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青藏高原冻土区活动带天然气水合物异常特征

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青藏高原 冻土 活动 天然气 水合物 异常 特征
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第3009年4月 西南石油大学学报(自然科学版) f et rI】1 2【x】9 文章编号:1674—5086(2009)02—05 青藏高原冻土区活动带天然气水合物异常特征 坚润堂 ,李峰 ,王造成 (1.昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明650093;2.甘肃省有色金属地质调查院,甘肃兰州730摘要:通过对西大滩一安多油气地球化学剖面的研究表明:土壤样品酸解氢、酸解甲烷、酸解乙烷、酸解丙烷和热释 汞异常的综合解释有助于对地下是否存在水合物做出推断;在烃类出现“负异常”时,可能是地下赋存水合物的标志。 并结合前人文献初步建立了多年冻土区活动带天然气水合物的形成和地球化学勘查模式。分析认为土壤地球化学 测量可用于在多年冻土区活动带探测水合物,但其异常解释不能完全照搬油气藏化探模式,必须把渗透性极差的冻 土层对烃类气体向地表运移的影响考虑进去。 关键词:青藏高原;冻土区;天然气水合物;地球化学;勘查 中图分类号:献标识码:A 0.3863/i.674—5086.22.004 引 言 前人对青藏高原多年冻土区活动带可能存在天 然气水合物进行了探索¨ j,但尚未从事过专门的 勘查。我们首次采用油气地球化学勘查方法对青藏 高原多年冻土区活动带天然气水合物进行了实质性 试验,并取得了良好的成果。 天然气水合物(天然气和水在较低温 度和较高压力条件下形成的笼型结晶化合物 J, 广泛分布于冻土带和大陆边缘海底沉积物中 一 。 陆地上的天然气水合物主要分布于高纬度极地永冻 土带之下,或者大陆边缘的斜坡和隆起处,距地表约 20O~2 000 其形成受环境、温度、压力、气 体来源、地质条件等的影响 。 目前,天然气水合物的勘查方法主要有地震 (测井识别、钻孔岩芯及分析、地球化学勘查、 地面电法等¨ 。 青藏高原是我国最大的冻土区,而且还是以连 续多年冻土为主,面积约88×10 km 由于自 然环境、交通条件等原因,目前的研究主要集中在青 藏公路沿线。 1 源烃概况 1.1 烃源岩 根据前人资料和本研究认为该地区主要有三套 烃源岩(表1): 表1 青藏高原多年冻土区活动带的烃源岩 in me f 稿日期:20—12 基金项目:中国地质调查局特殊矿种地球化学找矿方法技术研究(2 作者简介:坚润堂(1975一),男(汉族),甘肃天水人,工程师,博士研究生,主要从事有色金属、油气等方面地球化学研究。 14 西南石油大学学报(自然科学版) 2009年 1.2烃源气 根据已有资料显示 坦 ,研究区地下的烃源气有 以下四种来源:由地球排气作用产生的烃源气;地下 可能存在的油气藏产生的烃源气;生物气和有可能 出现的换气。 2土壤地球化学测量异常 2.1样品采集与加工 西大滩一安多松散沉积物气体地球化学测量剖 面自国道873至度约556 采用采集557件样品,共有五种沉积 彗 3 30 求 物(介质)类型,其样品件数和所占比例分别为:风 成固定砂104件,占18.67%;冲积一洪积砂砾石 346件,占62.12%;残积一坡积砂砾石90件,占 16.16%;湖相沉积黏土16件,占2.87%;风化壳黏 土1件,占O.18%。采样方式以洋镐、铁锹及洛阳 铲人工掘进样坑;采样深度1.O 品自然风 干后,用瓷研钵人工轻轻粉碎,使粘结的固体颗粒彻 底分离,然后过0.45 0目)不锈钢筛,筛下为 分析用样品,筛上部分丢弃。最后用82烃现场测定系统和氢、酸解甲烷、酸解乙烷、酸解丙烷和热释汞五个 组分,获得综合异常图(图1)。 340O 335O 33250 3215O 310O 3050 30950 290O 3435O 3325O 32195O 2940O 3350 330O 3250 3200 315O 310O 395O 294350 3300 325O 320O 31050 3000 2950 2900 340O 3350 3300 3250 3200 3950 29多县城桃尔久山口唐石拉山口103道班温泉雁石坪通天河沱沱河乌丽二道沟风火山 五道粱楚马尔河不冻泉昆仑山口 公里数/1 西大滩一安多地区土壤化学异常剖面图 cs f in .2样品组分的一般特征 2.2.1 土壤样品地球化学剖面指示丰度 对西大滩一安多油气地球化学剖面的各组分指 示丰度进行计算,结果见表2。 