海底甲烷渗漏是甲烷的转移从岩石圈水圈、生物圈,甚至大气,这被认为是一个地球的碳循环的过程( 25, 26]。全球海底甲烷渗漏特性可以发生在不同的地质设置包括积极利润率(例如,收敛,增生,侵蚀利润,利润率和转换)和被动的利润( 25, 27]。渗流流体成分通常包括水、游离气体(特别是甲烷),和一些沉积物,它们来自不同来源的向上转移到海底沉积物压实等不同的强制机制,甲烷引起的超压气体水合物分解,生物地球化学反应,生物活动,超压,和相变化 25, 26, 28]。除了海底渗流表现(例如,凹痕、深水珊瑚和自生碳酸盐的外皮成堆或人行道),流体管道特性(如边坡失败,错误,泥火山,伤疤,陡坡”和凸起)也扮演着重要的角色在促进流体逃避和海底甲烷渗漏形成( 29日, 30.]。海底甲烷渗漏的大小是很难确定的,因为渗流特性,包括泡沫大小、速度、和浓度,通常显著颞可变性的节目从数秒到数十年时间尺度( 31日, 32]。然而,海底表现和相关流体管道为甲烷源信息提供的线索,如源深度,与天然气水合物的关系系统,在物质循环和可能的角色,这是本研究的目的。

在本文中,我们主要关注的甲烷来源海底甲烷渗漏,并讨论其与天然气水合物的关系系统通过分析他们的空间关系。全球案例研究来自尼日尔三角洲近海毛里塔尼亚、南海和其他multilatitude地区讨论本文所特色不同的地质条件。例如,尼日尔三角洲位于被动大陆边缘西海岸的中部非洲,和尼日尔三角洲的结构单元可以分为三个领域,扩展领域,翻译领域,和压缩域,生长断层、泥底辟构造,页岩底辟构造和folding-thrusting特性( 33, 34]。离岸毛里塔尼亚位于西非被动大陆边缘,断层和压裂开发有限 10, 35, 36]。南海是一个大边缘海的特点是大陆裂谷和海底蔓延,高热流值( 37, 38]。此外,大规模的气烟囱是常见的在南海存在的缺点和骨折的内部气烟囱。在这些海外研究领域,天然气水合物系统通常发达,聚焦流体迁移提供天然气水合物形成的源头,也可能引起海底甲烷渗流特性。

全球海洋天然气水合物发生在主动和被动大陆边缘,边缘海,岛山坡,和天然气水合物稳定带(GHSZ)是主要决定因素,包括海底温度、海底深度、地温梯度、气体组成、孔隙水盐度、温度和压力是影响天然气水合物的相平衡的主要因素( 20., 39, 40]。天然气水合物在甲烷向上运移的地质时期扮演双重角色,可作为甲烷(时变源或汇 41, 42]。一方面,甲烷可以捕获GHSZ形成天然气水合物在向上迁移。另一方面,水合物分解会释放大量的甲烷逃逸的海水较浅的沉积物,甚至海底甲烷渗漏。

在地震数据,GHSZ通常是由底部的基础模拟反射(BSR),通常表现为强振幅、负极性,横切年代地层反射。在高分辨率地震资料,BSR常出现对齐振幅终端( 43- - - - - - 45]。由于浅埋和疲软的天然气水合物的稳定系统,天然气水合物稳定条件容易受洋流的影响,沉降,底辟作用,和其他环境变化,导致天然气水合物的形成和分解( 46- - - - - - 48]。天然气水合物中的甲烷捕捉和存储系统因此容易逃到海水,甚至大气通过海底渗流特性。因此,需要更好地理解之间的空间关系海底甲烷渗漏和天然气水合物系统,以及相关的流体迁移渠道。

