西藏羌塘盆地天然气水合物地球物理特征识别与预测

天然气水合物是21世纪的新能源，对它的研究受到世界上许多国家的高度重视。青藏高原北部的羌塘盆地分布着一套我国唯一的海相侏罗系，油气资源潜力巨大，具有丰富的天然气来源和圈闭构造及永久冻土层。在详细论述天然气水合物形成条件、羌塘盆地构造及永久冻土特征的基础上，重点讨论了羌塘盆地天然气水合物地球物理特征的识别与预测。得出羌塘盆地地质条件较好，是寻找永久冻土带天然气水合物的有利地区的结论。并指出应尽快全方位的开展羌塘盆地及青藏高原其他地区天然气水合物的研究。     

青藏高原天然气水合物的形成与多年冻土的关系

天然气水合物是一种新型清洁能源,赋存在多年冻土区和海洋沉积物等低温高压环境中.青藏高原多年冻土面积占高原总面积的一半以上,是可能的天然气水合物赋存区.根据青藏高原多年冻土条件和天然气水合物形成的热力学条件,讨论了多年冻土地温梯度、冻土厚度与天然气水合物形成的热力学条件之间的关系和青藏高原存在天然气水合物的可能性.结果表明,青藏高原多年冻土区基本具备形成天然气水合物的热力学条件,最适宜的热力学条件是多年冻土地温梯度接近或略大于多年冻土底板附近融土的地温梯度,且融土地温梯度越小,越容易形成天然气水合物.估算得到天然气水合物最浅的顶界埋深为74 m左右,最深的底界埋深达上千米.     

木里地区永久冻土层的形成及对天然气水合物的成藏影响

以青海木里天然气水合物成藏地区为研究对象,总结分析了现有木里地区永久冻土和天然气水合物的特点;基于青藏高原第四纪的气候调查相关证据和现有地质勘探资料,利用FLAC3D模拟计算永久冻土的形成过程,计算结果表明,现有的永久冻土可能形成于晚全新世新冰期(4000～3000至1000 a BP),约经历170 a的降温后形成稳...     

不同类型天然气水合物真空分解过程实验研究

在放置于恒温室内的真空装置内,对合成的冰粉-气体水合物(包括甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷-氮气、异丁烷、混合气水合物)、冰粉-不同粒度多孔介质甲烷水合物和祁连山冻土区及南海神狐海域天然气水合物进行了分解实验研究,初步探讨了不同气体水合物分解动力学特征和分解规律。实验结果表明,合成的冰粉-气体水合物的分解过程相似,除丙烷水合物和异丁烷水合物外,分解压力基本呈单调增长,均未出现明显的自保护效应;不同粒度多孔介质中甲烷水合物分解过程,压力增长呈现“快→慢→快”的特点,主要原因可能是多孔介质中的水合物尺寸较大,分解时更易产生自保护效应;祁连山冻土区天然气水合物的分解压力曲线与不同粒度多孔介质中甲烷水合物的相似,总体呈现“快→慢→快”的特点,水合物自保护效应明显;南海神狐海域天然气水合物分解气体压力变化虽然总体与祁连山冻土区天然气水合物压力增长过程相似,但同时呈现“阶梯状”增长,这可能与两种不同水合物岩心的岩性和水合物在岩心中的分布模式和赋存状态有关。     

青海木里三露天天然气水合物野外现场识别方法研究

天然气水合物的野外识别是其勘查工作和分析研究的工作基础。我国陆域冻土区天然气水合物勘查工作程度低,且其赋存环境、产出形态和成藏机理等特 征与海域天然气水合物存在显著差异,由此也决定并急需寻找一套新的、系统的陆域冻土区天然气水合物的野外识别方法。通过对近两年青海煤炭地质局一0五勘探队在青海木里三露天地区实 施系列钻井中天然气水合物识别方法的不断分析和总结,建立了以天然气水合物冰状、沸腾、渗水现象为直接识别标志和以气测录井、岩心解析为有效鉴别方法等为主的天然气水合物野外现 场识别方法。经过进一步验证表明,以天然气水合物典型物理化学特征为支撑,以研究区零星、分散产出和连续性、对比性差等对识别水合物不利特征为客观前提建立的天然气水合物野外现 场系统识别方法可靠性高、适用性更强更广。最后,对诸多围绕天然气水合物的异常标识、直接标志和技术方法以流程的方式梳理和总结了其识别工作方法。     

