研究所 刘昌岭 孟庆国 供稿）

摘要：采用实验模拟-数值模拟-野外实例相结合的研究手段，剖析东太平洋Cascadia边缘天然气水合物成藏过程。运用相关资料提出了南海天然气水合物成藏的概念模式，建立了南海天然气水合物饱和度估算模型，为我国天然气水合物勘探开发提供了理论基础。

1.项目概况

2011年至今，中国地质调查局青岛海洋地质研究所开展了天然气水合物成藏机理研究工作，充分利用国际典型水合物成藏区卡斯凯迪亚(Cascadia)边缘等地区资料和研究成果，对天然气水合物的成藏系统模式进行了总结和修正，结合我国南海天然气水合物实际调查情况，分析了南海天然气水合物成藏机理，为我国水合物勘探开发提供了依据。

2.  成果简介

(1)实验模拟获取了天然气水合物形成的微观细节与机理，夯实了成藏理论基础。对南海神狐钻探区含有孔虫沉积物进行了天然气水合物形成模拟实验，获取了关键细节过程和机理特征。结果表明，粘土对甲烷水合物的相平衡条件影响不大，大量水合物在有孔虫壳体内先形成微粒子，水合物难以胶结沉积物颗粒，致使饱和度为0~14%期间声波速度增长缓慢，声波信号呈减弱趋势；随水合物体量增大，胶结型水合物增多，纵横波增长速度加快，声波信号衰减减弱。验证已有速度模型表明，联合权重方程和BGTL理论(李改进的比奥特哥斯曼理论)可准确地估算南海水合物饱和度，2个模型中参数取值分别为W=3.5、N=2和 G=0.6、N=1。

(2)数值模拟推动了水合物宏观成藏过程，揭示了成藏控制因素和相关机制。提出基于自由能来分析水合物成藏条件和成藏过程的思路，研制了“天然 气水合物成藏机理数值模拟分析系统”软件。对布莱克海台和南海神狐海域水合物成藏进行数值分析，揭示了被动大陆边缘扩散型水合物聚集速率主要取决于甲烷供给速度，阐明了不同有机质含量、不同产气速率、不同地温梯度及沉积速率条件下天然气水合物含量空间分布的差异性。以布莱克海台等典型赋存区为例，获得了应力场等因素对天然气水合物成藏控制作用的机理。

(3)剖析Cascadia水合物成藏过程，实例解剖南海水合物成藏模式。完善了Cascadia边缘水合物成藏模式（图1)，天 然气水合物的大致成藏过程为：有机质通过远洋沉积输人或浊流沉积输人，之后被沉积和埋藏，产生一部分原位甲烷，另一部分甲烷通过通道由深部运移上来。 富甲烷的孔隙流体和游离甲烷气沿着一系列丝状断裂上移，进入海底附近水合物稳定域内，大量甲烷生成天然气水合 物，过量的甲烷继续运移至海底，从而导致大量海底碳酸盐的形成。

神狐海域水合物钻探区的高分辨率地震数据解释结果显示，该区存在3条主控断层、众多滑塌断层及气烟囱。结合天然气水合物地震相特征分析，认为神狐海域天然气水合物可能呈多层分布，稳定带底部天然气水合物层厚度较大，连续性较好。通过与邻区LW3-1-1大气田对比认为，除神狐海域除生物成因气以外，可能存在热解成因气形成天然气水合物。神狐海域天然气水合物成藏的主控制因素可能是气源和断层，其成藏模式主要有2种类型（图2):在断裂或滑塌构造发育区，天然气水合物的气源以热解成因气为主，天然气水合物呈多层分布；在构造平缓地区，天然气水合物的气源以生物成因气为主，如气烟囱等特殊地震相，天然气水合物呈单层分布，且主要分布在BSR之上一个狭窄的范围内。目前神狐海域钻遇的天然气水合物主要是以单层分布的生物成因的I型天然气水合物。

3.成果意义

通过实验模拟和数值模拟，在Cas-cadia边缘、南海神狐等海域取得了天然气水合物成藏模式的新认识，获得了含有孔虫沉积物中天然气水合物形成过程 及与饱和度的关系结果，分析了主要成藏要素对天然气水合物形成的控制机理，对我国天然气水合物成藏规律研究和资 源评价具有较好的理论和实用价值。(中国地质调查局青岛海洋地质研究所 胡高伟 袭建明 供稿）