羌塘盆地吐錯(cuò)—烏蘭烏拉湖地區(qū)天然氣水合物水文地質(zhì)特征及意義

劉君豪 顏澤

摘要：研究羌塘盆地吐錯(cuò)—烏蘭烏拉湖地區(qū)天然氣水合物水文地質(zhì)特征，輔助有利區(qū)預(yù)測(cè)。通過(guò)水化學(xué)特征、水中烴類氣體特征、水中氫氧同位素特征，總結(jié)研究區(qū)天然氣水合物水文地質(zhì)特征，輔助研究成藏條件，優(yōu)選有利區(qū)塊。結(jié)果表明：研究區(qū)地下水的礦化度以淡水為主，但仍然存在40%的咸水、鹽水等高礦化度水，結(jié)合水樣變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)的結(jié)果得出，研究區(qū)整體水動(dòng)力條件較弱，且離地表較深的承壓水以還原為主，優(yōu)選有利區(qū)，為下一步地球物理、地球化學(xué)勘探部署提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：天然氣水合物;水文地質(zhì)特征;有利區(qū)預(yù)測(cè);羌塘盆地

天然氣水合物（Gas Hydrate）指在特定的壓力和溫度條件下，甲烷氣體分子天然地被封閉在水分子的擴(kuò)大晶格中，呈固態(tài)的結(jié)晶化合物。隨著世界上石油、天然氣資源的日漸耗盡，各國(guó)的科學(xué)家正在致力于尋找新的接替能源。其潛在的戰(zhàn)略意義和可觀的經(jīng)濟(jì)效益引起許多國(guó)家政府的高度重視，并成立專門機(jī)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)研究，使其成為21世紀(jì)潛在新能源研究的新熱點(diǎn)。

近年來(lái)青藏高原多年凍土區(qū)是否存在天然氣水合物引起了較大的關(guān)注。初步估計(jì)多年凍土區(qū)天然氣水合物儲(chǔ)量約為1.2×1011～2.4×1014m3。而羌塘盆地是青藏高原內(nèi)部海相地層保存最為完整，結(jié)合樣品的室內(nèi)分析，重點(diǎn)討論了吐錯(cuò)-烏蘭烏拉湖地區(qū)的水化學(xué)特征，從而獲得與天氣水合物或油氣有關(guān)的水文地球化學(xué)信息，為輔助天然氣水合物的有利區(qū)預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

1.區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于北羌塘凹陷，航磁資料顯示在北羌塘凹陷內(nèi)部還可進(jìn)一步劃分若干次級(jí)凸起和凹陷（圖1），這些凸起和凹陷在平面上相間排列，總體上顯示近東西向帶狀展布。單個(gè)凸起呈狹長(zhǎng)帶狀，延伸方向?yàn)镹WW向，其次為NEE向，少量呈EW向延伸，這些凸起互相連結(jié)，構(gòu)成明顯的棋盤格（網(wǎng)格）狀組合圖像;凹陷被狹長(zhǎng)條帶狀凸起分隔，其形態(tài)多為菱形、長(zhǎng)條形，凹陷總體為展布方向?yàn)镋W向，單個(gè)凹陷展布方向?yàn)镹WW向，其次為NEE向（圖1）。

2.樣品與方法

所采集的泉水樣品主要為地表天然出露的上升泉或下降泉，少數(shù)幾個(gè)為溫泉及泥火山水樣。泉水大多為冷泉，在抱布德一帶見有溫泉分布，溫度約25°C～35°C。泉水位置見圖2。

3.水文地質(zhì)條件探討

3.1水化學(xué)特征

本次對(duì)48個(gè)樣品進(jìn)行了陰陽(yáng)離子的測(cè)試分析，包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-等離子（表1），通過(guò)這些離子含量可以對(duì)水樣進(jìn)行化學(xué)類型分類，判斷地下水化學(xué)環(huán)境，判斷與天然氣水合物的關(guān)系。

（1）水型。按照蘇林分類的原則，將研究區(qū)水樣進(jìn)行化學(xué)類型分類，其中水樣水的化學(xué)類型為硫酸鈉型（Na2SO4）有17件，占35%;重碳酸鈉型（NaHCO3）17件，占35%;氯化鎂型（MgCl2）13件，占28%;氯化鈣型（CaCl2）1件，占2%。集分布于赤布張錯(cuò)以南一帶，可能與地下油氣藏有關(guān)。CaCl2型水有1件，位于研究區(qū)中部節(jié)節(jié)河以西，反映該地區(qū)地下水良好的封閉性。（2）礦化度。礦化度的劃分標(biāo)準(zhǔn)0mg/L～1000mg/L為淡水，1000mg/L～10000mg/L為咸水，10000mg/L～100000mg/L為鹽水，大于100000mg/L為鹵水。根據(jù)研究區(qū)水樣所獲得的47個(gè)TDS（總?cè)芙夤腆w）數(shù)據(jù)，平均礦化度為4544mg/L，其中淡水28件，占60%;咸水16件，占34%;鹽水3件，占6%（圖2）。

