青海烏麗地區(qū)氣體水合物存在的可能性

覃雨璐 朱貝爾 袁鐸 覃英倫

摘 要：青海省烏麗地區(qū)經(jīng)過復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動，形成天然凍土層，對氣體水合物形成和保存極為有利。為了研究該地區(qū)氣體水合物存在的可能性，本文從構(gòu)造特征、賦存條件、鉆井和地震特征進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：烏麗地區(qū)上二疊統(tǒng)那益雄組存在生烴的煤系地層;構(gòu)造運(yùn)動形成的裂縫和溶蝕孔隙有效貫通生烴層和儲集層;多年凍土層和致密安山巖的有效封蓋，使該地區(qū)具備形成氣體水合物的條件。

關(guān)鍵詞：烏麗地區(qū);氣體水合物;賦存條件;鉆井特征;地震特征

中圖分類號：P618文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）10-0128-03

Analysis on the Possibility of Existence of Gas Hydrate in Wuli Area Qinghai Province

QIN Yulu1，2 ZHU Beier2 YUAN Duo3 QIN Yinlun4

（1.Guangdong Youse Industrial Construction Inspection Station Co.， Ltd.，Guangzhou Guangdong 510000;2.Sinopec Geophysical Corporation Huabei Branch，Zhengzhou Henan 450000;3.Research Institute of Engineering Investigations and Design Co.， Ltd.，Xi'an Shaanxi 710043;4.Guangxi Investment Group Energy Group Co.， Ltd.，Nanning Guangxi 530000）

Abstract： Wuli area of Qinghai had experienced complex tectonic movement and formed natural permafrost. It is very favorable for the formation and preservation of gas hydrate. In order to study the possibility of gas hydrate in this area， this paper analyzed the structural characteristics， occurrence conditions， drilling and seismic characteristics， and drew the following conclusions： there are coal measures strata generating hydrocarbon in the upper Permian Nayixiong formation in Wuli area; Fractures and dissolution pores formed by tectonic movement can effectively connect hydrocarbon generation and reservoir; Due to the effective sealing of permafrost and tight andesite， the area has the conditions to form gas hydrate.

Keywords： Wuli area;gas hydrate;reserve conditions;drilling characteristics;seismic characteristics

自20世紀(jì)80年代以來，研究天然氣水合物成為國際趨勢。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是：一方面，陸上能源有限;另一方面，隨著全球變暖，天然氣水合物溶解將引發(fā)一系列地質(zhì)問題，引發(fā)國際社會的廣泛關(guān)注。2008年11月，我國在青海木里多年凍土帶成功鉆獲天然氣水合物。與其他國家高緯度凍土帶略有不同，我國多年凍土帶多位于中低緯度，因此，研究意義重大。本文主要從地球化學(xué)、測井和地球物理特征三方面識別多年凍土帶地層中氣體水合物。

1 地質(zhì)背景

1.1 地理位置

烏麗凍土區(qū)位于青海省玉樹藏族自治州，大致地理坐標(biāo)范圍：東經(jīng)92°30′—93°30′，北緯34°00′—34°30′。整體地形為西高東低，平均海拔在4 800 m左右，年平均氣溫為-4.4 ℃，現(xiàn)今平均地溫梯度為2.1 ℃，常年的低氣溫和地溫梯度使得烏麗地區(qū)凍土普遍發(fā)育。

1.2 區(qū)域構(gòu)造位置

根據(jù)大地構(gòu)造理論，青藏高原由塔里木地體、昆侖山地體、可可西里-巴彥喀拉地體、羌塘地體、喜馬拉雅地體先后碰撞、拼接到亞洲大陸上形成，5條縫合帶將它們彼此分隔。烏麗凍土區(qū)緊靠金沙江縫合帶，又處于青藏高原第一磨拉石帶上，在六大地體拼合過程中經(jīng)歷了劇烈運(yùn)動，發(fā)育了多期多方向斷裂，地層擠壓抬升，出現(xiàn)嚴(yán)重缺失[1]。

1.3 地層巖性特征

烏麗地區(qū)主要發(fā)育上二疊統(tǒng)和上三疊統(tǒng)地層，殘存部分下二疊統(tǒng)地層統(tǒng)稱為開心嶺群。上二疊統(tǒng)那益雄組為海陸交互相濱海平原型沉積，由灰～深灰色、厚～中厚層粉砂質(zhì)黏土巖、灰質(zhì)頁巖與鈣質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖互層，夾煤層、灰?guī)r及巖屑砂巖構(gòu)成;上二疊統(tǒng)拉卜查日組為淺海-濱淺海相碎屑巖和碳酸鹽巖沉積;上三疊統(tǒng)結(jié)扎群甲丕拉組為淺海-濱淺海相碎屑巖，可見小規(guī)?；鸪蓭r侵入;上三疊系結(jié)扎群巴貢組為海陸交互相濱海三角洲型沉積，由一套灰-深灰色細(xì)粒砂巖、粉砂巖、碳質(zhì)泥巖組成。

