李萍，杜军，刘乐军，曹成效，徐元芹

(1.国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛 266061;2.中国海洋大学，山东青岛 266003)

我国近海海底浅层气分布特征

李萍1，杜军1，刘乐军1，曹成效1，徐元芹2

(1.国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛 266061;2.中国海洋大学，山东青岛 266003)

海底浅层气是一种海洋灾害地质类型，一旦发生灾害，将对经济造成不可估量的损失。本文在相关文献资料和调查结果的基础上编制了1∶50万我国近海海底浅层气分布图。对已发现的我国近海海底浅层气分布特征进行了初步总结与探讨，以期为海上工程建设及减灾防灾提供重要的环境资料与参考。我国近海海底分布着大面积的浅层气，在辽东湾、山东半岛滨浅海、长江口、杭州湾、浙江近岸、珠江口、北部湾、琼东南近海、黄河水下三角洲外海海底、长江水下三角洲前缘和前三角洲相，存在大面积以生物成因为主的浅层气;而黄海、东海、南海陆架油气资源区数百米地层中的浅层气受断裂控制，分布有热成成因的浅层高压气囊和气团。

近海;海底浅层气;分布特征;油气资源

0 引言

海底浅层气是一种海洋灾害地质类型，一般指海床浅地层内聚集的气体，有时以含气沉积物存在，有时以超常压状态的气囊出现，有时候直接向海底喷逸［1］。我国在建设杭州湾大桥前期地质勘探过程中，曾多次发生浅层气强烈井喷现象;在美国墨西哥湾、英国北海、印尼爪哇海、阿拉斯加海、波斯湾、加勒比海等水域进行海洋油气资源勘探开发时，由于对浅层气调查不足，都曾造成严重灾害［2］。为了避免浅层气灾害的发生，国内外学者对其进行了广泛的调查和研究［3－7］，并利用各种声学方法确定海底沉积物中的浅层气赋存形态、特征及其分布范围。

随着我国海洋经济的开发，各种港口、跨海大桥的建设和工程项目的实施，均需了解海底状况。浅层气的存在，无疑威胁着海底构筑物的安全，一旦发生灾害，将对经济造成不可估量的损失。我国近海海底分布着大面积的浅层气，研究浅层气在海底的分布情况及成因，可以为海洋工程建设提供重要的环境参数，对海洋减灾防灾具有重要科学和实用意义。本文在我国大陆架勘测专项和我国近海海洋环境调查与研究专项的基础上，结合收集的文献资料，编制了1: 50万我国近海海底浅层气分布图，对我国近海区域浅层气分布特征进行了初步总结和探讨。

1 海底浅层气性质与赋存形态

浅层气根据成因可分为两种类型［1］。一种是生物成因，大量陆源碎屑物质在海底沉积时，带来了丰富的生物碎屑和有机质，甲烷菌从腐烂的有机物中分解出甲烷，形成含气沉积物。另一种是热成甲烷成因，是在海底以下较大深度，在高温高压下由于干酪根裂解，形成许多碳氢化合物，其性质取决于原始有机物质的特性和生油岩所处的温度与压力。但热成甲烷上升到海底浅层时受到细菌作用，

其性质可能发生改变［5］。浅层气形成后随时随刻都在运移与聚集。一般浅层气沿着水平和上倾方向运行，在高渗透性沉积物—砂性土中聚集。有时浅层气被低渗透性淤泥类土覆盖，就形成一层含气沉积物层。含气沉积物层中浅层气在某些部位又相对富集。热成甲烷气体有时沿着岩层孔隙、裂隙、断层面上升、运移、聚集。如果浅部地层的封闭条件和存储条件很好时，就为浅层气的富集创造了有利条件，可以聚集形成高压气囊、气团和气层。

浅层气形成后，经过地质时期的运移与聚集，一般稳定地埋藏于海底之下。通常以下面4种形式存在于海底［8］:(1)层状浅层气，局部海域浅层气成片分布，但埋藏的地层深度不一。(2)团块状浅层气，由于海区不同沉积物中富集有机质的多寡不同，沉积物孔隙率大小不同，浅层气不是均匀分布，而是成团地相对富集;(3)高压气囊，深部天然气体沿岩层的孔隙、裂隙、断层面上升到海底浅部，为不透气粘土层覆盖，随着地质时期增长压力越来越大，形成高压气囊。(4)气底辟，高压气囊聚集时间过长，在强大的压力下，向覆盖层薄弱处冲挤，形成气底辟，最终冲破全部地层向海底直接喷逸。

