天然氣水合物gashyraes的形成環(huán)境及分布

天然氣水合物gashyraes的形成環(huán)境及分布

天然氣水合物主要由水面和氣體分子通過低溫和高壓形成，形狀像冰。它是一種特殊的形狀（固體）或特殊類型（非正式）天然氣（潘仲祥等，1986；德金星等，1989；張浩福等，1989）。因其中的氣體主要是甲烷,故又稱甲烷水合物(methanehydrates)。在自然界,特殊的形成條件,決定了此類化合物主要分布于近大陸邊緣的海底和多年凍土區(qū)(Sloan,1998;Majorowiczetal.,2000;Makogonetal.,2007;Makogon,2010)。近年來,因在能源、災(zāi)害環(huán)境和氣候變化等方面的潛在影響(Kvenvolden,1988a,1988b;Collett,2002;Macdonald,1990;Nisbet,1990;Paulletal.,1991;Maslinetal.,1998;Bouriaketal.,2000;Milkovetal.,2000;Kennedyetal.,2001;Collett,etal.,2009),這種化合物已成為包括地學(xué)在內(nèi)的當(dāng)代科學(xué)研究的熱點。多年凍土區(qū)是天然氣水合物的主要形成及分布環(huán)境之一,雖然海底的水合物分布更廣,資源規(guī)模更大(Makogon,2010)。盡管北極地區(qū)天然氣水合物的有關(guān)勘探成果顯示,多年凍土區(qū)的這類化合物可能主要分布于地下130～2000m的沉積地層中(Collett2002;Makogon,2010),但西伯利亞西部Yamal半島的勘探表明,由于多年凍土本身的自保護(hù)效應(yīng),地下60～80m的凍土層內(nèi)仍可有殘留天然氣水合物分布(Chuvilinetal.,1998;Yakushev,2000)。西伯利亞北極陸架Laptev海S-2井在68.2m井段鉆遇天然氣水合物(Safronov,etal.,2010)的事實則進(jìn)一步說明,多年凍土區(qū)的天然氣水合物可能具有更淺的分布深度。東北漠河地區(qū)地處我國大興安嶺北端。區(qū)域上,森林廣布,水系縱橫,年氣溫低。不僅是我國最為寒冷的地區(qū),也是我國多年凍土的主要分布區(qū)之一。與已經(jīng)發(fā)現(xiàn)天然氣水合物并進(jìn)行開采或試開采的西伯利亞的Messoyakha、阿拉斯加北部的Prudhoe灣和加拿大北部的Beaufort-Mackenzie盆地同屬高緯度凍土,理應(yīng)具有天然氣水合物形成的良好條件。近幾年,我們以天然氣水合物為目標(biāo),在充分開展成藏地質(zhì)背景調(diào)查的基礎(chǔ)上,通過地球物理、地球化學(xué)勘查,借助水合物形成的溫壓條件、地下水鹽度、氣體組成和異常標(biāo)志分析,初步展示出該區(qū)域天然氣水合物成藏的良好前景。而且最為重要的是,與該區(qū)域一系列成藏條件類似的西伯利亞北極陸架LaptevSea和我國祁連山多年凍土區(qū)天然氣水合物的相繼發(fā)現(xiàn)(Safronov,etal.,2010;祝有海等,2010),更顯示了該區(qū)域天然氣水合物的形成潛力。該區(qū)域已成為我國多年凍土區(qū)天然氣水合物形成最具潛力的地區(qū)之一。雖然我國已先后在南海和青藏高原北緣的祁連山多年凍土區(qū)發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物,但關(guān)于我國高緯度多年凍土區(qū)——東北漠河地區(qū)天然氣水合物的形成、分布及研究的相關(guān)報道迄今尚未見到?；诖?