陆域冻土区天然气水合物成矿机制较为复杂,水合物横向难以对比,形成机理不清楚,急需对天然气水合物迁移机理进行研究。文章根据祁连山冻土区天然气水合物发现区钻井揭示的地质和地球化学资料以及岩芯样品分析测试结果进行了综合分析。结果显示,研究区中侏罗统和上三叠统均为较好烃源岩,天然水合物气源以热解气为主,主要由上三叠烃源岩迁移和中侏罗统木里组烃源岩扩散提供,显示了多源多期次的特点。根据地质和地球化学分析,祁连山天然气水合物的形成经历了晚侏罗世—早白垩世的气体运移与聚集、中新世中晚期—上新世整体抬升、第四纪游离气体转化成天然气水合物矿藏3个阶段,经历了"先聚集-再抬升-后成藏"等过程,是构造-气候耦合作用的结果,初步建立了祁连山冻土区天然气水合物迁移机理。

青海南部开心岭-乌丽冻土区是青藏高原天然气水合物赋存的有利地区,该区二叠系那益雄组的烃源岩是形成天然气水合物的重要气体来源。为系统评价该地层烃源岩特征,对研究区钻井岩心泥岩样品进行了有机地球化学分析。结果表明,研究区烃源岩有机质含量较高,有机质成熟度为高-过成熟,且干酪根类型以II型为主。由于所测岩样现今埋深均较浅,长期的风化、淋滤作用导致实验测定的残余有机质丰度偏低,需要进行有机质丰度恢复以重新评价。综合分析认为,该区二叠纪那益雄组烃源岩达到了好的烃源岩评价标准。此外,该烃源岩在演化过程中已经产生并排出了大量的烃,且目前处于干气大量产生的阶段,被深大断裂导通的深部烃源岩可为天然气水合物的形成提供重要的气源。

为查明祁连山冻土区天然气水合物气源,在对该区可能烃源岩芳烃GC-MS分析的基础上,剖析了煤和泥岩的有机质来源、热演化程度和沉积环境。结果表明,研究区所有烃源岩样品中均检测到苯并蒽等陆源高等植物来源的芳烃化合物,且石炭系和侏罗系煤样1,2,5-TMN/1,3,6-TMN比值较高,分别为2.35和4.89,其余烃源岩样品该比值较低,为0.04～0.77,说明石炭系和侏罗系煤样陆源高等植物贡献较大,其余烃源岩样品则以低等水生生物输入为主;侏罗系（D-17）煤样F1和F2值分别为0.40和0.21,处于成熟阶段,其余烃源岩为高成熟烃源岩;侏罗系和二叠系煤样氧芴相对含量较高,分别为69.39%和40.92%,表征发育于氧化性环境,其余烃源岩氧芴含量较低,介于2.53%13.43%之间,为还原性环境沉积的烃源岩。

中国地质调查局2008年在南祁连盆地木里冻土区采集到了中国陆域第一例天然气水合物实物样品,对于天然气水合物的气体来源存在不同的认识。利用新完钻3口井样品的化验分析结果,分析了中侏罗统和上三叠统烃源岩有机地球化学特征。结果表明,中侏罗统江仓组、木里组煤系地层烃源岩有机质丰度较高,TOC（总有机碳含量）大于1%的样品占78.9%;氯仿沥青"A"含量大于0.1%的占总数的72.2%;有机质类型以Ⅱ2、Ⅱ1型为主;镜质体反射率R_o多介于0.7%1.2%之间;71个样品生烃潜量平均值为8.8mg/g,总体处于生烃高峰期的生油阶段或凝析油阶段,属于好、很好烃源岩,为天然气水合物主力生烃层系。上三叠统尕勒得寺组亦为煤系地层烃源岩,TOC含量大于1%的样品占76.9%;氯仿沥青"A"含量小于0.05%;有机质类型以Ⅲ、Ⅱ1型为主;镜质体反射率Ro介于1.1%1.77%之间;总体处于生湿气或干气阶段,但由于构造抬升影响其生烃潜量,平均值仅为0.35mg/g,当前整体生烃能力较差,为非烃源岩或较...

