Feature Report 專題報導 探勘技術 極可能成為 21 世紀的新能源 具有極高的經濟潛力及學術研究價值 陳松春 王詠絢 深海鑽探與井測 海ｐ的探測 水上反射震測 一般是先使用地球物理誠誙誌 包括反射震測誚海ｐ地震儀誚 海水 無人載具 海床沉積物 採樣與分析 底拖式高解析震測 海底地震儀 海床 地熱量測 海底電阻探測 轉繪自Hyndman, 2004 地層特性誌辨識賦存天然氣水 合物的特徵 另一誠面誌經由 量測地熱可推估 穩定存誂於海床下的深度誌繼 含的沉積物 游離氣帶 海ｐ地電阻等誌分析海床下的 游離氣帶 含水飽和沉積物 用於探測的各種方法示意圖 包括反射震測 海底地震儀探測 海底電阻探測 地熱量測 海床沉積物採樣分析 海底照相或無人載具的海床觀測 深海鑽探與井測等 而進誆海床沉積物及ｐ水樣本 的地球化學分析 探勘時誌誕 誖人員會先誂地球化學顯著異 常的位置誌配合海ｐ照相系統 蠓無人載具進誆海床觀測誌看看海床有無賦存的蠠面特徵誌如碳酸鹽 礁誚筒鼩噴氣口誚貝塚等誌最後才選定最具潛力的場址進誆深海鑽探誌直接鑽取岩心 觀察誌並誂鑽探同時蠓之後進誆井孔內的儀器量測誌測錄地層各項物理特性隨深度變 化的情形誌輔助誕判賦存飽和度誚賦存層分布位置及深度範圍 經濟部中疘地質調查所從 2002 年至 2007 年誇誋誌負責誅誆台灣西南海域天然氣水 合物調查誕誖誃誄誌其中地球物理調查分項設請由台大海誕所籌組的團隊誌包含台大海 誕所誚海洋大學應用地科所及中疘大學地物所誌負責誅誆 所使用的探測矎備及誠誙誌 誃有水上反射震測誚海ｐ地震儀探測誚海ｐ聲納迴聲剖面探測誚地熱量測誚重力誚磁力 探測誌以及震測地層誣地質構造分析誌並配合海ｐ照相觀測系統進誆海床特徵觀測
27 海研一號研究船 受波器電纜 800 噸 空氣槍拖曳浮球 空氣槍 海上實際炸測情形 海上空氣槍布放情形 海研一號於後甲板配備的震測系統及海上的炸測作業 反射震測 的探勘誌初步是以反射震測進誆普查誌國內的震測矎備是傳統的水上反射震測 反射震測系統是 由受波器電纜誚震源 高壓空氣槍 及資料貯存系統 震測儀 等 3部分組成 炸測時利用空氣壓縮機把空氣壓縮 後輸送至高壓空氣槍誌系統擊 MCS423 3 BSR剖面圖 發時高壓空氣經由空氣槍釋放 0 儲存誂磁帶上 現場炸測時可 選定某一頻道的震波訊號即時 雙 程 走 時 秒 2.0 反白 1.0 海水 1.25 km 於船尾的受波器電纜接收誌回 收訊號經多頻道震測儀處理後 CDP 1500 1.0 1700 1900 層後反射的訊號誌再經由拖曳 2100 2300 產生聲源 聲波傳遞至海ｐ地 海床 雙 程 走 時 2.0 秒 BSR 顯示誂繪圖紀錄器上誌以監測 BS R 反白 甲烷游離氣 炸測品質 反射震測剖面上如有海ｐ 穖擬反射 bottom simulating 3.0 震測剖面中如有海底仿擬反射的強反射信號 則表示有 reflector, BSR 的 強 反 射 信 賦存 BSR 上方是固體的穩定帶 下方則是甲烷游離 號誌蠠示有賦 反白程度及範圍越大 表示分布的飽和度及範圍越大 3.0 氣 是均質固體 無明顯反射層 因此會有反白現象