本文將從對天然氣水合物形成至關(guān)重要的區(qū)域構(gòu)造及地層充填等區(qū)域地質(zhì)背景分析入手,以3年來區(qū)內(nèi)大多數(shù)露頭(大約11條)和4口鉆井巖心剖面的油氣地質(zhì)調(diào)查研究為基礎(chǔ),結(jié)合區(qū)域多年凍土厚度、溫壓條件、11個巖心吸附烴和42個泉水水溶烴的系統(tǒng)分析,運用上世紀(jì)90年代興起于國際石油地質(zhì)界(即含油氣系統(tǒng),petroleumsystem),新近又被國外有關(guān)學(xué)者引入天然氣水合物勘查研究領(lǐng)域,但在國內(nèi)天然氣水合物勘查研究領(lǐng)域尚未引起關(guān)注的天然氣水合物系統(tǒng)(gashydratepetroleumsystem)(Boswelletal.,2010;Collette,2008,2009,2011)的理論和方法,探討漠河多年凍土區(qū)天然氣水合物的形成、分布及成藏潛力。1中、晚三大構(gòu)造格局漠河地區(qū)主要發(fā)育的漠河盆地位居我國大興安嶺北部,橫跨黑龍江省和內(nèi)蒙古自治區(qū),地處北緯52°20′以北。北至黑龍江,南抵漠河、塔河一線,南緣多有元古代花崗巖出露(圖1)。面積約21000km2。是我國緯度最高、勘探程度最低,且具多年凍土發(fā)育的沉積盆地。大地構(gòu)造上,漠河盆地位居鄂霍茨克褶皺帶內(nèi)額爾古納微板塊之上(張順等,2003),地處西伯利亞板塊與中國拼貼板塊碰撞縫合部位(張順等,2003;吳根耀等,2006);古地理上,屬蒙古-鄂霍茨克洋的一部分(張順等,2003;吳根耀等,2006)。蒙古-鄂霍茨克洋殼俯沖,西伯利亞板塊與中國拼貼板塊的相互作用,以及后來的太平洋板塊俯沖,共同控制了該盆地的地層充填、沉積類型及構(gòu)造演化。而后三者則共同制約著天然氣水合物的形成與賦存,其中:地層充填既是水合物形成所需烴類氣體的母質(zhì)來源,也是水合物儲集的地質(zhì)體;巖性及沉積相類型,不僅決定了水合物生成和聚集所依賴的烴源巖(或氣源巖)和儲集巖,而且影響著水合物形成所必需的蓋層的巖性、分布及規(guī)模,沉積相類型還影響著烴源巖生烴的類型及強度;構(gòu)造演化不僅制約了地層的沉積類型,而且控制了水合物形成所必需的烴類流體運移通道的發(fā)育樣式、規(guī)模及活動程度,還制約著水合物聚集所必需的圈閉的樣式和位態(tài)。從盆地本身來看,漠河盆地為一中生代陸相盆地。泥盆系為其基底,之上主要充填了一套中上侏羅統(tǒng)的河湖相碎屑巖和火山巖沉積,上為少量下白堊統(tǒng)和新生界覆蓋。地層厚達(dá)6000m以上(表1),中侏羅統(tǒng)是其主體,主要是一套河湖相的陸源碎屑建造,自下而上依次為繡峰組、二十二站組、漠河組和開庫康組。其中,二十二站組和漠河組分布廣、厚度大,為區(qū)內(nèi)最重要的生烴和儲集層系;繡峰組分布雖廣,但主要是儲集層系;開庫康組僅分布于東北部局部。而上侏羅統(tǒng)主要是一套火山巖、火山碎屑巖夾河湖相碎屑巖的混合沉積建造,分布局限。盆地充填中晚期,西伯利亞板塊、中國拼貼板塊和太平洋板塊的相互作用,不僅導(dǎo)致了區(qū)內(nèi)大量北東-北北東向逆掩斷裂及其伴生斷裂的發(fā)育,而且造成了區(qū)內(nèi)拗隆相間、凹凸交替的構(gòu)造格局,還引起了區(qū)內(nèi)的大規(guī)模火山噴發(fā)(張順等,2003)。其中,斷裂是水合物形成所需烴類持續(xù)補給的通道,隆起或凸起則是水合物聚集的場所。2天然氣水合物系統(tǒng)2.1多年凍土厚度漠河地區(qū)地處連續(xù)多年凍土區(qū)(周幼吾等,2000;金會軍等,2009),多年凍土厚度具有向西北增大的規(guī)律(金會軍等,2009)。據(jù)此前公開發(fā)表的數(shù)據(jù),有人認(rèn)為該區(qū)域多年凍土厚50～100m(周幼吾等,2000),有人認(rèn)為該區(qū)域多年凍土厚0～60m(金會軍等,2009)。