根据2014年野外地质调查和室内样品测试结果,分析根河多年冻土区天然气水合物形成条件。根河盆地红水泉组、莫尔根河组、满克头鄂博组发育了大量有效烃源岩,具有良好的生烃潜力。其烃源岩有机质处于成熟—过成熟阶段,以Ⅲ型为主。盆地发育有断裂构造,研究区被断裂构造切割成多个断块,形成了良好的油气运移通道。冻土层发育良好,具备形成天然气水合物的地质条件。

为了查明祁连山冻土区木里煤田天然气水合物的气源,从QH-1、QH-2、QH-3井采集侏罗系样品44块,在常规的岩石热解和有机碳分析的基础上,进行GC-MS分析和显微组分镜下鉴定。样品TOC在1.4%16.6%之间,Ro为0.71%0.79%;泥岩TI大于40,煤小于0。正构烷烃呈前峰型分布,主峰碳为C17-C19,Pr/Ph普遍大于1.1;三环萜烷以C19TT-C20TT为主峰,C24Te对C26TT有绝对优势;甾烷系列C27-C28-C29甾烷呈反"L"形分布;藿烷系列C31升藿烷占优势,C34、C35升藿烷含量低且G/C30H低,大部分小于0.2。结果表明,该区侏罗系烃源岩基本处于成熟阶段,有机质为Ⅱ2型-Ⅲ型,主要来自陆相高等植物输入,为河湖沼泽相沉积。有机质丰度较高,属中等-好烃源岩。综合分析认为,研究区侏罗系烃源岩处于成熟度阶段但未到主生气期,不是研究区水合物主力气源岩。

祁连山冻土区90个烃源岩样品测试分析的结果表明,侏罗系烃源岩基本处于成熟阶段;有机质为Ⅱ2型和Ⅲ型,主要来自陆相高等植物输入,为山间河湖沼泽相沉积;有机质丰度较高,是中等—好烃源岩。该区石炭系—三叠系烃源岩基本处于高成熟阶段;有机质主要为Ⅱ型,有机质来源为混源输入,为陆表海—滨海三角洲相沉积;有机质丰度较高,为中等—好烃源岩。天然气水合物主要为混合成因气。综合分析认为,侏罗系烃源岩正处于成熟阶段,有部分生气,而三叠系烃源岩处于主生气期,因此,推测三叠系和侏罗系烃源岩可能是该区天然气水合物的有利供气源岩。

为了查明祁连山冻土区木里天然气水合物的气源,开展冻土区三叠系烃源岩研究工作。按照深度顺序,对JN井1 300多米的岩心取芯,然后和露头样品一起进行实验测试。首先对采集到的36个样品进行常规的有机碳和岩石热解实验,分析其成熟度和生烃潜力;然后选出9个样品进行有机岩石学显微组分镜下鉴定;最后遴选出4个样品进行索氏抽提实验并进行色谱-质谱分析检测。研究结果表明,该区三叠系烃源岩基本处于高成熟阶段;有机质为Ⅱ型和Ⅲ型,有机质来源为混源输入,为陆表海-滨海三角洲相沉积;有机质丰度较高,为中等-好烃源岩。综合分析认为,冻土区三叠系烃源岩可能是该区天然气水合物的有利供气源岩。

随着天然气水合物的发现,祁连山冻土区成为勘探研究重点区块。通过系统的野外露头采样,在进行有机碳测试、镜质体反射率等常规地球化学分析的基础上,运用气相色谱-质谱分析技术,探讨了研究区烃源岩有机质的母质来源、沉积环境以及热演化程度。研究结果表明:研究区样品热演化程度均较高,主要处于高成熟阶段,且C25四环萜烷可能是研究区潜在的有机质高演化阶段特征性标志物。样品母质来源为陆源高等植物与低等水生生物的双重贡献。泥岩姥植比小于1.0、伽马蜡烷值小于0.2,形成于淡水还原环境;而煤样姥植比大于1.0,主要形成于偏氧化环境,以高等植物贡献为主。结合研究地区的沉积相,石炭系、二叠系主要为海陆交互相,侏罗系为湖沼相沉积,煤样可溶烃的生物标志物同样反映这一变化特征。

以近两年天然气水合物资源勘查与试采工程国家专项在青海南部乌丽—开心岭冻土区开展的气源岩调查资料为基础,重点对上二叠统乌丽群那益雄组和上三叠统结扎群巴贡组烃源岩的有机地球化学指标进行分析。结果显示研究区上二叠统乌丽群那益雄组和上三叠统结扎群巴贡组烃源岩有机质含量中等,有机质类型主要为III型,且成熟度较高,大多数样品有机质达到高成熟或过成熟,处于生湿气和干气阶段,能够产生大量烃类气体来满足该区天然气水合物形成时所需的气源条件;上二叠统那益雄组泥岩和上三叠统巴贡组灰岩可成为该区天然气水合物的主要气源岩。