1海洋地質(zhì)學(第二十二講）2第十一章海底礦產(chǎn)資源海洋地質(zhì)學3第十二章海底礦產(chǎn)資源科學是為了滿足人類的需求！眾所周知，目前全球面臨四大問題：1、能源短缺2、環(huán)境惡化3、生存空間4、自然災害4世界經(jīng)濟發(fā)展和社會進步日新月異！全球能源危機和資源短缺日漸緊迫！第十二章海底礦產(chǎn)資源生鐵和原料銅和鋅鋁人口（十億）人口（十億）人口（十億）產(chǎn)量（百萬噸）產(chǎn)量（百萬噸）產(chǎn)量（百萬噸）5第十二章海底礦產(chǎn)資源6海洋自然資源可區(qū)分為不可再生和可再生的兩類。不可再生資源主要是指礦物資源，包括無機礦物和以自然方式存在的有機物。通常所說的油氣、天然氣水合物、多金屬礦物、煤等都屬于不可再生資源。這些有用礦物積聚起來，若在數(shù)量、質(zhì)量和開采條件上具有工業(yè)可利用性，則成為礦床。第十二章海底礦產(chǎn)資源7

第十二章海底礦產(chǎn)資源8

第十二章海底礦產(chǎn)資源世界對資源的需求日趨增高，而不可再生資源量卻在逐日減少，許多陸地資源，例如石油、天然氣和貴重金屬資源已近枯竭。人類不得不把尋求資源的眼光聚焦到海洋。9世界各國都在開發(fā)利用海底礦產(chǎn)資源，但在聯(lián)合國90年代的名單上還沒有“中國”。10我國是一個幅員大國，但并不是一個資源強國。◆自2000年，我國進口石油每年最少7200多萬噸，耗費150多億美元；2009年更是突破了2億2千萬噸，耗資達500多億美元。◆至今年，我國石油、天然氣、Fe、Cr、貴金屬、鉀鹽等45種主要礦產(chǎn)已有一半保有儲量不能滿足社會發(fā)展的需求。第十二章海底礦產(chǎn)資源11第十二章海底礦產(chǎn)資源我國有色金屬進出口額變化303.5615.52008年12第十二章海底礦產(chǎn)資源我國石油凈進口量13第十二章海底礦產(chǎn)資源12.1海底礦產(chǎn)資源的分布12.2油氣資源12.3天然氣水合物12.4大洋錳結(jié)核12.5富鈷結(jié)殼12.6熱液多金屬硫化物1412.1海底礦產(chǎn)資源的分布海底礦產(chǎn)資源是現(xiàn)代和地質(zhì)歷史時期地質(zhì)作用的結(jié)果，既有現(xiàn)代發(fā)生的沉積成礦作用，包括經(jīng)由機械分選、化學沉積、生物和生物－化學沉淀、熱液作用、成巖和溶濾等富集成礦，也有在不同地質(zhì)歷史時期由內(nèi)生和外生成礦作用形成的各種金屬、非金屬和可燃性礦產(chǎn)資源。1512.1海底礦產(chǎn)資源的分布1612.1海底礦產(chǎn)資源的分布海底礦物資源的分布在橫向和垂向上都具有明顯的分帶性。大陸邊緣區(qū)的總面積為74.6×106km2，約占世界海底面積的20.6%，相當于全球陸地面積的一半，這是海底礦產(chǎn)資源最主要的聚集區(qū)。主要包括：石油、天然氣、天然氣水合物、砂礦、內(nèi)生金屬礦床和及建材等。1712.1海底礦產(chǎn)資源的分布大陸邊緣帶石油、天然氣、天然氣水合物、砂礦、內(nèi)生金屬礦床和及建材大洋盆地多金屬結(jié)核、結(jié)殼、軟泥大洋中脊多金屬硫化物1812.1海底礦產(chǎn)資源的分布海洋石油在海底礦產(chǎn)資源中占有首要地位，其產(chǎn)值占海洋礦產(chǎn)的90%以上。迄今，世界石油的探查已遍及南極以外的所有的大陸邊緣。調(diào)查的范圍南從南緯53o附近的南美洲南端的麥哲倫海峽，北到北緯80o的北極群島大陸邊緣的陸架區(qū),勘探與開采水深已達大陸坡和大陸隆。1912.1海底礦產(chǎn)資源的分布大陸邊緣金屬和石材資源的生成取決于它在大陸邊緣帶上的部位。1-建材：2-寶石：(D-金剛石，B-琥珀)：3-海岸重礦物沙礦(Au-金：Ag-銀：Ti-鈦：Sn-錫：Zr-鋯：Ce-鈰：Pt-鉑；Cr-鉻；Fe-鐵)及其他：4-海下重礦物沙礦；5-含磷的沉積物：6-含金屬軟泥；7-多金屬結(jié)核；8-多金屬硫化物全世界海洋金屬與非金屬資源礦床的分布地圖2012.1海底礦產(chǎn)資源的分布石油與天然氣的分布主要與中生代——新生代沉積盆地有關(guān)，取決于大陸架與大陸斜坡上厚層沉積物。1-已開采的石油與天然氣(超過10萬桶／天)；2-遠景油-氣盆地，新生代期的沉積物，厚度超過1000m；3-已查明存在油頁巖礦床的油-氣盆地；4--海下的煤礦床全世界海洋中石油、天然氣和煤的分布2112.1海底礦產(chǎn)資源的分布我國沿海砂礦資源分布圖2212.1海底礦產(chǎn)資源的分布中國海域含油氣盆地分布及勘探現(xiàn)狀23第十二章海底礦產(chǎn)資源12.1海底礦產(chǎn)資源的分布12.2油氣資源12.3天然氣水合物12.4大洋錳結(jié)核12.5富鈷結(jié)殼12.6熱液多金屬硫化物2412.2油氣資源目前，已有100個國家在大陸邊緣區(qū)進行地質(zhì)和地球物理調(diào)查，發(fā)現(xiàn)含油氣盆地有600多個，其中具有開發(fā)遠景的400多個，面積達500萬km2。已經(jīng)探明石油可采儲量375億t，天然氣30萬億m3。估計海洋油氣地質(zhì)儲量約1000－2000億t。2512.2油氣資源世界油—氣沉積盆地

