热释光：一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术

开发不受沼泽微生物影响的地球化学勘查技术是提高中纬度冻土区天然气水合物探井预测成功率的重要课题之一。选择在祁连山聚乎更天然气水合物已知区进行土壤热释光勘查技术实验。实验区为高寒沼泽景观,面积150 km2,采样密度2点/km2,采样深度60 cm,采集土壤样品300件,应用热释光测量仪对土壤样品进行了热释光分析。实验结果表明,天然气水合物矿藏上方出现天然热释光高值异常,与烃类异常浓度范围一致,为顶部异常模式。结合地质和地球化学勘查成果对异常进行了综合解释,认为祁连山聚乎更地区天然气热释光异常与天然气水合物矿藏关系密切,源于深部水合物矿藏。研究对天然气水合物的进一步调查具有重要的参考价值。     

陆域冻土区天然气水合物地球化学勘查中顶空气轻烃应用模式试验

为探索顶空气轻烃技术在陆域冻土区天然气水合物地球化学勘查中的应用,选择祁连山木里已知天然气水合物矿区和哈拉湖未知区作为方法技术的试验区.试验指标包括土壤顶空气、土壤酸解烃、岩芯顶空气轻烃测井、甲烷碳同位素.研究表明:祁连山木里已知天然气水合物矿藏上方,土壤顶空气轻烃组分以甲烷为主,甲烷所占比例非常高,90.6％的样品C1含量都在78％以上,甲烷含量显著高于常规油气盆地;未发现天然气水合物的哈拉湖试验区,无明显的土壤顶空气轻烃异常现象.顶空气轻烃异常模式为:平面上,矿藏上方近地表土壤中存在明显的顶空气甲烷强异常;剖面上,在天然气水合物稳定带上方呈现"前缘晕"异常特征;其空间分布与祁连山水合物矿藏展布空间具有套合关系.甲烷碳同位素和烃类组成判断地表油气化探异常为热解成因,与祁连山冻土区天然气水合物的气体为同一成因来源.陆域冻土区天然气水合物顶空气轻烃地球化学勘查技术试验结果表明:顶空气轻烃地球化学方法既可以判断水合物成因类型,也可以圈出水合物矿藏范围.     

热释汞:一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术

开发地球化学勘查新技术是提高中纬度冻土区天然气水合物探井预测成功率的重要课题之一。本文选择在祁连山聚乎更天然气水合物已知区进行土壤热释汞勘查技术试验,试验区为高寒沼泽景观,面积150 km^2,采样密度2点/km^2,采样深度60 cm,采集土壤样品300件,应用测汞仪对土壤样品进行了热释汞分析。试验结果表明,土壤热释汞在天然气水合物矿藏边界出现高值异常,在天然气水合物上方是低值带,与烃类异常浓度范围一致,为串珠状异常模式,热释汞最大值为127.37×10^-9,平均值为32.59×10^-9,异常下限为39.24×10^-9。结合地质和地球化学勘查成果进行了综合解释,认为祁连山聚乎更地区热释汞异常与天然气水合物矿藏关系密切,源于深部水合物矿藏,对天然气水合物进一步调查具有重要的参考价值。     

祁连山哈拉湖坳陷天然气水合物地球化学勘查

自祁连山冻土区木里坳陷发现天然气水合物以来,南祁连盆地开始成为中纬度冻土区天然气水合物调查的重点地区。2014年在哈拉湖坳陷开展了1∶10万地球化学调查,目的是为天然气水合物远景预测提供地球化学依据。调查面积3 000 km~2,采样密度1点/2 km~2,分析了天然气水合物和油气化探指标。在哈拉湖坳陷圈出了与三露天水合物矿藏类似的地球化学综合异常,面积大于30 km~2,异常组合为酸解烃甲烷、酸解烃干燥系数、丁烷异构比、顶空气甲烷和荧光F320,这些指标存在组分分带现象。进一步研究表明,烃类气体主要来源于深部的凝析油伴生气和煤型气,异常区发育有利于天然气水合物形成的冻土厚度。调查结果表明,地球化学技术适用于中纬度冻土区天然气水合物勘查,能够圈出天然气水合物远景区。     