但據(jù)我們2003～2005年在漠河盆地西北部開展的電法勘查,這一地區(qū)的多年凍土厚約20～80m,最厚可達(dá)140余m。這不僅與已發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的我國祁連山地區(qū)(祝有海等,2010)極為接近,而且也與推測有天然氣水合物分布的西伯利亞Yamal半島的多年凍土厚度相當(dāng)(Chuvilin,1998;Yakushev,2000)。所以,該區(qū)域的多年凍土厚度,應(yīng)能滿足天然氣水合物形成的基本要求。地溫是影響天然氣水合物形成及分布的最重要因素,其表征參數(shù)主要有地表溫度、大地?zé)崃骱偷販靥荻鹊取?jù)前人公開發(fā)表的數(shù)據(jù)(旺集旸等,1998a、b),我國東北多年凍土區(qū)的地表溫度介于0.5～-2.5℃之間,大地?zé)崃鹘橛?0～71.2mW/m2,地溫梯度1.0～4.54℃/100m。其中,地表溫度以漠河一帶最低,為-1.0～-2.5℃;大地?zé)崃骱偷販靥荻纫詢?nèi)蒙古和黑龍江北部(N49°26′以北)最低,分別約40mW/m2和1.2℃/100m。但據(jù)我們獲得的資料計算,漠河盆地的地表溫度約-0.5～-3.0℃,地溫梯度約1.6℃/100m。與已發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的西伯利亞Messoyakha(-8～-12℃(Romanovskyetal.,2007),1.0～3.0℃/100m(Makogon,2010)、阿拉斯加北坡Prudhoe灣(-4.6～-12.2℃(Kamathetal.,1987),1.5～5.2℃/100m(Collettetal.,2011)、加拿大Mackenzie地區(qū)(2.5～4.0℃/100m(Judge,1992)以及我國祁連山地區(qū)(-1.5～-2.4℃,2.2℃/100m,祝有海等,2010)的地溫梯度基本接近。由此可見,漠河多年凍土區(qū)已具備天然氣水合物形成的溫度條件。2.2多年凍土厚度對天然氣水合物形成及穩(wěn)定性的影響溫度和壓力是水合物系統(tǒng)相平衡的決定因素,是天然氣水合物形成所必需的(盡管不是全部)(Sloanetal.,2008)。對于地下水合物的形成、產(chǎn)出而言,制約因素主要為溫度和孔隙壓力。具體確定潛在的天然氣水合物穩(wěn)定帶時,則主要運用的是地表溫度、地溫梯度和地層壓力。據(jù)前人資料,漠河地區(qū)的年平均地表溫度約-2.4℃。地溫梯度,利用該區(qū)域的鉆井測溫數(shù)據(jù)計算得出,約1.6℃/100m。地層壓力則是多年凍土區(qū)靜巖壓力和之下地層靜水壓力之和,分別根據(jù)二者厚度、密度計算求得。多年凍土區(qū)厚度,按上述分別取20m和80m;巖層密度,據(jù)筆者測試及前人成果,大體約2600kg/m3;水的密度則利用純水密度(即1000kg/m3)。除了溫度和壓力外,影響水合物形成及穩(wěn)定的因素還包括:鹽度和氣體組分。由于該區(qū)域地下水鹽度很低(見下文),此處暫忽略鹽度的影響;氣體則利用準(zhǔn)確可靠的鉆井巖心的吸附烴類氣體,以保證確定的本區(qū)天然氣水合物溫壓條件的可靠性和準(zhǔn)確性。據(jù)上述,我們利用Sloan(1998)編制的基于PC-DOS系統(tǒng)的CSMHYD程序,對漠河地區(qū)天然氣水合物形成的溫壓條件進(jìn)行了計算(圖2)。計算表明,除了氣體組成外,多年凍土區(qū)厚度對天然氣水合物形成及穩(wěn)定性有決定性影響。