2 浅层气的危害

海底浅层气的存在会影响海上工程施工和构筑物安全。浅层气对海底沉积物胶结、硬度、强度等均产生较大影响，使海底构筑物地基条件发生改变，导致地质灾害事件发生。如果沉积物中含有浅层气，随着含气量的增加会引起土体膨胀，孔隙压力增大，有效应力降低，从而破坏了土体的骨架结构，增大了土的压缩性，降低了土的抗剪强度［9］。浅层气的存在可以造成海底坍塌和滑坡，使输油管线悬空甚至断裂损坏［10］。含气沉积物还会增强海底管线的腐蚀性。钻探施工中海底高压气囊是导致井喷的重要原因。国际海岸考察理事会(ICES)报导在工程地质钻探过程中有22%的井喷是由浅层气造成的［11］。在早期勘探活动，一旦钻杆或桩脚穿通浅层高压气囊，则会引起井口地基土体冲垮、气体喷逸，平台倾覆及起火燃烧。由于浅层气的分布经常是不均匀的，气压大小不等会造成地层承载力的差异，特别是在浅层气释放过程中，会加大地层工程性状的差别，引起地层的不均匀沉降，破坏构筑物的基础而引发多种工程危害。

3 我国近海海底浅层气分布特征

调查显示我国近海从北到南分布着大面积的浅层气。近岸海底分布的浅层气多为生物成因，而陆架油气资源区数百米地层中的浅层气则多为热成成因，且具有高压特征。

3.1 黄渤海分布区

辽东湾滩海地区共发现特征明显的浅层气区有43处之多，载气面积最大者可达280000m2，最小者仅2500m2［12］;多呈不规则状分布，顶面埋深在0.5～15m范围内，而3～5m居多，一般延展宽度50～300m不等;在浅地层上显示反射灰度明显比周围弱，颜色较浅，沉积层理中断，地层反射被掩盖或异常，图谱似云雾状，上升到海底面以下高度不等。由于相当数量的浅层气区位于古河道或具有洼地填充沉积特征的古沼泽地带，推断本区浅层气可能为沼泽气［13］。

2001年在国土资源调查时和2007年在我国近海环境调查时发现在黄河三角洲外海海底分布着大片的浅层气区。浅地层剖面上表现为声学扰动，载气层顶距海底8～15m，从海底地形上看，未在浅层气上部见到浅坑地形［14］。在以往井场路由调查中，黄河三角洲近岸海域浅层气分布极少，浅层气主要存在于远离海岸的海底［15］。埕岛海域在海底下15～30m范围内有载气层沉积，其延展宽度为30～50 m，分布范围小;从反射强度上分析，未达到富集高压程度，不会出现气体外溢;平面分布形状复杂，在小范围内零散分布，未连成片［16］。

2001年在国土资源调查时和2007年在我国近海环境调查时均发现山东半岛滨浅海分布着连接成片的浅层气(图1)。大约以水深30m为界分为两个分布区［17］。环山东半岛东北部近岸-30m以浅水域，有3个浅层气分布带，这些赋存的浅层气形成的规模比较小且埋藏浅，顶面埋深4～15m，平均埋藏深度在9m左右，3个分布带的总面积约有1560km2。－30m以深区域同样存在3个浅层气分布带，与近岸浅层气相比分布范围更大些，且埋藏变深，顶面埋深4～5m，平均埋藏深度18m左右，是近岸浅层气平均分布深度的2倍多，3个分布带的总面积达到2787km2，比近岸浅层气分布面积多出近一倍。

南黄海近海浅层气分布非常广泛(图1)。在南黄海平原中部浅海地带、废黄河三角洲、苏北浅滩及长江水下三角洲外侧地区等均有分布［18］。浅层气在垂向上分布很浅，其顶界深度距海底只有5～18 m。地震反射特征以各种形态的声学扰动为主，声学空白反射区成片分布于废黄河三角洲、苏北浅滩东南部外缘。在122.5°E以西的滨浅海地区，这个地区的第四纪地层主要由古三角洲、古冲积扇、古河道、古湖沼沉积等组成，含有泥炭夹层及其他富含有机质堆积层，这些有机物质经腐败细菌分解就会转化为甲烷或沼气等，浅层气多为生物成因，主要成分是甲烷［19］。南黄海油气资源开发区断裂构造发育，深部的石油天然气会沿着断裂等裂隙上升到浅层沉积物中，可形成高压浅层气。2000年在南黄海油气资源开发区调查时，发现位于苏北浅滩北部边缘区(121°55′E 35°12′N)有一处浅层气，埋深约15m，地震调查剖面上的宽度约12km，由于附近为早第四纪地层的隆起区，这种隆起是对基底断裂活动的响应，故推测该处的浅层气为深部的石油或天然气通过断裂向上运移聚集而成，具有高压性质(表1)。