祁连山木里冻土区天然气水合物矿区稀有气体氦、氖地球化学特征及其指示意义

稀有气体氦(He)、氖(Ne)是天然气水合物中的痕量组分,其化学性质稳定,在地质作用过程中其丰度变化几乎不受复杂化学反应和近地表微生物的影响。顶空气He、Ne地球化学勘查方法可以排除沼泽区微生物的强烈干扰,提高包括天然气水合物在内的油气近地表地球化学勘查的效用及精度。选择祁连山木里冻土区天然气水合物矿区进行试验研究,获得近地表土壤顶空气He平均含量为799×10-6,Ne平均含量208×10-6,均高于其在大气中的丰度。稀有气体He、Ne具有很强的穿透能力,平面上,在已知水合物矿藏和水合物远景区上方具有明显的地球化学顶部异常特征;钻井地球化学垂向剖面上,水合物富集层位上方具有明显的上置气异常特征。顶空气He、Ne近地表平面异常和钻井岩屑剖面异常特征证实,祁连山水合物形成过程中烃类气体发生了分异和垂向微渗漏,其携带笼中的稀有气体He、Ne以“类气相”地气流形式垂向迁移。试验证明,顶空气He、Ne异常对木里天然气水合物矿藏具有良好的指示作用。顶空气He、Ne勘查方法是冻土区水合物地球化学勘查技术的有效补充。     

祁连山冻土区天然气水合物游离气测量技术试验

在青海木里已知水合物发现区,利用west便携式土壤通量测量仪和Picarro公司的G2132-iAnalyzer甲烷碳同位素分析仪开展游离气甲烷现场测量技术试验。游离气甲烷含量特征值和地球化学异常空间分布特征显示,研究区已知水合物矿藏上方存在良好的游离气甲烷地球化学异常,异常展布受到控矿断裂和地下水合物矿藏的影响,具有对应关系。有机地化和甲烷碳同位素证实祁连山冻土区天然气水合物属于热解成因。研究区游离气甲烷地球化学异常成因主要为热解成因与微生物成因,冬季开展游离气甲烷试验能减少地表微生物作用的干扰。试验结果表明,游离气甲烷现场测量技术适用于木里地区天然气水合物地球化学勘查,能够指示水合物矿藏,其最佳采样时间为冬季,是天然气水合物勘查的有效补充技术。     

冻土区天然气水合物的探途元素—卤族元素I和Cl

孔隙水Cl-含量异常计算海底天然气水合物的饱和度取得了重要的进展,但在陆域天然气水合物勘查中卤族元素的有效性需要探索。选择祁连山冻土区三露天天然气水合物矿藏进行了土壤I和Cl的地球化学勘查试验,研究了土壤I、Cl和I/Cl的水合物异常模式,探讨了影响因素,进一步讨论了土壤Cl元素的地球化学障和I元素异常形成机理。试验表明,1Cl元素负异常是水合物矿层Cl元素的贫化和煤层地球化学障的综合效应;2I元素环状模式是水合物矿藏边界微渗漏和高寒湖沼土壤富集I的能力较差的结果;3I和Cl是冻土区天然气水合物的探途元素。     

祁连山木里地区天然气水合物地球化学勘查

目前,陆域永久冻土带天然气水合物勘查没有形成一种有效的勘测技术,成为冻土带水合物勘探的瓶颈。笔者在祁连山木里天然气水合物发现区进行地球化学勘查方法技术试验,试验结果表明:水合物发现区浅表土壤酸解烃、顶空气等地球化学指标具有明显异常,地球化学异常与水合物为同源成因,初步提出木里地区天然气水合物地球化学勘查模式。     

