漠河盆地多年冻土区天然气水合物地球化学调查及远景评价

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.05.13

现代地质 ›› 2018, Vol. 32 ›› Issue (05): 1003-1011.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.05.13

漠河盆地多年冻土区天然气水合物地球化学调查及远景评价

张富贵¹^,²(), 唐瑞玲¹(), 杨志斌¹^,², 朱敬华³, 周亚龙¹^,², 孙忠军¹^,²

1.中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北廊坊 065000
2.中国地质科学院地球表层碳-汞地球化学循环重点实验室,河北廊坊 065000
3.临沂大学,山东临沂 276400

收稿日期:2018-01-10 修回日期:2018-07-10 出版日期:2018-10-10 发布日期:2018-11-04
通讯作者: 唐瑞玲,女,工程师,1985年出生,地球化学专业,主要从事分析测试的工作。Email:tangruiling@igge.cn。
作者简介:张富贵,男,高级工程师,1980年出生,沉积学专业,主要从事油气和天然气水合物研究与勘查工作。Email:zhangfugui@igge.cn。
基金资助:
中国地质调查局地质调查项目(DD20160224);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项基金项目(AS2016Y01)

Geochemical Investigation and Prospective Evaluation of Natural Gas Hydrates in the Permafrost of Mohe Basin

ZHANG Fugui¹^,²(), TANG Ruiling¹(), YANG Zhibin¹^,², ZHU Jinghua³, ZHOU Yalong¹^,², SUN Zhongjun¹^,²

1. Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang, Hebei 065000,China
2. Key Laboratory of Geochemical Cycling of Carbon and Mercury in the Earth’s Critical Zone, Chinese Academy of Geological Sciences, Langfang, Hebei 065000,China
3. Linyi University, Linyi, Shandong 276400,China

Received:2018-01-10 Revised:2018-07-10 Online:2018-10-10 Published:2018-11-04

摘要/Abstract

摘要：

漠河盆地是我国冻土发育的主要地区之一,发育良好的天然气水合物成藏系统,具有天然气水合物形成的良好条件。为了圈定天然气水合物远景区,识别油气聚集体,判别天然气水合物成因,在漠河盆地冻土较发育地区开展了1∶5万天然气水合物地球化学资源调查。结果表明:(1)在森林沼泽景观区,顶空气和荧光光谱指标是天然气水合物勘查的主要指标,借鉴青海木里冻土区天然气水合物地球化学勘查成功的经验,结合AMT、地质等资料分析,元宝山凹陷是天然气水合物较为有利的远景区;(2)岩心样品甲烷碳同位素分析显示,烃类气体分异明显,浅层烃类气体基本为生物气,深部烃类气源主要为混合成因气,个别解吸气为微生物气和热解气;(3)试验性应用了分形-GIS技术,可以细致可靠地进行异常区范围划定,消除干扰因素,有效地圈定水合物远景区。

关键词: 天然气水合物, 地球化学调查, 多年冻土区, 漠河盆地, 远景评价

Abstract:

The Mohe basin is a major permafrost region in China.Gas hydrate reservoir system is well deve-loped in the basin, and the basin shows good accumulation conditions for gas hydrates. The 1∶50k scale regional gas hydrate geochemical survey was conducted in the Mohe basin to delineate prospecting gas hydrate target areas, and to recognize oil and gas traps and identify the hydrocarbon source. Our results show that: (1) In the forest bog region, headspace gas and fluorescence spectra are the main indices of gas hydrate exploration. Considering the AMT and geology materials, and the previous gas hydrate geochemical work in the Muli permafrost of Qinghai, we consider the Yuanbao depression as the gas hydrate target. (2) Methane carbon isotope analysis on core samples shows that the primary hydrocarbon gas is multi-genetic, and only a few adsorbed gases are from bacterial and hydrocarbon pyrolysis. (3) Multiple classification-GIS technique employed in this study can exclude the interference factors and precisely delineate the boundary of geochemical anomalies, and can thus be applied in the geochemical exploration of gas hydrates.

Key words: natural gas hydrate, geochemical investigation, permafrost area, Mohe basin, prospective evaluation

中图分类号:

P618.13

张富贵, 唐瑞玲, 杨志斌, 朱敬华, 周亚龙, 孙忠军. 漠河盆地多年冻土区天然气水合物地球化学调查及远景评价[J]. 现代地质, 2018, 32(05): 1003-1011.