图1 黄渤海浅层气分布Fig.1 Distribution of the shallow gas in offshore seabed in the Yellow Sea and Baohai

表1 南黄海部分浅层气分布特征Table 1 characteristics for seven points of the shallow gas in the south Yellow Sea

3.2 东海分布区

东海近海沿岸从长江口、杭州湾、舟山群岛、浙江近岸到现代长江三角洲前缘和前三角洲沉积相中，广泛分布着浅层气，水深范围0～25m［21］，东部水深达35m。浅层气顶面埋藏最浅数米至十余米，深者达200～300m，大多在100m以内。浅层气常见的形态为层状含气沉积物、气囊和气团，有的浅层气溢出海底呈气苗壮和麻点状［22］。浅层气主要为生物成因，赋存于湖沼、浅海、河口湾和三角洲沉积环境中(图2)。这些沉积环境富含有机质堆积层，有机物质分解过程产生甲烷等气体，形成生物成因的浅层气。

图2 东海浅层气分布Fig.2 Distribution of the shallow gas in offshore seabed in the East China Sea

东海陆架地层中的浅层气，主要分布在内陆架平原区，而东海外陆架残留砂平原地层中，很少见浅层气分布。2000年在东海油气资源开发区调查时发现大面积的浅层气，根据其生、储地层的不同，大致将其划分为二类。第一类浅层气来源于地层的深部，主要分布于东海油气资源区西部内陆架区，含气地层呈模糊状地震相，边界直立，顶界几乎直达海底。含气地质体内具有地层界面意义的反射界面具有弱振幅特征，由于含气导致地层密度变小，地震波传播速度降低，反射波到达时间延长，含气地质体边界两侧地震反射波不连续，出现假性断层。多频剖面也呈现半透明相的反射波特征，边界直立，与地震剖面所揭示的浅层气位置相同。推测第一类浅层气可能来源于地层深部含油气层。深部的石油天然气沿着断裂等裂隙上升到浅部地层，形成高压浅层气。第二类浅层气储存于古三角洲和河流相地层，属于自生自储或局部运移的气体，此类含气地层由于含气导致地震反射波振幅变弱，反射难以或不能连续追踪，出现“半空白”反射区。浅层气呈零散不规则分布，造成模糊或“半空白”反射区。此类浅层气所在地层含有泥炭夹层及其它富含有机质堆积层，有机物质分解产生甲烷等气体。推测第二类浅层气主要为生物成因气。

3.3 南海分布区

珠江口近岸共发现二处大的浅层气区和多处小范围的浅层气区，浅层气区总面积大约900km2，其中以伶仃洋西侧海域浅层气分布范围最广，浅层气区位于伶仃洋水道西侧，从东四门沿水道下行，至桂山岛南侧，面积约600km2;磨刀门外出现一大范围的分布区，面积约150km2［2］(图3)。总体说来，珠江口浅层气分布主要沿珠江的八大门下行，在河流下切形成的入海古河道、分支河道、河漫滩等分布较广，主要贮存于第四纪沉积物中，淤泥层为盖层。浅层剖面和单道地震记录显示，含气沉积物层间反射杂乱，连续性较好的反射波突然中断，同相轴时隐时现，或完全消失，或反射模糊，伴有空白带，呈柱状、囊状、条带状或不规则状，在不同水深，都发现了这种沉积层的含气特征。在浅层气大量溢出的地方常引起海底地形的凹凸不平，声呐记录上多为麻坑状显示［23］。珠江口沉积物厚度较大，以富含有机质的陆源碎屑沉积物为主，有利于生物气生成。

图3 南海浅层气分布Fig.3 Distribution of the shallow gas in offshore seabed in the South China Sea

