白云凹陷位于南海北部的珠江口盆地，是我国天然气水合物研究的重点区域。该地区的天然气水合物与世界典型区域发现的水合物之间存在一定相似规律，但是相比较而言其差异性更为显著。受地质构造、沉积环境等方面的影响，白云凹陷神狐海域峡谷富集区钻遇的水合物样品多分布在细粒泥质、粉砂质沉积物中，其饱和度值与国际典型水合物分布区相比较低。根据已有的研究表明，钻探区不同站位发现的水合物气源特征、饱和度与分布、水合物层厚度均存在差异性。研究区不同成因类型水合物形成机制、成藏富集规律还不明确。开展生烃数值模拟工作，不仅能够对水合物饱和度及分布进行有效预测，还能够进一步探讨复杂成因类型的天然气水合物赋存成藏模式，并对今后无井地区的天然气水合物研究具有一定的指示意义。

本文以不同类型烃源岩生烃和天然气水合物饱和度及其分布研究为核心内容，借鉴前人水合物生烃数值模拟研究经验，结合地震数据资料、水合物钻井和油气钻井的岩心及测井数据、区域地质构造演化及热演化、烃源岩分布及地化指标等前人基础研究资料，建立研究区二维地质模型、温度模型、生烃模型，通过对不同烃源岩分布、不同流体运移方式、不同气源类型、不同饱和度分布的水合物形成机制开展模拟研究工作，并总结概况了研究区现今水合物成藏模式。

现今地层温度场模拟结果表明，白云凹陷神狐海域现今地层温度分布范围在0- 400 ℃，并且在W19、W17站位附近存在高温度异常，可能与深部流体活动性有关。烃源岩有机质成熟度、生烃率等模拟结果表明文昌组、恩平组、珠海组地层成熟度较高，均属于热生烃地层。而珠江组以上地层有机质成熟度较低，属于生物生烃地层。结合模拟计算的温度剖面以及生烃率剖面，进一步划分出生物生烃地层深度范围在海底以下1500 m的范围内，热生烃地层深度范围在2300 -6000 mbsf之间。此外，烃源岩生烃量的模拟计算研究表明，由于有机质丰度较小，生物生烃与热生烃产气量相比，存在数十倍差异。烃源岩产气量在横向展布也存在变化，推测原因是剖面西南侧靠近白云主洼沉降中心，其有机质丰度大于东北侧。

流体运移模拟结果表明，在神狐海域存在多种流体运移方式，沿低渗透率地层运移的Darcy Path运移方式分布最为广泛，珠海组地层存在局部沿高渗透率地层侧向运移的Flow Path运移方式，而Breakthrough和断层两种运移方式控制着深部流体向上运移。生物成因气靠浮力和扩散等作用沿峡谷侧壁在浅层运移；热成因气受基底隆起导致的倾斜地层和砂质储层分布的影响，主要在深部侧向运移至LW3油气田附近，少部分通过断层和背斜、穹窿等构造垂向运移至水合物稳定带底界下方。

水合物稳定带模拟结果表明，模拟计算的水合物稳定带底界位置与其它方法计算的稳定带底界位置基本吻合。SH2处模拟的稳定带厚度约为225 m，SH5处模拟的稳定带厚度约为180 m，W19处模拟的稳定带厚度约为168 m，W17处模拟的稳定带厚度约为241 m，与前人研究结果吻合。

水合物饱和度及分布模拟结果表明，神狐海域稳定带上方、分布不连续的水合物层，其形成主要与有机质丰度相对较低的生物生烃有关，并且饱和度值相对较低。当热成因气对水合物形成具有一定贡献时，才会形成相对高饱和度水合物富集，而且较长的烃类气体释放时间对形成高饱和度水合物富集具有重要意义。不同峡谷条带上水合物气源类型也存在差异性，SH2站位水合物的形成主要受生物成因气的影响，而W19、W17站位水合物形成与混合气有关，且热成因气贡献很大。

对研究区复杂成因类型的天然气水合物形成机制及成藏模式探讨表明，水合物富集成藏受构造活动、地层沉降、温度分布、烃源岩生烃、流体运移、水合物生成等因素共同影响。研究区在新世纪以前所处湖相沉积环境，新世纪以来所处半深海环境，沉积物多为细粒沉积物。在这种低渗透率地层中，生物成因气靠浮力、扩散等作用在浅层运移，而热成因气受基底隆起导致的地层倾斜以及珠海组局部高渗透率地层展布的影响，在深部侧向运移。同时受构造活动，以及深部背斜、穹窿处存在气体超压的影响，深部热成因气可以向上运移至稳定带底界下方。神狐海域峡谷富集区水合物分布多样性与不同成因类型的气体供应有关，峡谷西南侧靠近白云主洼，生物成因气丰度大，但构造活动较少，深部热成因气贡献有限，因此西南侧的水合物成因类型为生物成因。而峡谷东北侧远离白云主洼，生物成因气丰度较小，受基底隆起影响，断裂体系发育，深部热成因气对水合物的形成影响显著，因此东北侧的水合物成因类型为热成因气具有一定贡献的混合成因。

摘  要 I

Abstract V

第1章  引言 1

1.1  研究背景 1

1.1.1  天然气水合物气源特征 1

1.2  天然气水合物成藏生烃数值模拟 3

1.2.1  国际典型海域天然气水合物成藏模拟研究 3

1.2.2  我国南海北部天然气水合物成藏模拟研究 7

1.3  研究意义 10

1.4  论文主要研究内容 10

第2章  区域地质概况与天然气水合物分布 12

2.1  地质演化特征 13

2.1.1  构造演化史 13

2.1.2  热演化史 14

2.2  层序地层与沉积演化特征 15

2.3  烃源岩分布及地球化学特征 18

2.4  白云凹陷天然气水合物分布特征 21

2.4.1  测井识别天然气水合物 21

2.4.2  地震识别天然气水合物 23

2.4.3  典型测线天然气水合物成藏模拟 29

第3章  生烃数值模拟原理及模型构建 30

3.1  生烃数值模拟原理 30

3.2  模型构建 37

3.2.1  地质模型构建 37

3.2.2  温度模型构建 41

3.2.3  生烃模型构建 41

第4章  白云凹陷生烃数值模拟 43

4.1  白云凹陷温度场模拟 43

4.2  白云凹陷有效烃源岩分布以及生烃模拟 44

4.3  白云凹陷烃类气体运移模拟 46

4.4  白云凹陷天然气水合物饱和度模拟 49

4.4.1 流体运移路径对天然气水合物饱和度的影响 50

4.4.2 烃源岩生烃对天然气水合物分布及饱和度的影响 51

4.5  白云凹陷天然气水合物成藏模式探讨 56

第5章  结论与下一步工作建议 57

5.1  结论 57

5.2  下一步工作建议 58

参考文献 61

致  谢 71

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 73