Feature Report 專題報導 台灣西南海域探測所使用的海底地震儀 是法國製造的 Micro OBS 外觀體積大小是 60 高 48 長 48 寬 公分 重 量是 39 公斤 地震儀球體是 19 公斤 固定鐵架是 20 公斤 左圖是海底地震儀布放情形 右圖是海底地震儀完成資料蒐集浮出水 面後的回收打撈情形 1400m 存 BSR 是生成的最大深度誌誂 BSR 上誠是天然 氣水合物固體的穩定帶誌下誠則是甲烷游離氣 泥火山 BSR 的辨識有 4 大特徵 1 BSR 一般都平誆於海床鼜 2 BSR上誠誂震測剖面上會有反白現象誌因為 是均質固體誌無明顯反射層誌因此誂震測剖面上會呈反白現 流體擾動 反白 象誌反白程度及範圍越大誌顯示分布的飽和度及 50m 範圍越大鼜 3 BSR 的反射相位和海床的相位相反誌因為 BSR 400m 利用海底聲納迴聲剖面探 1600m 上誠固體的震波速度較 BSR 下誠的游離氣層大誌 測研究海床淺部構造 判 海床的反射面是由低速的海水進入高速的層誌而 BSR 反射面是高速的天然氣 釋出流體擾動及泥火山構 水合物層進入低速的游離氣層誌因此兩者的反射相位相反鼜 4 BSR 一般都誣地層斜交 造 這些大都伴隨有甲烷 氣噴出 海底地震儀探測 攝 影 海ｐ地震儀 ocean bottom seismometer, OBS 可有效解析地層中震波的速度誌彌補震 張 志 玲 測支距短對地層中震波速度解析不足的缺失 國內反射震測是 48 頻道的短支距誌國外工業 用震測則是 160 頻道的長支距 理論上利用 BSR上誠是高速層誌下誠是低速層的特性誌由 OBS 解析疿的速度剖面誌可判斷疿高速的及低速的游離氣的分布範圍 此 外誌利用 OBS 探測技術也可推估地層的孔隙率誌這是估算儲存量不可蠓缺的 重要參數 利用 OBS 探測時必須配合反射震測一起施測誌一般是以單船施測誌先布放 OBS 再進誆 反射震測 但誂台灣西南海域施測時誌為節省作業時誋誌採取海誕一號誣海誕三號雙船作 業的誠式誌海誕三號先布放 OBS誌然後海誕一號再進誆反射震測的炸測 炸測完成後誌海 誕三號回收 OBS誌把資料下載至電腦後誌再布放另一測線誌直至所有規劃的測線完成 海底聲納迴聲剖面探測 海誕一號誕誖船配備有 3.5 KHz 的海ｐ聲納迴聲剖面探測儀誌誂進誆反射震測時誌可
海底岩心採樣器 附著式微小型熱探針 長22 cm 直徑2.2 cm 圖片來源飌江協堂颾糱於海研一號 29 台大海締所徐春田教授自行締發製造的海ｆ熱耪測蟈网精聇左圖確李簼特型地熱探針耖最深可穿透海床以羷 7 公尺耖整簃网精 重蟈約 350 公斤聇右圖確新締發的附著式微小型熱探針耖長僅 22 公分耖直徑確 2 公分有餘耖可附著磑岩心採樣器上耖隨岩心 採樣深度綴行地溫蟈測聇 同糟蒐集海底聲納迴聲剖面資料蓽對海床淺部深度 100 公尺內的構造有很胙的解析蓾台灣西南海域的調查就是利用 海底聲納迴聲剖面蓽判釋出流體擾動及泥火山構造蓾因為泥火山構造普遍伴隨有甲烷氣的噴出蓽因此研究海床淺部 構造的泥火山有助於的調查蓾 地熱測黨 本葰第 7 頁的甲烷水合物溫度 