「世界屋脊」的魅力與挑戰

羌塘盆地平均海拔在4500m以上，要在這裡展開研究尤其是進行鑽探作業，難度極大。

20世紀90年代起，我國開始著手羌塘盆地的天然氣水合物研究。

2011-2015年，中國地調局依次實施了QK-1至QK-7七口水合物調查井，調查研究工作目前仍在進行中。

西藏羌塘盆地天然氣水合物的科學研究始於20世紀90年代,基於羌塘盆地凍土層厚度?地溫梯度?生烴等條件,羌塘盆地被認為有條件形成天然氣水合物礦藏?

2011年起,中國地質調查局啟動羌塘盆地天然氣水合物資源勘查項目,在多個重點地區陸續開展了地質?地球物理?地球化學和鑽探調查,於2011-2015年共實施了QK-1至QK-7七口水合物調查井,其中,QK-1和QK-3位於南羌塘凹陷帶北緣，QK-4和QK-5位於北羌塘凹陷帶中北部，QK-2?QK-6?QK-7位於羌塘盆地中央隆起帶中部的鴨湖地區,這裡也是羌塘盆地天然氣水合物調查的重點地區之一?2012—2013年,先後在該區域完成了1∶5萬專項區域地質調查700km2?110km的音頻大地電磁測深調查和16km二維反射地震調查等工作?

羌塘盆地QK-1至QK-5岩性柱狀圖

在鴨湖地區先後實施的3口天然氣水合物調查井中,其中2口鑽井在淺層鑽遇高壓烴類氣體,指示該區可能存在較好的天然氣水合物成礦氣源?

區域地質背景

羌塘盆地位於青藏高原中北部,介於昆崙山?岡底斯山?唐古拉山之間,南北寬約300km,東西長640km,平均海拔4500m以上,是青藏高原年平均地表溫度最低和凍土最發育的地區?

該區發育大片連續的多年凍土,面積約18.5×10^4km2,地質構造上位於拉竹龍-金沙江縫合帶和班公湖-怒江縫合帶之間,由北向南分為北羌塘坳陷帶?中央隆起帶?南羌塘坳陷帶3個二級構造單元?

羌塘盆地構造單元劃分

盆地具有長期複雜的演化歷史,其構造演化過程可分為前奧陶紀基底形成階段?古生代被動大陸邊緣演化階段和白堊紀—新近紀陸相盆地形成?演化?改造階段,是發育在前泥盆紀結晶基底之上,以中生界海相沉積為主體的殘留盆地,沉積了泥盆系?石炭系?二疊系?三疊系?侏羅系?白堊系?古近系?新近系和第四系八大沉積層,總厚度大於3000m?

盆地內發育12套烴源岩,其中上侏羅統索瓦組(J3s)?中侏羅統夏里組(J2x)?布曲組(J2b)和上三疊統肖茶卡組(T3x)為分布最廣的4套烴源岩,具有良好的油氣形成條件?目前,這4套烴源岩亦是天然氣水合物勘探的主要目標層?

布曲組冷泉碳酸鹽岩

（圖：楊若羿,史建南等）

鴨湖地區位於羌塘盆地中央隆起帶中部,平均海拔4960m,主要出露地層有二疊系魯谷組?上三疊統土門格拉組?中侏羅統夏里組?上侏羅統索瓦組?始新世康托組?漸新世嗩吶湖組,以及第四系更新統和全新統?

鴨湖區地質圖及水合物調查井的位置

上三疊統土門格拉組對應肖茶卡組上段,為一套海陸交互相含煤碎屑岩沉積?泥頁岩有機質丰度較高,達到了較好烴源岩的標準,具備較好的生排烴能力,有機質成熟度偏高,處於成熟-過成熟熱演化階段?同時,存在有利於烴類氣體向上運移的斷裂系統,指示該區具有天然氣水合物成藏潛力?

夏里組有機質丰度較低，TOC僅約0.3%，僅達到差-中烴源岩標準，但Ro>1.3%，熱演化程度較高，推測進入干氣階段。

中國地質調查局於2012—2015年,先後在羌塘盆地鴨湖地區部署實施了QK-2?QK-6和QK-7三口天然氣水合物調查井?

QK-2井完鑽井深389.85m,鑽遇第四系和土門格拉組,在土門格拉組除鑽遇泥岩烴源岩外,隨鑽還伴生H2S氣體及發現大量裂隙充填型的自生黃鐵礦和方解石,指示存在過一定的烴類活動?

