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羌塘盆地钻探证实天然气水合物成藏条件良好

发布时间:2017年11月30日
来源:中国地质调查局 作者:王平康

摘要:调查研究表明,气源条件成为制约羌塘盆地天然气水合物找矿突破的关键因素。自2011年起,在羌塘盆地部署实施的天然气水合物钻探调查,先后在南羌塘毕洛错地区、北羌塘半岛湖地区和中央隆起带鸭湖地区发现系列油气显示,指示羌塘盆地存在较好的天然气水合物成矿气源,为后续天然气水合物调查提供了重要线索。

1.项目概况

“羌塘盆地天然气水合物资源勘查”计划项目中的“钻探试验井单井综合评价”工作项目,由中国地质调查局油气资源调查中心承担,工作周期为2011—2013年。主要目标任务是配合羌塘盆地天然气水合物钻探试验井工程,开展岩心编录、样品采集、分析测试和综合评价,查明钻孔中与天然气水合物有关的地质、矿物、岩石、地球化学、微生物等异常标志及其分布特征,寻找天然气水合物的确切标志。

2.成果简介

(1)发现液态油苗、炭质沥青、高压浅层气等系列油气显示。气源条件一直是制约羌塘盆地天然气水合物找矿突破的关键因素。QK-3井位于南羌塘坳陷带毕洛错地区,终孔井深441.14m,在下侏罗统曲色组深灰色—黑色泥岩中,发现3处液态油苗(图1),深度分别为80.6m、91.78m和104.32m。液态油苗呈淡灰黄色,以似胶状物质分布于岩心溶孔、溶洞和裂缝中。样品有机碳含量、生烃潜力(S1+S2)、氯仿沥青“A”含量等参数的测试结果表明,该生油岩级别为好生油岩,且处于有机质热演化的成熟阶段。可见,曲色组油页岩、黑色泥岩有可能成为天然气水合物较好的气源岩。


 

图1 羌塘盆地QK-3天然气水合物钻探试验井岩心中的液态油苗


QK-5井位于北羌塘坳陷带的半岛湖地区,终孔井深772.19m,在白龙冰河组中多层段见遇与方解石脉伴生的黑色沥青脉,其中在574m处黑色沥青脉体最宽,达1.5cm,赋存于灰黑色粉砂质泥岩中(图2)。沥青呈黑色,具沥青质—玻璃质光泽,断口呈贝壳状,呈脆性,比重小,易点燃并冒出浓烈的黑烟,带有明显的沥青气味。综合分析认为,沥青脉的源岩为下伏索瓦组,在一定条件下完成生烃排烃后沿构造裂隙上逸,至白龙冰河组致密砂泥岩后形成沥青脉。可见,该区存在过一定规模的油气生成、运移过程。


 

图2 羌塘盆地QK-5天然气水合物钻探试验井中的黑色沥青脉


QK-6井和QK-7井位于羌塘盆地中央隆起带中部的鸭湖地区。QK-6井在220.13~246.40m之间处发现重要气体异常,并见气体溢出,利用可燃气体检测仪测试井口存在较高浓度的可燃气体,折算成纯甲烷浓度介于4860×10-6~ 5960×10-6之间。QK-7井气测录井结果显示,在192~640m之间多个岩层段发现烃类气体异常,气体异常层段累计厚度达135m;唢呐湖组全烃含量最高为4010×10-6,CH4含量最高为1409×10-6;土门格拉组全烃含量最高为4544×10-6,CH4含量最高为3309×10-6(图3)。如此高含量的烃类气体异常系羌塘盆地首次发现,初步证实上三叠统土门格拉组具备较强的生排烃能力,能为天然气水合物成矿提供良好的烃类气源。


 