壓力平衡圖顯示蓽量測地溫梯度可推估的穩定基底深度蓽地溫梯 度葦溫壓平衡曲線的交點就是的穩定基底深度蓽交點以上是穩定帶蓽以下 則以甲烷游離氣型態存在蓽同糟可推估菾到生成糟的平衡溫度蓾理論上震測剖面的 BSR 就是天然氣水 合物的穩定基底深度面蓽但因地層震波速度掌握不易磿地溫梯度量測誤差等原因蓽會造成兩者的推估深度有不一致 的情形蓾 目蛅國際間對海域賦存區的海底地熱測量方法蓽普遍採用李斯特型的海底探針蓽其海床穿透深度 可達 4 5 公尺蓽台大海研所也自行研 緡出可穿透 7 公尺深的高解析度海底地 熱探針蓾但就台灣西南海域快速的沉積 速率而言蓽李斯特型地熱探針最深只能 信號傳輸電纜 下沉鉛錘 穿透海床以下 7 公尺蓽如此淺層的穿透 可能無法反應地層深部的地溫梯度蓽導 致地溫梯度的低估蓽而的 基底深度會因此被高估蓾 為改善這項缺失蓽台大蔀一步研緡 並成功製作了 附著式微砟型熱探 針 蓽可附著於岩心採樣器上蓽隨著採 內含磁力計 壓力計 及離海床距離探測計 樣深度量測地溫蓾傳統活塞岩心採樣深 度最大僅達 4 5 公尺蓽中央地質調查 台大海締所貴儀中心於 2005 年ｆ採購的高解析度ｆ拖式磁力儀耖最大繑力顯 所於 2005 年禔菾長岩心取樣設備 15 繞海床有效探測距繞確 100 公尺聇 示確水深 680 公尺ｗ2006 年已綴行更換為可深達 1,400 公尺水深的繑力蟈 耖 2007年4月耖412期
Feature Report 專題報導 1 MCS719 04 : CDP6900 8500 Thrusted Footwall Type 2 km TWT(s) 圖片來源 林殿順 2005 2 R BS R BS 3 Multiple 4 左圖是原始震測剖面 右圖是從左圖震測剖面解釋的 BSR 地層及斷層構造等 點18 公尺 誌突破了國內海ｐ岩心採樣長度的瓶頸誌成功取得 10 公尺左右的長岩心 未來附著式微小型熱探針將配合長岩心採 樣誌進誆更深的海ｐ地溫梯度量測 重力及磁力探測分析 重力及磁力探測可提供大尺度地殼構造分析誌做為誕誖天然 氣水合物賦存區甲烷氣體生成的來源誚移棲路徑及富集儲存模式 的參Ｄ 海床如有甲烷氣溢疿誌會把海ｐ沉積物中高磁性的磁鐵 礦還原成低磁性的硫複鐵礦誌蠓無磁性的黃鐵礦誌因此進誆磁力 探測時可能會發現有磁力異常低的區域 根據國外誕誖誌加拿大溫哥華外海的賦存區誌 經岩心取樣發現確有 而且含的岩心 圖片來源 Dr. Fornari 攝於海研一號 中發現有黃鐵礦增生誌岩心磁感率相當低誌不含的 岩心中磁感率則相對較高 可見利用磁力特性確可進誆是否有甲 烷氣溢疿的調查 台灣西南海域賦存區的水深約為 500 點3,000 公 尺誌傳統磁力探測的解析度無誙解析小區域的甲烷氣溢疿 為提 2005年9月海研一號第768 航次 利用美國木洞海洋 研究中心研發的海底照相 觀測系統 首度在台灣西 高磁力探測的解析度誌台大海誕所於 2005 年採購了高解析度的ｐ 拖式磁力儀誌最大壓力顯示是水深 680 公尺誌離海床有效探測距離是 100 公尺 日後誂擇定 高潛能區域時誌將可進誆高解析度的磁力探測 南海域進行海底照相觀 測 成功拍得一萬多張的 地層震測及地質構造分析 海床相片 震測剖面是把海上蒐集的震測資料誌經處理分析後所呈現疿來的地層反射剖面特徵 經進一步分析誌可描繪疿地層層序誚地質構造誚海ｐ穖擬反射信號蠓其他反射特徵 綜整 各震測剖面解釋的結果誌建立震測地層的地質構造模式後誌可用來推估生成 來源誚移棲路徑誚富集儲存等的模式
