青藏铁路沿线多年冻土区天然气水合物的地质、地球化学异常

通过对青藏铁路沿线多年冻土区重点地段野外冻胀、坍塌、冷泉冒气现象的观测及对低空大气、冷泉气体、表层冻土沉积物、地下冰等不同介质中气体的地球化学分析,发现部分冻土区如托纠山、昆仑山口、雁石坪等地区存在着明显的地质地球化学异常。这些气体地球化学异常可能主要是由青藏高原多年冻土区不同类型的断裂作用把深部气体带至浅部冻土沉积物中形成的,另一部分可能与浅部有机质转化成烃的作用相关,还有一部分可能与冰川发生位移造成的烃类气体聚集体重新分配有关;地质异常现象可能与该区构造热活动或天然气水合物形成的演化有关。对比前人的模拟计算结果,本次地质地球化学异常区的冻土厚度基本能满足天然气水合物形成的温压条件,这些异常可能与天然气水合物有关。     

多年冻土区天然气水合物研究综述

由于多年冻土区天然气水合物的潜在资源价值和对气候、环境的影响,各国纷纷开展了大量的研究,取得了很好的研究进展。本文主要分析了天然气水合物与多年冻土间的关系、多年冻土区天然气水合物的蕴藏情况以及典型多年冻土区天然气水合物研究现状。其结果表明多年冻土控制了天然气水合物形成的温压条件,且在多年冻土层间发现具自保护效应的天然气水合物。同时多年冻土可影响分散性土体中游离气体的聚集和迁移,多年冻土融化可提高孔隙水压力。目前多年冻土区天然气水合物的蕴藏情况的估算并不完整,各国仅对典型多年冻土区天然气水合物储量进行了初步的估算。天然气水合物储量估算结果表明,在美国阿拉斯加地区大约为1.0~1.2×1012 m3,加拿大马更些三角洲Beaufort海地区大约为1.6×1013 m3,俄罗斯西西伯利亚盆地250 m深度范围内可达1.7×1013 m3。我国青藏高原多年冻土区亟待搞清天然气水合物存在与否的直接证据和储量估算等关键问题。     

南海北部陆坡西部海域“海马”冷泉甲烷渗漏及其海底表征

2015年3月"海马"号遥控无人潜水器(ROV)在南海北部陆坡西部海域首次发现活动冷泉,并命名为"海马"冷泉,此后中国地质调查局广州海洋地质调查局先后组织了3个航次,对"海马"冷泉开展进一步勘查和研究。本次研究在综合分析4个航次调查数据的基础上,初步阐述"海马"冷泉的分布范围、地形地貌、生物群落、自生碳酸盐岩和流体活动等特征。总体而言,"海马"冷泉区地势平缓,气体渗漏现象非常发育,是以CH4为主要气体渗漏形成的活动冷泉区,且气体渗漏活动具有时空迁移性。气体碳同位素组成表明,海马冷泉区的CH4为混合成因气,且以微生物成因为主;"海马"冷泉区发育有多种类型的化能自养冷泉生物群落,冷泉区种类丰富,目前已报道了多个冷泉生物新种。这些发现为研究南海北部陆坡西部海域天然气水合物分解及其环境效应、冷泉生物生命起源与演化和南海与印度洋及太平洋物种迁移贯通等科学问题提供重要依据。     

青海乌丽冻土区冷泉水溶烃对形成天然气水合物的指示意义

针对深处青藏高原腹地中低纬度高海拔(4 600~5 300m)永冻土地带的青海乌丽地区,开展了该地区天然气水合物形成的气源条件研究。冻土区地表沿断层发育若干冷泉,野外采集冷泉新鲜水500mL密封送实验室进行气相色谱分析。首先对水中溶解的烃在真空和60℃恒温条件下脱出气体,将脱出气体经ρ(NaOH)=300g/L的碱液吸收CO2,余下气体经碱液驱赶至量气管上端,计量脱出气体的体积,并转移至另处;然后根据溶解烃含量注入适当体积的脱出气体进行色谱标定、单点外标定量。结果在冷泉中检测出CH4体积分数一般在223.60~1 097.30μL/L之间,最高达1 113.21μL/L。野外工作查明烃源岩主要为上二叠统那益雄组含煤碎屑岩建造,次为上三叠统巴贡组碎屑岩。前者中赋存的煤层及炭质泥岩为天然气水合物气源供给的重要母质。此研究成果揭示该地区具备形成天然气水合物藏的良好气源条件及成藏潜力。     

