祁连山木里地区自2008年首次钻获到天然气水合物实物样品以来,其气源问题一直成为焦点。此次重点对神华青海能源开发有限责任公司投资项目实施的青海木里三露天天然气水合物系列钻井的岩心解析气的组成与甲烷碳及氢同位素、岩心顶空气的组成等进行了分析,结合不同钻井天然气水合物本身的气体组成和甲烷碳及氢同位素特征,进一步探讨了该区天然气水合物气源的成因与性质。结果显示:研究区内气源为混合成因,其中东部地区气源以微生物成因气为主,并混合少量热成因气;中西部地区气源以热成因气为主,其热解气具有原油裂解气特征,少部分具微生物改造气特征,同时还混合有部分微生物气及少量煤成气。

到目前为止,我国陆域冻土区天然气水合物仅限于青海木里三露天地区,钻井揭示该区天然气水合物分布较为分散,那么是什么地质控制因素影响到该区天然气水合物分布的不均匀性?基于此问题,此次在过去工作基础上,重点对神华投资项目实施的青海木里三露天天然气水合物系列钻井揭示的地质资料及各种样品分析测试结果进行综合分析,探讨该区天然气水合物气源成因类型、气源有效供应量、不同产状和性质断裂对天然气水合物形成与分布的控制作用。研究结果显示,研究区三露天发现天然气水合物的中西部地区气源以热解成因气为主,没有发现天然气水合物的东部地区气源则以微生物成因气为主,显示研究区气源成因类型对天然气水合物形成与分布具有重要控制作用。研究区西部地区气源有效供应量最好,中部地区次之,东部地区最差,这种气源有效供应状况直接影响着研究区中西部地区与东部地区天然气水合物形成与分布的差异性。F1、F2逆冲断层控制着研究区中西部天然气水合物的形成与分布;F1逆冲断层在研究区东中部地区产状和性质发生改变,不利于天然气水合物的形成与分布;F30正断层性质影响到研究区西部地区局部天然气水合物的形成与分布。

祁连山地区天然气水合物分布较为复杂,急需对该区天然气水合物成藏控制因素与成藏模式进行深入研究。本次重点对青海木里三露天天然气水合物系列钻井揭示的地质资料及各种样品分析测试结果进行综合分析,结果显示:该区天然气水合物气源以油型热解成因气为主,少部分在浅部混有部分微生物成因气及煤成气,这些油型热解成因气源主要由下部或更深部上三叠统或二叠系提供;当气源岩生成烃类气体后运移至浅部直接或间接由断裂连同泥岩、油页岩等封堵形成浅部气体聚集;浅部气体聚集体局部加入微生物成因气或煤成气,经过不晚于中更新世早期形成的岛状永久冻土作用,在天然气水合物稳定带内与水结合形成天然气水合物,当它们处在天然气水合物稳定带之外便在更浅部以异常高压气层或游离(吸附)气存在。由于气源类型与供应条件、运移与聚集条件、天然气水合物稳定带范围的不同,它们之间的匹配关系在不同位置具有很大的差异性,从而影响该区天然气水合物在横向平面上和纵向剖面上分布与产出的不均性。

对青海木里三露天地区DK8-19、DK10-16、DK10-17、DK11-14、DK12-13、DK13-11共6个天然气水合物钻孔岩心顶空气气体组分进行分析测试,并将获得的各孔岩心顶空气组分含量变化与天然气水合物及其异常层段、油气显示层段、断层或破碎带分布之间的空间关系进行对比分析。结果显示:6个钻孔岩心顶空气中烃类气体高含量区间均与天然气水合物及其异常层段、油气显示层段具较好的对应关系,其高值区间可作为天然气水合物、油气显示的一种指示;距断层或破碎带产出位置不同的岩心顶空气组分含量变化特征显示,不同级次的断裂系统为烃类气体向上运移提供通道,部分可为天然气水合物提供赋存空间。研究结果说明顶空气组成对天然气水合物及其异常现象、油气显示现象、烃类气体运移作用有重要指示意义。