青海木里三露天天然气水合物土壤热释烃技术应用研究

吸附烃(酸解烃和热释烃)技术在常规油气地球化学勘查中已显示出良好的应用效果。选择青海木里三露天进行土壤热释烃地球化学方法试验,通过对土壤样品热释烃特征值和地球化学异常分布特征的分析,显示研究区已知矿藏区上方存在良好的土壤热释烃地球化学环状异常,异常的空间展布受到地下矿藏的控制,二者具有良好的对应关系 。通过对研究区烃类甲烷碳同位素分析,指示土壤热释烃地球化学异常为热解成因,与天然气水合物具有相似的成因类型。试验结果表明,土壤热释烃技术适用于天然气水合物地球化学勘查,能够圈出水合物矿藏范围,可与其他水合物化探技术互相补充。     

中纬度带天然气水合物地球化学勘查技术

祁连山冻土区木里地区天然气水合物矿藏是迄今为止在中纬度带首次发现的水合物矿藏,为了研究中纬度带水合物地球化学勘查技术,选择木里矿区作为方法技术的试验区。试验指标内容有土壤顶空气、酸解烃、碳酸盐和甲烷碳同位素。研究表明:祁连山木里天然气水合物矿藏存在明显的近地表地球化学异常;由甲烷碳同位素和烃类组成判断地表油气化探异常为热解成因,指示该区天然气水合物成藏物质来源于油气和煤成气。进一步研究了中纬度带冻土区天然气水合物成藏模式,指出该区进行天然气水合物勘探的同时应进行石油和煤成气的综合勘探。     

祁连山哈拉湖坳陷地质构造特征及天然气水合物成藏地质条件研究

祁连山哈拉湖坳陷与已发现天然气水合物的木里坳陷同属于南祁连盆地次级坳陷,有相似的水合物成藏条件,但由于该区地质工作程度低,坳陷内第四系覆盖层下的地质构造信息不清,对该区的天然气水合物成藏条件缺乏认识。为查明哈拉湖坳陷的地质构造特征和天然气水合物成藏条件,在哈拉湖坳陷区内开展了物化探综合探测及研究,结果表明:(1)调查区内可划分出4个凹陷区、2个凸起区,调查区内可划分出26条断裂;(2)调查区永冻土层分布特征以新生界沉积区以大面积片状和基岩出露区以岛状分布为主,永冻土层发育与高程、地形、地表覆盖层及表层土壤水分等因素密切相关;(3)调查区发现了两处地球化学异常,以酸解烃重烃、酸解烃干燥系数、顶空气甲烷和荧光光谱为指标组合,显示了两种不同的异常特征类型,异常浓集中心明显,强度较高;(4)哈拉湖坳陷的烃原岩条件相对差,烃源岩的保存完整性和印支—燕山期圈闭构造是水合物成藏的关键,哈拉湖坳陷区北部和地球化学Ⅰ号异常区可为水合物成藏远景区。本文为南祁连盆地下一步天然气水合物资源调查与评价提供了依据。     

中国陆域天然气水合物调查研究主要进展

我国是世界上既有海域水合物也有陆域水合物的少数几个国家之一。中国地质调查局高度重视陆域水合物调查研究,2016年正式设立“陆域天然气水合物资源勘查与试采工程”,通过对我国重点冻土区开展地质、地球物理和钻探调查,研发有效的陆域水合物调查、钻探和资源评价技术,初步摸清资源家底,评价资源潜力。自2002年开始探索性调查以来,已在青海省发现木里天然气水合物产地1处、昆仑山垭口盆地和乌丽地区疑似产地2处及系列找矿线索,评价出南祁连盆地、羌塘盆地及漠河盆地三大成矿远景区、12个成矿区带,资源潜力巨大; 在祁连山木里地区成功实施单直井和水平对接井试采,并取得了陆域天然气水合物成矿理论、勘采技术、环境调查和平台建设系列成果。以上成果有力推进了我国天然气水合物资源勘查试采进程,支撑国务院将天然气水合物设为第173个新矿种,初步形成“海陆并举、资环并重”的良好局面。     