圖2顯示,在多年凍土厚度20m時,地溫梯度線與純甲烷水合物的相平衡線基本相切,不能形成水合物;而與該區(qū)鉆井巖心吸附烴類水合物的相平衡線相交,形成水合物穩(wěn)定帶,可有水合物生成。多年凍土厚度80m時,地溫梯度線與純甲烷和本區(qū)鉆井巖心吸附烴類的水合物相平衡線均相交,也形成了水合物穩(wěn)定帶,預(yù)示兩種烴類氣體皆可形成天然氣水合物。同時,考慮到重?zé)N的組成及豐度對天然氣水合物的積極影響,筆者認(rèn)為,就漠河地區(qū)的溫壓條件和水體鹽度而言,無論何種組成的烴類氣體,在多年凍土厚度大于20m的區(qū)域,皆有天然氣水合物形成的可能。至于能否成藏,成藏規(guī)模有多大,則另當(dāng)別論。2.3烷基苯乙二醇的來源和數(shù)量2.3.1油氣巖的類型、成分及數(shù)量據(jù)目前所知,天然氣水合物中的烴類氣體,主要有兩種來源,即:生物成因和熱解成因。無論哪種成因,其生氣母質(zhì)均來自地層或沉積物中的有機質(zhì)。從石油地質(zhì)角度看,地層或沉積物中的有機質(zhì)主要來自于泥巖、碳酸鹽巖和煤(或其沉積物),它們是烴類氣體生成的主要巖石(氣源巖)類型。因此,對天然氣水合物的形成而言,地層或沉積物中氣源巖的類型、成因及數(shù)量,就顯得非常重要。如前所述,漠河盆地充填了6000余米的主要由陸源碎屑組成的沉積巖。據(jù)迄今研究,這是一套濱淺湖相、辮狀三角洲相和辮狀河相的砂泥互層沉積。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及鉆井巖心分析表明,其中的泥巖為區(qū)內(nèi)氣源巖的主要巖石類型(>85%),主要包括深灰色～黑灰色的泥巖、含粉砂泥巖和粉砂質(zhì)泥巖等。按照區(qū)內(nèi)144件樣品的測試分析,本文將區(qū)內(nèi)總有機碳(TOC)大于0.75%(陳建平等,1997),顏色深于深灰色的泥質(zhì)類巖石(包括炭質(zhì)泥巖和煤)作為氣源巖。據(jù)此`,依照所有實測剖面的烴源巖比例,結(jié)合前述中侏羅統(tǒng)厚度,推算其中的氣源巖累計厚度達(dá)1000m以上(表2)。其中,繡峰組氣源巖142～477m,二十二站組120～660m,漠河組797～1631m,開庫康組幾乎沒有氣源巖。由此可見,該區(qū)域的氣源巖十分豐富,是區(qū)內(nèi)烴類氣體生成母質(zhì)——有機質(zhì)的重要物質(zhì)來源。2.3.2有機質(zhì)豐度及生物氣氣源巖固然重要,但其中生烴的有機質(zhì)的豐度更為關(guān)鍵。區(qū)內(nèi)125件泥巖樣品的分析顯示,總有機碳(TOC)含量>0.75%的樣品,占整個地層的80%以上,其中,繡峰組>64%,二十二站組>73%,漠河組>89%;20件氯仿瀝青“A”測試表明,含量>0.015%的樣品,約占整個地層的50%,其中,繡峰組很少>0.015%,二十二站組占近55%,漠河組>65%;62件泥巖樣品的熱解分析顯示,生烴潛量(S1+S2)>0.5mg/的樣品,占整個地層的70%以上,其中,繡峰組僅30%,二十二站組>80%,漠河組近70%?？紤]到這些樣品多采自地表,風(fēng)化作用可能使其中有機質(zhì)大量損失,總有機碳、氯仿瀝青“A”和生烴潛量可能分別僅相當(dāng)于地下泥巖的56%、17%和70%?。據(jù)此推測,本區(qū)泥巖的有機質(zhì)豐度可能遠(yuǎn)優(yōu)于此處的測試結(jié)果。由此可見,從有機質(zhì)豐度看,研究區(qū)的生烴物質(zhì)非常豐富。對區(qū)內(nèi)46件泥巖的干酪根鏡檢和57件泥巖有機質(zhì)成熟度(Ro)分析得知,該區(qū)域的有機質(zhì)類型主要為Ⅲ型(>70%),Ⅱ型少量(約25%);Ro多分布于0.90%～1.35%之間(近60%),其次為0.65%～0.90%(占16%),1.35%～2.00%(占16%)。