然而,天然气水合物发生并不总是显示一个明显的BSR在地震数据,和可能存在天然气水合物BSR ODP腿164[994年网站等 10]。当它存在时,BSR经常减少海底浅滩,直到与海底,那里被称为天然气水合物稳定带的近陆的限制(LLGHSZ)代表GHSZ深度最浅的水。由于甲烷供应有限和厌氧甲烷氧化(急性中耳炎)在浅深度,BSR和LLGHSZ都很少看到附近的理论LLGHSZ地震数据在许多天然气水合物发生地区( 4, 35, 48- - - - - - 50]。在没有BSR发展地区,很难认识到GHSZ可能妨碍判断海底甲烷渗漏的甲烷来源是否与天然气水合物有关的系统。BSR在这些情况下,可以在MATLAB软件数值模拟假设的适当的气体成分和一个合理的盐度模拟天然气水合物系统(图 2)。计算温度分布的二维稳态导热模型,与相关方程离散空间中使用有限的差异和直接使用MATLAB的MLDIVIDE函数来解决。上边界条件是由固定在海底温度海水温度在当地海床表面的深度(从世界海洋数据库检索;图 2)。较低的应用边界条件由固定统一的地温梯度值在5公里海床以下。这个边界地温梯度因此被称为区域地温梯度(RGG)。海底的深度计算行波管的时间,这是使用水的速度转换为深度1.5公里¹。压力曲线是通过假设一个常数10.09 MPa公里的静水压力梯度¹。然后,BSR的深度可以确定使用水合物稳定曲线适合天然气水合物研究系统。

例如,纯甲烷气体水合物稳定曲线的盐度35 wt。%由Moridis [ 51)是用来预测BSR的位置在两个从尼日尔三角洲地震剖面和南海琼东南盆地(图 3)。BSR的深度取决于水合物稳定性条件,可以通过数值模拟计算假定适当的控制参数。区域地温梯度(RGG)被认为是一个校准参数在这种背景下,与最优适应调整获得的模仿和观察BSR RGG地温梯度的价值研究的区域范围。结果表明,最优适应之间的模仿和观察BSR可以通过设置RGG值4.2°C / hm从尼日尔三角洲地震剖面,通过设置一个RGG值3.5°C / hm从琼东南盆地地震剖面(图 3)。对地震剖面,建筑的波峰背斜(图 3(一个))或以上的集中集群故障(图 3 (b))是拱形的,可能由于热异常运输从下面通过折叠或断裂。结果依赖于几个假设包括速度的海水和沉积物,以及气体组分。这些参数的变化将导致不同的RGG值,它代表这个模型的不确定性。数值模拟,GHSZ范围可以预测可以帮助之间的空间关系描述天然气水合物系统和海底甲烷渗漏特性,因此评价天然气水合物的作用系统形成海底甲烷渗漏。

凹痕是crater-like萧条中开发好海洋或湖泊沉积物在不同地质环境中,可能由于地下流体超压放电在海底 54- - - - - - 56]。作为流体运移的结果通过在海底沉积物和驱逐,凹痕经常被解释为叠覆在油气藏或天然气水合物系统(包括天然气水合物和底层游离气带)是可能的流体来源( 1, 53]。有限的数据已经知道流体发泄的过程形成和维护凹痕,但提出了几种机制驱动流体迁移包括迁移等超压油气藏沿垂直管道的缺点,骨折,气烟囱,沉积物压实,通过集中垂直流体迁移管道超压耗散或盐/泥底辟构造,天然气水合物分解,及相关LLGHSZ甲烷渗漏。凹痕出现在随机和非随机分布模式,可能由地下流体管道的分布和超压流体源( 53]。然而,在天然气水合物的LLGHSZ离解经常发生时,可能出现凹痕在线性模式没有明显的地下流体迁移管道由于气源是直接从原位水合物分离。

在全球案例研究,有不同种类的凹痕。例如,巨大的凹痕形成的法罗设得兰盆地由于突然驱逐甲烷储层比GHSZ更深,可能由自然储层超压( 57]。主要由构造引起的超压被解读为压缩因为其他原因太循序渐进和温和,垂直管道开幕利用密封的疲软。图 4显示了凹痕和天然气水合物体系之间的关系在美国大西洋大陆边缘,有两种类型的凹痕考虑与天然气水合物的关系系统( 18, 19]。脓疱比LLGHSZ浅的超压是由浅气藏,与天然气水合物系统(图无关 4(一))。在图 4 (b),超过5000个麻子被观察到在美国大西洋绵延1100公里,沿走向的大陆边缘,和大多数脓疱位于LLGHSZ周围。天然气水合物分解提出了由于微分泥沙负荷和全球变暖负责这些凹痕的形成,导致孔隙流体超压和垂直流体迁移 19]。GHSZ范围内,很少有凹坑出现在海底相比LLGHSZ周围大量的凹痕。这些凹坑的流体来源可以从天然气水合物形成系统和更深层的油气储层,可推导出流体迁移垂直分布的管道( 58, 59]。如图 4 (c),这两个凹痕是由于超压形成耗散,和超压可能是持续的积累造成的自由气体低于天然气水合物稳定带的基础( 60]。脓疱变得不活跃的瞬态初始驱逐后不久,这可能是重新激活时再次自由气体积累并生成所需的超压( 57, 60]。除了目前的凹痕,还有paleopockmarks埋的凹痕表明过去地质流体逃脱特性( 61年)(图 5 (c)和 5 (d))。