1—有前景的重要盆地2—采石油與天然氣礦床的主要盆地2612.2油氣資源據(jù)1995年統(tǒng)計，海洋石油產(chǎn)量10.17億t，占世界當年石油總產(chǎn)量的30%；天然氣產(chǎn)量4800億m3，占當年世界天然氣總產(chǎn)量的21%。目前，海洋油氣產(chǎn)量大約占50%以上。中國海洋油氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展晚，比例小。2712.2油氣資源在最近30幾年中，全世界已在近海鉆井50000余口，海洋石油天然氣開采量已占同年石油產(chǎn)量的40％以上。目前，產(chǎn)油井水深在西方發(fā)達國家已超過3000m。我國海洋石油起步于上世紀80年代，直到“十一五”末，開采仍局限在700m水深以內(nèi)（多小于300m），只是在深水區(qū)作了部分勘探工作。2812.2油氣資源高精度導航定位、地球物理勘探方法、深海鉆探以及海底管線鋪設(shè)和抗蝕防腐等高新技術(shù)的發(fā)展已把近海石油勘探推向3000m以上水深的深海區(qū)，在墨西哥灣、南美和西非大西洋陸坡已成為油氣勘探的熱點海區(qū)。南海也已成為世界關(guān)注的遠景區(qū)。2912.2油氣資源大陸架總面積的57%為沉積盆地，這些沉積盆地幾乎都是在中生代或新生代開始沉降發(fā)育的所謂年輕沉積盆地是海洋油氣的主要產(chǎn)區(qū)。陸緣區(qū)是沉積盆地的組成部分或沉積盆地的中心部位（如渤海為華北盆地的中心，墨西哥灣為墨西哥灣盆地的中心），因而沉積厚度特別巨大，可達10000m以上，沉積物多是一套含豐富有機質(zhì)的海相或陸相碎屑沉積巖。1、世界近海油氣區(qū)3012.2油氣資源據(jù)目前所掌握的資料，大陸坡也是油氣的遠景區(qū)，只是目前受勘探和開采條件的限制，對其儲量還難以給出較準確的估計。從生油條件來看，某些陸緣下存在于海岸平行的基底海脊攔截著大量沉積物，存在著構(gòu)造圈閉，從沉積物厚度、生油條件、儲集層和圈閉條件分析，陸坡區(qū)具有油氣聚集的條件。1、世界近海油氣區(qū)3112.2油氣資源世界海洋油氣區(qū)主要有北海、波斯灣、墨西哥灣、馬拉開波湖、西非和東南亞近海等。其中以北海、波斯灣和北美中美洲最為重要，其產(chǎn)量約占世界海洋石油總產(chǎn)量的60%以上。北海在1995年油、氣產(chǎn)量分別為2.7億t和1382億m3，分別占當年世界海洋石油和天然氣產(chǎn)量的26.5%和28.8%，位居世界首位。1、世界近海油氣區(qū)3212.2油氣資源1、世界近海油氣區(qū)石油礦床天然氣礦床北海的石油與天然氣礦床33位于非洲大西洋大陸架的尼格魯三角洲石油與天然氣礦床，石油儲量超過50億t，天然氣超過7萬億m3，是世界上最大的碳氫化合物儲庫。12.2油氣資源1、世界近海油氣區(qū)3412.2油氣資源1、世界近海油氣區(qū)北美墨西哥灣石油與天然氣礦床:石油儲量超過16億m3，最近又在水下2000-3000m水深的大陸坡發(fā)現(xiàn)了規(guī)模大體相當?shù)纳钏蜌獾V區(qū)。3512.2油氣資源1、世界近海油氣區(qū)2010年墨西哥灣石油泄漏3612.2油氣資源1、世界近海油氣區(qū)位于亞洲大陸架的波斯灣石油與天然氣礦床被認為是世界上最大的大陸架石油與天然氣礦床，石油儲量超過50億t。3712.2油氣資源2、中國近海油氣資源3812.2油氣資源2、中國近海油氣資源我國擁有約300萬km2的可管轄海域，包括渤海、黃海、東海、南海以及臺灣以東太平洋5大海盆，近海大陸架總面積達140萬km2，發(fā)育有10個大型沉積盆地，總面積約900萬km2，我國南沙、中沙海域面積約60km2，發(fā)育16個沉積盆地，總面積約51km2