ZHANG Fugui, TANG Ruiling, YANG Zhibin, ZHU Jinghua, ZHOU Yalong, SUN Zhongjun. Geochemical Investigation and Prospective Evaluation of Natural Gas Hydrates in the Permafrost of Mohe Basin[J]. Geoscience, 2018, 32(05): 1003-1011.

图/表 9

图1 研究区位置及漠河盆地构造单元划分

Fig.1 Tectonic unit division of the Mohe basin and location of the study area

表1 土壤地球化学指标特征值

Table 1 Eigen values of soil geochemical indicators

指标	最大值	最小值	平均值	标准离差	变化系数
顶空气CH₄	644.50	2.80	12.48	14.95	1.20
顶空气C₂H₆	621.27	0.01	2.22	19.54	8.78
顶空气C₃H₈	405.02	0.03	2.26	12.51	5.54
顶空气iC₄H₁₀	11.24	0.01	0.09	0.39	4.36
顶空气nC₄H₁₀	172.68	0.02	1.02	5.42	5.29
顶空气iC₅H₁₂	11.11	0.02	0.46	0.56	1.22
顶空气nC₅H₁₂	80.09	0.01	3.85	5.22	1.36
酸解烃CH₄	17.80	1.10	3.84	1.26	0.33
酸解烃C₂H₆	0.81	0	0.05	0.05	0.94
酸解烃C₃H₈	0.44	0	0.04	0.03	0.77
酸解烃C₂₊	1 251.04	0.34	20.89	41.45	1.99
荧光光谱(320 nm)	211.60	0.82	10.42	8.20	0.79
荧光光谱(360 nm)	367.50	1.15	12.68	14.07	1.11
荧光光谱(405 nm)	573.48	0.35	6.78	15.05	2.22

图2 漠河盆地顶空气甲烷地球化学异常图

Fig.2 Geochemical anomaly map of headspace methane in the Mohe basin

图3 漠河盆地顶空气重烃地球化学异常图

Fig.3 Geochemical anomaly map of headspace heavy hydrocarbons in the Mohe basin

图4 漠河盆地荧光光谱地球化学异常图

Fig.4 Geochemical anomaly map of fluorescence spectrum in the Mohe basin

图5 漠河盆地 MK-2 井岩心解吸气组成和同位素综合判别

Fig.5 Discrimination diagram of desorbed gas components and carbon isotopes from Well MK-2 of the Mohe Basin

图6 漠河盆地地球化学指标分形特征

Fig.6 Fractal characteristics of geochemical indicators in the soil of the Mohe basin

表2 漠河盆地地球化学指标分形富集特征统计

Table 2 Fractal statistics of geochemical indicators in the soil of the Mohe basin

指标	分形层次性(n)	分维数(D_i)	含量区间	样品数	$n × D i$	∑n×D_i	结构能系数(e)
w(CH₄)	1	0.416	0.447~0.950	728	0.416	12.624	3.156
	2	3.452	0.95~1.544	1 755	6.904
	3	1.768	1.544~2.300	18	5.304
w(C₂₊)	1	0.099	-0.471~0.880	489	0.099	14.153	3.538
	2	0.995	0.881~1.400	1 401	1.990
	3	2.864	1.400~2.045	601	8.592
	4	0.868	2.045~3.097	10	3.472
F320	1	0.212	0.312~0.750	387	0.212	10.325	2.581
	2	2.631	0.751~1.510	2 088	5.262
	3	1.617	1.511~2.325	26	4.851
F360	1	0.162	0.061~0.780	381	0.162	4.388	1.097
F360	2	2.113	0.781~2.565	2 120	4.226	4.388	1.097

表2 漠河盆地地球化学指标分形富集特征统计

Table 2 Fractal statistics of geochemical indicators in the soil of the Mohe basin