青藏高原天然气水合物的形成与多年冻土的关系

天然气水合物是一种新型清洁能源,赋存在多年冻土区和海洋沉积物等低温高压环境中。青藏高原多年冻土面积占高原总面积的一半以上,是可能的天然气水合物赋存区。根据青藏高原多年冻土条件和天然气水合物形成的热力学条件,讨论了多年冻土地温梯度、冻土厚度与天然气水合物形成的热力学条件之间的关系和青藏高原存在天然气水合物的可能性。结果表明,青藏高原多年冻土区基本具备形成天然气水合物的热力学条件,最适宜的热力学条件是多年冻土地温梯度接近或略大于多年冻土底板附近融土的地温梯度,且融土地温梯度越小,越容易形成天然气水合物。估算得到天然气水合物最浅的顶界埋深为74m左右,最深的底界埋深达上千米。     

青藏高原天然气水合物的形成与多年冻土的关系

天然气水合物是一种新型清洁能源,赋存在多年冻土区和海洋沉积物等低温高压环境中.青藏高原多年冻土面积占高原总面积的一半以上,是可能的天然气水合物赋存区.根据青藏高原多年冻土条件和天然气水合物形成的热力学条件,讨论了多年冻土地温梯度、冻土厚度与天然气水合物形成的热力学条件之间的关系和青藏高原存在天然气水合物的可能性.结果表明,青藏高原多年冻土区基本具备形成天然气水合物的热力学条件,最适宜的热力学条件是多年冻土地温梯度接近或略大于多年冻土底板附近融土的地温梯度,且融土地温梯度越小,越容易形成天然气水合物.估算得到天然气水合物最浅的顶界埋深为74 m左右,最深的底界埋深达上千米.     

青藏高原天然气水合物资源预测

青藏高原分布着中国规模最大的多年冻土带,发育有良好的中、新生代海相地层及海相、陆相盆地,为高原天然气水合物矿藏的形成创造了有利条件。本文根据陆上天然气水合物的形成条件,从多方面讨论了水合物形成的可能性及其矿藏有利的分布位置,认为青藏高原完全有条件形成天然气水合物矿藏,最有利的分布区是藏北地区含油气盆地储集层的露头区。对水合物矿藏的研究不但具有资源意义,而且还有潜在的环境意义。     

青藏高原天然气水合物的形成与多年冻土的关系

天然气水合物是一种新型清洁能源,赋存在多年冻土区和海洋沉积物等低温高压环境中.青藏高原多年冻土面积占高原总面积的一半以上,是可能的天然气水合物赋存区.根据青藏高原多年冻土条件和天然气水合物形成的热力学条件,讨论了多年冻土地温梯度、冻土厚度与天然气水合物形成的热力学条件之间的关系和青藏高原存在天然气水合物的可能性.结果表明,青藏高原多年冻土区基本具备形成天然气水合物的热力学条件,最适宜的热力学条件是多年冻土地温梯度接近或略大于多年冻土底板附近融土的地温梯度,且融土地温梯度越小,越容易形成天然气水合物.估算得到天然气水合物最浅的顶界埋深为74 m左右,最深的底界埋深达上千米.     

青藏高原多年冻土区天然气水合物形成潜力及远景

在详细论述天然气水合物研究历史和研究现状的基础上，重点讨论了东土区天然气水合物赋存状态，气体来源、地质环境，总结出冻土区天然气水合物形成模式。根据青藏高原现有资料分析，认为藏北高原羌塘盆地地质条件最好，是寻找多年冻土区天然气水合物矿藏的有利地区，预测该区天然气水合物矿藏可能有两种类型：一是煤成气型，二是油气型，煤成气型天然气水合物以二叠系乌丽群和上三叠统巴贡组聚煤中心为远景目标区，油气型天然气水合物以双潮－比洛错和玛尔果茶卡地区为最佳远景目标，并指出目前进行青藏高原天然气水合物研究宜首先开展工作的地区和研究方法。     