。3912.2油氣資源2、中國近海油氣資源自第三紀以來，中國近海發(fā)育了河湖相、海陸交互相和淺海相沉積，并發(fā)育大型河流－三角洲、碳酸鹽臺地和湖河凹陷沉積體系。迄今，已在陸架區(qū)發(fā)現(xiàn)和圈定17個中新生代沉積盆地。第三系最大沉積厚度達11000m，有機質(zhì)豐富，儲層發(fā)育，圈閉類型多，生儲蓋組合好，具有良好的油氣資源遠景。40中國海洋油氣開發(fā)起始于上世紀70年代末，經(jīng)過合作開發(fā)、技術(shù)引進、自主發(fā)展三個階段，目前已初步形成具有我國特色的海上油田開發(fā)生產(chǎn)模式。12.2油氣資源2、中國近海油氣資源4112.2油氣資源2、中國近海油氣資源4212.2油氣資源2、中國近海油氣資源43中國近海的主要含油氣盆地包括：渤海盆地、珠江口盆地、東海盆地、鶯歌海盆地、瓊東南盆地、北部灣盆地、河臺西南盆地等。至今已發(fā)現(xiàn)100多個含油氣構(gòu)造和近70個油氣田，儲量超億噸的油氣田6個，儲量超1000億m3大氣田2個。我國近海盆地石油總資源量225億t，天然氣總資源量15.8萬億m3。12.2油氣資源2、中國近海油氣資源44渤海盆地水深平均21m，最大72m，屬中新生代盆地，以新生代沉積為主，新生代沉積厚超過10000m，是我國最早發(fā)現(xiàn)的海洋含油氣盆地。早第三紀（古近紀）斷陷下沉，湖盆環(huán)境閉塞，并有豐富的有機質(zhì)來源為生油提供良好的條件。12.2油氣資源2、中國近海油氣資源——（1）渤海45交互沉積（河流、湖泊與海相泥、砂巖互層）形成有利的生儲蓋層組合。與斷陷和拗陷伴生的背斜、鼻狀背斜帶和構(gòu)造帶圈閉，形成背斜、斷塊、斷鼻、潛山、披覆油氣藏。截止1997年在渤海盆地鉆井270多口，已發(fā)現(xiàn)345個局部構(gòu)造（圈閉），22個含油構(gòu)造，11個油田、7個油氣田、1個氣田。探明石油儲量6.19億t，天然氣儲量252.46億m3。12.2油氣資源2、中國近海油氣資源——（1）渤海4612.2油氣資源2、中國近海油氣資源——（1）渤?！铩铩铩铩铩铩铩铩铩铩铩铩铩铩?7東海大陸架面積約51萬km2，占東?？偯娣e的67％。東海陸架盆地是一個以新生代沉積為主的大型沉積盆地，面積27萬km2（中國海洋年2004）。東海盆地自中生代以來沉積了一套湖河－濱海相的砂、泥巖地層，厚度達15000m。海陸交互、沉積巨厚和多期構(gòu)造運動形成的圈閉。有良好的成烴－成藏地質(zhì)條件。12.2油氣資源2、中國近海油氣資源——（2）東海48東海發(fā)育古新統(tǒng)、始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)和中新統(tǒng)生油巖系。最大厚度可達3000－5000m。主要儲集層砂巖的最大單層厚度在30m以上，已圈定200多個局部構(gòu)造圈閉，有擠壓背斜、逆牽引背斜、斷鼻斷塊、巖性和不整合油氣藏。目前發(fā)現(xiàn)平湖、殘雪、寶云亭3個油氣田和7個含油氣構(gòu)造帶。12.2油氣資源2、中國近海油氣資源——（2）東海49預測東海油氣資源量可達60億t，地質(zhì)儲量18－24億t。估計有75％為天然氣資源，占我國近海海域盆地天然氣遠景資源量的40％。1997年底，已探明天然氣儲量172.52億m3，石油246.2萬t

