祁连山冻土区天然气水合物激光拉曼光谱特征

采用显微激光拉曼光谱技术在77K和常压下对祁连山木里煤田聚乎更矿区钻获的冻土区天然气水合物进行了测试,得到中国冻土区天然气水合物典型的激光拉曼谱图,从微观角度证实DK3孔的133.30m、139.52~139.92m和141.00m 3段不同埋深的岩心中均有天然气水合物存在。对冻土区水合物的拉曼谱图进行详细研究,结合文献资料,初步判定3段不同埋深的水合物结构均为sⅡ型,并参照不同客体气体分子的特征振动信号对谱线的归属进行分析,得出了水合物中大致所含的气体组分。     

青海聚乎更钻探区含水合物岩心气体组成及其指示意义

对青海聚乎更钻探区含天然 气水合物岩心气体组成特征进行研究,有助于弄清钻探区天然气水合物的气体成因及来源,对于区内天然气水合物的勘探开发具有重要的指导意义。对DK8-19、DK10-17、DK11-14、DK12- 13和DK13-11等5个钻孔获得的18个含水合物岩心样品,开展了气体组成和同位素特征及C_l/(C₂+C₃)-δ¹³C_C1、δD_C1-δ¹³C_C1和δ¹³C_C2-δ¹³C_C1等关系图解的综合研究。结果显示：青海聚乎 更钻探区含水合物岩心气体以轻烃为主,具湿气特征,其同位素表现为正碳同位素系列特征。除DK8-19孔浅层岩心烃类气体可能含有少量生物成因气外,钻探区其余各孔所有样品的气源组成均以热解成因气为主,为典型的有机成因烃类气体,且来源于淡水环境下形成的天然气。     

青海木里聚乎更天然气水合物潜在区中侏罗世岩相古地理特征

青海聚乎更矿区不仅赋存丰富的煤炭资源,同时也是全球陆域中纬度高海拔地区天然气水合物的首要发现地,同时也是我国非常规天然气(煤层气和页岩气)勘探开发的潜在热点地区,且天然气水合物勘探的层位主要为中侏罗世含煤岩系。通过对青海聚乎更矿区中侏罗世含煤地层野外露头、钻孔岩心、测井等资料整理分析的基础上,对研究区内中侏罗世含煤岩系沉积时期的沉积环境及古地理进行了分析。以定量和定性分析相结合的方法对研究区岩相古地理进行重建。以钻孔沉积相分析为基础,结合单因素分析多因素综合作图法及研究区目的层段沉积相断面图分析,最终恢复各段沉积期的岩相古地理格局。木里组下段岩性主要为细砾岩、含砾粗砂岩及粗砂岩等粗粒岩性,分析认为木里组下段主要发育辫状河沉积;木里组上段随着水体的不断加深,发育形成 了研究区主采的下1、下2煤层,该段主要以三角洲沉积为主,同时研究区西南区域发育滨浅湖沉积;江仓组上段沉积时期,水体进一步加深,成煤环境逐渐变差,发育形成多套薄煤层,以三角洲沉积为主,西南区域的滨浅湖沉积范围进一步扩大;江仓组上段是发现水合物的主要层段,其岩性主要以油页岩、暗色泥岩等为主,含有典型的湖泊沉积的瓣鳃类化石,为湖泊沉积。总体上,聚乎更矿区在中侏罗世经历了辫状河、三角洲平原、三角洲前缘、滨浅湖、半深湖-深湖的持续变深的演化过程。     

青海聚乎更水合物赋存区岩心微观孔隙、裂隙的微CT图像表征

孔隙和裂隙的微观结构是影响岩石声波速度、渗透率等物性参数的重要因素,这些物性参数是冻土区天然气水合物成藏规律研究和资源勘探的重要 依据。针对青海聚乎更钻探区钻井岩心,采用微米级计算机断层扫描技术(微CT)对岩心内部的微观孔隙和裂隙进行了形态表征和定量分析。结果表明：泥岩样品中的裂隙较为丰富且连通性较好,裂隙宽度多为100~200 μm;而砂岩样品中孔隙分布较为分散且少有显著的连通喉道,数量上以体积小于0.1 mm³的微孔隙为主;通过三维图像体素统计法估算了孔隙和裂隙相对整个岩心的体积含量,其中砂岩样品的孔(裂)隙度为2.36%~2.89%,泥岩样品的孔(裂)隙度为1.04%~3.64%。     

祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程概况

2008～2009年,中国地质调查局组织中国地质科学院矿产资源研究所、勘探技术研究所、青海煤炭地质105勘探队等单位,在祁连山木里地区实施“祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程”,迄今共完成DK-1、DK-2、DK-3和DK-4 4个钻探试验井,总进尺2059.13m,并在井深133~396m区间钻获多层天然气水合物,取得了找矿工作的重大突破,证实中国冻土区存在规模巨大的天然气水合物潜在能源。祁连山冻土区天然气水合物具有埋深浅、冻土层薄、气体组分复杂、以热解气为主等特征,应是一种新类型的水合物。初步研发集成出一套冻土区天然气水合物调查方法、钻探施工工艺和配套装备,为下一步的调查研究奠定了基础。     

显微激光拉曼光谱测定天然气水合物的方法研究

天然气水合物是由烃类气体在一定的温度和压力下与水作用生成的一种非化学计量的笼型晶体化合物,显微激光拉曼光谱是测定其水合指数、笼占有率等结构参数的重要手段。天然气水合物极易分解,不能在常温常压下进行分析测试。本文针对天然气水合物的特性,研制了一套适合显微激光拉曼光谱法测定水合物的小型装置,将样品放入液氮罐中,定期加入液氮(-196℃)保存,确保在测定的过程中甲烷水合物保持稳定状态,解决了肉眼不可见水合物的微观识别问题。对实验合成的一系列不同体系的甲烷水合物和我国海域和陆域的水合物样品进行了分析,探讨了水合物样品的合成、保存和处理方法,研究了拉曼光谱测试条件,揭示不同条件下形成的水合物笼型结构特征。分析结果表明,对同一样品,测定水合指数的相对标准偏差小于1%,方法准确可靠,经分析南海神弧海域水合物为典型Ⅰ型结构的水合物,祁连山冻土区水合物为Ⅱ型结构的水合物,可为我国天然气水合物研究提供必要的结构信息。     

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。     

青海聚乎更矿区三露天井田中侏罗统沉积环境

青海聚乎更矿区是全球陆域中纬度地区天然气水合物的首要发现地,水合物储存层位主要为该矿区三露天井田的中侏罗世含煤岩系。依据钻孔岩心及测井曲线,对该矿区三露天井田含煤岩系进行沉 积环境分析,在单孔沉积相及沉积相断面图分析的基础上,重建研究区的岩相古地理格局。木里组下段岩性主要为细砾岩、含砾粗砂岩及粗砂岩等粗粒岩石,以辫状河为主的沉积环境;木里 组上段岩性以厚层砂岩与厚层煤层互层为特征,反映了水体逐渐加深的过程中发育三角洲为主的沉积环境;江仓组下段以细粒砂岩及泥岩互层夹薄煤层为特征,反映水体进一步加深过程中的三角洲前缘和滨浅湖环境;江仓组上段以油页岩、暗色泥岩为主,含有瓣鳃类化石,反映湖泊为主的沉积环境。     

青海祁连山冻土区发现天然气水合物

祁连山冻土区位于青藏高原北缘,多年冻土面积约10×10~4km~2,具有良好的天然气水合物形成条件和找矿前景.2008～2009年间中国地质调查局在青海省天峻县木里煤田聚乎更矿区施工祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程,迄今共完成钻探试验井4口,总进尺2059.13m,分别在DK-1、DK-2和DK-3钻井中钻获天然气水合物实物样品,取得了找矿工作的重大突破.天然气水合物产于冻土层之下,埋深133～396m.水合物呈白色、乳白色晶体,点火能燃烧,红外热像仪测温后呈明显的低温异常,放进水里强烈冒泡,水合物分解后能不断冒出气泡和水滴,并残留下特征的蜂窝状构造.激光拉曼光谱仪检测呈现特征的水合物光谱曲线,测井曲线也具有较明显的高电阻率和高波速标志.祁连山天然气水合物具有冻土层薄、埋深浅、气体组分复杂、以煤层气成因为主等明显特征,是一种新类型水合物.这是我国冻土区首次钻获的天然气水合物实物样品,也是全球首次在中低纬度高山冻土区发现天然气水合物实物样品,具有重要的科学意义和经济意义.     

青海聚乎更矿区煤层气富集条件

青海聚乎更矿区是世界上首次在中低纬度冻土区发现天然气水合物的地区,并且天然气水合物的气源是该矿区的煤层气。矿区主要含煤地层为中侏罗统的木里组,煤层厚度大、变质程度一般在气煤~焦煤,镜质组质量分数普遍较高（60%~80%）,煤层结构简单-较复杂,煤储层微观结构以小孔和微孔为主,割理裂隙发育。等温吸附实验结果表明,该区兰氏体积偏低,而压力偏高,储层吸附特性为中-好级别,顶底板封闭性好,地下水活动弱,有利于煤层气的形成与赋存。区内煤层下1煤含气量在0.05~5.52m3/t,下2煤在0.05~11.14m3/t,含气量普遍偏低可能与后期构造使得煤层埋深变浅导致储层压力降低、煤层甲烷大量解吸有关,此外,向斜两翼地层倾角大,也是造成矿区煤层气逸散的主要因素之一,但是在向斜转折部位及矿区深部,煤层气相对富集,是今后勘探开发重点研究区域。     

