南海北部陆坡神狐海域烃源岩生烃潜力巨大且烃类运移条件良好，可为水合物成藏提供充足的气源和通畅的疏导通道，而且神狐海域海底沉积层的温度、压力条件满足水合物形成的要求，具备了水合物聚集成藏的地质条件，成为我国水合物勘探开发的重点靶区。为了明确神狐地区水合物的成藏特征和主控因素，首次将随钻成像测井引入对水合物赋存状态、成藏序列、成藏模式和主控因素的研究中，从而为今后水合物的开采和钻井方案的设计提供强有力的理论依据。通过随钻成像测井、电阻率频谱及相对饱和度分析发现神狐海域共发育厚层状、分散状、斑块状、断层附近和薄层状5种赋存状态的水合物，其中厚层状和分散状水合物相对饱和度高且厚度大，开采价值较大，是研究区的主力水合物层，厚层状水合物常分布于水合物层顶部而分散状水合物常分布于水合物层底部；斑块状、断层附近和薄层状水合物相对饱和度较低且分布不规律，开采价值较小。厚层状、分散状、斑块状和断层附近水合物主要为深部热解气通过断层运移至水合物稳定区聚集成藏，为构造渗漏型水合物；薄层状水合物主要为浅部生物气横向运移聚集至水合物稳定域，为地层扩散型水合物。神狐海域发育开启型、填充型和界面型3种类型的断层，断层作为气体和流体的运移通道，沟通了气源和水合物稳定带，控制了水合物在纵向上和横向上的展布范围，为神狐地区水合物的主控因素。

南海东北部天然气水合物赋存类型多样，包括块状、瘤状、薄层状、脉状及分散状等五种形式，独自出现或相互共生成藏，并伴生碳酸盐岩，且分布在水深600～900 m、海底及其以下的200 m地层之内。其中前四种水合物常形成于浅断裂隙、沉积物层间薄弱带、海底表面等局部地区，粒径大于正常沉积物孔隙，水合物肉眼可见，故又称可视水合物；分散状水合物充填于微米—纳米级孔隙的沉积物中，肉眼难以分辨，故这类水合物为非可视水合物。据钻井揭示，以海底之下90 m处地层为界，研究区发育上、下两套水合物矿层，上部水合物矿层以可视水合物为主，下部水合物矿层为非可视水合物。其中上部水合物矿层发育上、下两个水合物层段，在各水合物层段的顶部均发育自生碳酸盐岩，反映为地史时期与水合物藏演化相伴生的古冷泉。综合分析认为，天然气水合物赋存形式及水合物藏演化受控于多种因素作用，包括岩性、粒度、岩相(古河道、扇体)等沉积作用，新构造活动及断层作用，流体及气体运移，以及影响水合物结晶成核生长的热流、盐度、时间等。其中可视水合物主要受构造因素控制，多为活跃流体携带气体以渗漏形式局部聚集形成；而分散状水合物则多受沉积因素影响，气体以扩散形式运移至适宜温压域的沉积层内形成水合物。上新世以来的地质事件是水合物形成分解的诱发因素，冰期、间冰期变化与水合物形成分解有一定耦合关系。水合物形成时代应早于上覆的自生碳酸盐岩，晚于其赋存的母岩沉积层，研究区上部水合物矿层的上段形成于晚更新世，下段形成于中更新中期—晚更新世，下部水合物矿层形成中更新世早期—中更新世中期；水合物矿藏共经历了3次水合物藏发育期和2次水合物藏破坏期。伴随水合物演化，发育两期自生碳酸盐岩，海底自生碳酸盐岩形成于更新世末期，上部水合物矿层之下段的顶部碳酸盐岩形成于中更新世早期。多层水合物构成的复式水合物矿藏系统，是扩散、渗漏驱动的二元成藏动力学过程综合作用的结果。

神狐海域是我国天然气水合物勘探的一个重点区域，2015年在该区域执行的GMGS3天然气水合物钻探，不仅发现了高饱和度天然气水合物，而且发现了热成因的Ⅱ型天然气水合物。其中的W11井在细粒泥质沉积物中获得了厚度达70多米的水合物层，饱和度平均值达40%，局部层高达53%。本文分析了神狐海域W11井的随钻测井资料，利用各向同性的电阻率模型，基于阿尔奇公式估算了天然气水合物饱和度，并与岩心资料中孔隙水氯离子异常估算的水合物饱和度进行对比，查明水合物在垂向上的变化，再结合地震资料反演的声波阻抗来获得水合物横向分布特征，发现水合物空间分布与储层变化、流体运聚和深部热成因气有关。