。12.2油氣資源2、中國近海油氣資源——（2）東海5012.2油氣資源2、中國近海油氣資源——（3）南海南海位于三大板塊會聚處51當今1Ma17Ma10Ma(a)(b)(c)(d)主要經(jīng)歷了張裂斷陷期（古新世－中始新世，33-17Ma）、斷坳—擠壓反轉(zhuǎn)期（晚始新－中中新世，17-5Ma）以及區(qū)域沉降期（晚中新世－第四紀）。自中中新世以后(17Ma)，弧后擴張作用停止，形成了中國海盆地的基本構(gòu)造格局。12.2油氣資源2、中國近海油氣資源——（3）南海5212.2油氣資源2、中國近海油氣資源——（3）南海從南海的地質(zhì)發(fā)展史看，南海發(fā)育了自古近紀晚期以來的斷陷或斷坳陷盆地，主要表現(xiàn)形式為地塹或半地塹。南海的斷坳陷與青藏高原的隆升是同時期的，接受了大量的富含有機質(zhì)的陸源沉積，具備油氣的生、運、儲條件。目前，南海已成為我國深水油氣資源勘探開發(fā)的首選最佳遠景區(qū)。53南海“外環(huán)油———內(nèi)環(huán)氣”油氣田分布圖(據(jù)張功成，2010)洋殼區(qū)（黑虛線）300m水深線（藍細線）氣環(huán)區(qū)（紅虛線與黑虛線之間）油環(huán)區(qū)（紅虛線與藍虛線之間）南海的油氣資源分布具有外環(huán)油、內(nèi)環(huán)氣的特點。12.2油氣資源2、中國近海油氣資源——（3）南海54南海許多陸家和陸坡為典型的被動型大陸邊緣陸坡區(qū)。發(fā)育有一系列的新生帶斷陷盆地，具有良好的油氣資源遠景。12.2油氣資源2、中國近海油氣資源——（3）南海55南海油氣資源非常豐富。但是，我國限于技術(shù)條件，目前勘探工作還很局限。迄今，只是在北部灣和鶯歌海－瓊東南盆地發(fā)現(xiàn)了具有重要遠景的油氣盆地。12.2油氣資源2、中國近海油氣資源——（3）南海56在鶯歌海－瓊東南盆地發(fā)現(xiàn)油氣田4個，含油氣構(gòu)造11個，探明天然氣儲量2491.6億m3。鶯歌海是中深層巨大的天然氣資源儲庫。12.2油氣資源2、中國近海油氣資源——（3）南海東方1-1-11井鉆探成功：預計天然氣地質(zhì)儲量達3000—4000億立方米，總資源量估計可達萬億立方米5712.2油氣資源2、中國近海油氣資源58海洋油氣資源生成需要有幾個條件：（1）有機質(zhì)來源；（2）地下一定的生油條件（溫壓）；（3）油氣運移聚集通道；（4）儲油（氣）的圈閉構(gòu)造；（5）保存的蓋層。12.2油氣資源3、成因