鴨湖地區鑽探情況

QK-6井在220.13~246.40m處第四系沉積物中發現強烈烴類氣體異常,但因井壁坍塌事故而終孔?為了繼續查證氣體異常並進行岩心取樣,在QK-6井以東約230m處部署施工QK-7井,並利用氣測錄井技術全程進行在線烴類氣體檢測?

QK-7井目前井深684m,鑽遇第四系?漸新世嗩吶湖組和上三疊統土門格拉組,在多個層段發現豐富烴類氣體?

QK-6和QK-7井在淺層鑽遇高壓烴類氣體,在羌塘盆地尚屬首次,指示該區可能存在較好的天然氣水合物成礦氣源?

水合物成藏條件

分為:(1)凍土條件,(2)氣源條件,(3)儲集條件,(4)構造條件來進行分析。

凍土條件

在鴨湖地區進行的音頻大地電磁測深(AMT)結果顯示,該區凍土層整體厚度為55~90m,最厚處約為120m,凍土發育狀況明顯受斷層和水系分布影響,局部發育季節性凍土?該區凍土地貌發育,見數個呈丘狀隆起的凍脹丘,底部直徑大小不一,最大直徑可達20m,高2m,表面存在縱橫交錯的裂縫,最大裂縫寬度可達20cm,局部裂縫見地下水溢出?根

鴨湖區凍土帶厚度

據對同一凍脹丘不同時間段的觀察,隨地表氣溫不斷上升,凍脹丘規模逐漸縮小,甚至消失?可見,鴨湖地區地表溫度隨季節變化存在明顯的升溫現象?

季節性凍脹丘

（圖：王平康等,2017）

鑽探調查結果顯示,鴨湖地區凍土層自上而下由凍融層?含冰沉積物凍土層?含冰基岩凍土層和非含冰基岩凍土層組成?其中,含冰沉積物凍土層發育特徵最明顯,在含冰沉積物凍土層中,含冰量與沉積物粒度密切相關,粗沙?礫沉積物中的含冰量明顯多於細沙和粘土中的含冰量;粗粒沉積物中冰產狀主要以脈狀?網狀?塊狀為主,而細粒沉積物中冰產狀主要以浸染狀?層狀和裂隙狀為主,這主要與細粒粘土層均質性程度高於粗粒沙礫層有關?

鑽井井溫測井結果顯示,QK-2井凍土層厚度為38m,QK-7井凍土層厚度達120m,與AMT凍土調查結果較為一致,凍土層以下地溫梯度介於2.2~3.7℃/100m之間?僅QK-7井測得凍土層以內地溫梯度為1.2℃/100m(表1)?

QK-6井發育的浸染狀冰(a)、塊狀冰(b,e)、網狀冰(c)、裂隙狀冰(d)、層狀冰(f)

氣源條件

在QK-6井鑽探過程中,井口涌氣現象明顯,存在較高濃度的可燃氣體,特別在井深220~246m的第四系沉積物中發現強烈烴類氣體異常?QK-7井氣測錄井結果顯示,在192~640m多個岩層段發現烴類氣體異常,氣體異常層段累計厚度達135m?

QK-6井淺層鑽遇高壓烴類氣體

對比氣測結果及C同位素,顯示樣品點主要集中於煤成氣區域內,說明鴨湖地區發現的烴類氣體具有煤成氣成因,指示氣源很可能來自深部的土門格拉組的含煤地層?

氣測對比

1—第四系；2—漸新世嗩吶湖組；3—上三疊統土門格拉組；4—第四紀沉積物；5—泥岩；6—粉砂質泥岩；7—泥質粉砂岩；8—細砂岩；9—中砂岩

QK-7井氣源投圖

儲集條件

第四系?漸新世嗩吶湖組和上三疊統土門格拉組均可作為潛在的天然氣水合物儲集層?

潛在儲層總結

第四系主要以鬆散沉積物為主,成岩作用差,孔隙連通性好,儲集類型以孔隙型為主,因局部第四系沉積厚度大,故可作為天然氣水合物優質儲層?

嗩吶湖組岩性主要為泥岩?泥灰岩?粗砂岩?中砂岩?細砂岩和粉砂岩,但局部層段岩石膠結程度低,成岩作用較差,因此,儲集類型以孔隙型為主,裂隙型次之,儲集性較好?