琼东南盆地崖13气田天然气形成水合物的温压条件和厚度计算

天然气水合物具有巨大的资源前景和极强的环境与灾害效应，是目前地学研究中的热点。利用CSMHYD模拟程序，结合南海琼东南盆地地质和地球化学条件，计算了南海琼东南盆地崖13气田天然气形成水合物的温度和压力条件。在海底海水温度为2－16℃、盐度为3．4％条件下，琼东南盆地崖13气田C3＋C4含量小于5％的天然气形成水合物压力有较大的范围。天然气组成对水合物形成温压条件有控制作用：随天然气中C3＋C4的含量增加或C1＋C2＋N2＋CO2含量降低，在等压条件下水合物形成温度增高，在等温条件下水合形成压力降低，压力降低的幅度受温度控制，温度越高，幅度越大，并且压力的对数与成分间有统计线性关系。在琼东南盆地平均地温梯度3．76℃／100m条件下，琼东南盆地崖13气田C3＋C4含量小于5％的天然气形成水合物所需的C3＋C4最小含量与海底之下的深度间存在统计函数关系，随海底之下深度的增加，形成水合物的天然气C3＋C4最小含量也同步增加。这种关系也表明了天然气的C3＋C4含量与海底之下形成水合物最大厚度间的关系。但不同地区由于海底水深、温度、地温梯度和天然气的组成不同，天然气的C3＋C4含量与海底之下形成水合物厚度之间的统计函数关系式也不同，对于一个特定地区必须进行研究后才能确定。     

中国多年冻土区天然气水合物地球化学勘探技术研究进展

我国多年冻土区多位于中纬度高原地区,与环北冰洋极地地区多年冻土的状态不完全相同,天然气水合物成因机理、赋存环境和基本特征更为复杂.近10年来,在自然资源部行业专项和中国地质调查局水合物试采专项的资助下,先后在青藏高原和东北多年冻土区开展了天然气水合物地球化学勘探技术攻关,总结了多年冻土区天然气水合物地球化学指标组合和识别标志,探讨了多年冻土区天然气水合物地球化学成藏机制,研发了多年冻土区天然气水合物地球化学勘查模型,初步建立了多年冻土区天然气水合物调查地球化学方法技术体系,在勘探实践中发挥了重要的作用,地球化学方法技术对天然气水合物的有效性得到了初步检验和应用,具有广阔的应用前景.     

青海木里地区天然气水合物形成条件分析

我国的青藏高原地区有大面积的多年冻土分布,其适宜的温压条件为天然气水合物的形成创造了有利的环境。在青藏高原北部祁连山区木里煤田多年冻土层煤炭地质勘查施工中,发现天然气水合物存在的证据。通过分析木里地区多年冻土带天然气水合物的形成条件,对天然气水合物烃类气体的来源进行了探讨,提出煤层和煤系分散有机质热演化过程中形成的烃类气体是木里煤田天然气水合物主要来源的观点,将并其称之为“煤型气源”天然气水合物。     

羌塘盆地冻土结构特征及其对天然气水合物成藏的影响

羌塘盆地是青藏高原最大的含油气盆地,多年冻土广泛分布,具备良好的天然气水合物形成条件和找矿前景。基于羌塘盆地天然气水合物钻探试验井资料,从影响天然气水合物成藏角度提出了羌塘盆地3种主要的冻土结构类型,其中由冻融层、含冰沉积物冻土层、含冰基岩冻土层、非含冰基岩冻土层所组成的冻土结构最为常见。研究表明,冻土层结构对天然气水合物温压条件具有一定影响,当非含冰基岩冻土层存在时,其下伏的非冻土层的孔隙流体压力与上部冻土层的微孔和微裂隙特征紧密相关,有利于浅层烃类气体的封存和水合物的成藏。含冰冻土层冰地球化学特征指示冻土层形成的过程是大气降雪融化成水后未经蒸发作用直接渗入地下,受气候变冷影响,地层由浅往深逐渐冻结形成。同时,矿化度和阴、阳离子浓度的高低在一定程度上反映了不同深度沉积物的物化性质。含冰冻土层对于浅层烃类气体封盖作用的定量评价显示,随着含冰饱和度的增加,甲烷气体渗透率降低,当含冰饱和度达到80%时,冻土层能完全有效地限制甲烷气体运移。由于在气候变暖因素的驱动下,冻土层不仅能通过温压条件来控制天然气水合物矿藏存在的空间范围,而且还限制着来自部分水合物分解所产生的烃类气体向浅部运移。因而推测,在青藏高原冻土区可能存在一个由断裂体系相关联的深部烃类储层、中部天然气水合物储层和浅部天然气藏组成的油气系统。     