天然气水合物地球化学勘查方法

天然气水合物是一种潜在的新能源,广泛分布在大陆架边缘的深海沉积物和陆域多年冻土区。地球化学勘查技术作为天然气水合物勘探的重要手段之一,愈来愈受到极大的关注。笔者综合国内外研究现状,分别介绍海域和永久冻土带天然气水合物勘查中应用的主要地球化学方法,并详述各种方法的机理和研究进展。     

Simulation of the Conditions for the Formation and Dissociation of Methane Hydrate over the Last 130 000 Years

The thermobaric conditions of the formation, stability, and dissociation of continental gas hydrates were determined by simulation of the thermal state of the permafrost. The calculations covered the period over the last 130 000 years, taking into account the various paleo-settings, including continental glaciation, marine transgression, and high geothermal fluxes. According to the numerical calculations, relict gas hydrates may currently exist in the metastable state in the permafrost at depths of less than 100–150 m.

     

Growth behavior and resource potential evaluation of gas hydrate in core fractures in Qilian Mountain permafrost area,Qinghai-Tibet Plateau

The Qilian Mountain permafrost area located in the northern of Qinghai-Tibet Plateau is a favorable place for natural gas hydrate formation and enrichment, due to its well-developed fractures and abundant gas sources. Understanding the formation and distribution of multi-component gas hydrates in fractures is crucial in accurately evaluating the hydrate reservoir resources in this area. The hydrate formation experiments were carried out using the core samples drilled from hydrate-bearing sediments in Qilian Mountain permafrost area and the multi-component gas with similar composition to natural gas hydrates in Qilian Mountain permafrost area. The formation and distribution characteristics of multi-component gas hydrates in core samples were observed in situ by X-ray Computed Tomography (X-CT) under high pressure and low temperature conditions. Results show that hydrates are mainly formed and distributed in the fractures with good connectivity. The ratios of volume of hydrates formed in fractures to the volume of fractures are about 96.8% and 60.67% in two different core samples. This indicates that the fracture surface may act as a favorable reaction site for hydrate formation in core samples. Based on the field geological data and the experimental results, it is preliminarily estimated that the inventory of methane stored in the fractured gas hydrate in Qilian Mountain permafrost area is about 8.67×10¹³ m³, with a resource abundance of 8.67×10⁸ m³/km². This study demonstrates the great resource potential of fractured gas hydrate and also provides a new way to further understand the prospect of natural gas hydrate and other oil and gas resources in Qilian Mountain permafrost area.©2023 China Geology Editorial Office.     

羌塘盆地冻土结构特征及其对天然气水合物成藏的影响

羌塘盆地是青藏高原最大的含油气盆地,多年冻土广泛分布,具备良好的天然气水合物形成条件和找矿前景。基于羌塘盆地天然气水合物钻探试验井资料,从影响天然气水合物成藏角度提出了羌塘盆地3种主要的冻土结构类型,其中由冻融层、含冰沉积物冻土层、含冰基岩冻土层、非含冰基岩冻土层所组成的冻土结构最为常见。研究表明,冻土层结构对天然气水合物温压条件具有一定影响,当非含冰基岩冻土层存在时,其下伏的非冻土层的孔隙流体压力与上部冻土层的微孔和微裂隙特征紧密相关,有利于浅层烃类气体的封存和水合物的成藏。含冰冻土层冰地球化学特征指示冻土层形成的过程是大气降雪融化成水后未经蒸发作用直接渗入地下,受气候变冷影响,地层由浅往深逐渐冻结形成。同时,矿化度和阴、阳离子浓度的高低在一定程度上反映了不同深度沉积物的物化性质。含冰冻土层对于浅层烃类气体封盖作用的定量评价显示,随着含冰饱和度的增加,甲烷气体渗透率降低,当含冰饱和度达到80%时,冻土层能完全有效地限制甲烷气体运移。由于在气候变暖因素的驱动下,冻土层不仅能通过温压条件来控制天然气水合物矿藏存在的空间范围,而且还限制着来自部分水合物分解所产生的烃类气体向浅部运移。因而推测,在青藏高原冻土区可能存在一个由断裂体系相关联的深部烃类储层、中部天然气水合物储层和浅部天然气藏组成的油气系统。     