指标	分形层次性(n)	分维数(D_i)	含量区间	样品数	$n × D i$	∑n×D_i	结构能系数(e)
w(CH₄)	1	0.416	0.447~0.950	728	0.416	12.624	3.156
	2	3.452	0.95~1.544	1 755	6.904
	3	1.768	1.544~2.300	18	5.304
w(C₂₊)	1	0.099	-0.471~0.880	489	0.099	14.153	3.538
	2	0.995	0.881~1.400	1 401	1.990
	3	2.864	1.400~2.045	601	8.592
	4	0.868	2.045~3.097	10	3.472
F320	1	0.212	0.312~0.750	387	0.212	10.325	2.581
	2	2.631	0.751~1.510	2 088	5.262
	3	1.617	1.511~2.325	26	4.851
F360	1	0.162	0.061~0.780	381	0.162	4.388	1.097
F360	2	2.113	0.781~2.565	2 120	4.226	4.388	1.097

图7 漠河盆地地球化学分形-GIS水合物远景预测

Fig.7 Prospective areas for hydrates forecasted by geochemical fractal-GIS in the Mohe basin

参考文献 40

[1]	COLLETT T S. Permafrost-associated gas hydrate accumulations[J]. Annals of the New York Academy of Sciences, 2010, 715(1): 247-269. DOI URL
[2]	DLLIMORE S R. Regional gas hydrate occurrences,permafrost conditions,and Cenozoic geology,Mackenzie Delta area[J]. Bulletin of the Geological Survey of Canada, 1999, 544: 31-43.
[3]	DALLIMORE S R, COLLETT T S. Scientific results from the Mallik 2002 Gas Hydrate Production Research Well Program,Mackenzie Delta,northwest territories,Canada[J]. Bulletin of the Geological Survey of Canada, 2005, 585: 1-5.
[4]	周幼吾, 郭东信, 邱国庆, 等. 中国冻土[M]. 北京: 科学出版社, 2000: 329-353.
[5]	赵其国, 王浩请, 顾国安, 等. 中国的冻土[J]. 土壤学报, 1993, 30(4): 341-352.
[6]	金会军, 王绍令, 吕兰芝, 等. 兴安岭多年冻土退化特征[J]. 地理科学, 2009, 29(2): 223-228.
[7]	赵省民, 邓坚, 李锦平, 等. 漠河多年冻土区天然气水合物的形成条件及成藏潜力研究[J]. 地质学报, 2011, 85(9): 1536-1550.
[8]	赵省民, 邓坚, 饶竹, 等. 漠河盆地多年冻土带生物气的发现及对陆域天然气水合物勘查的重要意义[J]. 石油学报, 2015, 36(8): 954-965. DOI
[9]	邓坚, 赵省民, 陆程. 东北漠河盆地科学钻探井(MK-1井)中物理吸附烃特征及成因、来源探讨[J]. 矿床地质, 2012, 31(1): 1091-1092.
[10]	李建华, 张亚丽, 吕杰, 等. 漠河盆地科学钻探井MK-1地下冷环境中嗜热微生物的多样性分析[J]. 冰川冻土, 2012, 34(3): 726-731.
[11]	COLLETT T S, EHLIGIO-ECONOMIDES C A. Detection and evaluation of the in-situ natural gas hydrates in the north slope region,Alaska[J]. Society of Petroleum Engineering AIME Paper, 1983,SPE 11673.
[12]	SCHMITT D R, WELZ M, ROKOSH C D. High-resolution seismic imaging over thick permafrost at the 2002 Mallik drill site[J]. Bulletin of the Geological Survey of Canada, 2005, 585: 1-13.
[13]	BOSWELL R, ROSE K, COLLETT T S, et al. Geologic controls on gas hydrate occurrence in the Mount Elbert prospect,Alaska North Slope[J]. Marine & Petroleum Geology, 2011, 28(2): 589-607.
[14]	COLLETT T S. Assessment of gas hydrate resources on the north slope,Alaska,2008[R]. Washington: American Geophysical Union, 2008: 1.
[15]	COLLETT T S, LEE M W, AGENA W F, et al. Permafrost-associated natural gas hydrate occurrences on the Alaska North Slope[J]. Marine & Petroleum Geology, 2011, 28: 279-294.