按照現(xiàn)代石油地質(zhì)理論,這些有機質(zhì)為熱成因氣態(tài)烴類生成的主要母質(zhì)?，F(xiàn)代油氣地球化學(xué)研究也表明,其中部分有機質(zhì)(Ⅱ型湖相有機質(zhì)),也是生物成因烴類氣體主要來源(劉文匯等,2009)。而且國內(nèi)外新近研究成果也表明,多年凍土區(qū)(Wardetal.,2004)和非多年凍土區(qū)巖石中的有機質(zhì)形成生物氣的例子(Rice,1993;Scottetal.,1994;Smithetal.,1996;Manzuretal.,2011;羅毅等,2003;朱揚明,2006)也很多。關(guān)于漠河盆地中侏羅統(tǒng)的烴類氣體生成量,筆者嘗試按照熱解氣和生物氣兩種模型分別進(jìn)行了計算。其中,前者利用Schmoker(1994)的計算模型(Magoon,1994),后者利用國內(nèi)學(xué)者王川等(1996)的模型(王川等,1996)。據(jù)此分別得出,漠河盆地?zé)峤鈿馍闪考s52.9×1012m3,生物氣生成量約151.76×1012m3,共計204.66×1012m3。由此可見,兩種成因的烴類氣體量均十分可觀,均可作為漠河地區(qū)水合物形成的潛在氣源。而且尤為重要的是,數(shù)量巨大的生物氣,其形成時間或許與本區(qū)多年凍土的發(fā)育時間(晚更新世(周幼吾等,2000)匹配得更好,更利于該區(qū)域天然氣水合物的形成及成藏。2.3.3漠河盆地氣體組成為了查明漠河盆地?zé)N類氣體的成因,筆者重點對采自鉆井巖心的11件吸附烴類氣體進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,其中的甲烷占絕對優(yōu)勢,含量11.5×10-6～135×10-6,約占87%～94%;乙烷0.27×10-6～4.85×10-6,正己烷1.38×10-6～2.62×10-6,各占2%～3%。另有少量丙烷和丁烷。與已發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的多年凍土區(qū)相比,其中的甲烷含量十分接近阿拉斯加北坡(甲烷91.19%～99.53%)(Majorowiczetal.,2000),低于西伯利亞的Messsoyakha(甲烷98.6%,乙烷0.1%,丙烷0.1%)(Makogon,2010),但高于已鉆獲水合物的我國祁連山地區(qū)(甲烷54%～76%,乙烷8%～15%和丙烷4%～21%)(祝有海等,2010)。同時,對漠河地區(qū)42個泉水樣品的溶解氣的分析也表明,甲烷一般介于8×10-6～180×10-6,個別達(dá)14423.3×10-6,約占96%～98%;乙烷一般0.3×10-6～3.4×10-6,約占2%～4%。高于疑似有天然氣水合物分布的加拿大地盾的多年凍土區(qū)(甲烷64%～87%)(Scotleretal.,2010)。由此可見,就氣體組成而言,漠河盆地的烴類氣體,完全能夠滿足天然氣水合物形成的基本要求。從上述氣體組成看,該地區(qū)的乙烷等重?zé)N含量較高(>2%),顯現(xiàn)出非生物成因烴類的特征(劉文匯等,2009)。然而,為進(jìn)一步探討這些烴類氣體的成因,筆者還分別對該區(qū)域10件巖心吸附氣和11件泉水溶解氣的δ13C-CH4進(jìn)行了測試。結(jié)果表明,前者除3件樣品的δ13C-CH4<-55‰外,其余皆介于-47.7‰～-22.7‰之間,顯示熱解氣和生物氣并存,并混有少量煤成氣的特征;后者的δ13C-CH4多介于-78.9‰～-64‰,具生物成因氣的特征。同時,對二者氣體組成和δ13C-CH4的綜合考察表明,巖心吸附氣主要為熱成因,泉水溶解氣主要為混合成因(圖3)?？梢?