自生碳酸盐经常广泛与甲烷共存渗流特性在不同地质环境中,代表其排放的甲烷和抑制海水甚至大气( 62年- - - - - - 64年]。人们普遍认为厌氧甲烷氧化的生物过程(急性中耳炎)夫妇硫酸盐还原(SR)是由厌氧氧化菌和硫酸盐还原菌在厌氧环境中,自生碳酸盐是AOM-SR过程的主要副产品( 63年- - - - - - 66年]。根据先前的研究,碳酸盐的形成最终将密封渗透特性,它的特点是局部渗流塞满了沉积物和细菌垫第一,完成由碳酸盐沉淀堵塞建立碳酸盐岩地壳( 1, 67年]。此外,自生碳酸盐往往被视为与天然气水合物有关的系统( 68年, 69年]。案例研究来自南部峰会水合物脊的卡斯卡底古陆边缘表明,碳酸盐岩的形成可能与动态天然气水合物的形成和分解因其脆弱的稳定( 41]。然而,天然气水合物的关系和碳酸盐物质相关的流体来源,它提出了多产的甲烷渗漏将导致中耳炎效率( 63年]。例如,研究人员发现,10米高的山脊methane-derived自生碳酸盐岩内开发一个大凹坑在垄断性 70年)(图 5(一个)和 5 (b))。自生碳酸盐的含量全面由甲烷供应和中耳炎的速度和持续时间( 71年]。并不是所有的凹痕都伴随着自生碳酸盐。例如,在北卡那封盆地西北近海澳大利亚、脓疱在东方不是伴随着碳酸盐岩石,而凹痕在西方都伴随着碳酸盐岩( 61年)(图 5 (c)- - - - - - 5 (f))。

在表 1,我们补充的凹坑编译Panieri et al。 53)通过引用发表全球案例研究,显示信息在水深,凹坑形成机制包括相关流体通路和天然气来源,附近的碳酸盐,与天然气水合物体系之间的关系。编译显示,62.2%凹痕都伴随着自生碳酸盐,和凹痕的优势与天然气水合物的共存系统或LLGHSZ。根据先前的研究,凹坑密度和凹痕的总数是最大的在LLGHSZ已观察到在北极大陆架( 72年, 73年),美国大西洋保证金( 18- - - - - - 20.),和西方斯匹次卑尔根大陆边缘( 21]。

深海珊瑚,也称为冷水珊瑚,第一次描述了在18岁^th世纪( 116年),但直到20^th世纪是深水珊瑚一般划定潜水器的发展( 117年]。他们经常没有光相对营养丰富的海水,是独立的共生藻类。深海珊瑚一般发生在水深从39到2000吨以上,涵盖纬度从70°N 60°年代,使用温度范围从0到13.6°C ( 118年]。直到现在,深水珊瑚被发现在世界各地的许多地方(图 1 (b);表 2),比如从垄断性( 118年),北海 119年,南中国海 120年],地中海[ 121年],大西洋[ 122年, 123年),和离岸毛里塔尼亚( 124年]。深水珊瑚的大多数研究集中于他们在全球气候变化、生物和角色虽然做了有限的形成机制。Hovland和汤姆森( 118年)提出了垄断性的深水珊瑚烃渗漏、细菌和其他微生物的蓬勃发展和深水珊瑚提供了大量的食物来源。边缘的深水珊瑚观察凹痕在桑托斯盆地珊瑚碎石填充凹痕周围的沉积物,并提出pockmark-related海底油气渗流可能受精的水通过增加营养物质的浓度有利于维持珊瑚( 52]。强电流和低沉积物补给也视为有利条件为深水珊瑚和底栖动物有关。

最近的研究表明,深水珊瑚的形成是由两个主要因素,一个是合适的硬珊瑚殖民的基质如自生碳酸盐和另一个是动态下当前提供的营养供应,海底甲烷渗漏,或天然气水合物系统( 120年, 125年]。结果,在海底甲烷渗漏特性通常维持一定密度的底栖生活相对比较繁荣与周边地区相比( 53, 126年]。在海底甲烷渗漏的地区,地下的甲烷厌氧氧化过程形成自生碳酸盐,和甲烷释放源的微生物可以作为食品深水珊瑚,既有利于形成深水珊瑚(图 6(一))。此外,天然气水合物系统也可能帮助受精深水珊瑚( 120年, 127年]。豪猪盆地的一个案例研究显示,甲烷释放天然气水合物分解,这是冰川地控制由于全球变暖,可能扮演了重要角色在深海珊瑚礁的形成 127年]。

