祁连山冻土区天然气水合物烃类气体成因及其意义

对祁连山冻土区天然气水合物钻井岩心游离气样品开展研究,测试烃类气体的组分和碳氢同位素,判断天然气水合物的气体成因类型及成藏模式。结果显示烃类气体组分复杂,除甲烷外,还含有较高的乙烷、丙烷等重烃组分。甲烷碳同位素分布范围最广,气体成因来源相对简单,没有明显受到次生改造作用的影响。该区天然气水合物属于热解成因,判断来自深部的三叠统尕勒得寺组烃源岩。本研究可为我国高原冻土天然气水合物勘探和开发提供理论依据。     

祁连山冻土区天然气水合物成矿系统

根据祁连山冻土区12口天然气水合物钻孔的相关异常现象分析以及4口天然气水合物钻孔取样的有机显微组分观察与镜质体(组)反射率测定、总有机碳含量(TOC)分析、生油岩热解(Rock-Eval)分析、有机质碳同位素分析、氯仿抽提与簇组分分析,结果显示:天然气水合物气体总烃含量在59.31%~99.57%间,平均约87.00%,C1/ΣC1-5在59.91%~79.05%间,平均为71.16%,δ13 C1在-50.5‰~-39.5‰间,平均为-45.8‰,δDC1在-268‰~-262‰间,平均为-265‰,表明天然气水合物气体为有机成因,以热解成因为主,夹少量微生物成因,其中热解成因气主要与原油裂解气、原油伴生气有关;天然气水合物层段内泥岩与油页岩的有机显微组分、生烃潜量(S1+S2)、氢指数(IH)、氧指数(IO)、类型指数(S2/S3)、降解率(D)、干酪根碳同位素等特征指示泥岩有机质类型主要为Ⅱ1~Ⅱ2型,油页岩有机质类型主要为Ⅰ~Ⅱ1型,煤有机质类型主要为Ⅲ1~Ⅲ2型,泥岩、油页岩Ro平均值介于0.35%~0.78%之间,煤Ro平均值介于0.86%~1.13%之间,看出泥岩在350℃~400℃条件下或油页岩在380℃~400℃条件下所产生烃类气体在组成和同位素特征上与天然气水合物中烃类气体较为相似,进一步根据热模拟温度与镜质体反射率之间关系及镜质体反射率与古地温、埋藏深度的关系,推算天然气水合物气源岩来自约2 000m以下泥岩或油页岩;岩心顶空气体含量(μl/kg)位于149m~167m,228m~299m,321m~338m,360m~380m等深度段具异常值特征,与天然气水合物及主要异常现象产出层段基本一致,根据离断层或破碎带不同距离岩心烃类总体积百分比(vol%)、甲烷碳同位素δ13 C1值(‰PDB)及C1/C1-5,C1/ΣC2-5,C1/ΣC2-3,C1/C2,C2/C3,C2/ΣC3-4,iC4/nC4,iC5/nC5等,推断代表天然气水合物的具异常值特征的岩心中烃类气体主要由运移而来,下部断层或破碎带是主要烃类运移通道,中上部断层或破碎带可成为天然气水合物赋存空间。     

青海省祁连山冻土区天然气水合物基本地质特征

笔者等在青海省祁连山冻土区实施的科学钻探试验井中,直接钻获到白色冰状实物样品,并观察到燃烧现象,经激光拉曼光谱仪检测为天然气水合物,这是首次在中国陆域勘查到的天然气水合物。天然气水合物主要产于泥岩、油页岩、粉砂岩、细砂岩等层段中,与岩性关系不大;常出露在岩层的裂隙和孔隙中,受裂隙的控制比较明显;纵向上分布不连续,主要出现在井下130～400m之间,横向上无明显的对比关系。该区天然气水合物可能首先受到祁连山冻土特征等所确定的天然气水合物稳定带的限制,产出的具体部位受断裂及气源条件的双重控制,产生的烃类气体在不同级次断裂的疏导和上覆冻土层低温的共同耦合作用下,更易于在裂隙中形成天然气水合物。     

青海祁连山冻土区天然气水合物的气体成因研究

在祁连山冻土区发现天然气水合物之后,其气体成因或来源便成为一个重要的科学问题。开展了气体组成和同位素特征及δ13C1-1/n、C1/(C2+C3)-δ13C1、δDCH4-δ13CCH4、(δ13C2-δ13C3)-ln(C2/C3)、ln(C2/C3)-ln(C1/C2)等关系图解的综合研究,结果显示:祁连山冻土区天然气水合物的气体以轻烃为主,具湿气特征,其同位素表现为正碳同位素系列特征。研究区天然气水合物的气体为有机成因,且以热解成因为主,夹少量微生物成因(醋酸根发酵),其中,热解成因气主要与原油裂解气、原油伴生气有关,少部分与凝析油伴生气、煤成气、干酪根裂解气有关。这一分析结果可能意味着研究区天然气水合物的气体来源与油型气密切相关,而与煤型气关系不大。     

中国天然气水合物资源潜力及试开采进展

中国高度重视天然气水合物资源的调查研究。自上世纪90年代中期开始先后经历了资源预测、调查、试采三个发展阶段,迄今已在南海神狐、东沙、琼东南、台西南斜坡及祁连山木里地区发现水合物样品5处,在南海、东海冲绳海槽及青藏高原发现地质、地球物理、地球化学等赋存标志7处,显示出良好的资源前景。综合多位学者的估算结果,中国天然气水合物的资源量约126×10¹²m³,是中国常规天然气资源量的2倍,资源潜力巨大。自2011年起,先后在祁连山木里地区和南海神狐地区进行了5次天然气水合物试验性开采,累计产气量达117×10⁴m³,且使得位于“金字塔”塔基且规模巨大的细粒储层中的水合物也有可能成为开发利用对象。中国是能源短缺国家,如何尽快开发利用这一规模巨大的潜在能源,需要全方位、多层次地开展各项调查研究,并进行技术、经济和环境评价,加快商业化开发进程,使这一潜在能源能在不久的将来真正造福于社会。