图3 羌塘盆地鸭湖地区QK-2、QK-6和QK-7井气测显示对比图


1-第四系;2-渐新世唢呐湖组;3-上三叠统土门格拉组;4-第四纪沉积物;5-泥岩;6-粉砂质泥岩;7-泥质粉砂岩;8-细砂岩;9-中砂岩

(2)证实羌塘盆地鸭湖地区具备较好的天然气水合物成藏潜力。鸭湖地区位于羌塘盆地中央隆起带中部,主要出露地层有二叠系鲁谷组、上三叠统土门格拉组、中侏罗统夏里组、上侏罗统索瓦组、古近系始新统康托组和渐新统唢呐湖组、第四系更新统和全新统。其中,上三叠统土门格拉组为一套海陆交互相含煤碎屑岩沉积,为天然气水合物主要勘探目标层。地质、地球物理和钻探调查结果显示,鸭湖地区具备形成天然气水合物较好的冻土、气源、储集和构造条件。其中,气源条件最为关键,在鸭湖地区部署的三口天然气水合物调查井中均发现了明显的气体异常。QK-7井气测录井结果显示,在多个岩层段发现烃类气体异常(图3)。泥浆气和岩心顶空气样品的C同位素测试结果显示,在气体异常层段,泥浆气甲烷同位素值分布范围为-19.7‰~-18.3‰(平均值为-19.0‰),岩心顶空气甲烷同位素值分布范围为-19.6‰~-18.1‰(平均值为-18.5‰),指示烃类气体具有煤成气成因,土门格拉组含煤岩系为主要气源岩。基于钻井实测参数的天然气水合物稳定带厚度及底界深度预测结果显示,鸭湖地区天然气水合物稳定带厚度最厚为630m,底界最深为680m,进一步证实鸭湖地区天然气水合物成藏潜力较好。

(3)定量评价含冰冻土层对于浅层烃类气体封盖作用。结合钻井资料,从影响天然气水合物成藏角度提出羌塘盆地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(表1)。冻土层结构对天然气水合物温压条件具有一定的影响,当非含冰基岩冻土层存在时,其下伏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%时能完全有效地封盖住甲烷气体。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,而且含冰冻土层还限制着浅层烃类气体的向上运移,由此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。


表1 测量结果对比统计

 


(4)在室内成功合成“裂隙型”天然气水合物。将钻获的粉砂岩、灰岩岩心制备成直径3.8cm的圆柱形样品,并在样品长度方向用切割工具刻制宽度和深度在0~2mm的人工干预裂缝,作为实验介质骨架。气体采用甲烷,温度范围为-10~2℃,压力范围为0~5MPa。实验结果表明,当样品长度方向具有温度梯度时,岩心裂隙中有水合物生成,裂隙充填率可达到50%以上。在岩心裂缝中肉眼能够看到细脉状的水合物,并能够点火燃烧(图4)。当将岩心放入常温的水中时,岩心裂缝中的水合物快速分解,并产生大量的气泡,部分裂缝被胀裂。进一步实验分析显示,这种人工干预岩心裂缝中的水合物合成量与含水量、供气量、温度、压力条件有关。在水合物合成过程中,气体沿着裂缝渗流一定程度上加速水合物生成速度,并增加水合物生成量,但当气体渗流带走裂缝中的水分时,水合物合成量则不再增加。


 

图4 含裂隙岩心天然气水合物合成实验


A—岩心裂缝中白色物质为合成的天然气水合物;B—岩心裂缝中天然气水合物分解冒出甲烷气泡;C—岩心孔隙中天然气水合物分解冒出甲烷气泡;D—含天然气水合物岩心点火燃烧

(5)羌塘盆地冻土区发现新菌种—Youhaiella tibetensis。系统开展了羌塘盆地冻土区地下环境中微生物的多样性分析,采用稀释平板法,成功从QK-3井岩心中分离出1株新型杆状好氧细菌。该新菌种属于革兰氏阳性菌,宽0.3~0.7μm,长0.9~1.5μm,具有运动性,以二分裂方式进行繁殖,在细菌分类学上,属于变形菌门(Proteobacteria),生丝微菌科(Hyphomicrobiaceae),已被正式定名为“Youhaiella tibetensis”。该新菌种的发现,对于进一步了解羌塘盆地冻土区地下环境中微生物多样性和与烃类活动有关的微生物地球化学过程具有重要的理论意义。

3.成果意义

羌塘盆地被公认为中国陆域天然气水合物成矿条件和找矿前景最好的地区之一,制约找矿突破的关键是气源条件。液态油苗、炭质沥青、高压浅层气等系列油气显示的发现,证实羌塘盆地存在较好的气源条件,具备良好的天然气水合物找矿前景。钻井综合评价结果显示,位于羌塘盆地中央隆起带的鸭湖地区相比羌南的毕洛错和羌北的半岛湖地区更具有天然气水合物成藏潜力。因此,在鸭湖地区继续寻找充足的烃类气源,是下一步天然气水合物调查的主要方向。



[责任编辑:dc]

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