文章分析了台西南盆地渗漏型和扩散型天然气水合物沉积层的测井曲线特征，并通过对比DSDP 84航次570号钻孔含天然气水合物层段测井资料，结合研究区的区域地质条件、水合物饱和度、钻井岩心资料以及地震反射剖面特征，总结出台西南盆地天然气水合物沉积层的测井响应规律及其地质意义，结果表明：研究区含水合物沉积层的测井曲线有高电阻率、高声波速度、高中子孔隙度、低补偿密度和低自然伽马的“三高两低”的异常特征，渗漏型水合物层测井曲线“三高两低”特征较扩散型明显，渗漏型水合物沉积层内水合物碳氢气体浓度高，在断层通道内高度聚集形成块状水合物，水合物的饱和度最高达到100%，水合物分解后形成碳酸盐层，部分碳氢气体沿裂隙向上运移后再次形成的水合物层，扩散型水合物主要分布在水合物稳定带的底部，水合物呈分散状存在于沉积物中，水合物分布范围较大，气体容积扩散，碳氢气体浓度下降，水合物的最高饱和度为31%，水合物气源主要为微生物成因气，裂解气可能以生物降解气的形式与微生物气为水合物的形成共同提供气源。研究区断层、断裂和气烟囱等构造发育，地震反射剖面上具有似海底反射(BSR)、振幅空白带、BSR与地层斜交、穹状反射(速度振幅异常而形成的眼球状结构)等水合物响应特征。

南海北部陆坡的天然气水合物样品各具特色，神狐海域天然气水合物样品肉眼不可见，是典型的分散型水合物；珠江口盆地东部海域天然气水合物样品具有块状、脉状、结核状及分散状等多种赋存形式。在实验室内，采用现代分析仪器对这些水合物及其赋存的沉积物样品进行了系统的分析测试，研究了南海北部陆坡神狐、珠江口盆地东部海域天然气水合物的微观结构、水合指数、气体组成等基本特征，探讨了沉积物对天然气水合物赋存形式及微观分布的影响。结果表明，神狐海域沉积物中富含钙质微化石和有孔虫有利于水合物生成，且水合物主要分布在其腔体内；珠江口盆地沉积物颗粒更细，且不含微化石与有孔虫，故难以生成分散状水合物。研究区天然气水合物是典型的Ⅰ型结构，主要组成气体是甲烷，占99.4%以上；神狐海域与珠江口盆地水合物中甲烷分子在大笼的占有率99.3%以上，在小笼中分别为85.7%和91.4%，相应的水合指数分别为5.99和5.90。碳、氢同位素的综合研究表明，研究区天然气水合物的甲烷主要来源于微生物作用下的CO2还原。

地震“亮点”分析技术在传统油气勘探中已被证明是一种可行有效的方法,但在天然气水合物勘查中还没有得到足够重视。本文基于含水合物层、含气层及含水层的岩石物理属性，利用2015年神狐钻探区地震资料，分析了含天然气水合物的地震振幅响应特征。结果表明：在神狐钻探区天然气水合物稳定域内，扩散型水合物共有三种形成模式，分别为形成于稳定域底界的水合物层，形成于稳定域内部的高饱和度水合物层和形成于稳定域内部的低饱和度水合物层。水合物形成于稳定域底界时,地震剖面上产生BSR,当沉积层中含高饱和度水合物或含气时，会在地震剖面上产生相应“亮点”；当沉积层中含低饱和度水合物时，则在地震剖面上产生相应的“暗点”。综合分析，可以利用地震“亮点”与“暗点”在钻前对水合物成矿进行预测。

2013年珠江口盆地东部海域钻探取样结果表明，天然气水合物以不同形态分布于海底之下约10 m至稳定带之上的不同深度区间。在GMGS208井位置，天然气水合物分别以脉状、块状形态出现在海底之下9~25 m和65~80 m(与碳酸盐岩有关)深度范围内。地震反射剖面上，含分散状水合物沉积层的底部深度与地震反射剖面上的似海底反射深度很好对应，但没有典型地震反射特征表明近海底沉积物中存在天然气水合物。在研究区另一钻探位置(GMGS216)，取样也获得存在于近海底处的天然气水合物样品。本文研究以多道高分辨地震数据为基础，利用含天然气水合物沉积物具有较高声波速度的特征，在正演分析近海底存在薄高速层时地震反射速度变化规律的基础上，然后采用沿层速度分析方法获取近海底处的速度，据此推测近海底处天然气水合物的分布特征。结果表明，过GMGS208井和GMGS216井的地震反射数据的海底速度相干反演表现出明显的高速异常，而在GMGS211和GMGS212井位置则没有任何速度异常，与钻探取样结果一致。将地震数据的反射特征与区域地质条件进行综合分析，进一步预测这一区域近海底天然气水合物分布模式及地质成因。本文的研究结果为近海底天然气水合物地震探测和识别提供了有效手段，对天然气水合物资源勘探以及深海油气工程安全都具有重要意义。