熱成氣、生物氣對本區(qū)烴類氣體皆有貢獻(xiàn),前文將熱成因氣、生物成因氣全部納入本區(qū)天然氣水合物生成的潛在氣源是可行的。2.4天然氣水合物成藏成藏環(huán)境質(zhì)區(qū)圈閉乃石油地質(zhì)學(xué)的概念,是石油和天然氣成藏的必要條件。它在天然氣水合物成藏中的作用,目前尚未到得到國內(nèi)水合物勘探研究者的關(guān)注,但在國外水合物勘探研究中已受到高度重視(Makogon,2010;Collett,2008a,2011;Scotleretal.,2010;Bunzetal.,2003;Wintersetal.,2011;Boswelletal.,2010)。這是因為,無論是已鉆獲天然氣水合物樣品的阿拉斯加北坡的Prudhoe灣,還是已進(jìn)行試開采的加拿大北部的Beaufort-Mackenzie地區(qū),天然氣水合物要么主要聚集在大型背斜的脊部或隆起部位,要么在儲層中的飽和度向隆起方向增加(Collettetal.,1999;Majorowiczetal.,2000;Safronovetal.,2010)。漠河盆地的圈閉條件,盡管因勘探程度很低而不太明確,但初步勘查表明,其北部為濱黑龍江隆起,南部為古蓮河隆起,二者之間為中央坳陷,呈現(xiàn)“兩隆夾一坳”的構(gòu)造格局。在此構(gòu)造背景下,各構(gòu)造單元內(nèi)部又呈凹凸相間的次級構(gòu)造樣式。這樣的構(gòu)造格局,極利于地勢低洼處生成的烴類向構(gòu)造高地運移。具體來說,宏觀上,盆地中部中央坳陷生成的烴類,可以源源不斷地向南、北隆起運移;微觀上,各個次級凹陷生成的烴類,可向相鄰的凸起部位運移。從而利于該區(qū)域的氣態(tài)烴類向地表附近的多年凍土區(qū)運移而形成天然氣水合物。儲層作為圈閉的重要組成之一,其在天然氣水合物成藏過程中的作用,已得到該領(lǐng)域勘探研究者的廣泛認(rèn)同。其原因在于,無論天然氣水合物的成藏理論,還是迄今勘探的成功實踐,均已明顯展示出:自然界形成的這種化合物,多分布于以砂質(zhì)為主的沉積物或巖石(Makogon,2010;Safronovetal.,2010;Collettetal.,2008a,2011)及裂縫發(fā)育的巖層(Collettetal.,2011)內(nèi)。而且最新的研究也顯示,阿拉斯加北坡的天然氣水合物就主要富集于細(xì)砂巖、極細(xì)砂巖和粉砂巖內(nèi)(Collettetal.,2011;Wintersetal.,2011)。從前面敘述也可以看出,該區(qū)域中侏羅統(tǒng)的砂巖、砂礫巖,尤其是漠河組的粉砂巖、細(xì)砂巖非常豐富,而且裂縫廣泛發(fā)育(圖4),具備了天然氣水合物形成的儲集條件。進(jìn)一步看,區(qū)內(nèi)130件砂巖樣品的物性測試顯示,孔隙度介于0.5%～9.1%之間,平均3.17%;滲透率0.03～2.11mD,平均0.14mD。僅從這些數(shù)據(jù)看,漠河盆地儲集巖的物性的確不及地質(zhì)條件、成藏條件和凍土條件與之類似的西伯利亞Messoyakha地區(qū)(孔隙度16%～38%,滲透率幾mD～1mD)(Makogon,2010)),但考慮到可采集樣品的多為完整性好、裂縫不發(fā)育的層段,而裂縫發(fā)育層段往往難以采到測試樣品,據(jù)此有理由相信,本區(qū)儲層的物性肯定優(yōu)于這里的測試結(jié)果。同時,該區(qū)域鉆探過程中普遍發(fā)生的泥漿漏失現(xiàn)象,也進(jìn)一步證實了該區(qū)域地層良好的孔滲特征。所以,對于天然氣水合物的形成和聚集而言,本區(qū)并不乏所需的儲集層。蓋層系圈閉的又一重要組成,它在天然氣水合物成藏中的作用,也已得到該領(lǐng)域多數(shù)學(xué)者及專家的認(rèn)可(Majorowiczetal.,2000;Makogon,2010;Boswelletal.,2010)。