59這就說明海洋油氣只能形成于那些富含有機質(zhì)沉積物供應充足、沉積厚度大的河口與近岸的大陸邊緣環(huán)境，最好是粗粒沉積和細粒沉積互層或海陸相交互沉積，巨厚的沉積形成后又經(jīng)過構(gòu)造變動（褶皺），然后又被沉積層所覆蓋。12.2油氣資源3、成因

60通常，大陸邊緣是大陸的自然延伸，在地質(zhì)歷史中一方面繼承了毗鄰大陸的構(gòu)造特征，另一方面接受了大量的陸源沉積物。因此，海洋油氣區(qū)一般都與沿岸區(qū)年輕沉積盆地有關(guān)，有時和陸上大型油氣藏是一個整體。陸緣海通常是沉積盆地的組成部分或沉積盆地的沉降中心，因而形成巨厚沉積（厚達10000m以上），再加上海平面變化的影響，便形成了一套富含有機質(zhì)、海陸相交互的碎屑沉積巖。12.2油氣資源3、成因

61此后，在一定的深度，經(jīng)歷變質(zhì)作用、褶皺（拱曲、背斜、穹隆等）斷裂等構(gòu)造運動，為油、氣的生成和運移，聚集提供極為有利的條件。盆地的繼續(xù)沉降和蓋層的形成為油氣成藏提供了保障。12.2油氣資源3、成因

62第十二章海底礦產(chǎn)資源12.1海底礦產(chǎn)資源的分布12.2油氣資源12.3天然氣水合物12.4大洋錳結(jié)核12.5富鈷結(jié)殼12.6熱液多金屬硫化物63第十二章海底礦產(chǎn)資源12.1海底礦產(chǎn)資源的分布12.2油氣資源12.3天然氣水合物12.4大洋錳結(jié)核12.5富鈷結(jié)殼12.6熱液多金屬硫化物6412.3天然氣水合物天然氣水合物(gashydrate)是最近十幾年才被人們認識的海底礦產(chǎn)資源，以其分布范圍廣、規(guī)模大、埋藏深度淺和高效、潔凈等為特點，可能成為21世紀的重要能源。65南海173-1T聲波阻抗剖面及BSR

12.3天然氣水合物全球天然氣水合物的儲量巨大，其含碳總量大約是地球上全部化石燃料（煤、石油、天然氣等）含碳總量的兩倍。地球上有機碳分布(×1015g)6612.3天然氣水合物目前，世界各國對海洋天然氣水合物的研究與開發(fā)，不僅把海洋天然氣水合物當作本世紀具有商業(yè)開發(fā)前景的海洋能源，而且在戰(zhàn)略上將其視為海洋權(quán)益競爭的重要內(nèi)容。6712.3天然氣水合物