表2西大滩一安多土壤样品地球化学剖面指示丰度表 of in ∞∞∞∞ ∞∞∞ ∞∞∞ ∞∞∞ ∞ ∞加m 0 第2期 坚润堂,等: 青藏高原冻土区活动带天然气水合物异常特征 15 2.2.2地球化学剖面概率分布统计与检验结果 按照郝石生等(1994)提供的方法对西大滩一 安多剖面的量化参数进行了岩性校正,校正后的数 据按规范进行处理,所得油气地球化学剖面概率分 布统计与检验结果见表3。 2.3酸解氢异常特征 酸解氢含量与其他酸解气含量相关性较差(相 关系数10,为生 物气 。 在,除了在l(3339有一个特高点状正异常外,本段 酸解甲烷值大部分小于50 【/3346甚至未检 出,这一段暂时称为酸解甲烷负异常(低于背景值 395.54 L/倍标准离差)段。这一段是整个 剖面的地势最高段,海拔高度从5 240 m,其 西侧约36 孔孔口 海拔高度5 000 m,由此推断剖面的这一段如无特别 情况,应是剖面上多年冻土厚度最大的地段。本段 地层为中侏罗统雁石坪群的布曲组和夏里组,是良 好的烃源岩,且处于北西向的唐古拉山背斜倾末端, 此点正是唐古拉山北缘断裂之所在。其中现的一个酸解甲烷高值点状正异常是全剖面最大 值(2 356.00 L/这是由于多年冻土中存在贯 通融区造成甲烷泄露所致,因为此点恰好位于巴斯 错鄂贡玛融区的位置上。 本段的另一个特点是,酸解乙烷多半未检出,酸 解丙烷几乎全未检出。推断此负异常段的出现是比 较典型的地下多年冻土中存在甲烷、乙烷和丙烷水 合物的标志,因为多年冻土的高度发育把甲烷、乙 烷、丙烷等固定于地下水合物中而导致地面难以检 测到。 I(3354一安多县城(I(3429)段:本段酸解甲烷值 冰样品在融化试验中释放出的气体只有甲烷,氢、乙 烷和丙烷均未检出。分析结果如下:冰融化释出气 16 西南石油大学学报(自然科学版) 2009年 体中甲烷含量为83.31~595.75 L/应融水加 热到微沸(实测90℃)时释出气体甲烷含量为 37.73~951.94 【/验结果还表明:冰释气先 进人冰融水中,再从水中释出。由此推测,甲烷先溶 入水中,多在背景值与异常下限之间大幅度波动,仅 有几个孤立的点异常。 2.5酸解乙烷异常特征 全剖面共有11个酸解乙烷异常。较之酸解甲 烷异常大幅度减少。除个别区段外,多为互不相关 的孤立低值小异常,本段最引人注目的特点是最后 30 。酸解乙烷最高点位于386.00 L/以异常群形式出现。这一段有一条北东东向的断 裂,沿断裂有一连串的钙质泉华堆积,并尚遗存有冷 泉一处,推测此高值异常由断裂带引起。 2.6酸解丙烷异常特征 全剖面的酸解丙烷值均较低,除415 段外,较多样品中丙烷含量均小于1 I/ 或未检 出,均在背景值之下,从3400的近530 剖面仅有两个低值异常,可推测丙烷以水合物形 式被固定在多年冻土层之下,因为在甲烷、乙烷和丙 烷中,丙烷水合物的形成条件最容易满足。同样丙 烷的高值异常出现在4,即沿北东东向的114道班温泉断裂的一段,最高 值358.00 L/以推断此异常是由断裂(融 区)泄露引起。 2.7热释汞异常特征 西大滩~有一个低值点异常外,均 在异常下限之下的背景值附近波动。从废弃的唐古拉山兵站到接近通天河口的布曲 两岸120 群),各异常(群)峰值如下:1号异常(群)30.32 ng/号异常(群)6O.13 n 剖面最高值), 3号异常(群)15.20 n 号异常(群)21.70 。初步分析是在3258、211 处有4个异常源沿布曲从北向南随水流扩散而形 成的。 从废弃的唐古拉山兵站(安多县城 (共出现6个异常,分别对应唐古拉山北 缘活动断裂、巴斯错融区、桃尔久山口活动断裂、115 道班活动断裂和安多北山活动断裂带。 2.8 昆仑山口多年冻土中地下厚层冰热融气 昆仑山口一带62道班冻涨丘和索南达杰大桥 是一个地下水合物信息泄露点_1 。其主要意义是: 厚层冰形成水合物。这说明:由多年冻土在数十万 年的冻结和变化过程中形成的地下冰的冰晶和气泡 中确实保存了大量的甲烷。由于未分析二氧化碳, 未能查明冰中是否存在二氧化碳,但据前人资料报 道,在86道班冻涨丘自行爆炸和62道班冻涨丘钻 孔揭穿冻土后发生二氧化碳气体爆炸来看,本区冰 中溶解了相当多的二氧化碳,这也为二氧化碳水合 物的存在提供了证据。 3 讨 论 (1)青藏高原多年冻土区活动带具备形成天然 气水合物的特殊地质条件。