张欣利编译 朱岳年审 气水合物是海洋深水钻探中的一个重要发现，大区域海底沉积物上部存在气水合物。虽然只在太平洋中美洲大陆坡和大西洋布莱克隆脊两处岩心中直接观察到气水合物，但已可了解其存在规律：(1）气水合物与大陆斜坡有关，因为这里的温压条件和较高的陆源有机物有利于生物甲烷的生成；(2)气水合物并未充填满所有地层的孔隙空间，而是受岩性控制，大量存在于砂岩及凝灰岩较粗地层中。 显然，气水合物是海洋沉积中存在的一种特殊地质现象，这里，可从海洋成岩作用的观点来研究气水合物。 水合作用最重要的地质效应是对天然气有固定作用，而且气水合物中水和气相互隔离。海洋中气水合物的储藏量按水的重量计约为l015t，大致相当于陆地冰的水量。气水合物的形成与冰冻成岩作用之间有相似之处。两者的动力学和物理化学作用过程是一样的——聚合态变化相似、热量散失多，在溶解盐类对平衡温度具相同影响的条件下，冰冻过程中水体积增大9％，气水合物形成过程中水体积增大25％。其中，至少一部分水与岩石骨架分离并被固定。各种物理性质发生变化，冰冻层和含水合物层与具低密度、导电性、弹性波速高的含水层有所不同。 确定冰冻成岩作用的规律能够把气水合物的形成当作一种成岩作用现象来研究。首先，水合物形成时，沉积物成岩固结，水合物就象冰冻层一样保存在固态岩石中。其次，水合物只与淡水结合，并且使残余水盐度增大。因此，水合作用与隙间水的盐度变化密切相关，这可根据从含水合物岩心中抽到的间隙水降低的盐度来进行验证。另一方面，在饱含水合物层的下方，一般能够发现提高了盐度的水，海洋中永冻层下方也是如此。与冰冻成岩作用的相似性表明，水合作用伴随着水中和溶解于间隙水中的部分盐的沉淀物中的滞后的物理化学过程。 海洋地层中所发现的作为造岩组分存在的气水合物可按岩系分为三类：单矿岩气水合物、主造岩矿物气水合物、副组分气水合物。这些气水合物类型与一定的陆地冰类型相对应。在未固结地层冻结中冰的形成，人们认识很多，可用于天然气水合物成因模式。 在中美洲大陆坡深海钻探计划中570号位钻到的单质气水合物就是冰岩的一种类似物。在深249m的上新统含条带砂岩的粉砂质粘土中采到lm长的岩心，所含单矿岩白色水合物至少占岩石结构的90％。测井资料表明，一次等轴状或近水平的3～4m厚的含水合物体，声速大于3km／s、密度为1.1g／cm3。在冰冻成岩作用中，人们发现密度较小、冰容量达60%～90％的陆地冰体由悬浮类沉积物冻结而成。海洋大陆坡中分布有大范 围的低密度(有时<1．1g／cm3)、厚度6m的悬浮流层。中美洲海底峡谷附近形成的大量水合物以及在岩芯中的气水合物分布于碎屑沉积物周围的种种迹象表明，气水合物与大陆坡悬浮流层有关。很可能是浊流沿陆坡向下流动的同时，由于强烈的湍流作用，天然气赋存于饱含水的物质中，从而形成界面气水合物：单矿岩气水合物形成于自由空隙，与在输油管道中形成气水合物的情形是一样的。 地层中的水合物作为造岩矿物冰的类似物，其岩芯呈“冰冻”状，含水合物间隙范围为1～50cm，包括从粉砂质粘土到粗粒砂各种粒度的岩石。这种气水合物只填充类似于冰胶结的水合物胶结孔隙。例如原来呈带状构造的岩石(在中美洲深海钻探计划492号位141m处岩心中见到的火山灰)，当胶结样品的水合物分解时，就会由带状构造变为易碎的无构造块体。这种类型的气水合物层完全类似于具隙间冰冻结构的砂岩和粉砂岩，形成于无水运移的条件下，只有当该过程很快或至少孔隙体密集的情况下，才可能在较细粒的岩石中冻结。 一种不作为主要造岩矿物的冰类似物——海洋岩芯中的气水合物表面上看就象“似冰层”和“冰包体”。大小3cm左右，填充砂质粘土、粘土粉砂岩及粘土细粒砂岩的洞穴和裂缝。这些冰包体很小且不规则，是由于冻结的岩石中缺乏空隙以及初始水渗透弱的结果。因为未成岩海底地层中水量充足，同源水合物可以被认为是缺乏初始物质(初始天然气)的缘故。 水合物形成过程中对组成物质(主要是天然气)的需求是该作用过程与冰冻成岩作用之间主要的和最明显的差别。气水合物的含量依赖于自生或运移源的初始天然气数量，并且由于这种情况各处有所不同。在研究天然气水合物形成过程中的冰冻岩石模式效用将受到限制，尤其是水合物形成时，系统的容积缩小，与冰的形成对照。而且，水合物层的平衡主要受压力的影响，很少受相转换(水转换成冰)的影响。 因此，海洋气水合物形成表明，与陆地冰形成有相似性也有不同之处。但是，作为海洋成岩作用的一个因素，对于陆地冰冻成岩作用具有同样的意义。大陆坡的气水合物层起着破坏和建造的双重作用，一方面，气水合物层固定浊流沉积物，另一方面，气水合物分解时释放出气和水，增大了孔隙压力而使沉积物滑动，由于海平面降低、构造运动或温度升高使热力环境改变时，都会发生这种情况。