2 構(gòu)造特征

2.1 構(gòu)造單元劃分

烏麗地區(qū)在構(gòu)造上位于羌塘地體北部的烏麗-囊謙一帶，所形成的構(gòu)造主要發(fā)生在華力西期，北部的子曲和南部的他念他翁北坡斷裂分別為研究區(qū)的二級構(gòu)造邊界。從構(gòu)造劃分圖（見圖1）可以看出，研究區(qū)位于北部的茶措斷陷和南部的沱沱河斷陷之間的烏麗-達(dá)哈斷隆，且偏向于斷隆西側(cè)，并向南部的沱沱河斷陷延伸[2]。

從圖1可知，研究區(qū)內(nèi)斷裂方向主要為北西西向和北西向，其中北西西向為主控斷裂，將研究區(qū)分成東西向條帶，控制盆地的沉積及后期改造，以逆沖推覆為主要特征;北西向為后期斷裂，將條帶狀地質(zhì)體切割分塊，具有明顯的雁列式形態(tài)，空間分布較為零散。

2.2 構(gòu)造演化特征

烏麗-開心嶺地區(qū)位于羌塘地體北部，其北部為金烏蘭-金沙江縫合帶，總體趨勢為北高南低，地層向南傾伏。二疊紀(jì)末羌塘地體與可可西里-巴顏喀拉地體碰撞，烏麗地區(qū)作為弧后盆地相對沉降，形成晚二疊世沉積期前的基礎(chǔ)構(gòu)造骨架。早三疊世研究區(qū)隆升剝蝕無沉積記錄，中三疊世古特提斯洋張裂形成洋盆，沉積海陸交互相和淺海相。羌塘地體與可可西里-巴顏喀拉地體在印支運(yùn)動的作用下進(jìn)一步擠壓，古特提斯洋于早侏羅世徹底關(guān)閉，燕山運(yùn)動早中期，受班公湖-怒江海槽關(guān)閉的影響，研究區(qū)整體擠壓抬升，受到強(qiáng)烈剝蝕。喜山運(yùn)動研究區(qū)由于弧后應(yīng)力作用，出現(xiàn)很深的拉張帶，中上新世之后，老地層逆沖到古近系之上，并被剝蝕，形成今天的沉積格局[3]。

3 賦存條件分析

從ZK1、ZK16-2、ZK0-6和ZK8-2井的那益雄組采取48個巖心樣品進(jìn)行地化分析。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，那益雄組下段煤系泥巖有機(jī)質(zhì)含量優(yōu)于上段，其中，中等烴源巖占16%，好烴源巖占2%。干酪根屬腐殖質(zhì)，ZK1和ZK16-2井鏡質(zhì)體反射率大于4%，處于過熟階段。

烏麗地區(qū)上二疊統(tǒng)那益雄組煤系地層主要巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖。由鉆孔巖芯可觀察到，局部巖芯發(fā)育大量裂縫和溶蝕孔隙。ZK0-6、ZK1和ZK16-2巖石物理測試結(jié)果顯示，孔隙度為6%～10%，平均為8%，滲透率為0.2×10-3～2.3×10-3 μm2。這些裂縫和孔隙為流體匯聚提供了有效通道，也為天然氣和水源結(jié)合提供了有利儲集空間。

從烏麗地區(qū)的構(gòu)造發(fā)育史看，該區(qū)早期構(gòu)造活動強(qiáng)烈，且持續(xù)時間長，發(fā)育深大斷裂，破壞下層油氣藏，為水合物形成提供烴類氣體;新構(gòu)造運(yùn)動主要表現(xiàn)為斷塊差異性隆升，內(nèi)部相對平靜，對油氣藏破壞性小。

烏麗地區(qū)部分區(qū)域多年凍土層厚度大于100 m，具備封蓋天然氣使之與流體形成水合物的條件。此外，ZK1鉆孔內(nèi)那益雄組鑒定出2套致密、硬度高的安山巖，封蓋性能較好，可以直接作為天然氣水合物的局部蓋層。