首先青藏高原是我国最 大的冻土区,面积多达88×1O 冻土厚度均大 于10 m,是良好的盖层;其次,多年冻土区日均气温 低于0 均气温低于一6℃,地表低温既能抑制 甲烷的生成,又可使甲烷在冻土带中形成水合物,阻 止甲烷散逸,从而形成天然气水合物矿藏;再次,研 究区存在良好的烃源岩,可为天然气水合物的形成 提供丰富的生烃潜量。另外,区内存在良好的圈闭 边界条件,如岩性圈闭、冻土层圈闭等,对形成天然 气水合物矿藏非常有利。 (2)酸解氢及烃的高值点主要出现于活动断裂 带和融区,低值点主要出现在连续多年冻土带,可推 测地表检测到的氢及烃类气体来自地下深处。原因 是多年冻土阻断了地下深部烃类气体的上升路径, 而冻土之上的季节性融区由于年均气温低,生物活 动产生烃类气体的量非常有限,不足以形成较高异 常值,故气体的高异常区(点)是融区或地下活动断 裂的反映。 (3)在前人推测的大陆坡天然气水合物赋存地 区出现酸解氢异常与酸解甲烷异常分离的现象,解 释为海底裂谷边缘断裂带的轻烃泄漏所致,而氢/甲 烷的高比值出现在水合物矿藏的上方是由于甲烷被 固定于水合物中,减少了泄漏量的缘故。因前人无 这方面的资料可以对比,该剖面有足够的长度并横 贯整个连续多年冻土区,就本次成果作简要分析,推 断多年冻土区活动带天然气水合物矿藏上方地表化 探异常也应出现这种分离现象,从而初步建立了青 藏高原多年冻土区活动带天然气水合物的地球化学 勘查模式(图2)。 第2期 坚润堂,等: 青藏高原冻土区活动带天然气水合物异常特征 17 酸解氧模式 —— —— 簸解乙烷模式曲线 线 热释汞模式曲线 =10 线 梏物,辱 4 结 论 (1)青藏高原地处世界著名的油气聚集带—— 特提斯构造域东段,高原以西是波斯湾、高加索含油 气区,以东为东南亚和西南亚油气聚集区。所以,从 全球构造位置、地层时代、烃源岩类型和盆地特征等 方面来看,对形成和寻找天然气水合物都非常有利。 (2)本次地球化学测量剖面比例尺为1/100 0长556 贯了整个多年冻土区,但是冻土的不 均一性对测定数据的解释的影响是显著的。这是因 为:多年冻土北厚南薄;构造融区、地热融区和地表 水体融区广布;新的活动构造发育等等。所以青藏 高原多年冻土区的天然气水合物不大可能形成板状 块体,其形态应该是复杂的,勘查难度较大。此外, 样品介质的多样化,也会造成不同介质问的对比困 难,这与海上和黄土覆盖地区大不相同。 (3)通过西大滩~安多地球化学剖面测量,认 为该剖面控制了青藏高原多年冻土区的中部。在多 年冻土区的腹地,有可能存在以甲烷、丙烷和二氧化 碳为主的天然气水合物。 (4)研究中的另一个重要收获就是发现了新 生代特别是第四纪以来的青藏高原放“烟囱” 事件。这一事件的发现为青藏高原多年冻土区天然 气水合物的勘查和研究开辟了一条新思路:就是高 原放“烟囱”的存在有利于天然气水合物的 形成。它给我们的启示在于,并不一定要在传统的 油气勘查认为存在良好烃源岩的地区部署天然气水 合物的勘查工作,同时也要把良好烃源岩和 多年冻土区条件下的甲烷自养形成作用作为勘查区 选择的依据。 参考文献: [1] 徐学祖,程国栋,俞祁浩.青藏高原多年冻土区天然气 水合物的研究前景和建议[J].地球科学,1999,2):201—203. [2] 张立新,徐学祖,马巍.青藏高原多年冻土与天然气水 合物[J].天然气地球科学,2001,12(1—2):24—26. [3]史斗.中国天然气水合物研究揭开新的一页[J].天然 气地球科学,22(1—2):68—72. [4] A, D.f ].26(3):1—18. [5] 王万春.墨西哥湾大陆斜坡J].天然气地球科学,1998,9(3—4):22~24. [6] 张树林.天然气水合物地震勘探关键技术研究[J].天 然气工业(综合研究),2007,27(增刊A):356—370. [7] L, D.as a ].21):181—186. [8] ,.0f in al ’]. 02(3):169一[9]郝石生,林玉祥,王子文,等.油气地球化学勘探方法 与应用[M].北京:石油工业出版社,1994. [1O]周幼吾,郭东信,邱国庆,等.中国冻土[M].北京:科 学出版社,2[11]赵政璋,李永铁,叶和飞,等.青藏高原羌塘盆地石油 地质[M].北京:科学出版社,2001. [12] . of f in ].03(11): 997—10[13]金会军,程国栋.冻土区甲烷排放研究进展[J].地球 科学进展,2(3):276—283. [14]付少英.烃类成因对天然气水合物成藏的控制[J]. 地学前缘,22(3):263—267. (编辑助理:牛静静)
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