天然气水合物是一种极具潜力的新型能源,中国陆域永久冻土区天然气水合物资源具有极大的潜力。本文根据中国地质调查局在祁连山地区、羌塘盆地和漠河盆地天然气水合物远景区取得的大量地球化学调查数据和成果,分析总结了冻土区的温压条件、冻土条件、气源条件等,探讨了冻土区天然气水合物的成矿机制和制约因素,初步建立了冻土区天然气水合物的成藏模式,以期为下一轮的冻土区天然气水合物勘查提供地球化学技术支撑。

为探讨木里冻土区天然气水合物的烃类来源及成藏特征,应用地球化学反演方法,根据碳同位素和成熟度的关系,分析烃类的成因和来源,结合水合物赋存特征、地层埋藏史等研究水合物成藏特征。结果表明:木里冻土地区天然气水合物的烃类气体以油型气为主,浅部混有少量煤成气;前者主要来源于石炭统和下二叠统烃源岩,侏罗系烃源岩贡献较小。水合物成藏空间分布非均质性较强,纵向上不同层段的气体来源和充注特征具有较大差异,上部层段烃类成熟度较低,来源于早期常规油气藏破坏后逸散气体,混有少量水合物分解甲烷;中部层段甲烷具有"多阶"充注特征,有原油裂解气贡献,底部发育油气优势运移路径;下部层段烃类主要来源于深部烃源岩层(早二叠系和石炭系),具有"多阶"充注特征。水合物形成前的常规油气藏演化和水合物形成后的保存条件,是研究区天然气水合物成藏和展布的主控因素。

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。

从天然气水合物的温度、气源和水源等基本成藏要素着手,探索我国冻土区天然气水合物形成条件及可能的成藏模式。主要分析了羌塘盆地、祁连山地区以及漠河盆地油气地质条件和温度条件,并进一步总结了其天然气水合物成藏条件;其中,祁连山木里地区构造、气源和温度等条件相对较好,是目前冻土区天然气水合物勘探研究的有利区域。对木里地区天然气水合物的气源、石油地质条件及构造演化特征等方面的分析表明,断裂的发育控制了木里地区天然气水合物藏的形成,下部烃源岩生成的烃类气体在断层的作用下再次运移到水合物稳定带成藏;常规气藏经后期的构造抬升到水合物稳定带也可形成天然气水合物藏。