青海木里三露天天然气水合物矿藏土壤微量元素地球化学特征

在祁连山冻土区木里天然气水合物矿区进行了微量元素地球化学勘查有效性试验,试验面积150 km2,采样密度2个点/km²。研究表明,土壤Ba、V、Fe 、Ca等元素在水合物矿藏上方呈现顶部异常,而且异常吻合程度较高。微量元素预测天然气水合物具有较高的成功率,调查前钻探的干井(DK-4、DK-5和DK-6)位于背景区,调查前钻探的水合物井(DK-1、DK-2、DK-3、DK-7)和调查后水合物井(DK3-11、DK2-13、DK1-14)位于异常内。试验结果还预测了祁连山天然气水合物两个新的远景区。试验表明,微量元素是祁连山冻土区寻找天然气水合物的有效指示元素,它们与水合物其它化探指标结合冻土条件和地质特征综合解释,可以提高冻土区天然气水合物预测成功率。     

中国冻土区天然气水合物调查研究

中国是世界上第三大冻土国,在青藏高原和东北大兴安岭地区分布着大片的多年冻土区,并有较好的天然气水合物形成条件和找矿前景。20世纪90年代末就有部分科研人员开展了中国冻土区天然气水合物形成条件和分布预测的研究工作。2002年开始,中国地质调查局先后设立了5个地质调查项目,对中国冻土区开展了地质、地球物理、地球化学和遥感调查工作,并在祁连山冻土区成功地钻获了天然气水合物实物样品,取得了找矿工作的重大突破,使中国成为世界上既有陆地水合物也有海底水合物的少数几个国家之一。目前中国冻土区天然气水合物研究中仍存在着调查研究程度较低、技术装备落后、未开展试生产研究等问题。随着国家对天然气水合物重视程度的加强,中国冻土区天然气水合物的调查研究进程将会进一步加快,并有可能在不久的将来实现试生产。     

漠河盆地多年冻土区天然气水合物地球化学调查及远景评价

漠河盆地是我国冻土发育的主要地区之一,发育良好的天然气水合物成藏系统,具有天然气水合物形成的良好条件。为了圈定天然气水合物远景区,识别油气聚集体,判别天然气水合物成因,在漠河盆地冻土较发育地区开展了1∶5万天然气水合物地球化学资源调查。结果表明：(1)在森林沼泽景观区,顶空气和荧光光谱指标是天然气水合物勘查的主要指标,借鉴青海木里冻土区天然气水合物地球化学勘查成功的经验,结合AMT、地质等资料分析,元宝山凹陷是天然气水合物较为有利的远景区;(2)岩心样品甲烷碳同位素分析显示,烃类气体分异明显,浅层烃类气体基本为生物气,深部烃类气源主要为混合成因气,个别解吸气为微生物气和热解气;(3)试验性应用了分形-GIS技术,可以细致可靠地进行异常区范围划定,消除干扰因素,有效地圈定水合物远景区。     

Growth behavior and resource potential evaluation of gas hydrate in core fractures in Qilian Mountain permafrost area,Qinghai-Tibet Plateau

The Qilian Mountain permafrost area located in the northern of Qinghai-Tibet Plateau is a favorable place for natural gas hydrate formation and enrichment, due to its well-developed fractures and abundant gas sources. Understanding the formation and distribution of multi-component gas hydrates in fractures is crucial in accurately evaluating the hydrate reservoir resources in this area. The hydrate formation experiments were carried out using the core samples drilled from hydrate-bearing sediments in Qilian Mountain permafrost area and the multi-component gas with similar composition to natural gas hydrates in Qilian Mountain permafrost area. The formation and distribution characteristics of multi-component gas hydrates in core samples were observed in situ by X-ray Computed Tomography (X-CT) under high pressure and low temperature conditions. Results show that hydrates are mainly formed and distributed in the fractures with good connectivity. The ratios of volume of hydrates formed in fractures to the volume of fractures are about 96.8% and 60.67% in two different core samples. This indicates that the fracture surface may act as a favorable reaction site for hydrate formation in core samples. Based on the field geological data and the experimental results, it is preliminarily estimated that the inventory of methane stored in the fractured gas hydrate in Qilian Mountain permafrost area is about 8.67×10¹³ m³, with a resource abundance of 8.67×10⁸ m³/km². This study demonstrates the great resource potential of fractured gas hydrate and also provides a new way to further understand the prospect of natural gas hydrate and other oil and gas resources in Qilian Mountain permafrost area.©2023 China Geology Editorial Office.