陆地天然气水合物孔底冷冻取样方法

如何获得品质优良的原状样品成为探明陆地天然气水合物赋存条件与储量的关键技术之一。在分析天然气水合物热物理性质和温压特性的基础上,采用主动式降温的方法,通过外部冷源在孔底降低水合物岩心温度,降低水合物的临界分解压力,抑制水合物分解,获得水合物保真样品：据此提出了天然气水合物孔底冷冻取样方法。设计的取样器总体结构由单动机构、控制机构和制冷机构组成,其工作原理主要为孔底冷冻岩心和地表取心,同时分析计算了取样器冷冻岩心所需的能量。通过钻探取样试验钻获冷冻岩心,证明天然气水合物孔底冷冻取样方法能够实现孔底冷冻岩样。该方法可以应用于天然气水合物保真取样。     

青海木里地区天然气水合物三维地震探测

首次在中国祁连山冻土区青海木里地区实施了针对天然气水合物的三维地震探测。根据工区内冻土层厚度、地层岩性、水合物储集空间类型和赋存深度等特 点,设计了三维地震数据采集方案,制定了地震数据处理流程,获得了良好的三维地震探测结果。结果表明,工区内天然气水合物赋存层段地震响应特征与国外冻土区的天然气水合物具有明 显差异;冻土层厚度、岩性、水合物储集空间类型等因素,对该区地震资料振幅、频率、速度等影响显著;水合物层段的地震资料存在低频、中等杂乱振幅等明显的特点,这些特征为该区天然气水合物探测和识别提供了依据。     

青藏高原多年冻土区天然气水合物的研究前景和建议

天然气将是２１世纪的主要能源品种,作为非常规天然气水合物被誉为２１世纪的新能源。它的研究受到世界上许多国家的高度重视。青藏高原羌塘多年冻土区具备形成重烃类天然气水合物的温度和压力条件,同时可以存在由“自保护效应”引起民的轻烃类天然怕事物。开展青藏高原多年冻土区天然气水合物研究,对我国宏观能源战略决策、开拓新学科 领域和保持人类社会可持续发展的均有重要理论意义和广阔的应用前景。从目前人才结构、资料积     

天然气水合物地热场分布特征

天然气水合物广泛分布于海底和永久冻土带。通过统计世界上已发现水合物或水合物标志的地区的热参数值,发现水合物分布区具有低热流的特征;由于水合物本身的低热导率特性,导致水合物分布区的热导率值较低;含水合物的沉积物由于水合物的分解,岩心温度也较低。通过研究南海的热场特征,发现南海的吕宋海槽、西沙海槽附近、湄公盆地和台西南盆地几个地区热流较低,可能是有利的水合物远景区。     

海底扩散体系含天然气水合物沉积物制样方法与装置

天然气水合物是分布在海洋和大陆多年冻土中的一种具有巨大商业开发价值的新型战略性替代能源。同时,含天然气水合物地层中水合物的分解将带来严重的地质灾害和气候问题的关注。试验室内开展含天然气水合物沉积物物理力学性质研究需要首先解决的是制样问题,即在试验室内快速形成符合现场原位形成模式的试样,并且水合物均匀分布于土样孔隙中。海洋天然气水合物主要是在扩散体系中形成的,即溶解在水中的气体以扩散迁移的方式进入温压条件适合的地层内与水结合生成天然气水合物。文中试验方法与装置利用高压恒流泵驱动溶有气体的去离子水在土样中循环,采用磁力搅拌装置加速和增大气体在水中的溶解,使土样在较短时间内被溶气水饱和,然后将土样温度降低至与气体压力相对应的相变温度以下后,溶于水中的气体与水结合生成水合物析出,且均匀地填充土样孔隙中。采用粉土和CO2气体试验表明,制得含水合物沉积物大约需1 d的时间,通过观察和测试含水率证明,所制得试样具有良好的均匀性,解决了目前在试验中采用的制样方法所制得的试样中水合物分布不均匀以及水合物形成时间过长的问题,为进一步开展含天然气水合物沉积物物理力学试验提供了技术保证     