表 2深水珊瑚的编译出版数据显示信息水深,珊瑚的大小,与天然气水合物的关系系统,和相关流体渗流。结果表明,大部分的深水珊瑚发生在200 - 1000米的深度,及其位置在很大程度上依赖于下层。根据案例研究在表 2相关,42.5%的深水珊瑚是明显的流体渗流特性和70%的深水珊瑚是位于GHSZ范围和LLGHSZ附近区域。一般来说,案例研究的凹痕,自生碳酸盐,和深水珊瑚来自世界各地表明基因联系,与海底甲烷渗漏扮演重要角色在碳酸盐的形成和深海珊瑚。

与其他海底甲烷渗漏表现相比,潜艇泥火山相对匿名的,神秘的,就更难了,从地形上表达了海底大厦是由于泥浆和液体喷发( 129年]。泥火山的存在往往表明深石油资产或天然气水合物系统和提供洞察成岩过程矿物溶解和转换,有机物的降解,高由于反应[ 129年- - - - - - 131年]。泥火山几何形状和大小的变量在不同的区域,通常是圆形或subcircular在平面视图中。高度可能范围从几米到几百米由于排放规模,主要受构造活动控制,快速加载沉积物,厚的细粒度沉积物的存在,和丰富的油气成藏 55, 132年]。它提出了压缩和快速沉降主要是负责泥火山的启动和维护,而弱压缩容易体验下泥质沉积物矿物蚀变和脱水过程,因此导致脆性变形,如断层( 130年]。此外,断裂带的前世可能也作为有利条件形成的泥火山[ 133年]。不同于泥火山,还有另一个类似的功能叫做泥底辟上升从深海沉积物浅沉积物( 129年)(图 7)。当它到达和穿过海底,泥火山。

许多泥火山海洋环境与天然气水合物有关系统( 129年)(图 7)。泥火山的存在能够改变天然气水合物的稳定性条件,导致一个upvaulted BSR,和相关的流体迁移泥火山可以供应甲烷天然气水合物的形成和基本自由气体区( 134年, 135年]。此外,天然气水合物分解在应对海平面变化,全球变暖,或局部热流升高可能导致的孔隙流体超压和沉积覆盖层的变形,最终导致驱逐泥火山[ 136年, 137年]。在这些过程中,流体迁移起着关键作用形成天然气水合物的形成和泥火山。

除了这些海底甲烷渗漏表现上面我们介绍了天然气水合物小丘也普遍观察到海底甲烷渗漏网站( 138年, 139年]。天然气水合物小丘,也被称为天然气水合物,是天然气水合物生长的结果在很浅地下沉积物。沿着断层足够的天然气供应,气烟囱,和其他流体迁移渠道保持连续天然气水合物的形成,引起上覆沉积物膨胀,因此导致天然气水合物小丘。一般来说,天然气水合物的形成小丘还取决于流体迁移代表管道系统连接深层烃液体和浅天然气水合物储层。

海底甲烷渗漏深度超过LLGHSZ被定义为A型,位于GHSZ的范围,但比天然气水合物稳定带的向陆地边界数据 3, 4 (c), 7, 8, 9)。考虑到气体源,输入一个海底的甲烷渗漏可以进一步分为两个亚型,A1和A2。A1的甲烷来源亚型无关的天然气水合物系统和可能是更深的气藏,而A2亚型的甲烷来源是天然气水合物体系,从天然气水合物分解或潜在的自由气体区。例如,海底甲烷渗漏的气源来自哥斯达黎加的案例研究被解释的气藏位于更深的深度比天然气水合物体系,定义为A1亚型( 58)(图 10(a))。类似的海底甲烷渗漏特性也观察到在南海断层作为流体迁移管道运输天然气气藏比海底天然气水合物系统,也定义为A1亚型( 59)(图 10(b))。离岸哈瑞奎师那哥达瓦理河流域,气体甲烷渗漏源断层解释是运输的天然气水合物系统和底层自由气体区到海底,定义为A2亚型( 161年)(图 10(c))。两种亚型,垂直流体迁移集中提供气源管道海底甲烷形成的渗流特性,这可能是由超压与构造相关的压缩或连续积累的液体( 18, 19]。