實際上,無論是國外勘探較為成熟的加拿大北部的Beaufort-Mackenzie盆地(Majorowiczetal.,2000)、美國阿拉斯加北坡的Prudhoe灣(Boswelletal.,2010),還是我國已鉆獲天然氣水合物的祁連山地區(qū),凡規(guī)模大、飽和度高、肉眼可見的天然氣水合物礦藏,其上大都有區(qū)域穩(wěn)定、厚度較大(>10m)的泥巖封蓋。根據(jù)前面的敘述,漠河地區(qū)的漠河組是該區(qū)域分布最廣、泥巖最豐富的上部地層單元,其中不乏巨厚泥質(zhì)沉積(>40%),它們可為該區(qū)域天然氣水合物的形成及成藏起到很好的封蓋作用。尤為值得一提的是,作為區(qū)內(nèi)最重要生烴層系的漠河組,地層巨厚,利于天然氣水合物聚集的細(xì)砂巖、粉細(xì)砂巖發(fā)育;砂泥巖基本呈等比例交互,具有類似于阿拉斯加北坡Prudhoe灣、加拿大北部Beaufort-Mackenzie盆地(Majorowiczetal.,2000;Boswelletal.,2010)和我國祁連山木里地區(qū)的地層結(jié)構(gòu)及巖性特征;時空上,該地層單元因位居盆地充填上部而多處于或鄰近多年凍土區(qū)。所以,該區(qū)域的漠河組本身就具有天然氣水合物生成聚集的良好生儲蓋條件。2.5形成天然氣水合物成藏與常規(guī)油氣成藏一樣,流體運移對天然氣水合物的成藏至關(guān)重要。正如一些學(xué)者指出的那樣,天然氣水合物的含氣量如此巨大,僅靠水合物穩(wěn)定帶及其附近地層或沉積物中有機質(zhì)生成的烴類氣體是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。同時,由于水合物形成對地層或沉積物的膠結(jié)對有機質(zhì)生烴的抑制作用(Safronovetal.,2010),外部烴類氣體沿斷裂、裂縫和滲透性巖層等運移系統(tǒng)的持續(xù)補給對形成天然氣水合物成藏是必不可少的(Safronovetal.,2010;Boswelletal.,2010)。關(guān)于這一點,無論是已發(fā)現(xiàn)水合物的墨西哥灣、加利福尼亞北部海域、俄勒岡北部Cascadia邊緣(Brooksetal.,1986、1991;Kastneretal.,1993)及西伯利亞北部(Yakushevetal.,2000;Safronov,2010),還是已鉆獲此類化合物的阿拉斯加北坡的Prudhoe灣(Collettetal.,2011;Daietal.,2010;Lorensonetal.,2010)和我國的祁連山木里地區(qū),其中天然氣水合物的形成,無不顯示斷裂所發(fā)揮的輸導(dǎo)作用。就漠河地區(qū)而言,作為潛在運移系統(tǒng)的斷裂的發(fā)育特征盡管尚不明確,但迄今初步的調(diào)查及勘探表明,區(qū)域上,北東向斷裂和近東西向向北突出的弧形斷裂是比較發(fā)育的;漠河盆地內(nèi)部,斷裂也十分發(fā)育,許多斷裂還構(gòu)成了凹陷、凸起等次級構(gòu)造單元的邊界。同時,如前所述的巖層裂縫也很發(fā)育。這些斷裂、裂縫空間上的相互連通,形成了本區(qū)良好的流體運移系統(tǒng)。本區(qū)鉆探過程中,經(jīng)常發(fā)生的泥漿大量流失以足以說明,該區(qū)域發(fā)育有暢通的運移系統(tǒng)。2.6濕地的鹽度cl-離子濃度鹽度對天然氣水合物形成、成藏規(guī)模的影響,也為大家所共識。然而,新近的研究表明,當(dāng)鹽度低于4%時,對水合物的形成及穩(wěn)定性影響已經(jīng)很小了(Huseb?etal.,2009)。根據(jù)該盆地及鄰近區(qū)域的資料,黑龍江北部地下水的鹽度普遍小于1‰。