青海木里三露天天然气水合物分布与储层特征

根据在青海木里三露天施工完成的14 口天然气水合物钻孔揭露的地质信息,从天然气水合物产出、赋存、空间展布3个方面介绍工作区天然气水合物基本特征。此外,文章还以岩性特征、空间展布、裂隙、岩石物性多元控制因素 间相互制约和促进的内在联系为桥梁建立了天然气水合物储层这一研究对象。从储层方面分析,受岩相的控制作用三露天天然气水合物在空间上的分布有一定的选择性、延展性和可追索性, 即其储层具有相对稳定性;三露天天然气水合物在储层内部的分布除了受有利储层产状变化限制外,还受到裂隙产状的控制,致使其在空间上分布既不规则、又往往突然消失或突然出现。     

青海木里地区天然气水合物三维地震探测

首次在中国祁连山冻土区青海木里地区实施了针对天然气水合物的三维地震探测。根据工区内冻土层厚度、地层岩性、水合物储集空间类型和赋存深度等特 点,设计了三维地震数据采集方案,制定了地震数据处理流程,获得了良好的三维地震探测结果。结果表明,工区内天然气水合物赋存层段地震响应特征与国外冻土区的天然气水合物具有明 显差异;冻土层厚度、岩性、水合物储集空间类型等因素,对该区地震资料振幅、频率、速度等影响显著;水合物层段的地震资料存在低频、中等杂乱振幅等明显的特点,这些特征为该区天然气水合物探测和识别提供了依据。     

Gas Hydrates in the Qilian Mountain Permafrost, Qinghai, Northwest China

Qilian Mountain permafrost, with area about 10×104 km2, locates in the north of Qinghai-Tibet plateau. It equips with perfect conditions and has great prospecting potential for gas hydrate. The Scientific Drilling Project of Gas Hydrate in Qilian Mountain permafrost, which locates in Juhugeng of Muri Coalfield, Tianjun County, Qinghai Province, has been implemented by China Geological Survey in 2008–2009. Four scientific drilling wells have been completed with a total footage of 2059.13 m. Samples of gas hydrate are collected separately from holes DK-1, DK-2 and DK-3. Gas hydrate is hosted under permafrost zone in the 133–396 m interval. The sample is white crystal and easily burning. Anomaly low temperature has been identified by the infrared camera. The gas hydrate-bearing cores strongly bubble in the water. Gas-bubble and water-drop are emitted from the hydrate-bearing cores and then characteristic of honeycombed structure is left. The typical spectrum curve of gas hydrate is detected using Raman spectrometry. Furthermore, the logging profile also indicates high electrical resistivity and sonic velocity. Gas hydrate in Qilian Mountain is characterized by a thinner permafrost zone, shallower buried depth, more complex gas component and coal-bed methane origin etc.     

氮气、氧气和空气水合物的合成及其拉曼光谱特征

在-20℃和不同的压力下,在实验室内分别合成了氮气水合物(16MPa)、氧气水合物(13MPa)和空气水合物(15MPa),并对其N—N和O—O键伸缩振动的拉曼光谱特征进行了研究。结果表明,人工合成的水合物中的N—N和O—O键的拉曼位移与天然的空气水合物中的数据十分接近。在氮气水合物和空气水合物中,N—N键的拉曼峰值均为2322.4cm-1;O—O键的拉曼峰值在氧气水合物和空气水合物保持一致,均为1547.8cm-1。空气水合物分解的拉曼谱图表明,它不是氮气水合物和氧气水合物组成的混合物,而是由氮分子和氧分子共同生成的单一水合物,氮分子和氧分子同时进入水合物的大笼和小笼中。与空气中的氮、氧比例相比,水合物中氧分子明显富集,氮分子和氧分子的比例为2.4∶1。     

青海木里三露天天然气水合物预判气测录井应用研究

气测录井以其可以灵敏、快速监测钻遇不同地层赋存烃类气体信息的优势而成为常规油气和非常规油气资源勘查的一种成熟技术手段。考虑到当钻具研磨赋存有天然气水合物的岩层时势必会导致其分解释放大量烃类气体并被气测录井仪器灵敏有效地监测,首次尝试利用气测录井方法在我国陆域冻土区-青海木里三露天天然气水合物调查区 进行钻探实时预判,建立天然气水合物的野外现场实时预判方法。最后,以DK8-19钻孔为例说明气测录井实时预判方法的应用、存在的问题及建议。实际应用结果表明,单一利用气测录井方法实时预判天然气水合物层段与地质和分析测试综合认识结果的吻合度可达到85.71%,而将上述三种方法结合可进一步提高野外识别天然气水合物的准确度。