[16]	FANG H, XU M, LIN Z, et al. Geophysical characteristics of gas hydrate in the Muli area,Qinghai province[J]. Journal of Natural Gas Science & Engineering, 2017, 37: 539-550.
[17]	卢振权, 李永红, 王伟超, 等. 青海木里三露天冻土天然气水合物成藏模式研究[J]. 现代地质, 2015, 29(5): 1014-1023.
[18]	雷怀彦, 郑艳红, 吴保祥. 天然气水合物勘探方法——BSR适用性探析[J]. 海洋石油, 2002(4): 1-8.
[19]	XIE Xuejin. Local and regional surface geochemical exploration for oil and gas[J]. Geochemical Exploration, 1992, 42: 25-42. DOI URL
[20]	KVENVOLDEN K A. 天然气水合物基本知识[J]. 杨木壮,译. 海洋地质, 2000(3): 10-23.
[21]	牛滨华, 孙春岩, 苏新, 等. 勘查地球化学方法适用于勘查天然气水合物的依据[J]. 现代地质, 2005, 19(1): 61-66.
[22]	SUN Zhongjun, YANG Zhibin, MEI Hai, et al. Geochemical characteristics of the shallow soil above the Muli gas hydrate reservoir in the permafrost region of the Qilian Mountains,China[J]. Journal of Geochemical Exploration, 2014, 139: 160-169. DOI URL
[23]	周亚龙, 孙忠军, 张富贵, 等. 青海木里三露天天然气水合物土壤热释烃技术应用研究[J]. 现代地质, 2015, 29(5): 1173-1179.
[24]	孙忠军, 杨志斌, 卢振权, 等. 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[J]. 现代地质, 2015, 29(5): 1164-1172.
[25]	秦爱华, 周亚龙, 李永红, 等. 青海木里三露天天然气水合物地球化学远景评价[J]. 现代地质, 2015, 29(5): 1242-1258.
[26]	张顺, 林春明, 吴朝, 等. 黑龙江漠河盆地构造特征与成盆演化[J]. 高校地质学报, 2003, 9(3): 411-418.
[27]	金会军, 于少鹏, 吕兰芝, 等. 大小兴安岭多年冻土退化及其趋势初步评估[J]. 冰川冻土, 2006, 28(4): 467-476.
[28]	刘畅往, 裴发根, 仇根根, 等. 东北漠河盆地北部冻土分布特征[J]. 物探与化探, 2017, 41(6): 1204-1214.
[29]	周幼吾, 王银学, 高兴旺, 等. 我国东北部冻土温度和分布与气候变暖[J]. 冰川冻土, 1996, 18(1): 139-147.
[30]	SLOANE D, KOH C A. Clathrate Hydrates of Natural Gases[M]. Washington: CRC Press, Taylor and Francis Group,Publishers, 2008: 554-555.
[31]	任积文, 黄福堂. 油气化探分析与应用[M]. 北京: 石油工业出版社, 1997: 1-10.
[32]	刘崇喜, 赵克斌. 中国油气化探40年[M]. 北京: 中国地质出版社, 2001: 151-156.
[33]	贾国相, 陈远荣, 姚锦琪, 等. 我国特殊景观区油气综合化探技术[M]. 北京: 石油工业出版社, 2003: 1-20.
[34]	张富贵, 唐瑞玲, 杨志斌, 等. 漠河冻土区天然气水合物地球化学调查采样技术试验[J]. 吉首大学学报(社会科学版), 2014, 36(增刊): 170-174.
[35]	张富贵, 杨志斌, 唐瑞玲, 等. 酸解烃技术在青海祁连山天然气水合物勘探中的应用[J]. 中国矿业, 2016, 25(2): 227-233.
[36]	杨志斌, 孙忠军, 李广之, 等. 青海省天峻县木里地区天然气水合物发现区浅表地球化学特征[J]. 地质通报, 2011, 30(12): 1883-1890.
[37]	唐世琪, 卢振权, 王伟超, 等. 青海木里三露天冻土区天然气水合物钻孔岩心顶空气组成及指示意义[J]. 现代地质, 2015, 29(5): 1201-1213.
[38]	卢振权, 唐世琪, 王伟超, 等. 青海木里三露天冻土区天然气水合物气源性质研究[J]. 现代地质, 2015, 29(5): 995-1001.
[39]	WASEDA Amane, UCHIDA T. Origin of methane in natural gas hydrates from the Mackenzie Delta and Nankai Trough[M]// ICGH.Proceedings of the Fourth International Conference on Gas Hydrates. Yokohama: ICGH, 2002: 169-174.
[40]	KVENVOLDEN K A. A review of the geochemistry of methane in natural gas hydrate[J]. Organic Geochemistry, 1995, 23(11/12): 997-1008. DOI URL