（3）銨根離子。銨直接來(lái)自有機(jī)質(zhì)（其中包括石油），而且是在缺氧的還原環(huán)境中形成的，所以同油氣關(guān)系密切，地下水中高含量（>100mg/L）的銨可作為與油氣藏有關(guān)的地下水特有指標(biāo)，但不同地區(qū)作為含油氣性指標(biāo)的銨的絕對(duì)含量可以有些差別。研究區(qū)48件水樣，僅有9件檢測(cè)出銨根離子（圖3）。

（4）變質(zhì)系數(shù)、脫硫系數(shù)。前人研究表明，變質(zhì)系數(shù)（gNa+/gCl-）、脫硫系數(shù)（gS042-/gCl-×100）可以反映地層水化學(xué)環(huán)境和水動(dòng)力條件，與油氣藏的分布和保存有密切關(guān)系。

如表2，變質(zhì)系數(shù)（gNa+/gCl-）小于1，則表示該水樣代表的地下水體水動(dòng)力較弱，水交替呈阻滯狀態(tài)，有利于油氣及天然氣水合物的保存;變質(zhì)系數(shù)為1～2之間，表示該水樣代表的地下水體水動(dòng)力交替緩慢，油氣及天然氣水合物的保存條件中等;若變質(zhì)系數(shù)大于2，則表明該水樣代表的地下水體水動(dòng)力交替較強(qiáng)，不利于油氣及天然氣水合物的保存。

如表2，脫硫系數(shù)小于1，表示該水樣代表的地下水體位于還原環(huán)境，有利于油氣或天然氣水合物的形成;脫硫系數(shù)為1～15，則表示該水樣代表的地下水體位于弱還原環(huán)境，比較有利于油氣或天然氣水合物的形成;而脫硫系數(shù)大于15，則為弱氧化環(huán)境，大于50為氧化環(huán)境，不利于油氣或天然氣水合物的形成。

3.2水中烴類氣體特征

對(duì)泥漿樣和水樣的水溶性烴類氣體進(jìn)行測(cè)試分析，其中qs-11c、qs-12c樣品采自泥火山泥漿，其他樣品均為泉水、凍土水，測(cè)試結(jié)果見表3。

3.3水中氫氧同位素特征

如表4所示，研究區(qū)氫氧同位素變化較大，氫同位素δD值（‰）的變化范圍為-124.8～-72.9之間，平均值為-107.7;氧同位素δ18O值（‰）的變化范圍為-17.3～-9.7之間，平均值為-14.0。

如圖4，樣品氫氧同位素分區(qū)明顯，qs-7t、qs-8t、qs-9t、qs-10t、qs-11t、qs-12t等6件樣品氫氧穩(wěn)定同位素偏負(fù)，這些樣品均取自溫泉樣品，可能是其溫度較高蒸發(fā)較大所致。

4.結(jié)論

（1）根據(jù)水化學(xué)類型分析的結(jié)果表明，在赤布張錯(cuò)以南一帶，NaHCO3型水分布密集，這可能與地下油氣藏有關(guān)，在該帶可能具有潛在的油氣藏。

（2）研究區(qū)中部節(jié)節(jié)河以西具有CaCl2型水，反映該地區(qū)地下水良好的封閉性。

（3）研究區(qū)地下水的礦化度以淡水為主，但仍然存在40%的咸水、鹽水等高礦化度水，說(shuō)明研究區(qū)具有天然氣水合物的良好保存條件。

（4）在研究區(qū)中部及吐錯(cuò)以南地區(qū)，地下水銨根離子含量較高，有機(jī)質(zhì)相對(duì)豐富，有利于天然氣水合物的形成。

（5）根據(jù)水樣變質(zhì)系數(shù)和脫硫系數(shù)的結(jié)果得出，研究區(qū)整體水動(dòng)力條件較弱，且離地表較深的承壓水以還原為主，有利于天然氣水合物的形成和保存。

（6）根據(jù)水中烴類氣體及氫氧同位素特征表明，在泥火山及溫泉分布地區(qū)可能具有潛在的油氣藏。

綜上所述，在研究區(qū)中部節(jié)節(jié)河以西及吐錯(cuò)-赤布張錯(cuò)以南一帶，是尋找天然氣水合物的有利區(qū)。

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