4 水合物存在的可能性

烏麗地區(qū)多口鉆井在施工過程中發(fā)生井噴和井涌現(xiàn)象，說明地層內(nèi)氣體充足。ZK1井那益雄組下段鉆遇1.4 m灰黑色泥質(zhì)粉砂巖，其釋放的氣體在空氣中能點燃，且?guī)r芯經(jīng)長時間暴露，表面會產(chǎn)生蜂窩狀小孔。

2015年與2016年，在烏麗地區(qū)布置另外兩口調(diào)查井TK-2和TK-3，以那益雄組作為目的層。TK-2井現(xiàn)場巖心浸泡出現(xiàn)大量冒泡現(xiàn)象，釋放的氣體遠(yuǎn)超過其孔隙所占體積。經(jīng)實驗室氣象色譜分析，氣體主要組分為CO2和CH4，其中，CO2含量69.66%～99.98%，一般大于90%，CH4含量在0.01%～40%，大部分小于10%，且氣體釋放過程中不斷有水珠滲出，指示可能存在天然氣。TK-3井在鉆探過程中用氣測錄井技術(shù)對泥漿中的氣體組分和含量進(jìn)行測量，氣體組分主要為CO2[4]。

含水合物地層通常物性相對均勻，在地震剖面上表現(xiàn)為弱振幅反射帶，也稱為空白帶。多年凍土層中空白帶一般與海底模擬反射層（Bottom Simulating Reflector，BSR）相伴而生。水合物含量越高，地層越均勻，振幅越弱，空白程度越高;地層中含水合物較少，則振幅減弱不明顯[5]。從烏麗地區(qū)某測線的均方根振幅屬性剖面（見圖2）可以看出，BSR和上覆空白帶，與那益雄組所在層位基本吻合，進(jìn)一步驗證了鉆井TK-2、TK-3所揭示的烏麗地區(qū)那益雄組存在天然氣水合物的信息。

天然氣水合物儲集層與石油、天然氣儲集層一樣，相對圍巖為高電阻率，由此可區(qū)別天然氣水合物儲集層與圍巖。

5 結(jié)語

通過對烏麗地區(qū)構(gòu)造、天然氣水合物賦存條件和存在可能性進(jìn)行分析，得出以下幾點結(jié)論。

①烏麗地區(qū)所在的羌塘地體經(jīng)歷加里東到喜山期運(yùn)動，發(fā)育了多期次多方向斷裂，北北西向為主控斷裂，將研究區(qū)分成東西向條帶;北西向為后期斷裂，具有雁列式形態(tài)。

②該區(qū)主要沉積了上二疊統(tǒng)那益雄組海陸交互相濱海平原型沉積、拉卜查日組淺海-濱淺海相碎屑巖和碳酸鹽巖沉積;上三疊統(tǒng)結(jié)扎群甲丕拉組淺海-濱淺海相碎屑巖、結(jié)扎群巴貢組海陸交互相濱海三角洲型沉積;主要巖性有碎屑巖、砂巖、粉砂巖、黏土巖、泥巖和碳酸鹽巖。

③該區(qū)主要目的層上二疊統(tǒng)那益雄組下段烴源巖優(yōu)于上段，有機(jī)質(zhì)成熟度很高，處于過熟階段，干酪根類型為腐殖型;由鉆孔巖芯觀察到局部巖芯發(fā)育大量裂縫和溶蝕孔隙，為流體匯聚提供有效通道，也為天然氣水合物儲集提供空間;部分多年凍土層厚度大于100 m，具有封蓋天然氣并使之與流體形成水合物的作用;致密安山巖也可以作為天然氣水合物局部蓋層。

④該區(qū)多口鉆井施工過程中發(fā)生井噴或者井涌;鉆出巖芯釋放氣體在空氣中能點燃，經(jīng)檢驗主要成分為CO2和CH4，其中CO2占比較大;氣體釋放過程中有水珠滲出;巖芯長時間暴露表面會產(chǎn)生蜂窩狀小孔。這些鉆井相關(guān)特征均指向該區(qū)含有天然氣水合物。

⑤該區(qū)的地震響應(yīng)特征表現(xiàn)為天然氣水合物所特有的BSR和振幅空白帶，測井曲線中的電阻率均與鉆井符合，進(jìn)一步驗證該區(qū)存在天然氣水合物。

參考文獻(xiàn)：

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[4]劉暉，祝有海，龐守吉，等.青海烏麗地區(qū)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物賦存的重要證據(jù)[J].中國地質(zhì)，2019（5）：1243-1244.

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