據(jù)我們對該盆地3個泉水樣品的分析,這里地下水的鹽度(Cl-離子濃度)大體約2.94×10-6～17.6×10-6。高于阿拉斯加北坡的Prudhoe灣(<1.0×10-12～19×10-12)(Collettetal.,2011),但低于西伯利亞的Messoyakha(≤1.5%)(Makogon,2010)。很顯然,這樣的鹽度對本區(qū)天然氣水合物的形成不會有顯著影響,實際的勘探及研究中,完全可以忽略不計。3方解石與鐵礦的共生和溝通首先,鉆井巖心中發(fā)育大量方解石脈(圖5)和充填于粒間孔隙、粒內(nèi)孔隙或碎屑裂縫的后生黃鐵礦(圖6)。這是油氣田上方常見的次生蝕變效應(yīng),為油氣化探的一個重要標(biāo)志,也是海域(Sassenetal.,2004)和多年凍土區(qū)(Mazzinietal.,2004;Roseetal.,2011)天然氣水合物賦存的常見指示礦物,系地下烴類流體強烈活動的表現(xiàn)。這是因為,地下深處活動的烴類流體,在厭氧細(xì)菌的作用下會發(fā)生以下系列化學(xué)反應(yīng)(程同錦等,1999):CH4+SO2?442-→HS-+HCO?33-+H2O生成的HCO?33-陰離子與地下水中的鈣離子結(jié)合即可生成方解石,即:HCO?33-+Ca2+→Ca(HCO3)2Ca(HCO3)2→CaCO3(方解石)↓+CO2↑+H2O同時,在烴類被氧化造成的還原環(huán)境中,硫離子和鐵離子結(jié)合,便可形成黃鐵礦沉淀,即:HS-+Fe2+→FeS2(黃鐵礦)↓+H+由此可見,方解石脈和黃鐵礦的伴生出現(xiàn),盡管尚不能完全確定其與天然氣水合物的分解有關(guān),但至少是地下烴類流體異常活躍的標(biāo)志。其次,在漠河盆地西北部的電法勘探中,筆者還發(fā)現(xiàn)了雙高阻層的電性結(jié)構(gòu)(圖7)。其特征與加拿大北部Beaufort–Mackenzie盆地Mallik5L-38井鉆遇的上部凍土層和下部水合物層的地層結(jié)構(gòu)(Majorowiczetal.,2000;Collettetal.,2011;Roseetal.,2011)非常類似。盡管還不能確定下部高阻層系天然氣水合物所致,但是一個非常值得注意的可疑現(xiàn)象。最后,個別泉水的溶解甲烷高達(dá)14000×10-6以上,顯示了極高的烴類氣體異常。更為重要的是,黑龍江某部門最近在我們預(yù)測的水合物形成有利區(qū)塊(漠河盆地西北部)鉆探時,井口及泥漿池均意外發(fā)生了與已發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的西伯利亞北極陸架LaptevSea的S-2井(Safronov,etal.,2010)類似的遇火燃燒事件。雖然目前尚不能證實此乃天然氣水合物分解所致,但很難令人相信泥漿池表面著火是游離烴類氣體引起的,極可能預(yù)示著該區(qū)域有天然氣水合物分布。4因果報應(yīng)與天然氣水合物成因氣的形成相適應(yīng)(1)漠河地區(qū)發(fā)育有天然氣水合物的成藏系統(tǒng)。該區(qū)域不僅具有利于天然氣水合物形成的多年凍土和地溫梯度,而且還有其形成所需烴類氣體的豐富母質(zhì)及充足氣源;不僅具有天然氣水合物成藏所需的烴類氣體持續(xù)供給的運移系統(tǒng),而且具有水合物成藏所需的圈閉及其中的儲層和封蓋條件。(2)漠河盆地西部發(fā)育的多年連續(xù)凍土和區(qū)域低溫條件,利于天然氣水合物的形成。漠河盆地西北部20～80m的多年凍土,與已發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的我國祁連山地區(qū)相近;-0.5～-3.0℃的地表溫度,1.6℃/100m的地溫梯度,與已發(fā)現(xiàn)水合物的美國阿拉斯加北坡Prudhoe