青海哈拉湖东南缘多年冻土厚度及其影响因素研究——基于音频大地电磁探测

南祁连哈拉湖盆地是重要的含油气盆地,多年冻土分布广泛,具有良好的天然气水合物找矿前景,而多年冻土的分布特征是天然气水合物成藏的重要控制因素。应用音频大地电磁测深(AMT)对南祁连哈拉湖东南缘的多年冻土的下限进行探测,并对影响多年冻土厚度的因素进行了分析。结果表明:应用AMT能较好地划分多年冻土的厚度;区内的多年冻土厚度基本分布在30~130 m之间,整体呈现"中部与西北部厚,其他区域较薄"的分布特征,其中,中南部、中部与西北部的多年冻土厚度在80 m以上,为天然气水合物提供了良好的盖层条件;区内多年冻土厚度的主要影响因素为地形、坡向(向阳面/背阴面)与地表径流,同时,断裂构造和地下水含量对冻土厚度也有一定的影响。高地、背阴面、非地表径流段、非断裂构造区域有利于形成较厚多年冻土层。     

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。     

祁连山冻土区DK-9孔温度监测及天然气水合物稳定带厚度

祁连山冻土区木里盆地三露天井田自2008年首次钻采到天然气水合物实物样品以来,实现了中低纬度高山冻土区天然气水合物勘探的重大突破。天然气水合物钻孔DK-9于2013年发现水合物,通过对该孔长期地温实时监测,获得了稳态的地温数据。结果表明,祁连山多年冻土区聚乎更矿区三露天井田冻土层底界为约163 m,冻土层的厚度达约160 m,冻土层内的地温梯度为138 ℃ /100 m,冻土层以下的地温梯度达485 ℃/100 m。根据天然气水合物形成的温-压条件分析,聚乎更矿区具备较好的天然气水合物形成条件,天然气水合物稳定带底界深度处于510~617 m之间。     

温度对甲烷渗漏背景下自生矿物形成影响的实验

<正>海底冷泉是指来自海底沉积地层的气体以喷涌或渗漏的方式注入海洋中的一种海洋地质现象[1]。冷泉沉积物一般由碳酸盐和硫化物组成,这些自生矿物一方面将渗漏甲烷和海水中的硫转化并固定在海底沉积物中,显著地调控着全球甲烷收支平衡;另一方面,几乎所有的天然气水合物产地均发现有自生碳酸盐和硫化物的存在。因此,自生碳酸盐和硫化物对下伏天然气水合物具有指示作用,是天然气水合物赋存的地球化学找矿标志和含甲烷冷泉流体渗漏的地球化学标志[2]。自生碳酸盐和硫化物的形成与甲烷     

天然气水合物发育的构造背景分析

大量的钻孔资料和地震剖面显示主动大陆边缘的增生楔和被动大陆边缘的俯冲-增生楔、断裂-褶皱系、底辟构造或泥火山、滑塌构造、海底扇、"麻坑"构造和陆地多年冻土区等多种地质构造背景是形成天然气水合物的有利场所,可形成构造圈闭型天然气水合物矿藏。这些地质构造背景一方面大多是深部热成因气、生物成因气或混合成因气体或流体向上运移到海底的通道,形成天然气水合物矿藏;另一方面也可能造成天然气水合物的温压环境改变,致使天然气水合物分解。海底滑塌亦可能是天然气水合物分解所致,是潜在的地质灾害。     

天然气水合物油气系统概念内涵及实例分析

针对天然气水合物的形成条件、分布规律、成藏过程与成藏模式等热点问题,介绍了"天然气水合物油气系统"概念,综述分析其主要构成要素——气源、水合物稳定带、储集层、水源、运聚通道、时间等的内涵,总结归纳了地质构造条件、沉积条件和地理气候环境变化等三大影响水合物富集成藏的控制因素,在此基础上,结合昆仑山垭口盆地多年冻土区天然气水合物成藏实例分析探讨了"天然气水合物油气系统"的研究方法,认为基于地质背景研究分析诸多静态成藏要素,如何在时间与空间上耦合匹配是解剖天然气水合物成藏过程和评价天然气水合物成藏潜力的关键。     

海底可视技术在天然气水合物勘查中的应用

海底可视技术是一种可以直观地对海底地形地貌、表层沉积物类型、生物群落等进行实时观察的调查手段。本文介绍了海底摄像、电视抓斗、深拖系统和ROV四种海底可视技术，并对海底可视技术在南海北部陆坡天然气水合物勘查中的应用进行阐述。利用海底可视技术，在南海北部陆坡发现了天然气水合物气体“冷泉”喷溢形成的自生碳酸盐岩和活动于天然气水合物冷喷溢口或渗流口周围的菌席、双壳类、管状蠕虫等化能自养生物群，圈定出该陆坡由天然气水合物气体“冷泉”喷溢形成的巨型碳酸盐岩面积达430km^2。