热释光：一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术

开发不受沼泽微生物影响的地球化学勘查技术是提高中纬度冻土区天然气水合物探井预测成功率的重要课题之一。选择在祁连山聚乎更天然气水合物已知区进行土壤热释光勘查技术实验。实验区为高寒沼泽景观,面积150 km2,采样密度2点/km2,采样深度60 cm,采集土壤样品300件,应用热释光测量仪对土壤样品进行了热释光分析。实验结果表明,天然气水合物矿藏上方出现天然热释光高值异常,与烃类异常浓度范围一致,为顶部异常模式。结合地质和地球化学勘查成果对异常进行了综合解释,认为祁连山聚乎更地区天然气热释光异常与天然气水合物矿藏关系密切,源于深部水合物矿藏。研究对天然气水合物的进一步调查具有重要的参考价值。     

Impact of regional climatic change on the stability of relic gas hydrates

This paper considers the impact of current climatic change on the permafrost strength and stability of relic gas hydrates in the Yamal Peninsula based on the results of permafrost thermal regime simulations and model estimates of climate change within last 100 ka.     

中国天然气水合物

天然气水合物是一种规模巨大的新型潜在能源,因其具有分布广、规模大、埋藏浅、能效高、污染低等优点,是后石油时代的最佳接替能源之一。世界各国特别是各能源短缺国家非常重视天然气水合物的调查研究工作,其研发重点已从资源勘查逐渐向开发利用方面转移。中国正在进行第三个阶段天然气水合物工作,已在海陆发现3处天然气水合物产地,并在祁连山成功实施天然气水合物试开采,计划在2017年实施海底天然气水合物试开采。随着勘查试开采技术的不断进步和国家一系列扶持性政策的实施,中国将与世界先进国家同步实现天然气水合物的商业性开发,并最终实现产业化。     

青海木里三露天天然气水合物矿藏土壤微量元素地球化学特征

在祁连山冻土区木里天然气水合物矿区进行了微量元素地球化学勘查有效性试验,试验面积150 km2,采样密度2个点/km²。研究表明,土壤Ba、V、Fe 、Ca等元素在水合物矿藏上方呈现顶部异常,而且异常吻合程度较高。微量元素预测天然气水合物具有较高的成功率,调查前钻探的干井(DK-4、DK-5和DK-6)位于背景区,调查前钻探的水合物井(DK-1、DK-2、DK-3、DK-7)和调查后水合物井(DK3-11、DK2-13、DK1-14)位于异常内。试验结果还预测了祁连山天然气水合物两个新的远景区。试验表明,微量元素是祁连山冻土区寻找天然气水合物的有效指示元素,它们与水合物其它化探指标结合冻土条件和地质特征综合解释,可以提高冻土区天然气水合物预测成功率。     

天然气水合物研究现状与未来挑战

人类在21世纪后期面临着油气资源枯渴,寻求洁净高效的新能源成为科学界追求的目标。为此,近三十年来,世界各国相继投入了大量的资金和人力开展新能源研究。目前,人们在一种重要的新能源---气水合物的基础研究、地质调查、勘探开发等领域取得了较大的进展;但尚存在许多急待解决的重大理论问题,如天然气水合物形成与分解的动力学过程和地质条件,气水合物资源量计算办法,经济型天然气水合物开采、开发模式,气水合物对全球气候的影响等。天然气水合物作为化石燃料,具有巨大潜力;作为甲烷碳库,是海底地质灾害的诱因;作为温室气体,对全球气候变化有着重要的影响作用。天然气水合物研究未来面临挑战。     

祁连山冻土区天然气水合物激光拉曼光谱特征

采用显微激光拉曼光谱技术在77K和常压下对祁连山木里煤田聚乎更矿区钻获的冻土区天然气水合物进行了测试,得到中国冻土区天然气水合物典型的激光拉曼谱图,从微观角度证实DK3孔的133.30m、139.52~139.92m和141.00m 3段不同埋深的岩心中均有天然气水合物存在。对冻土区水合物的拉曼谱图进行详细研究,结合文献资料,初步判定3段不同埋深的水合物结构均为sⅡ型,并参照不同客体气体分子的特征振动信号对谱线的归属进行分析,得出了水合物中大致所含的气体组分。