对珠江口盆地东部陆坡GMGS 08C孔的3层自生碳酸盐岩(结核状)和有孔虫(底栖和浮游)开展高分辨率氧碳同位素分析和AMS14C测年，第1层自生碳酸盐岩δ13C为-38.85‰，第2、3层的δ13C介于-41.36‰～-56.74‰，平均值-51.64‰，均低于-40‰。δ18O值介于2.94‰～4.18‰，平均值3.68‰，明显偏重。这表明其为天然气水合物分解的产物，形成于微生物对甲烷的缺氧氧化作用，甲烷主要源自生物成因；自生碳酸盐岩层位的底栖有孔虫Uvigerina peregrina和浮游有孔虫Globigerinoides ruber的δ13C值几乎同时出现极负偏，最低值分别达到-12.17‰和-9.06‰，有孔虫δ18O总体上正偏，最大正偏幅度达1.50‰，说明其负偏与后期源于甲烷厌氧氧化作用(Anaerobic Oxidation of Methane，简称AOM)的成岩作用有关。自生碳酸盐岩及其与有孔虫异常碳(偏负)氧(偏正)、粥状沉积是GMGS 08C孔水合物分解甲烷渗漏的重要指标，据此推断该孔在末次冰期(MIS2—MIS3)发生过至少2次天然气水合物分解释放冷泉甲烷渗漏活动，分别距今36 ka和31～26 ka，主要发生在低海平面期，说明冷泉活动明显受海平面变化影响。

2013年广州海洋地质调查局在我国南海东北部陆坡海域实施天然气水合物钻探，获取了多种类型的高纯度水合物实物样品，进一步表明了南海存在丰富的天然气水合物资源前景。在此钻探之前，通过多年的地球物理、地球化学以及地质综合调查工作，积累了大量与天然气水合物赋存相关的各种地质数据。本文利用1D流体运移模型，结合热流站位的温压场数据以及多道地震数据所反映的BSR信息，计算了各个有效热流站位的流体运移速率，并结合钻探区的地质构造背景和钻探井位天然气水合物层位的分布情况，分析了流体运移速率分布特征，初步阐释了流体运移速率、构造背景以及与天然气水合物形成的相互关系。计算结果表明，钻探区流体运移速率数据分布区间为-25～+38 cm/a，反映了钻探区构造背景相对复杂。流体运移速率分布具有规律性，主要受到断层和气烟囱的类别控制，可分为两大类。第一类为位于钻探区北部高地的继承性断层，断面直立陡倾并部分切穿海底，伴有大型气烟囱顶部或数量众多的侧翼小型活动正断层，为深部大规模流体运移提供了充足通道。受此类地质条件控制的流体运移速率表现为幅值波动较大，天然气水合物多发育在海底浅层，且呈现多层分布。第二类为位于钻探区西南部以及东部较大水深的滑动断层以及小型气烟囱，断层主体表现断层面清晰，断面较缓，刺穿尺度较短，气烟囱发育也比较晚，一定程度上限制了来自深部流体运移的规模。受此类地质条件控制的流体运移速率表现较为缓和，流体运移速率波动范围小，天然气水合物多发育在海底深层。

2011—2015年对东沙和神狐水合物钻探区进行了连续5年7个航次的海上调查工作，获取了大量研究区海水水文、水化学及溶解甲烷含量数据，为天然气水合物勘查与试采环境评价提供了良好的基础数据及采前环境基线。调查期间，研究区海水甲烷浓度范围为0~31.4 nmol·L-1，平均浓度为6.7 nmol·L-1，高于全球平均海水甲烷浓度，表明南海海水甲烷浓度本底值高于全球平均水平；研究区海水溶解甲烷浓度及其分布特征不受区域海水水文特征、海水化学特征及季节等因素影响，且表层海水大气甲烷交换并非单一的汇或者源的关系，而是根据时间的不同，海水大气甲烷交换存在汇源转换；综合调查结果表明，研究区甲烷渗漏对海水、大气甲烷含量没有明显影响，且水合物钻探对区域环境没有明显的影响。

我国深水区海洋灾害地质研究成果较少，而南海北部东沙陆坡深水区天然气水合物资源的进一步勘探急需弄清海底地质环境。研究区缺乏浅地层剖面资料，因此，本文基于高分辨率2D地震资料等实测资料，率先在东沙陆坡深水区开展灾害地质研究。文中识别出地震、活动断层、海底滑坡、浅层气、泥火山、陡坎及侵蚀沟(谷)共7种具有活动能力的破坏性灾害地质因素，还识别出浅埋基岩面、海底火山、岩浆底辟共3种不具有活动能力的限制性灾害地质因素，同时总结了各灾害地质因素的平面展布特征并研究了其地震反射特征及灾害性。基于以上研究，本文认为陆坡深水区应重点避让海底滑坡、活动断裂、浅层气、侵蚀沟等与海洋工程关系密切的灾害地质类型，研究成果虽然精度有限，但可初步为该区天然气水合物的进一步勘探及防灾减灾提供参考。