上三疊統土門格拉組岩性主要為粗砂岩?中砂岩?細砂岩?粉砂岩?泥質粉砂岩和泥岩,成岩作用強?發育泥質充隙裂隙?且多以高角度裂隙為主,最大裂隙寬度約8mm,局部層段發育開啟性裂縫,不含充填物,岩心提至地面後,岩心多沿裂隙面開裂?

土門格拉組砂岩樣品孔隙度?滲透率測試結果表明,孔隙度為1.7%~8.7%,平均值為5.28%,氣體滲透率為0.0146×10-3~0.78×10-3μm2,平均值為0.115×10-3μm2,屬於特低孔超低滲儲層類型?

與祁連山木里凍土區含天然氣水合物鑽井岩心砂岩孔隙度(平均值為5.08%)和氣體滲透率(平均值為0.051×10-3μm2)相比,孔隙度相當,氣體滲透率略高?

QK-2井土門格拉組多層段發育

高角度泥質充填和開啟性裂縫

構造條件

鴨湖地區在區域上主體構造方向為北西-南東向,多為逆沖斷層?

鑽探調查結果顯示,QK-2井和QK-7井岩心中存在多個斷層破碎帶及多層斷層泥,QK-2井中,在54~62m?75~76m?96~99m和223~223m發育斷層破碎帶,最大厚度達8m,以灰色斷層泥夾雜礫石碎塊並見明顯擦痕為特徵,且岩心破碎較嚴重?

斷層泥主要發育在深度224m以淺,共見10層,厚度介於0.2~1.8m之間,平均厚度0.76m,以弱固結的黃褐色?灰色?深灰色泥狀岩石為特徵,局部夾泥礫碎塊?在QK-7井中,僅在深度347~350m和深度355~356m發育2層斷層破碎帶,局部見滑塌構造,含粉砂質礫石,岩心破碎?可見,鑽探區受構造作用影響明顯,斷裂系統發育,不僅能為氣體運移提供通道,還能提供有效的儲集空間?

二維地震調查結果顯示,在大的地質構造背景下,鑽探區存在著多期逆沖斷層,而且切穿多套沉積地層?QK-6井和QK-7井在淺層鑽遇豐富烴類氣體,進一步證實這類斷層為深部烴類氣體向淺層運移提供了有效通道?

二維地震剖面

總結與展望

鴨湖地區是羌塘盆地最具潛力的區域之一，具有較好的凍土?地溫?氣源?儲集?構造等條件,具備天然氣水合物成藏潛力?淺層烴類氣體的發現為天然氣水合物找礦提供了良好線索?但是充足氣體的持續供應是形成天然氣水合物的一個必要條件,即只有充足的氣體供應,氣體濃度大於其在水中的溶解度時,天然氣水合物才能在穩定帶內產出?因此,在鴨湖地區繼續尋找充足的烴類氣源是下一步天然氣水合物調查的主要方向?

基於鑽井實測參數的天然氣水合物穩定帶厚度及底界深度預測結果顯示,當甲烷為85%?乙烷為9%?丙烷為6%時,天然氣水合物穩定帶厚度變化與凍土厚度變化基本一致,穩定帶厚度為400~630m,底界深度為400~680m?當甲烷98%?乙烷為2%時,天然氣水合物穩定帶厚度急劇減薄,大部分地區僅有0~30m,最厚僅有150m,局部地區穩定帶底界最深僅為240m?結合氣測錄井結果,認為鴨湖地區漸新世嗩吶湖組比上三疊統土門格拉組更具備天然氣水合物成藏潛力,而土門格拉組自身具備較強的生排烴能力,可作為尋找常規油氣或頁岩氣的一個重要層位?

資料來源：

[1] 王平康, 祝有海, 張帥等. (2017). 西藏羌塘盆地鴨湖地區天然氣水合物成藏條件. 地質通報, 36(4), 601-615.

[2]王平康, 祝有海, 張旭輝等. (2015). 羌塘盆地凍土結構特徵及其對天然氣水合物成藏的影響. 沉積與特提斯地質, 2015(01),57-67.

[3] 楊若羿. (2014). 羌塘盆地畢洛錯地區冷泉碳酸鹽岩的發現及天然氣水合物形成條件研究

[4] 肖睿, 祝有海, 王平康等. (2015). 藏北羌塘盆地 QK-1 井中侏羅統烴源岩地球化學特徵. 現代地質, 29(1), 163-170.

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！