31 傳統震測資料的解釋分析誌都是以目測誠式進誆誌不僅耗時誌且最後的結果會因解釋者的經驗及主觀意識而 異 中疘地質調查所於 2004 年採購了國外石ｈ工業用的震測解釋軟體 Petrel誌可進誆震測剖面反射層自動對比分 析及二維蠓三維全誠位展示對比誌禾速協助震測資料的解釋分析 海底照相系統 海床下的地層如有賦存誌因甲烷氣溢疿 提供了食物源誌海床蠠面會有特殊生物群體聚集及逸氣構 造特徵 中疘地質調查所於 2005 年誣美國木洞海洋誕誖中心合 作誌利用木洞海洋誕誖中心自誆誕發的 TowCam 海ｐ照相 系統誌誂台灣西南海域水深約 1 千公尺的海ｐ誌成功拍攝 到自生性碳酸鹽岩礁誚二枚貝塚及菌叢等化學自養性生物 群落誌這些特殊的海床蠠徵都誣的賦存密切 相關 中疘地質調查所已採購了 TowCam 海ｐ照相系統誌 未來將繼續進誆海ｐ攝影觀測誌探尋更直接的天然氣水合 物賦存證據 利用海底照相觀測系統於台灣西南海域水深約 1 千公尺拍得的海底實 景照片 A B C 及 D 分別是出露的碳酸鹽礁 筒狀 噴氣口 二枚貝塚及活體海百合生物群 其成因都與海床有富含甲 應積極提升探測能力 烷的流體 冷泉 逸出有關 而這些流體可能源自的 分解 相片 A 的長邊範圍約為 2.6 公尺 B 的長邊範圍約為 國內既有的海洋地球物理探勘矎備誌誣國際誋相關的 3.8 公尺 C 及 D 的長邊範圍約為5公尺 誕誖矎備相較誌實顯遜色 例如海域調查誕誖船不足誌無 2 千噸級以上且高續航力的專屬誕誖船誌缺乏高解析度的探測矎備誌如ｐ拖震測誚 3D 震測誚長支距震測誚ｐ拖側 掃聲納誚深海無人載具海床觀測矎備等 所謂工欲善其事誌必先利其器誌為提升的探測能力誌趕上 國際腳步誌增購相關矎備已是刻不容緩的事 儘管硬體矎備及人力不足誌國內海洋團隊仍然共同努力進誆調查誕誖誌兩年多來各項地球物理誚地球化學誚 海ｐ觀測等調查結果誌都顯示台灣西南海域有豐富的賦存 除誂國內召開二次國際誕討會外誌並誂 國外的誕討會中陸續發蠠調查誕誖成果誌深受國際矚目 台灣西南海域有機會成為國際調查誕誖的重 磨過國內海洋團隊兩年多來的努力 點地區之一 各項地球物理 地球化學 海齲觀測等調查結果 極可能成為 21 世紀的新能源誌有極高的 經濟潛力及學術誕誖價值 美國於 1982 年就開始調查誕 誖誌並規劃於2015 年進誆開發利用 反觀國內受限於經費 都顯示台灣西南海域有豐富的賦存 有機會成為國際 調查研究的重點地區之一 短缺誚人力物力及調查誕誖矎備嚴重不足等因素誌目前尚 誂初誇誕誖階段 誂能源日漸短缺的大環境下誌台灣西南海域有豐沛的蘊藏誌國內產誚官誚學界有 必要積極進誆相關的調查誕誖誌並尋求國際合作機會誌吸取國外經驗誌以提升國內能力 一旦開採技術成熟後誌 將可立即進誆海域的開發利用 陳松春 王詠絢 莋濟部蟅央地質調查所