漠河盆地多年冻土区天然气水合物地球化学调查及远景评价

Geochemical Investigation and Prospective Evaluation of Natural Gas Hydrates in the Permafrost of Mohe Basin

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 40

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	王圣宜, 邹长春, 彭诚, 王红才, 陆敬安, 康冬菊, 伍操为, 蓝茜茜, 谢莹峰. 海域孔隙型储层天然气水合物赋存模式定量化表征:声波和电阻率测井的约束[J]. 现代地质, 2023, 37(01): 127-137.
[2]	郭子豪, 李灿苹, 陈凤英, 勾丽敏, 汪洪涛, 曾宪军, 刘一林, 田鑫裕. 天然气水合物分解的甲烷对海洋生物的影响[J]. 现代地质, 2023, 37(01): 138-152.
[3]	刘洋, 陈强, 邹长春, 赵金环, 彭诚, 孙建业, 刘昌岭, 伍操为. 气体水合物生成实验过程动态监测:一种新的ERT方法及其效果分析[J]. 现代地质, 2022, 36(01): 193-201.
[4]	胡高伟, 吴能友, 李琦, 白辰阳, 万义钊, 黄丽, 王代刚, 李彦龙, 陈强. 海域天然气水合物试采目标优选定量评价方法初探[J]. 现代地质, 2022, 36(01): 202-211.
[5]	胡二红, 张善明, 贺中银, 张华, 刘瑞钦, 胡宇超, 何世明, 刘婷, 孙浩. 内蒙古额济纳旗微波山地区土壤地球化学特征及找矿潜力[J]. 现代地质, 2020, 34(06): 1303-1317.
[6]	夏学齐, 龚庆杰, 徐常艳. 2011—2020中国应用地球化学研究进展与展望之生态地球化学[J]. 现代地质, 2020, 34(05): 883-896.
[7]	王进寿, 卢振权, 王富春, 陈静, 薛万文, 张志清. 羌塘北缘开心岭—乌丽冻土区水溶烃组分及甲烷碳、氢同位素特征研究[J]. 现代地质, 2019, 33(06): 1306-1313.
[8]	周亚龙, 杨志斌, 张富贵, 张舜尧, 孙忠军, 王惠艳. 祁连山天然气水合物地球化学勘查方法稳定性和异常重现性分析[J]. 现代地质, 2019, 33(06): 1314-1324.
[9]	贺灵, 周国华, 孙彬彬, 简中华, 黄春雷, 康占军. 浙江省龙游县北部土壤中植物营养元素动态变化研究[J]. 现代地质, 2019, 33(05): 1055-1062.
[10]	许胜超, 肖高强, 龚庆杰, 刘宁强, 杨天仪, 刀艳, 向龙洲, 李忠. 兰坪盆地区域地球化学异常特征及找矿方向[J]. 现代地质, 2019, 33(04): 772-782.
[11]	范东稳, 卢振权, 肖睿, 牛索安, 祁拉加, 魏毅, 张永安, 费德亮, 党孝锋. 南祁连盆地木里坳陷石炭系—侏罗系天然气水合物潜在气源岩地质特征[J]. 现代地质, 2018, 32(05): 985-994.
[12]	周亚龙, 孙忠军, 杨志斌, 张富贵, 张舜尧. 祁连山木里冻土区天然气水合物矿区稀有气体氦、氖地球化学特征及其指示意义[J]. 现代地质, 2018, 32(05): 995-1002.
[13]	张富贵, 王成文, 张舜尧, 周亚龙, 唐瑞玲. 热释光:一种冻土区天然气水合物地球化学勘查新技术[J]. 现代地质, 2018, 32(05): 1080-1088.
[14]	张舜尧, 杨帆, 张富贵, 施泽明, 杨志斌, 周亚龙, 王惠艳. 青藏高原冻土区湿地甲烷排放及同位素特征研究[J]. 现代地质, 2018, 32(05): 1089-1096.
[15]	万丽华, 梁徳青, 李栋梁, 关进安. 祁连山冻土区天然气水合物储层岩石热物性实验研究[J]. 现代地质, 2018, 32(02): 385-391.