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青海乌丽地区发现天然气水合物赋存的重要证据

发布时间:2017年11月30日
来源:中国地质调查局 作者:刘晖 张家政 张帅


摘要:为探索青海南部冻土区天然气水合物成藏地质条件,在乌丽地区部署实施了TK-2、TK-3两口天然气水合物钻探试验井。在钻探过程中,发现岩心气体释放、水珠渗出、红外低温异常、地球物理测井响应等天然气水合物赋存的重要证据,证实青南冻土区具备良好的天然气水合物找矿前景。

1.项目概况

乌丽地区位于青海省南部唐古拉山北麓,长江源头沱沱河一带,是中国陆域冻土区天然气水合物找矿远景区之一。青海南部冻土区TK-2、TK-3天然气水合物钻探试验井,隶属于“陆域天然气水合物资源勘查与试采”工程下设项目“青南藏北冻土区天然气水合物资源勘查”,由中国地质调查局油气资源调查中心、中国地质科学院勘探技术研究所等单位承担。项目周期为2014—2015年。主要目标任务是在青南藏北冻土区开展地质、地球物理、地球化学和钻井调查,实现天然气水合物的战略性发现,评价其资源潜力。2015年和2016年,在该区部署实施了天然气水合物调查井TK-2、TK-3井,主要目的层为上二叠统那益雄组,在钻探过程中发现岩心气体释放、水珠渗出、红外低温异常、地球物理测井响应等天然气水合物赋存的重要证据(图1)。


 

图1 青南乌丽地区天然气水合物钻探试验井TK-2井综合柱状图


2. 成果简介

(1)岩心气体释放和水珠渗出。天然气水合物由水分子和气体分子在低温高压条件下形成。当岩心被取出后,由于温度升高压力降低,天然气水合物逐渐开始分解,岩心表面不断冒出的气泡和渗出的水珠是天然气水合物存在的重要证据。TK-2井在60~310m之间的多个层段发现岩心气体释放现象,可以直接观察到在岩心表面有强烈的气泡冒出(图2-a),冒泡时间长短不一,最长可持续近10min,气体释放量远大于岩心的孔隙率,气体释放完后岩心表面可见蜂窝状的细小气孔分布。同时,伴随气体释放过程在岩心表面不断有水珠渗出(图2-b)。这些异常特征均显示天然气水合物存在。


 

图2 青海乌丽地区TK-2井与天然气水合物相关的异常现象


a—岩心气体释放(冒泡),61m;b—细砂岩表面水珠渗出,220.5m;c—细砂岩断面红外低温异常,234.0m

(2)红外测温呈现低温异常。当含有天然气水合物的岩心被提至地面后,伴随着温度升高,压力降低,就会促使天然气水合物分解。天然气水合物分解是一个吸热过程,这将使天然气水合物分布区及其围岩的温度明显降低。TK-2井岩心取出后,利用红外热像仪(FLIE T200型)对其进行扫描,在多个岩心横切面和裂隙面发现明显的低温异常,与周围的温差约4℃(图2-c),指示可能存在天然气水合物。

(3)地球物理测井响应。地球物理测井是野外确定天然气水合物的重要标志之一。通常含天然气水合物层的密度减小,具有相对高的电阻率和波速偏移,同时井径增大。TK-2井在250~450m之间具有多层天然气水合物赋存的低密度、高侧向电阻率和高声波波速的证据(图3),而且测井曲线显示的天然气水合物赋存层位与岩心气体释放、钻孔孔口气体释放异常具有显著的一致性,充分说明这些层段可能赋存有天然气水合物。


 

图3 青海乌丽地区TK-2井测井曲线图及天然气水合物异常显示层段

(红色图框指示水合物异常层)


(4)自生矿物。天然气水合物赋存的岩性主要为细砂岩、粉砂岩和泥质粉砂岩。TK-2井在150~700m的多层段发育与天然气水合物分解密切相关的自生碳酸盐和黄铁矿矿物(图4),这些黄铁矿与裂隙关系密切,反映出黄铁矿的产生与流体活动密切相关,可能是天然气水合物曾经存在的重要证据。


 

图4 青南乌丽地区TK-2井多层段发育自生碳酸盐和黄铁矿


(5)气体组分。在TK-2井钻探过程中通过2种方法采集了气体样品:一是对明显气体释放异常的岩心通过排水法收集气体样品,保存在密封玻璃瓶中;另一种方法是通过采集顶空气样品进而分析岩心中吸附的气体组分。在实验室利用气相色谱法对收集的气体进行检测,发现气体组分主要为二氧化碳和甲烷,其中CO2含量在69.66%~99.98%之间,一般大于90%,CH4含量在0.01%~40%之间,大部分小于10%(图1)。TK-3井的气测录井结果同样显示,气体组分主要为二氧化碳(图5)。推测该类型水合物可能为二氧化碳型水合物。


 

图5 青南乌丽地区TK-3井气测录井图


3. 成果意义

青海南部乌丽地区TK-2井发现的岩心气体释放、“冒汗”、红外低温、点火助燃、测井异常等特征,揭示出该区天然气水合物赋存的重要证据,证实青南藏北冻土区具备良好的天然气水合物找矿前景,为中国陆域天然气水合物调查打开了一个新窗口。同时高含量二氧化碳气体的发现对青藏高原能源、环境和气候研究有重要意义。





[责任编辑:dc]

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