海底甲烷渗漏附近LLGHSZ被定义为B型,这是位于向陆地边界的天然气水合物稳定带(数字 4 (b), 11, 12, 10(d) - 10(f))。亚型的甲烷来源B1被定义为独立于水合物系统、垂直运输以及流体迁移错误或天然气等管道烟囱到海底。亚型B1很少观察到,大多数的海底甲烷渗漏LLGHSZ天然气水合物系统密切相关,从天然气水合物分解或甲烷水合物稳定带的基础横向运输以及海底,被定义为亚型B2。天然气水合物稳定带是一个楔形区BSR浅上倾的海床深度减少并最终相交的海底,和十字路口位置是公认的近陆的极限GHSZ (LLGHSZ) [ 47]。在美国大西洋大陆边缘,Skarke et al。 20.]观察570以前未发现的气流在水深从50到1700 mbsl,其中大约440是目前LLGHSZ附近(图 10(d))。提出,这些海底甲烷渗流特性是由于水合物分解的动态转变的结果GHSZ由于海底水温度变化,因此本文定义为B2亚型( 20., 162年)(图 11和 12)。类似的现象也被观察到具有离岸斯瓦尔巴特群岛(图 10(e))和上层格兰德河(图的斜率 10(f)),海底甲烷渗漏的天然气来源来自天然气水合物分离( 4, 15]。许多海底凹痕和气流分布沿着线性LLGHSZ区引起的周期性的天然气水合物的形成和分解,可能由于疲软的天然气水合物的稳定和变量在海底环境条件( 20., 21, 72年]。然而,我们不能排除另一种可能性在LLGHSZ,可能存在一些海底甲烷渗漏特性都与天然气水合物系统,但从深层油气藏的集中运输液体管道故障和烟囱等,定义为B1亚型在这项研究中(表 3)。

海底甲烷渗漏浅比LLGHSZ被定义为C型,位于GHSZ以外的范围(数据 10(g) - 10(j))。气体来源这种类型的海底甲烷渗漏天然气水合物系统无关,称为C1,可以从浅生物气体或深产热的气体,并通过聚焦流体迁移被送往海底管道( 24, 16- - - - - - 165年]。例如,南喀拉海大陆架上的海底甲烷渗漏的混合气体源由产甲烷浅深和微生物甲烷生成的沉积物或新发布的冻土融化,属于C1亚型(图 10(g))。

一般来说,丰富的全球案例研究海底甲烷渗漏使我们海底甲烷渗漏为三个主要类型进行分类根据其空间关系与LLGHSZ和天然气(图源 13)。海底甲烷渗流特征表现为气流,凹痕,自生碳酸盐,深海珊瑚,和泥火山和相关流体迁移渠道包括断层、气烟囱,不整合面和泥火山。这些海底甲烷的气体源渗流特性可以从天然气水合物系统包括天然气水合物分离或底层自由气体区或从深层油气藏的天然气水合物系统无关。基于所有这些元素,海底甲烷渗漏是分为三个主要类型,可进一步分为5个亚型(表 3;数据 10- - - - - - 13)。

通过比较这些不同的海底甲烷渗漏类型从发表全球案例研究,我们建议亚型B2代表最重要的海底甲烷渗漏类型。在天然气水合物稳定带的近陆的限制开发大规模高集中有力的甲烷渗漏特性,表现为高密度的渗流网站每公里(凹痕或气流)和大量的释放甲烷体积( 20., 21, 47, 72年]。比例直方图的凹痕、碳酸盐和深水珊瑚在区,B和C都是基于全球案例研究的信息表所示 1和 2,这表明海底甲烷渗漏表现容易发生在LLGHSZ和浅LLGHSZ(图 14)。例如,大多数的脓疱位于LLGHSZ或浅比LLGHSZ沿着斜坡上部和美国大西洋外大陆架的大陆边缘,有限的凹痕发生比LLGHSZ [ 19]。我们认为这可能是由于GHSZ的存在将消耗迁移的形成不透水天然气水合物甲烷,天然气水合物的存在也进一步抑制气体迁移由于其低渗透。深水珊瑚区B是相对不发达,这可能是由于狭窄的宽度B片区深水珊瑚的大部分研究主要集中在珊瑚的描述类型和大小,和有限的已经完成的形成机制及其与流体迁移和天然气水合物的关系系统,这可能会影响数据的代表性一定程度。