南海陆架海区分布着大面积的浅层气(图3)，如北部湾盆地、莺歌海盆地、琼东南盆地、万安盆地、珠江口盆地、台西南盆地，以及油气高集区广大海区。统计资料表明，油气藏分布区浅层气分布更广，如涠洲10—3N、涠洲114、涠洲12—8、文昌13.2、文昌19—1、文昌19—2、东方1.1、乐东15.1、乐东22—1、崖城13.1、崖城35—1、蓬莱19.3、番禺4.2、惠州21—1、惠州26—1、惠州26—2、惠州32—3、惠州32—5、西江24一I、西江30.2、陆丰13—1、陆丰22.1等海区海底都发现浅层气，而且常以高压气囊出现［1］。2000年在莺歌海油气资源开发区调查时，发现少部分浅层气呈微弱或较强程度的溢出海底，有五片分布区。莺歌海测区内浅层气上升至海底以下的深度大部分为5～10m，个别地方15m，最大的载气沉积区面积大于1400km2。从所圈定的区域来看，气区一般分布在洼地内，有可能是浅层沼泽气，但也有可能是深部石油天然气运移而成。

其中有一测线上的浅层气溢出海底高度十几米，并在该处发现层中下部地层有断层错动迹象。在珠江口盆地共发现10处可能的浅层气，其中大万山岛外、北尖岛外和卫滩附近海域均出现3处较大范围的分布区，顶面埋深30～40m，这种气多是生物形成的甲烷气，常出现在古三角洲发育区。其余的浅层气零星分布，往往与断层作用有关，可能是深部油气层通过断层向浅部运移形成的，对钻井平台构成一定的威胁。上世纪80年代前，苏联在万安盆地调查中，在108°～110°E，7°～11°N范围的陆架外缘，水深200m，也揭示了气体异常现象，而且异常位置多在SN向断裂上，这些气体是从下部地层运移上来的［24］。

4 结语

我国近海海底分布着大面积的浅层气，在辽东湾、山东半岛滨浅海、长江口、杭州湾、浙江近岸、珠江口、北部湾、琼东南近海、黄河水下三角洲外海底、长江水下三角洲前缘和前三角洲相，存在大面积以生物成因为主的浅层气;而黄海、东海、南海陆架油气资源区数百米地层中的浅层气受断裂控制，分布有热成成因的浅层高压气囊和气团。

本文仅对以往调查工作进行了初步的小结，然而目前我国近海大范围的海域还未开展专项浅层气调查，一旦发生灾害，将会给海洋油气勘探，海底输油管道和通讯电缆铺设、港口码头建设等造成巨大损失。为了减少和防止此类灾害的发生，应开展我国近海海底浅层气专项调查。通过调查，查明浅层气分布及其赋存特征，识别出各种形态的浅层气，确定其成因，建立浅层气分布的数据库和信息系统，对科学避让浅层气及减灾防灾具有重大的现实意义。

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Abstract:The sub-bottom gas was one of the marine geological disasters.It would cause tremendous loss to the economy.According to the relevant literatures and various types of survey data，the map of the shallow gas distribution in our country’s offshore seabed was drawn，scaled in 1∶500000.The distribution characteristics of the shallow gas found in the seabed was preliminary summarized and discussed to provide important environmental data and reference to the marine engineering construction and the reduction and prevention of disasters.Large area of shallow gas distributed in our country’s offshore seabed.In Liaodong Bay，Shandong Peninsula in shallow Sea，Yangtze River Estuary，Hangzhou Bay，Zhejiang coastal waters，the Pearl River estuary，North Bay，southeast of Hainan coast，Yellow River Delta outside the seabed，and the leading edge of the Yangtze subaqueous delta and its pre-delta facies，a large area of shallow biogenic gas existed.In a few hundred-meter continental shelf bearing oil and gas resources in Yellow Sea，East China Sea，South China Sea，there were high-pressure gas bags or gaseous mass with thermal genesis controlled by faults.

Key words:offshore seabed;the shallow gas;distribution characteristics

Distribution characteristics of the shallow gas in Chinese offshore seabed

LI Ping1，DU Jun1，LIU Le-jun1，CAO Cheng-xiao1，XU Yuan-qin2
(1.Fist Institute of Oceanography，SOA，Qingdao266061，China; 2.Ocean University of China，Qingdao266003，China)

1003-8035(2010)01-0069-06

P67

A

2009-09-08;

2009-11-20

国家908专项(908-02-03-03;908-01-zh)

李萍(1972—)，女，博士，副研究员，从事海洋地质与灾害地质研究。

E-mail:liping@fio.org.cn