天然氣水合物，又稱籠形包合物，它是在一定條件（溫度、壓力、氣體飽和度、水的鹽度、pH值等）下由水和天然氣組成的類似冰的、非化學計量的、籠形結(jié)晶化合物，遇火即可燃燒。它可用M·nH2O來表示，M代表水合物中的氣體分子，n為水分子數(shù)。6812.3天然氣水合物組成天然氣的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成單種或多種天然氣水合物。形成天然氣水合物的主要氣體為甲烷，對甲烷分子含量超過99%的天然氣水合物通常稱為甲烷水合物（MethaneHydrate）。6912.3天然氣水合物天然氣水合物廣泛分布在大陸、島嶼的斜坡地帶、活動和被動大陸邊緣的隆起處、極地大陸架以及海洋和一些內(nèi)陸湖的深水環(huán)境。一單位體積的天然氣水合物分解最多可產(chǎn)生164單位體積的甲烷氣體，因而它是一種重要的潛在資源。7012.3天然氣水合物自然界發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物多呈白色、淡黃色、琥珀色、暗褐色，亞等軸狀、層狀、小針狀結(jié)晶體或分散狀）。天然氣水合物可以以多種方式存在：①占據(jù)大的巖石粒間孔隙；②以球粒狀散布于細粒巖石中；③以固體形式填充在裂縫中；④大塊固態(tài)水合物伴隨少量沉積物。1、物理化學性質(zhì)7112.3天然氣水合物到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物結(jié)構(gòu)有三種，即結(jié)構(gòu)I型、II型和H型。結(jié)構(gòu)I

型天然氣水合物為立方晶體結(jié)構(gòu)，其在自然界分布最為廣泛，僅能容納甲烷（C1）、乙烷（C2）這兩種小分子的烴以及N2、CO2、H2S等非烴分子；1、物理化學性質(zhì)7212.3天然氣水合物結(jié)構(gòu)II型天然氣水合物為菱面體晶體結(jié)構(gòu)，除包容C1、C2等小分子外，較大的“籠子”（水合物晶體中水分子間的空穴）還可容納丙烷（C3）及異丁烷（i-C4）等烴類；結(jié)構(gòu)H型天然氣水合物為六方晶體結(jié)構(gòu)，其大的“籠子”甚止可以容納直徑超過異丁烷（i-C4）的分子，如i-C5和其他直徑在7.5～8.6A之間的分子等。1、物理化學性質(zhì)7312.3天然氣水合物結(jié)構(gòu)H型天然氣水合物早期僅存在于實驗室，1993年才在墨西哥灣大陸斜坡發(fā)現(xiàn)其天然產(chǎn)物。在常溫常壓下，II型和H型水合物比I型水合物更穩(wěn)定。除墨西哥外，在格林大峽谷地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了I、II、H型三種天然氣水合物共存的現(xiàn)象。1、物理化學性質(zhì)7412.3天然氣水合物1、物理化學性質(zhì)樣品C1C2C3i-C4n-C4i-C5n-C5水合物(H)21.29.57.52.517.541.10.8排放氣體88.07.5-8.02.1-2.20.3-0.51.1-1.20.4＜0.1水合物(I)71.83.418.85.70.3N.DN.D水合物(II)73.94.916.34.60.2N.DN.D注：N.D＝未檢測到墨西哥灣巴什山三種天然氣水合物伴生氣體及烴類組成（V%）7512.3天然氣水合物天然氣水合物在世界范圍內(nèi)廣泛存在。就地質(zhì)背景而言，地球上大約有27%的陸地可以形成天然氣水合物，而海洋中約有90%的面積也屬于這樣的潛在區(qū)域。但是，這些潛在區(qū)域還要有一定的條件才能形成天然氣水合物資源。2、天然氣水合物分布和資源量76目前發(fā)現(xiàn)的天然氣水合物主要集中在沉積物供應充足、且富含有機質(zhì)的大陸邊緣帶。7712.3天然氣水合物天然氣水合物可以分布在陸坡、洋中脊、海溝和海嶺等構(gòu)造部位。從已發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的地質(zhì)條件看,溝弧盆體系、陸坡體系，邊緣海盆等環(huán)境的構(gòu)造熱動力學條件更有利于形成天然氣水合物的生成。2、天然氣水合物分布和資源量7812.3天然氣水合物2、天然氣水合物分布和資源量我國東海大陸架外緣具備形成天然氣水合物資源的良好條件，近幾年的地球物理勘探已發(fā)現(xiàn)反映天然氣水合物存在標志的BSR反射層，是天然氣水合物資源最有遠景地區(qū)之一。7912.3天然氣水合物2、天然氣水合物分布和資源量南海北部大陸坡也是尋找天然氣水合物最有利的遠景區(qū)。8012.3天然氣水合物2、天然氣水合物分布和資源量2008年我國首次在南海北部大陸坡鉆采到天然氣水合物樣品。8112.3天然氣水合物天然氣水合物通常作為沉積